Sensores

De

Gas

Sensores de Sensores de GasGas

Expositores:

Emmanuel AriasEmmanuel Arias

Luis BencosmeLuis Bencosme

Juan Sepúlveda Juan Sepúlveda

Harry ReyesHarry Reyes

Contenido:

Introducción al TemaIntroducción al Tema

Las Células TGSLas Células TGS

Tratamiento de la Tratamiento de la DetecciónDetección

Imágenes de SensoresImágenes de Sensores

IntroducciónIntroducciónLa La Misión PrincipalMisión Principal de estos Sensores de estos Sensores es detectar gaseses detectar gases

existentes en un ambiente determinado. existentes en un ambiente determinado. Este tipo de SensoresEste tipo de Sensores, , una vez se hayan introducido en dicho sistema, una vez se hayan introducido en dicho sistema, detectarándetectarán la la separaciónseparación producida con producida con respecto a unrespecto a un denominado denominado “Ambiente “Ambiente de Aire Puro”de Aire Puro” proporcionando una proporcionando una respuesta relativarespuesta relativa correspondiente a la correspondiente a la cantidad cantidad y al y al tipo de GAStipo de GAS en ese Ambiente. en ese Ambiente.

La detección de La detección de numerosos tiposnumerosos tipos de GAS a través de de GAS a través de un un solo Sensorsolo Sensor hace que las hace que las situaciones de diseñosituaciones de diseño sean o sean o muy muy específicasespecíficas, para detectar solo un tipo de GAS X, , para detectar solo un tipo de GAS X, o muy generaleso muy generales para dar un Aviso General y un análisis particular del Contaminante.para dar un Aviso General y un análisis particular del Contaminante.

Las CélulasLas Células usadas en estos Sensores son del usadas en estos Sensores son del tipo VGPtipo VGP, o , o Variación Inversa de la ResistenciaVariación Inversa de la Resistencia en función de la Cantidad del en función de la Cantidad del Contaminante. Su Contaminante. Su funcionamientofuncionamiento está está determinadodeterminado por el por el FabricanteFabricante..

Según las Según las diferentes aplicacionesdiferentes aplicaciones ( Sensores de Humo, ( Sensores de Humo, Nitrógeno, Gases de Combustión, etc.…), Nitrógeno, Gases de Combustión, etc.…), existirán diferentes existirán diferentes tipostipos sensores sensores con diferentes característicascon diferentes características y y respuestasrespuestas. El . El estudio se enfocará en las estudio se enfocará en las Células TGS 812Células TGS 812 y y 813813, con el fin de , con el fin de obtener obtener solucionessoluciones para proyectos enfocados para proyectos enfocados al uso de PLCal uso de PLC en en procesos industrialesprocesos industriales..

ContinuaciónContinuación……

Una de las Una de las Características FundamentalesCaracterísticas Fundamentales de este tipo de este tipo de células es el de células es el alto consumo del devanado calefactoralto consumo del devanado calefactor lo cual lo cual impide, en principio, el uso de baterías en su utilización.impide, en principio, el uso de baterías en su utilización.

A continuación se explicará, de una manera objetiva, la A continuación se explicará, de una manera objetiva, la aplicación de las Células TGS.aplicación de las Células TGS.

Células Células TGSTGS

Corresponden a un Corresponden a un SensorSensor tipo tipo Semiconductor dopado con Semiconductor dopado con Óxido de EstañoÓxido de Estaño. Su . Su principio de funcionamientoprincipio de funcionamiento está basado en la está basado en la reducción reducción de la conductividadde la conductividad de ciertos materiales en de ciertos materiales en función del función del Oxigeno en el MedioOxigeno en el Medio..

La La variación dependerávariación dependerá de la de la cantidadcantidad y el y el tipotipo de de contaminante detectadocontaminante detectado. Este . Este principio físicoprincipio físico permite la permite la deteccióndetección de gases, óxidos de carbono, etc., en de gases, óxidos de carbono, etc., en funciónfunción de la de la influencia influencia existente entre el captadorexistente entre el captador y la y la cantidad de oxígenocantidad de oxígeno detectado. detectado.

La La reacciónreacción de este tipo de células es de este tipo de células es muy lenta a muy lenta a temperaturastemperaturas bajas o bajas o ambientesambientes, por ello se le , por ello se le proporciona un proporciona un filamento calefactorfilamento calefactor que calienta la que calienta la superficie receptorasuperficie receptora a unos a unos 400 400 ºC aproxºC aprox..

Estos sensores Estos sensores poseen varias aplicacionesposeen varias aplicaciones, en función de su , en función de su categoría, ya sean categoría, ya sean domésticas o industrialesdomésticas o industriales. Estas se muestran en la . Estas se muestran en la tabla a continuación. tabla a continuación.

Células Células TGSTGS

Continuación…Continuación…

Esta célula podría ser la serie 1, 5 u 8, siendo las características Esta célula podría ser la serie 1, 5 u 8, siendo las características y los circuitos usados, mostrados a continuación:y los circuitos usados, mostrados a continuación:

Serie 1:Serie 1: Poseen Poseen 2 electrodos de Iridio/Paladio2 electrodos de Iridio/Paladio encapsulados en el encapsulados en el interior del elemento interior del elemento Sensor SSensor SnnOO2;2;;; uno o los dos electrodos pueden ser uno o los dos electrodos pueden ser utilizados como filamento de caldeo. La figura 1 muestra la estructura, y utilizados como filamento de caldeo. La figura 1 muestra la estructura, y el circuito convencional de uso.el circuito convencional de uso.

Serie 5:Serie 5: Posee Posee 2 electrodos y una fina película de S2 electrodos y una fina película de SnnOO22 en en encapsulado aislado miniaturizado como muestra la figura 2, además del encapsulado aislado miniaturizado como muestra la figura 2, además del circuito estándar de conexión. circuito estándar de conexión.

Continuación…Continuación…

La tensión de La tensión de Salida es muestreada a través de RSalida es muestreada a través de RLL para obtener los para obtener los valores y concentraciones del GAS bajo detección.valores y concentraciones del GAS bajo detección.

Serie 8:Serie 8: Poseen Poseen el filamento calefactor introducido en un tubo de el filamento calefactor introducido en un tubo de cerámicacerámica, estando el material semiconductor recubriendo el tubo , estando el material semiconductor recubriendo el tubo entre 2 entre 2 electrodos de Oroelectrodos de Oro. La figura 3 muestra su estructura y el circuito a usar.. La figura 3 muestra su estructura y el circuito a usar.

Continuación…Continuación…

Continuación…Continuación…

Al momento de realizar nuestro sistema debemos de Al momento de realizar nuestro sistema debemos de tomar en tomar en cuentacuenta las las siguientes conclusionessiguientes conclusiones, las cuales se obtuvieron después , las cuales se obtuvieron después del análisis de las curvas características de dichas Células: del análisis de las curvas características de dichas Células:

EnEn el caso de el caso de estas célulasestas células, hay , hay mediciones de gases diferentesmediciones de gases diferentes las las cuales cuales se superponense superponen haciendo haciendo imposible la medidaimposible la medida de cada una de cada una por por individual.individual.

Se debe Se debe utilizar la célula en función de las mayores variacionesutilizar la célula en función de las mayores variaciones entre el valor del entre el valor del aire ambiente y el gas a detectar.aire ambiente y el gas a detectar.

Se debe Se debe estudiar el margen de tensionesestudiar el margen de tensiones entre los valores de las entre los valores de las concentraciones concentraciones para obtener un mayor margen de tensión a la para obtener un mayor margen de tensión a la salida.salida.

Estos primeros puntos condicionan la captación del valor y su Estos primeros puntos condicionan la captación del valor y su tratamiento posterior dependerá de la función que deba desarrollar el tratamiento posterior dependerá de la función que deba desarrollar el circuito. Sus circuito. Sus funciones fundamentalesfunciones fundamentales son: son: La detección, y La La detección, y La Lectura en un Proceso.Lectura en un Proceso.

Tratamiento de la DetecciónTratamiento de la Detección

Tratamiento de la Tratamiento de la DetecciónDetección

Para el tratamiento de la detección, según lo explicado Para el tratamiento de la detección, según lo explicado anteriormente, se pueden realizar los tratamientos siguientes: anteriormente, se pueden realizar los tratamientos siguientes:

A)A) Circuito de Detección Lineal:Circuito de Detección Lineal: SeSe usausa cuando cuando se realizan se realizan aplicacionesaplicaciones relativas a la relativas a la detección linealdetección lineal del del valor de la valor de la concentraciónconcentración existente obtenido o detectado por la célula. Se existente obtenido o detectado por la célula. Se parte del parte del uso de dispositivos de lecturas constantesuso de dispositivos de lecturas constantes, manteniendo la , manteniendo la supervisión permanentesupervisión permanente; controlando así las señales de control. Estas ; controlando así las señales de control. Estas señales se deben adaptar al dispositivo lector, en este caso un PLC. Dicho señales se deben adaptar al dispositivo lector, en este caso un PLC. Dicho PLC posee una entrada analógica propicia para realizar dicha conversión.PLC posee una entrada analógica propicia para realizar dicha conversión.

Como circuito amplificador se podría usar una configuración AO Como circuito amplificador se podría usar una configuración AO como Amp. No Inversor, véase la figura 4.como Amp. No Inversor, véase la figura 4.

ContinuaciónContinuación……

B) B) Circuito de Detección Todo-Nada:Circuito de Detección Todo-Nada:

Otra formaOtra forma de detectar los contaminantes se ofrece de detectar los contaminantes se ofrece cuando cuando sólo se desea saber si existe o no contaminante sólo se desea saber si existe o no contaminante en un sistema, sin en un sistema, sin importar la cantidad del mismo. Para esto importar la cantidad del mismo. Para esto se usa un circuito se usa un circuito comparadorcomparador en el cual o bien la señal de salida del sensor o la en el cual o bien la señal de salida del sensor o la amplificada. En este se usa el principio básico de un OPAMP comparador amplificada. En este se usa el principio básico de un OPAMP comparador con una tensión de referencia. En la figura se muestra un ejemplo con una tensión de referencia. En la figura se muestra un ejemplo básico de estos principios.básico de estos principios.

ContinuaciónContinuación……

Uno de los circuitos que debería tener Uno de los circuitos que debería tener uno de los mejores uno de los mejores aprovechamientos en todos los niveles de detecciónaprovechamientos en todos los niveles de detección tanto a nivel tanto a nivel industrial, como a nivel doméstico, y con el objetivo de tener seguridad, industrial, como a nivel doméstico, y con el objetivo de tener seguridad, es el indicado en la figura siguiente:es el indicado en la figura siguiente:

Su Principio de Actuación es el mismo que el explicado Su Principio de Actuación es el mismo que el explicado anteriormente.anteriormente.

Imágenes de Sensores de GasImágenes de Sensores de Gas