حسگر گاز مونوکسید کربن چیست و چه مزایایی دارد؟
حسگر گاز مونوکسید کربن (Carbon monoxide gas sensor) یک دستگاه الکترونیکی است که وجود گاز مونوکسید کربن (CO) را در ساختمان مشخص می کند و با هشدار دادن به ساکنین، آنها را از وجود این گاز خطرناک مطلع می کند. مونوکسید کربن گازی بی بو و سمی است که می تواند توسط آبگرمکن ها، بخاری ها یا اجاق های چوبی در صورت خرابی یا عدم خروج مناسب دود تولید شود. خودروها، ژنراتورهای قابل حمل و تجهیزات باغبانی نیز گاز مونوکسید کربن تولید می کنند و اگر در مناطق بسته یا گاراژ منزل شما کار کنند، می توانند مشکلاتی را ایجاد کنند.
هنگامی که گاز مونوکسید کربن استنشاق می شود جایگزین اکسیژن در گلبول های قرمز می شود. گاز مونوکسید کربن از رسیدن اکسیژن به اندام های بدن جلوگیری می کند. این کمبود اکسیژن بسته به میزان قرار گرفتن در معرض گاز، می تواند عوارض متفاوتی را برای فرد ایجاد کند. برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با حسگر گاز مونوکسید کربن در ادامه مقاله با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.
حسگر گاز مونوکسید کربن چیست
فناوری مورد استفاده برای تشخیص گاز مونوکسید کربن در ابتدا برای کاربردهای صنعتی توسعه داده شده بود. به عنوان مثال، صنایع شیمیایی از تعدادی سنسور گاز الکترونیکی برای کاربردهای تحلیلی استفاده می کنند. حسگرهای گاز مونوکسید کربن صنعتی اولیه دارای یک سنسور دو محفظه ای بودند که گاز مونوکسید کربن را اکسید کرده و حرارت اکسیداسیون محفظه آزمایش را نسبت به حرارت محفظه مرجع مقایسه می کرد. این نوع اکسیداسیون نیاز به کاتالیزور اکسید پلاتین مخصوص و منبع حرارتی برای سوزاندن گاز مونوکسید کربن دارد. این سیستم ها به دلیل پیچیدگی عملکرد، هزینه و عدم حساسیت برای مصارف خانگی مورد استقبال عمومی واقع نشدند.
با این حال، در دهه های گذشته حسگرهای گاز مونوکسید کربن خانگی با پیشرفت در فناوری سنجش گاز تولید شده اند. سایر عوامل کلیدی نیز به افزایش محبوبیت حسگرهای گاز منوکسید کربن کمک کرده اند. امروزه می توان حسگر گازهای مونوکسید کربن نسبتا ارزان را با قیمت ۳۰ تا ۸۰ دلار خریداری کرد. در حال حاضر بسیاری از شهرهای در جهان نصب حداقل یک حسگر گاز مونوکسید کربن را در هر خانه، آپارتمان و هتل اجباری کرده اند.
قرار گرفتن در معرض مقدار کم این گاز می تواند علائمی شبه آنفولانزا از جمله تنگی نفس، سردردهای خفیف، خستگی و حالت تهوع را ایجاد کند. قرار گرفتن در معرض سطح بالاتر این گاز ممکن است باعث سرگیجه، سردرگمی، سردردهای شدید، حالت تهوع و غش شود. قرار گرفتن طولانی مدت در معرض سطح بالای این گاز حتی می تواند باعث مرگ شود.
به گفته کمیسیون ایمنی محصولات مصرفی ایالات متحده، بیش از ۲۵۰۰ نفر در ۱۰ سال گذشته بر اثر مسمومیت با گاز مونوکسید کربن جان خود را از دست داده اند و ۱۰۰۰۰۰ نفر نیز به شدت آسیب دیده اند. حسگرهای گاز مونوکسید کربن در صورت استفاده صحیح، می توانند این حوادث را تا مقدار زیادی کاهش دهند.
مونوکسید کربن چیست
مونوکسید کربن یک گاز بی بو و نامرئی است. هر مولکول مونوکسید کربن از یک اتم کربن متصل به یک اتم اکسیژن تشکیل شده است. مونوکسید کربن ناشی از احتراق ناقص سوخت های فسیلی مانند چوب، نفت سفید، بنزین، ذغال سنگ، پروپان، گاز طبیعی و نفت است. این گاز در سطوح پایین هوا وجود دارد. در منزل این گاز، از احتراق ناقص هر وسیله ای که دارای شعله است مانند خشک کن لباس ها، شومینه ها، بخاری ها و آبگرمکن ها به وجود می آید.
چرا گاز مونوکسید کربن خطرناک است
هنگامی که گاز مونوکسید کربن استنشاق می شود از ریه ها به هموگلوبین گلبول های قرمز خون منتقل می شود. گاز مونوکسید کربن در همان محل و ترجیحا به اکسیژن هموگلوبین خون متصل می شود و کربوکسی هموگلوبین را تشکیل می دهد. کربوکسی هموگلوبین با انتقال اکسیژن و تبادل گاز گلبول های قرمز تداخل دارد.
در نتیجه بدن دچار کمبود اکسیژن می شود که می تواند منجر به آسیب دیدگی بافت ها و در نهایت مرگ شود. سطوح پایین مسمومیت با گاز مونوکسید کربن علائمی مشابه علائم بیماری آنفولانزا یا سرماخوردگی ایجاد می کند و شامل علائمی همچون تنگی نفس در فعالیت های خفیف، سردردهای خفیف و حالت تهوع است. سطوح بالای مسمومیت با گاز مونوکسید کربن منجر به بروز علائمی همچون سرگیجه، سردرگمی ذهنی، سردردهای شدید، حالت تهوع و غش می شود. در نهایت، مسمومیت با گاز مونوکسید کربن می تواند منجر به بیهوشی، آسیب دائمی به مغز و مرگ شود.
انواع حسگر گاز مونوکسید کربن
مهمترین عامل طراحی برای یک حسگر گاز CO نوع سنسوری است که از آن استفاده می شود. حسگر گازهای خانگی، ممکن است با چندین نوع حسگر مختلف طراحی شوند. ساده ترین نوع به عنوان حسگر کارتی (detection card) شناخته می شود. این حسگرها به صورت کارت با یک نقطه حساس طراحی می شوند و در صورت قرار گرفتن در معرض گاز مونوکسید کربن، رنگ شیمیایی خود را تغییر می دهند.
این نوع از حسگرها هشدار نمی دهد و برای بررسی اینکه آیا در معرض گاز مونوکسید کربن قرار گرفته است یا خیر، به بررسی منظم نیاز دارند. این حسگر ها ارزان قیمت هستند (۴ تا ۱۸ دلار) اما حفاظت کافی برای استفاده به عنوان حسگر گاز مونوکسید کربن را ارائه نمی دهند.
حسگرهای ژل بیومتریک
حسگرهای ژل بیومتریک یک فناوری پیچیده تر هستند و به منظور تقلید واکنش بدن به گاز مونوکسید کربن با جذب مداوم گاز طراحی شده اند. با این حال، از آنجا که این نوع سنسورها به طور مداوم گاز مونوکسید کربن را جذب می کنند، نمی توانند خود را به درستی به سطح بی خطر برسانند بنابراین بیشتر مستعد بروز هشدارهای کاذب هستند. علاوه بر این، حسگرهای ژل بیومتریک تقلیدی ممکن است تا ۴۸ ساعت طول بکشد تا پس از قرار گرفتن در معرض گاز مونوکسید کربن، بازنشانی شوند و در این مدت ساکنان خانه بدون محافظت هستند.
حسگرهای اکسید فلز
حسگرهای اکسید فلز از دقت بیشتری برخوردار هستند و نوع متداول حسگرهای مونوکسید کربن هستند که در مدل های خانگی استفاده می شوند. این نوع سنسورها از مدارهای دی اکسید قلع حالت جامد استفاده می کند که به سرعت پاک می شوند و به طور مداوم هوا را از نظر وجود گاز مونوکسید کربن کنترل می کنند.
حسگرهای ساخته شده با این فناوری می توانند غلظت مونوکسید کربن را به صورت دیجیتال نیز نمایش دهند. هنگامی که گاز مونوکسید کربن به سطح خاصی برسد، حسگرهای گاز زنگ خطر را به صدا در می آورد. این حسگرها ممکن است به گازهای دیگری به غیر از گاز مونوکسید کربن که در خانه یافت می شوند، مانند محرک های اسپری مو نیز حساس باشند. در نهایت، دقت این نوع حسگرها می تواند پس از شش ماه استفاده تا حدود ۴۰ درصد کاهش یابد.
حسگرهای پیشرفته
نوع دیگری از حسگرهای گاز مونوکسید کربن نیز وجود دارد که توسط تولیدکنندگان خاص ساخته می شود. این حسگرها از فناوری تشخیص الکتروشیمیایی گاز Instant Detection and Response (IDR) استفاده می کنند. این فناوری یکی از موثرترین روش های تشخیص گاز در سطح جهان شناخته می شود.
فناوری IDR به عنوان یک استاندارد صنعتی برای تجهیزات سنجش حرفه ای استفاده می شود و فورا وجود گاز مونوکسید کربن را در محیط تشخیص می دهد. حسگرهای گاز ساخته شده با این فناوری در برابر سایر گازها واکنش نشان نمی دهند و در حدود مثبت یا منفی ۳% خطا دارند.
یکی دیگر از عوامل مهم طراحی حسگر های گاز مونوکسید کربن، نوع منبع تغذیه حسگرهای گاز است. حسگرهای گاز دارای دو نوع منبع تغذیه هستند که شامل منبع تغذیه باتری یا برق AC هستند. حسگرهای گاز دارای منبع تغذیه، به صورت باتری به آسانی نصب می شوند، به راحتی قابل جابجایی هستند و در زمان قطع برق در صورت استفاده از سیستم های گرمایش اضطراری به کار خود ادامه می دهند. با این حال، باتری های این حسگرها باید حداقل هر دو سال یکبار تعویض شوند.
از سوی دیگر، حسگرهای گاز دارای منبع تغذیه به صورت AC، نیاز به تعویض باتری ندارند. حسگرهای گاز با قابلیت شارژ مجدد باتری نیز با هزینه کمی بیشتر در دسترس هستند.
اجزاء حسگر گاز مونوکسید کربن
حسگرهای گاز مونوکسید کربن از اجزای زیر مونتاژ و ساخته می شوند:
یک سنسور که می تواند غلظت گاز مونوکسید کربن را اندازه گیری کرده و هنگامی که غلظت گاز مونوکسید کربن به سطوح از پیش تعیین شده برسد، سیگنال را به قسمت بعدی ارسال کند. ریزپردازنده ای که در این دستگاه وجود دارد، می تواند سیگنال های الکتریکی را از سنسور دریافت کرده و سیگنال ها را به زنگ هشدار و صفحه کنترل ارسال کند.
یک صفحه نمایش بصری (معمولا یک صفحه نمایش کریستال مایع یا LCD)، سطح گاز مونوکسید کربن و سایر اطلاعات عملیاتی را به کاربر منتقل می کند. مدار هشدار دهنده این دستگاه، باید قادر به تولید صدایی به اندازه کافی بلند باشد، تا افراد را در مناطق مجاور حسگر گاز مونوکسید کربن بیدار کند. همچنین این دستگاه دارای یک قطعه اتصال برق (دوشاخه AC، اتصال باتری یا هر دو) به عنوان پایه ای برای قطعات الکترونیکی خواهد بود.
فرایند تولید حسگر گاز مونوکسید کربن
تولید حسگرهای گاز مونوکسید کربن شامل سه مرحله اصلی است. اولین قدم ساخت قطعات الکترونیکی جداگانه و اتصال این قطعات به برد مدار است. مرحله دوم ساخت محفظه پلاستیکی دستگاه است. مرحله سوم شامل مونتاژ همه اجزا، آزمایش برای تأیید عملکرد و بسته بندی برای حمل و نقل محصول است.
مزایای حسگر گاز مونوکسید کربن
مسمومیت با گاز مونوکسید کربن به دومین علت مرگ و میر ناشی از مسمومیت غیر دارویی تبدیل شده است. به همین دلیل است که کشورهای زیادی مقررات مربوط به حسگر گاز مونوکسید کربن را در خانه ها، مدارس و هتل ها اعمال می کنند.
حسگرهای گاز مونوکسید کربن تحت نظارت اولین علائم هشدار دهنده افزایش سطح گاز مونوکسید کربن در خانه شما را نشان می دهند. سر و صدایی که توسط زنگ هشدار ایجاد می شود، آنقدر بلند است که در کل خانه شما شنیده می شود و زمان زیادی برای خروج شما و خانواده شما باقی می گذارد.
این حسگرها یکی از بهترین ابزارهایی هستند که نشان می دهد یکی از وسایل منزل شما به درستی کار نمی کند. هر وسیله تولید کننده گرما، می تواند گاز مونوکسید کربن نیز تولید می کند. وسایل رایج شامل آبگرمکن های گازی، شومینه ها و اجاق های چوبی، اجاق گاز، دستگاه های خشک کن گازی، ماشین های چمن زن یا برف روب و خودرو شما هستند.
یک سیستم مانیتورینگ قبل از اینکه کسی در خانه شما دچار علائم مسمومیت با گاز مونوکسید کربن شود، زنگ خطر را به صدا در می آورد. اگر هر یک از اعضای خانواده شما علائمی از جمله سردرد، سرگیجه یا حالت تهوع را تجربه کردند، مهم است که فورا به پزشک مراجعه کنید، زیرا این ها اولین علائم مسمومیت با گاز مونوکسید کربن هستند.
سیستم های حسگر گاز مونوکسید کربن به گونه ای طراحی شده اند که با تغییر دما و رطوبت از هشدارهای کاذب جلوگیری کرده و فقط به گاز مونوکسید کربن پاسخ دهند.
یک سیستم نظارتی مرکزی به شما در مورد وجود مشکلی در خانه هشدار می دهد. حتی زمانی که شما در منزل نیستید یا زمانی که زنگ امنیتی فعال نشده است.
یک سیستم مانیتورینگ برای افرادی که نمی توانند به زنگ خطر پاسخ دهند، ایمنی را تامین می کند. این افراد شامل افراد مسن، معلولان، کودکان، حیوانات خانگی و یا هر کسی است که قبلا عوارض مسمومیت با گاز مونوکسید کربن را تجربه کرده است.
آتش نشانان توصیه می کنند که یک حسگر دود و یک حسگر گاز مونوکسید کربن تحت نظارت در هر اتاق خانه خود قرار دهید. حسگر گاز مونوکسید کربن تحت نظارت مزایای بسیاری را برای ایمن نگه داشتن خانه فراهم می کند. بسیار مهم است که سیستمی وجود داشته باشد که بتواند قبل از وارد شدن هرگونه خسارت به منزل یا خانواده، نشت گاز مونوکسید کربن را به شما هشدار دهد. اگر زنگ هشدار روی حسگر گاز شما به صدا درآمد، فورا همه پنجره ها و درهای ورودی را باز کنید تا هوای تازه در خانه شما گردش کند. سپس از خانه خارج شده و بلافاصله با آتش نشانی تماس بگیرید.
نصب و مراقبت از حسگر گاز مونوکسید کربن
حداقل یک حسگر گاز مونوکسید کربن را برای هر طبقه در خانه خود نصب کنید. بهتر است حسگرهای گاز را در فاصله ۱۰ فوت (۳.۰ متر) از اتاق خواب خود قرار دهید. اگر می توانید، مجموعه ای از حسگرهای گاز قابل اتصال به یکدیگر را خریداری کنید، بنابراین هنگامی که یکی به صدا در می آید، همه آنها به صدا در می آیند.
بهتر است حسگر گاز مونوکسید کربن دارای صفحه نمایش را در جایی نزدیک دید قرار دهید. مونوکسید کربن مانند دود بالا نمی رود. در عوض، در کل محیط اتاق پخش می شود. این بدان معناست که می توانید حسگر گاز را در هر ارتفاعی قرار دهید و باز هم قرائت دقیقی خواهد داشت. اگر صفحه نمایش دیجیتالی دارید، قرار دادن آن در سطح چشم، خواندن را آسان می کند.
اگرچه گاز مونوکسید کربن به خودی خود سبک تر از هوا نیست، اما باید توجه داشته باشید که بسیاری از منابع تولید کننده گاز مونوکسید کربن، گرما را نیز تولید می کنند. هوای گرم شده بالاتر از هوای سرد قرار می گیرد و به طور طبیعی گاز مونوکسید کربن را با خود حمل می کند و به سمت بالا می برد.
حسگر گاز مونوکسید کربن خود را هر ۱۰ سال یک بار یا هر زمان که آزمایش آن شکست می خورد، تعویض کنید. برای اطمینان از به یاد آوردن مدت زمان طولانی، تاریخ خرید حسگر خود را در پشت یا کنار دستگاه با نشانگر دائمی یادداشت کنید.
بررسی صحیح کار کردن حسگر گاز مونوکسید کربن
داشتن یک حسگر گاز مونوکسید کربن (CO) در خانه می تواند از شما در برابر مسمومیت با گاز مونوکسید کربن محافظت کند، اما به شرطی که این حسگر به درستی کار کند.
بررسی منظم حسگر گاز به اطمینان از سلامت خانواده شما کمک می کند. شما باید حسگر گاز خود را به صورت سالیانه با اسپری مخصوص تستر آزمایش کنید و با دکمه تست، مدار هشدار را ماهی یکبار بررسی کنید. برای انجام این کار باید مراحل زیر را انجام دهید.
برای آزمایش حسگر گاز مونوکسید کربن خود، اسپری تستر حسگر را خریداری کنید. این اسپری را می توانید در اکثر فروشگاه های لوازم خانگی پیدا کنید یا می توانید آن را به صورت آنلاین خریداری کنید. هزینه یک قوطی بین ۸ تا ۱۵ دلار آمریکا است و معمولا چند سال دوام می آورد.
تستر گاز کربن مونوکسید یک آئروسل غیرقابل اشتعال است. اگر طبق دستورالعمل استفاده شود، استنشاق گاز مونوکسید کربن قوطی یا تماس با اسپری خطرناک نیست. برای استفاده مناسب از اسپری تست گاز مونوکسید کربن، می توانید دستورالعمل سازنده این محصول را دنبال کنید.
از یک کیسه پلاستیکی برای محصور کردن حسگر گاز و نازل اسپری آزمایش استفاده کنید. اسپری تستر گاز کربن مونوکسید کربن را حداقل ۳ ثانیه به سمت حسگر اسپری کنید. باید به اندازه کافی اسپری کنید تا حسگر گاز شما بتواند مونوکسید کربن موجود در تستر را جمع آوری کند.
اگر حسگر گاز مونوکسید کربن شما به درستی کار کند، باید ظرف ۱۵ دقیقه زنگ خطر را در سطح بیش از ۵۰۰ قسمت در میلیون به صدا در آورد. اگر حسگر گاز شما کار نکرد، ممکن است نیاز به تعویض باتری یا تعویض دستگاه داشته باشید.
بعد از انجام تست کیسه آزمایش را جدا کرده و حسگر گاز خود را در هوای تازه قرار دهید. دکمه test/hush را روی دستگاه فشار دهید تا صدای زنگ هشدار خاموش شود. این دکمه تست باتری هم هست بنابراین اگر آن را در حالت استراحت دستگاه فشار دهید، زنگ هشدار به طور کوتاه به صدا در می آید و به شما می گوید که باتری کافی است، اما سنسور را آزمایش نمی کند.
آزمایش با اسپری تستر گاز کربن مونوکسید کربن را سالانه تکرار کنید تا مطمئن شوید حسگر گاز شما به درستی کار می کند. اگر ماهانه یک بار دکمه تست دستگاه را بررسی می کنید و باتری ها را به طور منظم عوض می کنید (با فرض اینکه دارای باتری های قابل تعویض است)، فقط باید سالی یکبار حساسیت حسگر را بررسی کنید.
آزمایش مدار آلارم حسگر گاز مونوکسید کربن
دکمه تست روی حسگر گاز خود را پیدا کنید
ظاهر و مکان دقیق دکمه تست در هر دستگاه متفاوت است. با این حال، در اکثر مدل ها دکمه تست در کنار یک چراغ LED قرار دارد که به صورت دوره ای چشمک می زند.
دکمه تست را فشار دهید
اگر مدار در حسگر گاز شما به درستی کار می کند، زنگ باید ۳ تا ۵ ثانیه قبل از خاموش شدن خودکار به صدا در آید. این زنگ هشدار بسیار بلند خواهد بود، بنابراین ممکن است بخواهید گوش های خود را بپوشانید. با فشار دادن دکمه تست، حسگر گاز شما به صورت واقعی آزمایش نمی شود. این کار برای این است که مطمئن شوید باتری و مدار در دستگاه شما به درستی کار می کند.
باتری را تست کنید
اگر زنگ هشدار به صدا در نمی آید، باتری ها را تعویض کنید. پس از فشار دادن دکمه تست، زنگ هشدار باید بلافاصله به صدا در آید. برخی از حسگرهای گاز در حال حاضر دارای باتری مهر و موم شده ۱۰ ساله و تایمر اتوماتیک هستند که به شما می گوید چه زمانی باتری باید تعویض شود. برای اطمینان از اینکه باتری ها در حسگر گاز شما به درستی کار می کنند، آنها را هر ۶ ماه یکبار تعویض کنید. اگر باتری ها را عوض کردید و دستگاه هنوز هم کار نمی کند، ممکن است نیاز باشد حسگر گاز خود را تعویض کنید.
چرا حسگرهای گاز مونوکسید کربن منقضی می شوند
با گذشت زمان، اجزای داخلی حسگرهای گاز تخریب می شوند. طول عمر متوسط این حسگرها حدود هفت سال است و شما باید سعی کنید، هر پنج سال یکبار حسگر گاز خود را تعویض کنید. مانند حسگرهای دود، حسگرهای گاز مونوکسید کربن نیز باید در مکان های استراحت و در هر طبقه از خانه شما وجود داشته باشند. تعمیر و نگهداری مناسب و تعویض حسگرهای گاز می تواند جان شما و خانواده شما را نجات دهد.
سخن آخر
آینده تولید حسگرهای گاز مونوکسید کربن به طور مداوم در حال تحول است زیرا پیشرفت های زیادی در الکترونیک سنجش گاز ایجاد می شود. فناوری IDR که قبلا توضیح داده شد، یکی از نمونه های این فناوری پیشرفته است. افزایش کنترل پذیری ارائه شده توسط رابط های رایانه ای باعث می شود، دستگاه های آتی کاربر پسندتر شوند. به عنوان مثال، نسل های آینده حسگرهای گاز کنترل شده با رایانه ممکن است با لوازم خانگی مرتبط باشند. هنگامی که حسگر میزان غیرقابل قبول سطح گاز مونوکسید کربن را احساس می کند، سیگنالی را به دستگاه ارسال می کند تا فرآیند احتراق را متوقف کرده و جریان گاز را قطع کند تا دیگر گاز مونوکسید کربن در محیط آزاد نشود. با در دسترس قرار گرفتن مدل های جدید با حساسیت بهبود یافته و سایر ویژگی های ارزش افزوده، حسگرهای گاز مونوکسید کربن کاربر پسندتر می شوند و به عنوان دستگاه های نجات بخش شناخته خواهند شد.
