Détection multigaz MEMS de nouvelle génération

La détection des gaz est une fonction essentielle, mais la technologie n'a pas changé depuis des décennies. Maintenant, le tout nouveau type de capteur de NevadaNano change la donne pour le marché.

SPECTROMÈTRE DE PROPRIÉTÉ MOLÉCULAIRE

NevadaNano appelle leur capteur, un dispositif basé sur MEMS, le Molecular Property Spectrometer™ (MPS™).
Le capteur de gaz inflammables MPS peut détecter et identifier les concentrations de 12 des gaz combustibles les plus courants, dont l'hydrogène ; le capteur de gaz méthane MPS est conçu pour surveiller les fuites de méthane pour les industries pétrolières et gazières ; le MPS RefrigerantLe capteur de gaz nt détecte un faible réchauffement climatique légèrement inflammable refrigerants – tous basés sur la même technologie. Selon Rogers (Directeur de l'ingénierie @NevadaNano), leur capteur est bien plus précis et fiable que le Pellistor traditionnel (capteur à billes catalytiques) et le capteur infrarouge non dispersif (NDIR). La plupart des capteurs traditionnels ont un revêtement qui provoque une sorte de réaction chimique. Le problème est qu'avec le temps, les sites de détection qui permettent la réaction peuvent être détruits. Le MPS, cependant, est une surface inerte à base de silicium, qui ne nécessite aucune réaction chimique. Il se réchauffe, mesure les propriétés thermodynamiques de l'air, puis se refroidit à nouveau, de sorte qu'il peut durer 10 ans ou plus sans aucun étalonnage, selon Rogers.

IDENTIFIER UN GAZ

Le MPS est intégré dans un boîtier d'environ un pouce. L'air à tester entre par le tamis en haut et heurte une microplaque chauffante suspendue et attachée, qui a le même diamètre qu'un cheveu humain - 100 microns de diamètre. La plaque chauffante peut être chauffée jusqu'à des centaines de degrés Celsius. La source de chaleur est un élément chauffant Joule, dans lequel un courant électrique est alimenté à travers un élément résistif comme indiqué dans l'encart de la figure 1. Le courant entre sur l'une des attaches, tourbillonne et sort sur cette trace. "Nous pouvons mesurer la résistance de la plaque chauffante, ce qui nous donne sa température et aussi la puissance qu'il a fallu pour atteindre cette température", a déclaré Rogers. La relation entre la température de la plaque et la puissance nécessaire pour atteindre cette température est fonction de la conductivité thermique de l'air. Lorsque l'air contient des gaz, ses propriétés thermiques changent. Par exampLe, si du méthane est présent dans l'air et que la plaque chauffante est chauffée, puisque le méthane est plus conducteur thermique que l'air, il faut plus de puissance pour maintenir la plaque chauffante à la bonne température qu'en l'absence de méthane.
Clé de ses propriétés uniques, le MPS est un dispositif MEMS, produit de manière similaire aux puces de silicium : dans une fonderie ; et parce qu'il s'agit d'un appareil MEMS, il nécessite très peu d'énergie pour fonctionner. « Il n'y a jamais eu de capteur de combustible auparavant qui puisse vous indiquer la classe de gaz que vous détectez. Lorsque nous effectuons une détection, nous fournissons également une classification. Par exampLe, le capteur signale la concentration présente et qu'il s'agit d'hydrogène, ou d'un gaz moyen comme le pentane, ou d'un mélange d'hydrogène », a déclaré Rogers. « Les capteurs de gaz traditionnels n'ont jamais eu la capacité de faire une classification. C'est ce qui nous rend si précis : parce que nous pouvons ajuster notre étalonnage pour n'importe quel gaz présent.

CONCENTRATION

L'unité de concentration qui compte est la limite inférieure d'explosivité (LEL), qui est la concentration la plus faible (en pourcentage du volume) d'un gaz dans l'air capable de produire un éclair de feu en présence d'une source d'inflammation. Étant donné que les utilisateurs veulent savoir à quel point ils sont proches de 50 % de la LEL, la capacité d'identifier quel gaz est présent est importante car le LEL pour chaque gaz est différent.

ALGORITHMES

«Nous sommes bons à deux choses, a dit Rogers. « L'un est la construction du capteur de plaque chauffante, qui a pris des années de développement. Et deuxièmement, apprendre à parler à cette plaque chauffante. L'appareil de base est assez simple - juste une résistance chauffée et une mesure de température. La façon dont ces informations sont utilisées est la clé du fonctionnement du capteur. Les données provenant de la plaque chauffante ainsi que les données provenant d'un capteur environnemental qui mesure la température, la pression et l'humidité sont utilisées pour obtenir les lectures. « Toutes les deux secondes, nous prenons les données de la plaque chauffante, nous prenons les données du capteur environnemental et nous exécutons un tas d'algorithmes qui nous ont pris 15 ans à développer et voici : « c'est ce gaz, c'est cette concentration », et c'est le truc », a déclaré Rogers.
Prendre les mêmes données mais changer les algorithmes a permis NevadaNano pour développer des dizaines de produits basés sur des modifications logicielles. Par exempleample, il y a une nouvelle race de refrigerants qui sont à faible réchauffement climatique. Mais beaucoup de ces nouveaux refrigerants, ​​utilisés dans les unités de climatisation et refrigerators, etc., sont inflammables. Par conséquent, tous les climatiseurs résidentiels nécessiteront des capteurs d’inflammabilité pour éviter une condition dangereuse. Basé sur les propriétés thermodynamiques de ceux-ci refrigeramolécules nt NevadaNano a été en mesure de proposer un produit adapté de manière unique à cette espèce particulière de gaz ou à plusieurs, simplement en modifiant le logiciel. Ainsi, en un mois environ, ils ont eu un nouveau produit Alpha et ont commencé à le sortir et à le montrer aux gens.

ÉTALONNAGE

J'ai demandé à Rogers s'ils avaient besoin d'étalonner chaque capteur pour un gaz particulier. Il a répondu que cela dépend du gaz à détecter. Pour les gaz inflammables standard, ils utilisent du méthane comme gaz d'étalonnage en usine. "Une fois que nous avons montré le méthane du capteur, nous n'avons pas besoin de le calibrer pour l'hydrogène, le butane, le propane - il détecte intuitivement tous les autres gaz également." Donc, par example, ils n'ont pas nécessairement besoin d'utiliser de l'hydrogène en usine pour calibrer un capteur spécifique à l'hydrogène.

APPLICATIONS

J'ai ensuite interrogé Rogers sur les applications typiques. « Nous ne sommes que le capteur – nous sommes ce petit appareil en forme de seau qui se branche sur un système de détection. Par exampLe, si vous alliez dans une raffinerie aujourd'hui et que vous regardiez autour de vous sur les murs, vous verriez plusieurs dizaines d'appareils qui ressemblent en quelque sorte à des compteurs électriques. Ils sont équipés de plusieurs capteurs, dont probablement un capteur de sulfure d'hydrogène, un capteur d'oxygène, un capteur de monoxyde de carbone et un capteur de gaz inflammable tel que le MPS.
Les pompiers et autres premiers intervenants entrant dans un bâtiment portent généralement ce qu'on appelle un capteur à quatre gaz – un petit appareil de la taille d'un téléphone portable qui repose en quelque sorte sur leur épaule et contient quatre capteurs de gaz, dont un MPS.

RÉSUMANT

Selon Rogers, le MPS est la technologie de détection de gaz la plus innovante depuis plus de 30 ans. Il pallie les lacunes des technologies existantes ; il est stable sur de larges plages de fonctionnement, y compris les changements rapides de température et d'humidité ; il est précis pour une liste de gaz inflammables courants (y compris l'hydrogène). De plus, le MPS peut être utilisé dans des environnements contenant plusieurs gaz ou inconnus et est intrinsèquement sûr, robuste et immunisé contre les empoisonnements.

Cet article a été écrit par Ed Brown, rédacteur en chef de Sensor Technology. Pour plus d'informations, visitez ici