Tiểu luận Kỹ thuật phát hiện rò rỉ khí Hydrocarbon

Việc xác định các nguy cơ tiềm ẩn thông qua xác định nồng độ các khí trên có trong không khí thông qua các cảm biến khí được lắp đặt tại các vị trí khác nhau trong nhà máy.. Trong bài ti

BÀI TIỂU LUẬN

Đề Tài: KỸ THUẬT PHÁT HIỆN RÒ RỈ KHÍ

Lời Nói Đầu

rong nhà máy chế biến dầu mỏ và khí đốt, hệ thống an toàn đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo giới hạn an toàn cho con người và các thiết bị hoạt động

ổn định Hệ thống an toàn bao gồm nhiều hệ thống cảnh báo sớm trong đó có hệ thống phát hiện rò rỉ khí, đặc biệt là các khí dễ cháy như khí hydrocarbon Các khí này bị

rò rỉ không chỉ gây ô nhiễm môi trường làm việc mà còn là nguyên nhân chính gây ra cháy

nổ trong nhà máy Khi có sự cố cháy nổ xảy ra trong nhà máy, nó có thể gây ra những thiệt hại vô cùng to lớn đối với nhà máy, gây tổn thất nặng nề về người và của Việc xác định các nguy cơ tiềm ẩn thông qua xác định nồng độ các khí trên có trong không khí thông qua các cảm biến khí được lắp đặt tại các vị trí khác nhau trong nhà máy

Trong bài tiểu luận này, chúng em xin trình bày về hệ thống phát hiện rò rỉ khí Hydrocarbon điển hình được sử dụng phổ biến trong các nhà máy, đặt biệt là các nhà máy chế biến khí Trong quá trình thực hiện, dù đã rất cố gắng tuy nhiên sẽ vẫn còn có những sai sót Mong thầy và các bạn sẽ đóng góp ý kiến sửa chữa để bài tiểu luận có thể đạt kết quả tốt nhất

Chúng em cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình về cả tài liệu và phương hướng làm đề tài của thầy đã giúp chúng em hoàn thành bài tiểu luận này

Nhóm sinh viên thực hiện

Bà Rịa, tháng 11 năm 2014

T

Mục Lục

Chương I TỔNG QUAN 5

1 Tầm quan trọng của hệ thống phát hiện rò rỉ khí 5

2 Các tai nạn do rò rỉ khí dễ cháy nổ gây nên: [1] 5

3 Các đặc trưng của khí và hơi dễ cháy nổ 7

3.1 Các thuật ngữ liên quan [2] 7

3.2 Đặc trưng cơ bản cho khí và hơi dễ cháy nổ [3] 8

Chương II ĐẦU DÒ XÚC TÁC LOẠI PELLISTOR [4], [5] 9

1 Giới thiệu chung 9

2 Cấu tạo 9

3 Nguyên tắc hoạt động 11

4 Độ nhạy tương đối 13

5 Đặc điểm của đầu dò xúc tác 14

Chương III CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI 15

1 Lịch sử phát triển [6] 16

2 Cơ sở lý thuyết [3] 17

3 Phân loại đầu dò hồng ngoại dựa trên vật liệu bán dẫn sử dụng [6] 19

4 Cấu tạo và cơ chế hoạt động của đầu dò hồng ngoại 20

4.1 Cảm biến điểm (Point IR detector) [7] 21

4.2 Cảm biến đường truyền rộng (open path IR detector) [7] 24

5 Camera hồng ngoại (Gas detection camera) [8] 27

6 Đặc điểm của đầu dò hồng ngoại [9] 28

Chương IV SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN [4], [10] 29

1 Khả năng phát hiện rò rỉ 29

2 Thích ứng với môi trường làm việc 29

3 Giới hạn làm việc của đầu dò 30

4 Bảo trì và sửa chữa 30

5 Tuổi thọ thiết bị 31

Chương V XỬ LÝ TÍN HIỆU [7] 32 TỔNG KẾT 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

Chương I TỔNG QUAN

1 Tầm quan trọng của hệ thống phát hiện rò rỉ khí

Khí hydrocarbon là những khí dễ cháy nỗ khi tiếp xúc với môi trường có nhiệt độ cao Trong nhà máy chế biến khí, các khí hydrocarbon bị rò rỉ chính là các mối nguy chính gây ra ô nhiễm môi trường xung quanh cũng như gây ra cháy nổ trong nhà máy Khi có sự

cố cháy nổ xảy ra trong nhà máy, nó có thể gây ra những thiệt hại vô cùng to lớn đối với nhà máy, gây tổn thất nặng nề về người và của Do đó, công tác phòng cháy chữa cháy luôn được chú trọng Để phát hiện các nguy cơ cháy nổ trong nhà máy, nhà máy chế biến khí Dinh Cố sử dụng các đầu dò cảm biến: cảm biến khí, cảm biến nhiệt, cảm biến lửa và cảm biến khói Các bộ cảm biến khí để phát hiện rò rỉ khí hydrocarbon trong nhà máy thường được lắp đặt ở những nơi tồn chứa sản phẩm, xung quanh đường ống, xung quanh các thiết bị công nghệ để xác định nguy cơ cháy nổ trong vùng đó

Các tín hiệu thu được từ các đầu dò cảm biến được truyền về và được hiển thị trên các panel điều khiển của hệ thống phòng chống cháy nổ trong phòng điều khiển trung tâm Các pane điều khiển tự động xử lý các tín hiệu cảm biến để xác định vùng có nguy cơ cháy

nổ, đồng thời:

 Đóng van cô lập vùng cháy nổ và xả khí ra đuốc đốt

 Kích hoạt máy bơm chữa cháy

 Mở van xả nước, CO2 vào vùng có cháy nổ

 Báo động bằng còi, đèn chớp ở vùng có cháy nổ và phòng điều khiển

Các khí hydrocarbon có thể bị rò rỉ do vỡ, nứt hệ thống ống dẫn, thiết bị hay do hở các mối nối giữa các chi tiết cơ khí, hoặc bồn chứa

2 Các tai nạn do rò rỉ khí dễ cháy nổ gây nên: [1]

Dưới đây là bảng thống kê của Wiki về các tai nạn nghiêm trọng trên thế giới mà nguyên nhân là do rò rỉ khí cháy nổ gây nên từ năm 2000 đến nay, bao gồm cả khu vực công nghiệp và khu vực dân sinh

Thời gian Địa điểm Thiệt hại

19/8/2000 Carlsbad, New Mexico Một đường ống dẫn khí tự nhiên bị vỡ và ngọn

lửa lan ra đã giết chết 12 người cắm trại gần đó

17/1/2001 Hutchinson, Kansas, Mỹ

Khí tự nhiên được lưu trữ dưới lòng đất bị rò rỉ vào các hang động rỗng gây ra hai vụ nổ Một phá hủy hai doanh nghiệp và làm bị thương 26 người Một vụ nổ khác phá hủy một công viên

và giết chết hai người Hố sụt và các đám mây khí được hình thành xung quanh thành phố và khí dần dần bị đốt cháy

16/3/2004 Arkhangelsk, Nga Một vụ nổ khí trong một căn hộ làm 58 người

chết

11/5/2004 Nhà máy nhựa Stockline,

Maryhill, Glasgow

Khí rò ra từ một đường ống bị vỡ đã đánh lửa làm 9 người thiệt mạng và 37 người bị thương

2009 Versilia Tàu Viareggio trật bánh, GPL được chứa trong

một toa xe lửa đã phát nổ, làm 33 người chết

9/9/2010

San Bruno, California và một vùng ngoại ô của San Francisco

Khí bị rò rỉ và phát nổ, giết chết 4 người, làm 53 ngôi nhà bị đốt cháy và hơn 120 ngôi nhà bị hư hại

10/2/2011 Allentown, Pennsylvania Một vụ nổ khí đã giết chết 5 người và san bằng

tòa nhà trong thành phố

14/8/2012 Brentwood, New York Một vụ nổ khí đã san bằng 1 ngôi nhà, giết chết

1 đứa trẻ và làm bị thương 17 người

23/11/2012 Springfield,

Massachusetts

Một vụ rò rỉ và nổ khí tự nhiên đã phá hủy 2 tòa nhà, gây thiệt hại cho 42 tòa nhà khác và làm bị thương 21 người

18/12/2012 Reynosa, Mexico Nổ nhà máy khí của hãng Pemex, làm 26 người

chết 6/8/2013 Rosario, Argentina Vụ nổ khí làm 21 người chết

12/3/2014 Khu căn hộ East Harlem,

Manhattan, New York

Vụ nổ khí làm ít nhất 8 người chết và hơn 70 người bị thương

31/7/2014 Cao Hùng, Đài Loan

Rò rỉ khí trên đường ống dẫn khí dưới những con đường công cộng gây thiệt hại đáng kể cho thành phố

Hình 1: Quang cảnh sau vụ nổ tại nhà máy khí của hãng Pemex, Mexico

3 Các đặc trưng của khí và hơi dễ cháy nổ

3.1 Các thuật ngữ liên quan [2]

 Khí dễ cháy (flammable gas) là khí dễ dàng bắt cháy khi tiếp xúc với nhiệt và

ngọn lửa Các Hydrocarbon đều là các khí dễ cháy

 Giới hạn cháy/nổ dưới (Lower flammable limit – LFL/Lower explosion limit

– LEL) là nồng độ thấp nhất của khí/hơi hoặc hỗn hợp khí/hơi có thể bắt cháy và duy trì sự cháy ở điều kiện xác định, thường cho bởi % về thể tích Ở khoảng nồng độ thấp hơn giới hạn nổ dưới, khí/hơi không đủ để duy trì sự cháy

 Giới hạn cháy/nổ trên (Upper flammable limit –UFL /Upper explosion limit

– UEL) là nồng độ cao nhất của khí/hơi hoặc hỗn hợp khí/hơi còn duy trì sự cháy ở điều kiện xác định Ở khoảng nồng độ cao hơn giới hạn nổ trên, oxi không đủ để duy trì sự cháy

 Khoảng cháy/nổ (flammable range/ explosive range) là khoảng nồng độ từ

giới hạn dưới đến giới hạn trên

 Điểm bốc cháy (flash point) là nhiệt độ thấp nhất mà chất lỏng tạo ra trên bề

mặt nó một lượng hơi đủ để tạo thành hỗn hợp cháy/nổ Điểm bốc cháy phụ thuộc vào áp suất hơi và giới hạn cháy/nổ dưới

3.2 Đặc trưng cơ bản cho khí và hơi dễ cháy nổ [3]

Trước hết, cần phân biệt rõ ràng 2 thuật ngữ khí và hơi:

 Khí là dạng vật chất tồn tại trên khoảng nhiệt độ sôi, khả năng gây cháy nổ của khí được đặc trưng bởi giới hạn nổ dưới, giới hạn này càng thấp, khả năng gây cháy nổ càng cao.Ở khí không tồn tại điểm bốc cháy.Như vậy, để đảm bảo an toàn trong công nghiệp, cần kiểm soát nồng độ khí rò rỉ thấp hơn giới hạn nổ dưới để phòng ngừa khả năng cháy nổ

Giới hạn nổ dưới thường nằm từ 0,5 – 15% về thể tích

 Hơi là dạng vật chất thuộc thể khí tồn tại dưới khoảng nhiệt độ sôi, thường nằm trong cân bằng với pha lỏng hoặc rắn và phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, áp suất Khả năng gây cháy nổ của hơi phụ thuộc vào điểm bốc cháy (Ký hiệu F), nhiệt độ bốc cháy càng thấp, khả năng gây cháy nổ càng cao

Gas LEL in Vol - % LEL in g/m 3 Ignition Temp in

Chương II ĐẦU DÒ XÚC TÁC LOẠI PELLISTOR [4], [5]

1 Giới thiệu chung

Đầu dò xúc tác loại pellistor đã được sử rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, trong các thiết bị phát hiện khí dễ cháy đơn điểm trong khoảng hơn 50 năm, bắt đầu từ khoảng những năm 1960

2 Cấu tạo

Đầu dò có cấu tạo tương đối đơn giản và dễ dàng để sản xuất Cấu tạo phụ thuộc vào các nhà sản xuất khác nhau nhưng cơ bản đề gồm những thành phần cơ bản sau:

 1 sợi platin hình xoắn ốc được phủ xúc tác nhạy khí, có vai trò là cảm biến

 1 sợi dây platin khác phủ vật liệu trơ không có hoạt tính xúc tác (như vàng) đóng vai trò bù lại sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm của môi trường khi cảm biến hoạt động, đóng vai trò là bộ tham chiếu

 Cả 2 sợi dây được cố định bằng cách quấn quanh 1 lõi sứ kim loại, thường là nhôm oxit và được treo độc lập bằng mỗi 2 chấu bằng niken

 Chúng được đặt bên trong lớp nilon chịu nhiệt và lớp lưới bằng thép để bảo

vệ đầu dò khỏi các tác động từ bên ngoài

Hình 2: Đầu dò (nhìn từ trên xuống) Hình 3:Sensor nhìn từ cạnh bên

Hình 4: Cảm biến khí xúc tác Hình 5: Hình ảnh thực tế đầu dò xúc tác

 Người ta sử dụng platin là do các nguyên nhân sau:

 Ở điều kiện thường các khí dễ cháy sẽ không cháy cho tới khi đạt được nhiệt

độ bốc cháy (ignition temperature) Tuy nhiên, trong điều kiện hoạt động hóa học chúng có thể bắt cháy ở nhiệt độ thấp hơn Hiện tượng này gọi là xúc tác cháy Hầu hết các oxit kim loại và hợp chất của chúng có đặc tính xúc tác Paladi, palatin, thori và các hợp chất của chúng là những chất xúc tác có hoạt tính cao nhất

 Platin có hệ số trở nhiệt lớn so với các kim loại khác Hệ số trở nhiệt của Pt tuyến tính trong khoảng nhiệt độ từ 5000C – 10000C, khoảng nhiệt độ cần thiết để cảm biến

 Bên cạnh đó Pt bền về mặt hóa học, là chất chống ăn mòn và có thể hoạt động ở nhiệt độ cao trong khoảng thời gian dài mà không bị biến tính Điều này giúp các cảm biến có thể sử dụng trong khoảng thời gian dài mà không cần thay thế, sửa chữa

 Cầu đo Wheatstone Bridge

Cầu đo Wheatstone Bridge

dùng để đo tín hiệu đầu ra của sensor

được phát minh bởi Sir Charles

Wheatstone bao gồm mạch cầu như

hình vẽ Mạch được nối với một

nguồn điện một chiều vào 2 nút, 2

nút còn lại được nối với với mạch đo

đầu ra

Hình 6: Cầu đo Wheatstone Bridge

R1 là điện trở cắt có vai trò giữ cho mạch cầu cân bằng Khi mạch cầu cân bằng thì

sẽ không có tín hiệu đầu ra Giá trị 2 điện trở RB và R1 được lựa chọn lớn đảm bảo tính chính xác của mạch cầu

3 Nguyên tắc hoạt động

Các đầu dò xúc tác hoạt động trên nguyên tắc tương đối đơn giản và hiệu quả trên

cơ sở là một khí dễ cháy có thể được oxy hóa để tạo ra nhiệt Kết quả là nhiệt độ thay đổi,

từ đó có thể được chuyển đổi, thông qua một Wheatstone cầu tiêu chuẩn, trở thành một tín hiệu cảm biến Tín hiệu đó có thể được sử dụng để kích hoạt báo động và bắt đầu quy trình phòng ngừa cháy nổ

Khi đầu dò hoạt động, một dòng điện khoảng 150mA sẽ nung nóng phần sứ xúc tác đến nhiệt độ 5000C, nhiệt độ này sẽ đốt cháy khí hydrocacbon tiếp xúc với nó làm tăng nhiệt độ và thay đổi điện trở của sensor hoạt động khi đó Wheatstone brigde sẽ không cân bằng gây ra độ chênh lệch điện thế Tín hiệu này được đo lại là cầu đo Do đó, giá trị điện

trở của bộ tham chiếu phải là hằng số trong suốt thời gian đo để có được kết quả chính xác nhất

Đầu ra của sensor tỉ lệ với tỉ lệ oxi hóa khí hydrocacbon Giá trị cực đại của đầu ra đạt được khi tỉ lệ thành phần hỗn hợp tuân theo phương trình phản ứng cháy Ví dụ đối với metan:

CH4 + 2O2 +8N2  CO2 + 2H2O + 8N2 Theo lý thuyết thì phản ứng xảy ra hoàn toàn khi tỉ lệ là 1 mol CH4 và 10 mol không khí, hay 9,09% methane trong hỗn hợp khí

Hình 7: Đặc tuyến điện áp tín hiệu ra phụ thuộc vào nồng độ khí methane của cảm

Tiếp tục tăng nồng độ methane thì tín hiệu đầu ra càng giảm dần về 0, hiện tượng này là do thiếu oxy cho phản ứng cháy xảy ra

Vùng nồng độ cókhả năng gây cháy nổ của khí là từ nồng độ LEL đến UEL, đối với mỗi loại khí cháy là khác nhau, ví dụ của methane (CH4) 5-15 %, propane (C3H8) 2-9 %

và hydro (H2) là 4-75 %

4 Độ nhạy tương đối

Sự biến thiên của % LEL của các khí khác nhau được gọi là độ nhạy tương đối Độ nhạy tương đối được xác định bằng thực nghiệm, và được đi kèm với thiết bị do nhà sản xuất cung cấp Việc tính toán độ nhạy tương đối thông qua hệ số điều chỉnh

Hệ số điều chỉnh cho phép người sử dụng có thể đo các loại khí Hydrocacbon khác nhau bằng cách nhân thêm 1 hệ số với kết quả đo được để có kết quả đo đạt cuối cùng

Người ta sử dụng methane làm khí chuẩn để điều chỉnh bởi vì:

 Khí methane là một khí rất phổ biến, thường gặp trong các hỗn hợp khí

 Khí methane cần sensor hoạt động ở nhiệt độ cao nhất so với các hydrocacbon khác

Hệ số điều chỉnh tùy thuộc vào loại sensor, tuổi thọ của sensor, do đó cách tốt nhất

là điều chỉnh sensor trực tiếp theo từng loại khí

Bảng 2: Hệ số điều chỉnh của một số loại khí của 1 loại sensor

5 Đặc điểm của đầu dò xúc tác

- Khoảng nhiệt độ hoạt động lớn: -400C đến 600C

- Độ ẩm trong khoảng 5-95%RH

- Áp suất trong khoảng:70-130kPa

- Độ chính xác của phép đo tương đối cao <±5%

- Thời gian hồi đáp nhanh: từ 10 đến 15s

- Thời gian sống dài: 2-3 năm, độ mất hoạt tính 5-10%/năm, phụ thuộc vào mục đích sử dụng, môi trường làm việc, loại sensor

- Sensor cần được kiểm tra, điều chỉnh sau khoảng thời gian 3-6 tháng hoạt động

 Nhược điểm

 Ngộ độc xúc tác

 Xúc tác của sensor có thể bị ngộ độc dẫn đến mất dần hoạt tính, giảm độ nhạy và độ chính xác của sensor, thậm chí có thẻ mấy hoạt tính hoàn toàn chỉ với 1 lượng nhỏ các tạp chất

 Những chất có thể gây ngộ độc xúc tác thường là Si, một thành phần phụ gia thường thấy trong dầu bôi trơn của các thiết bị Bên cạnh đó các hợp chất khác chứa lưu huỳnh, clo và các kim loại nặng trong khí thiên nhiên cũng là nguyên nhân gây ngộ độc xúc tác vĩnh viễn

 Một số tạp chất như các hợp chất chứa halogen có thể gây ức chế sensor xúc tác, làm mất hoạt tính tạm thời Sau khoảng thời gian 24-48h, sensor có thể trở lại hoạt động bình thường

 Phá hủy sensor

 Đầu dò có thể bị phá hủy, hỏng trong điều kiện nồng độ khí cháy quá cao, lượng nhiệt sinh ra quá lớn và quá trình oxi hóa diễn ra mạnh diễn ra trên bề mặt của sensor, làm giảm độ chính xác của sensor

Chương III CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI

Cảm biến xúc tác tồn tại một số nhược điểm như đầu dò dễ bị ngộ độc, bị ăn mòn dưới tác động của môi trường, phải duy trì oxi để đảm bảo độ chính xác của cảm biến và tuổi thọ cảm biến giảm khi sự phơi nhiễm khí được lặp lại nhiều lần Khác với các cảm biến xúc tác, cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc trực tiếp với khí cần đo Nếu như không tính đến sự ngưng tụ khí hay sự hạn chế do sự gia tăng nhiệt độ bề mặt thì cảm biến IR có thể đo chính xác và thậm chí đạt hiệu quả cao hơn trong các ứng dụng công nghiệp Chính

vì những lý do đómà cảm biến hồng ngoại ngày càng được sử dụng nhiều hơn để thay thế cho cảm biến xúc tác Chúng làm việc tốt ở nồng độ ôxy thấp hoặc trong môi trường acetylene Tuy nhiên, việc đầu tư cho các cảm biến hồng ngoại khá tốn kém

Cảm biến hồng ngoại hay cảm

biến IR (Infrared radiation sensor/

Infrared radiation detector) hoạt

động dựa trên sự phát và nhận tín

hiệu hồng ngoại để phát hiện rò rỉ

khí, đặc biệt là các Hydrocacbon

Hình 8: Đầu dò hồng ngoại

1 Lịch sử phát triển [6]

Các máy dò hồng ngoại được sử dụng để phát hiện, chụp hình, và đo năng lượng của bức xạ nhiệt mà tất cả các đối tượng phát ra Sự phát triển của cặp nhiệt điện và các nhiệt kế bức xạ bắt đầu vào thế kỷ 19 Các thiết bị này bao gồm một đầu dò duy nhất dựa vào sự thay đổi nhiệt độ của máy dò Công nghệ này đã phát triển và được sử dụng đến ngày nay Tuy nhiên, máy dò nhiệt thường nhạy cảm với tất cả các bước sóng hồng ngoại

và hoạt động ở nhiệt độ phòng Ngoài điều kiện này, chúng có độ nhạy tương đối thấp và phản ứng chậm

Đầu dò photon được phát triển để cải thiện độ nhạy và thời gian cho ra kết quả Chì sulfide (PbS) là đầu dò hồng ngoại đầu tiên được thực nghiệm Chúng nhạy với bước sóng hồng ngoại lên đến ~ 3 mm

Cuối những năm 1940 và đầu những năm 1950, một loạt các vật liệu mới được phát triển, sử dụng làm đầu dò hồng ngoại Selenua chì (PbSe), tellurua chì (PbTe), và indium antimonide (InSb) phát hiện đượcdải quang phổ rộng hơn so với PbS và nhạy trong khoảng bước sóng trung bình (MWIR)- 3-5

Vào cuối thập niên 1960 và đầu những năm 1970, các đầu dò quang dẫn sử dụng các kim loại bán dẫn như Hg, Cd, Te… cho phép xác định được các bức xạ hồng ngoại có bước sóng dài LWIR ở 80K.Kích thước các máy dò cũng nhỏ gọn hơn, nhẹ hơn và tiêu thụ điện năng ít hơn

Những năm 1970, công nghệ Silicon (PtSi) được hình thành và phát triển, tạo ra các đầu dò đã trở thành tiêu chuẩn cho các ứng dụng đo lường MWIR với độ phân giải cao Các máy dò quang điện như InSb, PtSi, và thiết bị dò MCT hoặc các chất quang dẫn trở kháng cao như PbSe, PBS, và các máy dò silicon có trở kháng phù hợp để giao tiếp với các đầu vào FET của máy hiển thị đa bộ Ngày nay, các đầu dò nguyên khối PtSi được sử dụng rộng rãi và phổ biến

2 Cơ sở lý thuyết [3]

Sự hấp thụ các bức xạ là một tính chất đặc trưng của các chất khí, thậm chí một số khí có thể hấp thụ các bước sóng trong phạm vi có thể nhìn thấy (0,4-0,8 μm) Đây là lý do tại sao clo có màu màu vàng, brom và nito dioxit có màu nâu đỏ, iốt có màu tím, Tuy nhiên, những màu sắc chỉ có thể được nhìn thấy ở nồng độ khá cao Hydrocarbon hấp thụ bức xạ trong khoảng bước sóng nhất định mà trong khoảng này, hơi nước, khí cacbonic, oxy, nitơ và argon không hấp thụ chính tính chất này có thể giúp chúng ta xác định nồng

độ của các hydrocacbon trong không khí Các dải hấp thụ của khí hydrocacbon thường nằm trong khoảng từ 3,2-3,5 μm của vùng hồng ngoại có bước sóng trung bình (MWIR),

và khoảng 7-14 μm của vùng hồng ngoại có bước sóng dài (LWIR) Tuy nhiên, khả năng hấp thụ của các Hydrocacbon trong khoảng bước sóng dài dao động rất lớn nên các bức xạ trong vùng này (LWIR) ít được sử dụng Trong các cảm biến, chủ yếu sử dụng bức xạ có bước sóng 3,4 μm thuộc vùng MWIR

Hình 9: Một phân tử methane sau khi hấp thụ bức xạ hồng ngoại sẽ chuyển động

hỗn loạn

CH4 + energy  CH4* (ở trạng thái kích thích)

Hình 10: Sự hấp thụ của khí methane và butane trong vùng hồng ngoại có bước

sóng trung bình và dài

Không khí có chứa các Hydrocacbon (ví dụ như C1, C2, C3…) sẽ làm giảm cường

độ của bức xạ hồng ngoại có bước sóng xác định khi đi qua nó Và độ giảm cường độ bức

xạ phụ thuộc vào nồng độ của các hydrocacbon trong hỗn hợp khí mà bức xạ đi qua

Đối với không khí: bức xạ hồng ngoại đi qua không bị suy giảm cường độ, nên không thu được tín hiệu đo

Đối với khí hydrocacbon: bức xạ hồng ngoại đi qua bị suy giảm cường độ, thu được tín hiệu đo tương ứng với nồng độ khí trong hỗn hợp

Vậy, ta có kết luận về mối tương quan giữa độ giảm cường độ đo được và nồng độ

khí hydrocacbon: Ứng với mỗi nồng độ khí xác định sẽ luôn luôn tạo ra cùng một độ giảm

cường độ bức xạ, do đó sẽ cho cùng một tín hiệu đo