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A detecção de gases é uma função crítica, mas a tecnologia não mudou em décadas. Então, quando ouvi falar de um novo tipo de sensor da NevadaNano (Sparks, NV), decidi entrevistar Ben Rogers, seu Diretor de Engenharia.

Eles chamam seu sensor, um dispositivo baseado em MEMS, de Molecular Property Spectrometer™ (MPS™).

O Sensor de Gases Inflamáveis ​​MPS pode detectar e identificar as concentrações de 12 dos gases combustíveis mais comuns, incluindo hidrogênio; o Sensor de Gás Metano MPS foi projetado para monitorar vazamentos de metano nas indústrias de petróleo e gás; o Sensor de Gás Refrigerante MPS detecta refrigerantes levemente inflamáveis ​​e de baixo aquecimento global — tudo baseado na mesma tecnologia. De acordo com Rogers, seu sensor é muito mais preciso e confiável do que o Pellistor tradicional (sensor de esfera catalítica) e o sensor infravermelho não dispersivo (NDIR). A maioria dos sensores tradicionais possui um revestimento que estimula algum tipo de reação química. O problema é que, com o tempo, os locais de detecção que permitem a reação podem ser destruídos. O MPS, entretanto, é uma superfície inerte à base de silício, que não requer nenhuma reação química. Ele aquece, mede as propriedades termodinâmicas do ar e depois esfria novamente, podendo durar 10 anos ou mais sem qualquer calibração, segundo Rogers.

O MPS é construído em um pacote do tamanho de uma polegada, conforme mostrado na Figura 1. O ar a ser testado entra pela tela de malha na parte superior e atinge uma microplaca de aquecimento suspensa e amarrada, que tem o mesmo diâmetro de um fio de cabelo humano - 100 mícrons de diâmetro. A placa de aquecimento pode ser aquecida até centenas de graus Celsius. A fonte de calor é um aquecedor Joule, no qual uma corrente elétrica é alimentada através de um elemento resistivo, conforme mostrado na figura 1. A corrente entra por uma das cordas, gira e sai por esse traço. “Podemos medir a resistência da placa de aquecimento, o que nos dá a sua temperatura e também a potência necessária para atingir essa temperatura”, disse Rogers. A relação entre a temperatura da placa e a potência necessária para atingir essa temperatura é função da condutividade térmica do ar. Quando o ar contém gases, suas propriedades térmicas mudam. Por exemplo, se o metano estiver presente no ar e a placa de aquecimento for aquecida, uma vez que o metano é mais condutor térmico do que o ar, é necessária mais energia para manter a placa de aquecimento na temperatura certa do que quando o metano não está presente.

Chave para suas propriedades únicas, o MPS é um dispositivo MEMS, produzido de forma semelhante aos chips de silício: em uma fundição; e por ser um dispositivo MEMS requer muito pouca energia para funcionar. “Nunca houve um sensor de combustível que pudesse informar a classe de gás que você está detectando. Quando fazemos uma detecção, também fornecemos uma classificação. Por exemplo, o sensor informa a concentração presente e se é hidrogênio, ou um gás médio como o pentano, ou uma mistura de hidrogênio”, disse Rogers. “Os sensores de gás tradicionais nunca tiveram a capacidade de fazer classificação. É isso que nos torna tão precisos: porque podemos ajustar a nossa calibração para qualquer gás que esteja presente.”

A unidade de concentração que importa é o Limite Explosivo Inferior (LEL), que é a menor concentração (por porcentagem de volume) de um gás no ar que é capaz de produzir um clarão de fogo na presença de uma fonte de ignição. Como os usuários desejam saber o quão perto estão de 50% do LEL, a capacidade de identificar qual gás está presente é importante porque o LEL de cada gás é diferente.

A Figura 2 mostra gráficos de concentração entregue versus concentração relatada. Ele ilustra um dos principais problemas com sensores neste espaço. Um sensor perfeito informa exatamente o que é relatado – vai direto ao meio. Um sensor que reporte excessivamente a concentração irá disparar um alarme demasiado cedo, dando um falso positivo dispendioso. A subnotificação dá um falso negativo, o que é perigoso. Idealmente, você gostaria que a curva ficasse bem no meio. Como pode ser visto no gráfico à direita, a precisão do sensor MPS está correta para sete gases diferentes.