2014年と2015年に、ミシガン州フリント市は、市の飲料水に高濃度の鉛やその他の汚染物質が検出され、公衆衛生危機に直面しました。その結果、レジオネラ症の流行により12人が死亡し、さらに多くの人が重篤な病気にかかった。鉛パイプにより飲料水中の鉛濃度が危険なレベルに達したが、排出ガスを適切に検出していれば感染拡大は防げたかもしれない。
排出センサーは、産業、医療、研究、日常生活における環境の監視と制御に重要な役割を果たします。水中の鉛や放射線の濃度が高いなど、多くの種類の排出物は悪影響を及ぼす可能性がありますが、これらの排出物を監視することで、人間の健康を守り、環境を保護し、プロセスのパフォーマンスを維持し、規制への準拠を確保し、品質管理を行うことができます。この記事では、さまざまな種類のセンサーと、それらが監視するように設計された排出物について説明します。
粒子状物質の排出
粒子状物質の排出には、ほこり、煙、汚染物質などの化合物が含まれます。 揮発性有機化合物（VOC）、細菌、化学物質など。粒子状物質の排出は多岐にわたるため、水中や空気中の粒子状物質の排出を検出するためにさまざまなセンサー技術が使用されています。このセンサーファミリーの最も一般的な用語は「水または 空気質センサー「しかし、それらを動かすテクノロジーは、アプリケーションによって大きく異なる可能性があります。
空気粒子およびVOCセンサー
レーザーは空気中の微粒子を感知するための不可欠なツールです。たとえば、 Honeywell HPM シリーズ粒子センサーは、レーザー光源を使用して、検出チャンバーを通過する粒子を照射します。光が粒子に反射して散乱すると、フォトダイオード検出器が受信したレーザー信号を分析して超微粒子物質を検出します。このセンサー シリーズは、PM1.0、PM2.5、PM4.0、PM10粒子の範囲の粒子状物質 (PM) を検出し、クリーンルーム、HVACシステム、空気清浄装置の空気質モニターに使用できます。PM1.0 – PM10粒子は幅が1ミクロン未満から10ミクロンの範囲で、ほこり、花粉、胞子、細菌、ウイルス、煙などの粒子が含まれます。
VOCは重大な健康問題を引き起こす可能性があり、その大きさや組成はさまざまです。SensirionAGの SGP40-D-R4 などのVOCセンサーには、金属酸化物センサー技術に基づくCMOSensセンサー システムが統合されています。VOCが存在する場合、特別に設計された金属酸化物フィルムが半導体材料の抵抗を変化させ、その後、フィルム上のVOCの検出を示す電気信号を送信します。金属酸化物センサーは、半導体の特性を操作し、センサー温度を変更することで、特定のガスを含む他の物質を検出するように調整することもできます。
水質検知センサー
水中の粒子状物質を検出するために、2つの一般的なセンサー技術が使用されます。電気化学センサーはミネラル、金属、pHレベルを検出し、光学センサーは分散した固形物、色、透明度を検出します。
たとえば、Analog Devicesの CN0428 センサーは、検出プローブを介して1つの反応物から別の反応物への電子の移動を測定することにより、電気化学的酸化還元 (レドックス) 反応センシングを採用しています。この方法は、水中の鉛などの重金属、その他の不要な化学物質、細菌、生物学的粒子を検出するために使用されます。
もう1つの一般的なタイプの水質センサーは、光送信機/受信機システムを使用して、一般に水の透明度と呼ばれる水の濁度を検出します。濁度は、粘土、シルト、マイクロプラスチック、藻類、堆積物、その他の有機物などの浮遊粒子によって影響を受ける可能性があります。Analog Devicesの CN0409 センサーは、赤外線エミッターとフォトダイオードを使用して、+/- 0.5FTUの許容範囲で0 ～ 1000FTUの水の濁度を測定します。参考までに、飲料水の濁度に関するEPAの制限は1 FTUです。
ガス排出センサー
ガス排出は、CO2、窒素酸化物、一酸化炭素などの温室効果ガスや自動車排出ガスに最も関連しています。ただし、ガスの排出は、工業施設、電力会社、塗料、溶剤、化学蒸気、さらには火山などの自然発生源から発生することもあります。
最も有名な温室効果ガス排出物である二酸化炭素は、さまざまな用途で最も監視されているガスの1つです。たとえば、 SCD4X などのCO2センサーは、信号機の表示器、需要制御換気、農業用温室、室内空気質の監視などに使用できます。このセンサーは、 熱質量 測定原理を利用し、MEMS熱量測定センサーとマイクロ加熱素子を統合して、ガスの流れ中の温度プロファイルを生成します。異なるガスが膜を流れると、熱プロファイルが変化します。この変化は、膜上に存在するさまざまなガスの濃度を示すために使用されます。
オゾンは心臓や肺の病気を引き起こす可能性のある有害な汚染物質です。窒素酸化物（化石燃料の燃焼による副産物）がVOC、熱、日光にさらされると、気体化学反応によって高濃度のオゾンが発生する可能性があります。高濃度のオゾンは軟組織を損傷し、人間、動物、植物の健康に害を及ぼす可能性があります。このため、オゾンセンサーは都市部では非常に一般的であり、高レベルのオゾンが存在する場合に当局に警告するために使用されています。SEN0321 のようなオゾンセンサーは、上記の金属酸化物センサーと同じ電気化学原理を使用しており、0～10 ppmの範囲のオゾン濃度を検出できます。
最後に、赤外線ガス検知器を使用すると、ガスの排出を非常に高い精度で測定できます。これらの高度に特殊化されたセンサーアセンブリは、ガスサンプルを通して指定された周波数の赤外線を放射することにより、ガスの組成を測定します。サンプル内に対象ガスが存在する場合、赤外線の特定の波長が吸収されます。吸収率に応じて、赤外線検出器によって特定のガスの濃度を検出することができます。赤外線ガス検知器には、KEMETの USEQGSEx シリーズのような小型デバイスから、広範囲のガスを同時に検知する非常に大型の特殊センサー アセンブリまで、さまざまなものがあります。
排出センサーと検出の重要性
排出検出は、産業、医療、自治体、研究の各分野における環境の監視と制御に不可欠なツールです。ミシガン州フリントの水危機は、公衆衛生を守るための積極的な監視および検出システムの必要性を浮き彫りにしました。
この記事で言及したさまざまなセンサーとテクノロジーは、さまざまな排出物を検出することができます。ほぼすべての排出検出アプリケーションにはソリューションがあります。政府、企業、研究者は排出センサーを活用して、すべての人にとってより安全で、より健康的で、より持続可能な環境を作り出す必要があります。
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