Oxygène (O2)

LA TECHNOLOGIE DES CAPTEURS D’OXYGÈNE EXPLIQUÉE

La surveillance de la teneur en oxygène (O₂) est un élément essentiel de tout programme de sécurité environnementale.

Que l’équipement d’analyse surveille l’appauvrissement en oxygène, recherche une contamination potentielle ou maintienne les normes et protocoles de sécurité atmosphérique, une surveillance précise et fiable de l’O₂ est essentielle.

Qu’est-ce qu’un capteur d’oxygène et comment fonctionne-t-il exactement? Les principes de fonctionnement de tout capteur d’oxygène peuvent se résumer de trois façons:

1. Une RÉACTION CHIMIQUE qui génère des électrons en présence d’oxygène.
2. Un CHANGEMENT D’INTENSITÉ DE LA LUMIÈRE émise par un matériau fluorescent lorsqu’il est exposé à l’oxygène.
3. Un CHANGEMENT DE LA LONGUEUR D’ONDE d’un son, d’une lumière ou d’un champ magnétique lorsque l’oxygène le traverse.

Bien que chacun de ces principes ait ses forces et ses faiblesses, l’équipe d’ingénierie et de développement d’Analox utilise principalement trois technologies de détection de l’oxygène, à savoir l’ÉLECTROCHIMIE, le PARAMAGNÉTISME et le DIOXYDE DE ZIRCONIUM. Étant donné que chaque technologie présente des forces et des propriétés différentes, des moniteurs différents présentant les différentes technologies sont utilisés dans des applications différentes. Analox fournit actuellement des capteurs d’oxygène, des moniteurs d’appauvrissement et d’enrichissement en oxygène, et des alarmes pour des secteurs tels que l’alimentation et les boissons, l’hôtellerie, la médecine, les laboratoires de recherche, l’agriculture, l’exploration aérospatiale et spatiale, les sous-marins, les navires militaires, ainsi que la plongée commerciale et récréative.

La plupart des capteurs, détecteurs et moniteurs d’oxygène sont conçus pour mesurer entre zéro et 25 pour cent d’oxygène par volume, ou dans l’air respirable.

La majorité de la détection de l’oxygène se fait par une simple réaction chimique. Le processus le plus courant est une réaction ÉLECTROCHIMIQUE. Les sondes d’oxygène utilisant ce procédé sont principalement utilisées pour mesurer les niveaux d’O2 dans l’air ambiant et pour mesurer des niveaux de traces ultra faibles en tant que contaminants dans les gaz purs. Le capteur mesure la réaction chimique qui est créée par la sortie électrique, qui est proportionnelle aux changements du niveau d’oxygène. Dans ce cas, certains capteurs électrochimiques produisent leur propre courant analogique, ce qui signifie qu’ils peuvent être auto-alimentés.

Cette dynamique essentielle fait que les capteurs électrochimiques sont très recherchés en raison de leur faible consommation d’énergie et de leurs limites de détection plus basses. Les unités sont souvent moins directement affectées par les autres contaminants gazeux. Vous devez également vérifier auprès du fabricant si le capteur est sensible à d’autres gaz.

Ils ont également tendance à être le type de capteur d’oxygène le moins cher.

L’une des difficultés des capteurs d’oxygène électrochimiques est que le processus chimique qu’ils utilisent dépend de la température. Les résultats de la plupart des capteurs électrochimiques dans des environnements à température élevée dépendent de la compensation de température pour fournir des lectures fiables dans un large éventail de conditions ambiantes.

Un autre facteur à prendre en compte concernant les capteurs d’oxygène électrochimiques est qu’avec le temps, la réaction chimique s’arrête, généralement entre un et trois ans selon la conception du capteur. En vieillissant, le capteur nécessite un ré-étalonnage fréquent et n’est pas aussi précis que les autres capteurs.

Les capteurs électrochimiques sont très demandés, car ils sont les moins coûteux en raison de leur faible consommation d’énergie et de leur capacité à « s’auto-alimenter ».

Les moniteurs d’oxygène utilisant la technologie des capteurs électrochimiques du groupe Analox comprennent les populaires AX60+, ACG+, Aspida, SDA Oxygen et SDA Dual Oxygen, SV-MULTISENSOR 2 et l’O2 portable.

Un autre capteur d’oxygène électrochimique qui est utilisé dans pratiquement toutes les voitures aujourd’hui est le DIOXYDE DE ZIRCONIUM. Un scientifique lauréat du prix Nobel, Walter Nernst, a découvert que si l’on prend de l’oxyde de zirconium, un type de céramique assez courant, qu’on le fait chauffer à 600 °C et que l’on place un circuit électrique à travers lui, une charge est créée si de l’oxygène est présent d’un des côtés du circuit.

Les capteurs d’oxygène qui utilisent le dioxyde de zirconium sont une autre forme de capteurs électrochimiques. Le dioxyde de zirconium de l’unité est recouvert d’une fine couche de platine, formant une pile à combustible électrochimique à l’état solide. Le monoxyde de carbone, s’il est présent dans le gaz d’essai, subit une oxydation par l’O2, formant du CO2 et déclenchant ainsi le passage d’un courant. Plutôt que de détecter directement l’O2, le capteur de dioxyde de zirconium détecte la différence entre la concentration d’O2 dans l’air normal et dans les gaz d’échappement.

Contrairement aux autres capteurs électrochimiques, les capteurs à base de dioxyde de zirconium réagissent extrêmement bien dans les environnements à forte chaleur. Les capteurs sont généralement utilisés dans les moteurs automobiles, les environnements médicaux et les laboratoires. La gamme de produits Analox Venus utilise le procédé à base de dioxyde de zirconium.

Un aspect unique de l’oxygène est qu’il possède la propriété très particulière du PARAMAGNÉTISME. Si vous envoyez de l’oxygène entre deux aimants, la molécule d’oxygène se retourne et s’aligne avec le magnétisme, tout comme de la limaille de fer. Très peu d’autres gaz le font. En inversant le flux des gaz, un très petit miroir déplace un faisceau lumineux, qui est mesuré.

Cette technologie est la plus précise des trois et la technologie de détection paramagnétique est le choix sur lequel se portent les industries pour lesquelles l’exactitude, la précision et la performance, sont vitales. Les capteurs paramagnétiques sont disponibles dans une gamme de 0 à 100 %. Cela comprend la production de gaz et les unités de séparation des gaz de l’air (ASU), les installations, les hôpitaux, la production alimentaire et les installations d’emballage à air modifié. Un autre avantage majeur de l’approche paramagnétique est que peu d’autres gaz peuvent affecter les résultats des mesures – beaucoup moins qu’avec les autres techniques.

La cellule paramagnétique du capteur se compose de deux sphères en verre remplies d’azote, montées dans un champ magnétique adjacent à un miroir placé au centre. Lorsque la lumière brille sur le miroir, elle est réfléchie sur une paire de cellules photoélectriques. L’oxygène étant naturellement paramagnétique, il est attiré par le champ magnétique, déplaçant les sphères de verre et provoquant la rotation de la suspension, laquelle est détectée par les cellules photoélectriques. La quantité de ce courant est directement proportionnelle à l’O₂ présent dans le mélange gazeux de l’échantillon.Le niveau d’O₂ ainsi mesuré est très précis.

Contrairement aux technologies de détection électrochimique, une cellule paramagnétique a rarement besoin d’être changée et ses performances ne se détériorent jamais avec le temps, ce qui réduit les besoins de maintenance et assure une longue durée de vie opérationnelle. Cette longévité et cette fiabilité ont un coût, car les moniteurs équipés de cellules paramagnétiques sont souvent les capteurs les plus chers. Cependant, lorsqu’il s’agit d’environnements spécialisés tels que les salles d’opération des hôpitaux et les installations de test, le coût n’est généralement pas un facteur décisif dans le choix du moniteur.

L’équipe de développement d’Analox possède l’expertise technique et la capacité de créer des options OTS (off-the-shelf) ou MOTS (modified off-the-shelf) qui peuvent incorporer une, deux, ou les trois options de capteur selon l’application et l’environnement spécifique. Pour plus d’informations sur la technologie de détection de l’oxygène, les moniteurs ou les détecteurs, contactez directement le groupe Analox.