Mengenal Lebih Dekat Detektor Gas, Detektor gas adalah alat yang memeriksa keberadaan gas di suatu ruangan, seringkali sebagai tindakan pengamanan. Operator di sekitar kebocoran gas mungkin mendengar alarm dari detektor gas, memberi mereka kesempatan untuk melarikan diri. Peralatan semacam ini sangat penting karena banyak gas berpotensi menjadi racun bagi kehidupan organik, termasuk manusia dan hewan.

Penipisan oksigen dan gas beracun, mudah terbakar, dan mudah terbakar semuanya dapat ditemukan dengan detektor gas. Instrumen semacam ini sering digunakan dalam industri dan ditemukan di tempat-tempat seperti rig minyak untuk mengawasi prosedur produksi dan teknologi mutakhir seperti fotovoltaik. Mereka bisa digunakan untuk memadamkan api.

Metode menemukan kebocoran gas yang berpotensi berbahaya menggunakan sensor dikenal sebagai deteksi kebocoran gas. Selain itu, kamera termal dapat digunakan untuk identifikasi visual. Saat ada bahan kimia berbahaya, sensor ini sering kali menggunakan peringatan suara untuk memperingatkan orang. Pengecatan, pengasapan, pengisian bahan bakar, konstruksi, penggalian tanah yang terkontaminasi, operasi TPA, memasuki ruang terbatas, dan aktivitas lain juga dapat membuat pekerja terpapar asap berbahaya. Sensor umum termasuk sensor logam-oksida-semikonduktor (MOS), sensor titik inframerah, detektor fotoionisasi, sensor gas yang mudah terbakar, sensor ultrasonik, dan detektor fotoionisasi. Sensor pencitraan inframerah sudah mulai digunakan lebih akhir-akhir ini. Semua sensor ini digunakan untuk berbagai aplikasi dan dapat ditemukan di pabrik industri, kilang, pabrik farmasi, fasilitas fumigasi, pabrik bubur kertas, fasilitas pesawat terbang dan pembuatan kapal, dan operasi hazmat. Nah, sekarang mari kita mengenal lebih dekat detektor gas.

Sejarah Singkat Gas Detector

Menyusul penemuan efek negatif gas berbahaya bagi kesehatan manusia, teknik deteksi kebocoran gas menjadi sorotan. Teknik deteksi dini bergantung pada detektor gas yang kurang akurat sebelum pengembangan sensor elektronik kontemporer. Penambang batu bara menggunakan burung kenari sebagai sistem peringatan dini terhadap gas yang mengancam jiwa termasuk karbon dioksida, karbon monoksida, dan metana selama abad ke-19 dan awal abad ke-20. Burung kenari, yang biasanya cukup vokal, akan berhenti berkicau dan akhirnya mati jika tidak dibebaskan dari gas-gas ini, mengingatkan para penambang untuk segera keluar dari lubang.

Sir Humphry Davy (dari Inggris) menciptakan lampu pengaman nyala api, sering dikenal sebagai lampu Davy, pada tahun 1815 untuk mengidentifikasi keberadaan metana (redamp) di tambang batu bara bawah tanah. Itu adalah detektor gas pertama yang digunakan di era industri. Nyala api minyak di lampu pengaman nyala dinaikkan ke ketinggian yang telah ditentukan di udara terbuka. Dengan lampu ini, nyala api dibatasi di dalam selongsong kaca dengan penahan api jaring untuk menghindari pengapian. Kehadiran metana membuat nyala api lebih tinggi, sementara kekurangan oksigen membuatnya lebih rendah. Lampu pengaman api masih digunakan sampai sekarang di beberapa bagian dunia.

Dengan penemuan sensor pembakaran katalitik (LEL) Dr. Oliver Johnson pada tahun 1926–1927, era modern pendeteksian gas dimulai. Saat bekerja untuk Standard Oil Company di California (sekarang Chevron), Dr. Johnson mulai mengembangkan teknik untuk mengidentifikasi kombinasi yang mudah terbakar di udara untuk membantu mencegah ledakan tangki penyimpanan bahan bakar. Model A dibuat pada tahun 1926 sebagai model pameran. Pada tahun 1927, dengan diperkenalkannya Model B, pembuatan meteran “indikator uap listrik” pertama yang berguna dimulai.

Oliver Johnson dan Phil Williams mendirikan Johnson-Williams Instruments (atau J-W Instruments) di Palo Alto, California, bisnis deteksi gas pertama dalam sejarah. Bisnis elektronik pertama Silicon Valley dikenal sebagai J-W Instruments. Pengembangan detektor oksigen portabel, instrumen pertama yang dapat secara bersamaan mendeteksi oksigen dan gas/uap yang mudah terbakar, dan banyak “pertama” lainnya di era modern pendeteksian gas dirintis oleh J-W Instruments selama 40 tahun berikutnya.

Sebelum pengenalan detektor gas karbon monoksida rumah tangga elektronik pada 1980-an dan 1990-an, keberadaan karbon monoksida terdeteksi menggunakan kertas yang diresapi bahan kimia yang menjadi coklat saat terkena gas. Banyak teknologi dan perangkat elektronik telah dikembangkan sejak saat itu untuk mendeteksi, memantau, dan memperingatkan kebocoran berbagai macam gas.

Sensor gas elektronik telah diimplementasikan ke perangkat yang lebih luas karena biaya dan kinerjanya telah meningkat. Gas sensor awalnya digunakan di mobil untuk mengatur emisi mesin, tetapi sekarang juga digunakan untuk menjaga kenyamanan dan keselamatan penumpang. Karbon dioksida yang menggunakan sensor dipasang di gedung sebagai bagian dari sistem ventilasi yang dikendalikan permintaan. Sistem sensor gas yang canggih sedang dieksplorasi untuk aplikasi dalam sistem diagnostik, pemantauan, dan terapi medis, jauh melampaui penggunaan awalnya di ruang operasi. Monitor gas dan alarm untuk karbon monoksida dan gas beracun lainnya semakin banyak tersedia untuk penggunaan di tempat kerja dan rumah, dan menjadi wajib secara hukum di beberapa area.

Detektor awalnya dirancang untuk mendeteksi gas tunggal. Detektor modern dapat mendeteksi banyak gas beracun atau mudah terbakar, atau bahkan kombinasi keduanya. Penganalisis gas yang lebih baru dapat memisahkan sinyal komponen dari wewangian yang kompleks untuk mengidentifikasi banyak gas pada saat yang bersamaan.

Pada 1990-an, sensor metal-oxide-semiconductor (MOS) diperkenalkan. G. Sberveglieri, G. Faglia, S. Groppelli, P. Nelli, dan A. Camanzi menunjukkan sensor gas MOS pertama yang diketahui pada tahun 1990. Sensor MOS sejak saat itu telah menjadi pendeteksi gas utama di lingkungan.

Jenis-Jenis Detektor Gas

Gas detector dikategorikan berdasarkan cara kerjanya (semikonduktor, oksidasi, katalitik, fotoionisasi, inframerah, dan sebagainya). Pendeteksi gas ini diklasifikasikan menjadi dua jenis: perangkat portabel dan detektor gas tetap.

Detektor portabel dipegang dengan tangan atau dikenakan pada pakaian atau ikat pinggang/harness untuk memantau lingkungan di sekitar personel. Detektor gas ini sering ditenagai oleh baterai. Ketika jumlah uap gas yang berbahaya ditemukan, mereka mengirimkan peringatan melalui tanda-tanda yang dapat didengar dan terlihat seperti alarm dan lampu berkedip.

Detektor gas tipe tetap dapat mendeteksi satu atau beberapa jenis gas. Detektor tetap biasanya dipasang di area proses pabrik atau ruang kontrol, atau di lokasi yang terlindungi, seperti kamar tidur rumah. Sensor industri biasanya dipasang pada struktur baja ringan tipe tetap, dengan kabel yang menghubungkan detektor ke sistem pengawasan dan akuisisi data (SCADA) untuk pemantauan terus menerus. Dalam keadaan darurat, interlock yang tersandung dapat diaktifkan.

• Elektrokimia

Detektor gas elektrokimia berfungsi dengan memungkinkan gas melewati membran berpori ke elektroda, di mana mereka dioksidasi atau direduksi secara kimiawi. Kuantitas arus yang dihasilkan diatur oleh jumlah gas yang teroksidasi pada elektroda, yang menunjukkan konsentrasi gas[5]. Produsen dapat mempersonalisasi detektor gas elektrokimia dengan memodifikasi penghalang berpori untuk mendeteksi rentang konsentrasi gas tertentu. Selain itu, karena penghalang difusi adalah penghalang fisik/mekanis, detektor cenderung lebih stabil dan andal selama masa pakai sensor, membutuhkan perawatan yang lebih sedikit daripada teknologi detektor awal lainnya.

Namun, sensor rentan terhadap elemen korosif atau kontaminasi bahan kimia dan mungkin hanya bertahan 1-2 tahun sebelum perlu diganti. Detektor gas elektrokimia digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk kilang, turbin gas, pabrik kimia, fasilitas penyimpanan gas bawah tanah, dan lain-lain.

• Katalitik manik

Sensor catalytic bead (pellistor) sering digunakan untuk menilai gas mudah terbakar yang menimbulkan bahaya ledakan pada konsentrasi antara batas ledakan bawah (LEL) dan batas ledakan atas (UEL). Manik-manik aktif dan referensi dengan gulungan kawat platinum ditempatkan pada lengan berlawanan dari rangkaian jembatan Wheatstone dan dipanaskan secara elektrik hingga beberapa ratus derajat Celcius. Manik aktif mengandung katalis, yang menyebabkan senyawa yang mudah terbakar teroksidasi, selanjutnya memanaskan manik dan mengubah hambatan listriknya.

Perbedaan voltase yang dihasilkan antara manik-manik aktif dan pasif terkait dengan konsentrasi semua gas dan uap yang mudah terbakar yang ada. Pellistors mengukur hampir semua gas yang mudah terbakar, namun mereka lebih sensitif terhadap molekul kecil yang bergerak lebih cepat melalui sinter. Biasanya, konsentrasi yang dapat dideteksi bervariasi dari beberapa ratus ppm hingga beberapa persen volume. Sensor semacam itu terjangkau dan tahan lama, tetapi harus diuji dengan beberapa persen oksigen di lingkungan, dan dapat diracuni atau dihambat oleh zat seperti silikon, asam mineral, senyawa organik terklorinasi, dan senyawa belerang.

• Fotoionisasi

Detektor fotoionisasi (PID) mengionisasi molekul dalam sampel gas menggunakan lampu UV berenergi foton tinggi. Jika energi ionisasi senyawa lebih kecil daripada energi foton lampu, satu elektron dikeluarkan, dan arus berikutnya sebanding dengan konsentrasi molekul. Energi foton lampu umum meliputi 10,0 eV, 10,6 eV, dan 11,7 eV; lampu 10,6 eV biasa biasanya bertahan selama bertahun-tahun, namun lampu 11,7 eV biasanya hanya bertahan beberapa bulan dan hanya digunakan jika tidak ada alternatif lain yang tersedia. Berbagai macam bahan kimia dapat diidentifikasi pada konsentrasi mulai dari beberapa bagian per miliar (ppb) hingga ribuan bagian per juta (ppm). Aromatik dan alkil iodida; olefin, senyawa belerang, amina, keton, eter, alkil bromida, dan ester silikat; ester organik, alkohol, aldehida, dan alkana; hidrogen sulfida, amonia, fosfin, dan asam organik adalah beberapa jenis komponen yang dapat dideteksi.

Tidak ada reaksi terhadap komponen udara biasa atau asam mineral. Keuntungan utama PID adalah sensitivitasnya yang tinggi dan kemudahan penggunaan; kerugian utama adalah bahwa bacaan tidak spesifik majemuk. Baru-baru ini, PID dengan tabung pra-filter telah dirancang untuk meningkatkan spesifisitas bahan kimia seperti benzena dan butadiena. PID banyak digunakan dalam kebersihan industri, hazmat, dan pemantauan lingkungan sebagai perangkat tetap, genggam, dan pakaian kecil.

• Titik inframerah

Sensor titik inframerah (IR) menggunakan radiasi yang melewati volume gas tertentu; energi dari sinar sensor diserap pada panjang gelombang yang berbeda tergantung pada gas tertentu. Karbon monoksida, misalnya, menyerap panjang gelombang mulai dari 4,2 hingga 4,5 m. Energi dalam panjang gelombang ini dibandingkan dengan energi dalam panjang gelombang di luar rentang serapan; perbedaan energi antara kedua panjang gelombang ini sebanding dengan jumlah gas yang ada.

Jenis sensor ini berguna karena tidak perlu dicelupkan ke dalam gas untuk mendeteksinya dan dapat digunakan untuk penginderaan jauh. Hidrokarbon[8] dan gas aktif inframerah lainnya seperti uap air dan karbon dioksida dapat dideteksi dengan sensor titik inframerah. Sensor inframerah biasanya ditemukan di pabrik pengolahan air limbah, kilang, turbin gas, pabrik kimia, dan fasilitas lain di mana terdapat gas yang mudah terbakar dan kemungkinan ledakan. Penginderaan jauh memungkinkan pemantauan area ruang yang sangat luas.

Aplikasi lain untuk sensor IR adalah emisi mesin. Sensor akan mendeteksi karbon monoksida tingkat tinggi atau gas anomali lainnya di knalpot kendaraan dan mungkin dihubungkan ke sistem elektronik kendaraan untuk mengingatkan pengemudi.

• Pencitraan dengan cahaya inframerah

Tersedia sensor pencitraan inframerah aktif dan pasif. Untuk mendeteksi cahaya hamburan balik pada panjang gelombang garis serapan gas target tertentu, sensor pencitraan IR biasanya memindai laser melintasi bidang pandang pemandangan. Sensor pencitraan inframerah pasif mendeteksi perubahan spektral pada setiap piksel dalam gambar dan mencari tanda spektral spesifik yang mengindikasikan keberadaan gas target.[9] Bahan kimia yang dapat dicitrakan sama dengan bahan kimia yang dapat dideteksi dengan detektor titik inframerah, tetapi gambar tersebut dapat membantu dalam menentukan sumber gas.

• Semikonduktor

Sensor semikonduktor mendeteksi gas menggunakan reaksi kimia yang terjadi saat gas bersentuhan dengan sensor. Timah dioksida adalah zat yang paling sering digunakan dalam sensor semikonduktor, dan ketika bersentuhan dengan gas yang dipantau, hambatan listrik di sensor berkurang. Timah dioksida memiliki resistansi kira-kira 50 k di udara tetapi dapat turun menjadi sekitar 3,5 k dengan adanya 1% metana. Perubahan resistansi digunakan untuk menghitung konsentrasi gas. Sensor semikonduktor sering digunakan untuk mendeteksi hidrogen, oksigen, uap alkohol, dan gas berbahaya seperti karbon monoksida. Sensor karbon monoksida adalah salah satu aplikasi paling umum untuk sensor semikonduktor. Mereka juga dapat ditemukan di breathalyzers. Semikonduktor dengan sensor bekerja pada jarak yang lebih pendek daripada titik inframerah atau detektor ultrasonik karena mereka harus bersentuhan dengan gas untuk mendeteksinya.

Pengindra MOS mampu mendeteksi berbagai gas, termasuk karbon monoksida, sulfur dioksida, hidrogen sulfida, dan amonia. Hal ini telah menjadi kunci pendeteksi gas lingkungan sejak tahun 1990-an. Sensor MOS, terlepas dari keserbagunaannya, menderita sensitivitas silang kelembaban. Interaksi ion hidroksil dengan permukaan oksida dianggap sebagai asal dari perilaku tersebut. Optimalisasi algoritmik telah digunakan untuk mencoba mengurangi interferensi tersebut.

• Ultrasonik

Detektor kebocoran gas ultrasonik bukanlah detektor gas itu sendiri. Mereka mendeteksi emisi akustik yang dihasilkan ketika gas bertekanan mengembang melalui celah kecil (kebocoran) di lingkungan bertekanan rendah. Mereka mendeteksi perubahan kebisingan latar belakang lingkungan mereka menggunakan sensor akustik. Karena sebagian besar kebocoran gas bertekanan tinggi menghasilkan suara dalam rentang ultrasonik 25 kHz hingga 10 MHz, sensor dapat dengan mudah membedakan frekuensi ini dari kebisingan akustik latar belakang dalam rentang suara 20 Hz hingga 20 kHz.[15] Ketika ada penyimpangan ultrasonik dari keadaan normal kebisingan latar belakang, detektor kebocoran gas ultrasonik menghasilkan alarm.

Detektor gas ultrasonik sebagian besar digunakan untuk penginderaan jauh di lokasi luar ruangan di mana cuaca dapat dengan mudah menghilangkan gas yang keluar sebelum mencapai detektor kebocoran, yang memerlukan kontak dengan gas untuk mendeteksinya dan membunyikan peringatan. Detektor ini banyak digunakan di anjungan minyak/gas lepas pantai dan darat, kompresor gas dan stasiun meteran, pembangkit listrik turbin gas, dan fasilitas lain yang memiliki sejumlah besar saluran pipa luar ruangan.

• Holografik

Refleksi cahaya digunakan dalam sensor gas holografik untuk mendeteksi perubahan matriks film polimer yang mengandung hologram. Karena hologram memantulkan cahaya pada panjang gelombang tertentu, perubahan komposisi dapat menghasilkan pantulan warna-warni yang menunjukkan adanya molekul gas. Sensor holografik, di sisi lain, memerlukan sumber iluminasi seperti cahaya putih atau laser, serta pengamat atau detektor CCD.

Kalibrasi

Detektor gas harus dikalibrasi secara teratur. Karena seringnya terjadi perubahan lingkungan yang dialami oleh detektor gas portabel, mereka memerlukan kalibrasi yang lebih sering. Periode kalibrasi sistem tetap mungkin triwulanan, dua tahunan, atau bahkan tahunan dengan sistem yang lebih kuat. “Uji singkat” harian yang diikuti dengan kalibrasi bulanan adalah jadwal kalibrasi standar untuk detektor gas portabel. Hampir setiap detektor gas portabel memerlukan penggunaan gas kalibrasi khusus. Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Kerja (OSHA) di Amerika Serikat dapat menetapkan kriteria minimum untuk kalibrasi ulang berkala.

• Tes tantangan (benturan)

Karena detektor gas digunakan untuk keselamatan karyawan/pekerja, sangat penting untuk memastikan bahwa detektor beroperasi sesuai dengan spesifikasi pabrikan. Menurut pedoman Australia, siapa pun yang mengoperasikan detektor gas harus memeriksa fungsinya setiap hari dan memastikan bahwa alat tersebut dipelihara dan dioperasikan sesuai dengan petunjuk dan peringatan pabrikan.

Tes tantangan harus melibatkan pemaparan detektor gas ke konsentrasi gas yang diketahui untuk memeriksa apakah gas merespons dan alarm audio dan visual diaktifkan. Penting juga untuk memeriksa detektor gas dari kerusakan yang tidak disengaja atau disengaja dengan memastikan bahwa rangka dan sekrup utuh untuk mencegah masuknya cairan dan filter bersih, yang semuanya dapat memengaruhi pengoperasian detektor gas. Kit uji kalibrasi atau tantangan dasar akan mencakup gas kalibrasi/regulator/tutup kalibrasi dan selang (biasanya disertakan dengan detektor gas) serta wadah untuk penyimpanan dan pengangkutan. Karena satu dari setiap 2.500 instrumen yang belum diuji gagal merespons konsentrasi gas yang berbahaya, banyak bisnis besar menggunakan stasiun pengujian/kalibrasi otomatis untuk uji singkat dan kalibrasi harian detektor gas mereka.