1. أجهزة الاستشعار المسخنة تحفيزيًا (GX-SE، GX-CFC، GX-B...)

يُشكّل صفيحة أكسيد القصدير، المُسخّنة إلى ما يزيد قليلاً عن 300 درجة مئوية، الجزء العلوي من مُقسّم الجهد. عند تصادم جزيئات الغاز، تنخفض المقاومة ويرتفع جهد المستشعر. خلال مرحلة التسخين، يتذبذب جهد المستشعر بشكل كبير، ولذلك تتجاهل أجهزة الإنذار جميع الجهدات الواردة خلال الدقائق الثلاث إلى الخمس الأولى. خلال هذه الفترة، يلزم أيضًا تيار أعلى. تُشير الأجهزة المُزوّدة بشاشة عرض إلى "التسخين المُسبق".

2. أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء NDIR (إشارات المرور CO2، GX-D...)
يكتشف مستشعر الأشعة تحت الحمراء غير المشتت ثاني أكسيد الكربون (CO2) باستخدام عملية بصرية. يتميز ثاني أكسيد الكربون بخاصية حجب ضوء الأشعة تحت الحمراء بطول موجي محدد للغاية (~4 ميكرومتر). داخل المستشعر، يضيء مصباح LED بالأشعة تحت الحمراء من خلال مرشح زجاجي، ثم يمر هذا الضوء عبر حجرة القياس إلى مستشعر سطوع الأشعة تحت الحمراء. كلما قل الضوء الذي يصل إلى هذا المستشعر، زادت نسبة ثاني أكسيد الكربون في حجرة القياس، المتصلة بالهواء الخارجي عبر غشاء طارد للرطوبة. تقيس مستشعرات الشعاع المزدوج التي يستخدمها Schabus أيضًا خرج الضوء من مصباح LED بالأشعة تحت الحمراء لتعويض أخطاء القياس الناتجة عن مصادر الضوء القديمة. يتحكم وحدة تحكم μController قوية في العملية وتخرج إما جهد المستشعر المقابل لمحتوى ثاني أكسيد الكربون، أو تعديل عرض النبضة (GX-D250)، أو مباشرة إلى UART، والتي تقوم أجهزة التحذير المختلفة بتقييمها وعرضها والاستجابة لها بإنذار صوتي و/أو تبديل مرحل.

3. أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية (GX-C1pro، GX-C...)
يكتشف مستشعر كهروكيميائي أول أكسيد الكربون (CO) من خلال تفاعل كيميائي مع الماء النقي. يتكون المستشعر بشكل أساسي من خزان ماء متصل بالهواء الخارجي عبر قرص كربون نشط وفتحة صغيرة. ينتج عن تفاعل أول أكسيد الكربون مع الماء ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين وإلكترونين حرين. وبالتالي، يُعد عدد الإلكترونات مقياسًا مباشرًا لتركيز أول أكسيد الكربون، ويمكن قياسه أمبيريًا. يقع تيار الإلكترون في نطاق nA المنخفض، أي حوالي 1.5 nA/ppm CO. لا يمكن توصيل هذا المستشعر مباشرةً بجهاز تحذير؛ بل يجب وضع إلكترونيات القياس بالقرب من المستشعر وتصميمها لحساسية ودقة فائقتين. تضمن مكبرات التشغيل التحويل إلى جهد مُعاير، والذي يتم تقييمه بعد ذلك عبر مُحوِّل تناظري رقمي (ADC) في وحدة تحكم μ-32 بت. حققت شركة Elektrotechnik Schabus نجاحًا كبيرًا في هذا التطوير المعقد لخلية القياس التي تم اختبارها بواسطة TÜV Süd وفقًا لمعيار DIN 50291. وقد تم اعتماد استقرار ودقة النظام، كما أن جميع أجهزة تحذير ثاني أكسيد الكربون المعروضة تحمل خلية القياس هذه مع المستشعر الكهروكيميائي.

لنبدأ بغاز المدينة، الذي لم يعد موجودًا. كان يُنتج من تغويز الفحم، وكان يحتوي على نسبة عالية نسبيًا من أول أكسيد الكربون السام (انظر الصفحة 74). استمر وجود غاز المدينة حتى أواخر سبعينيات القرن الماضي تقريبًا، وفي برلين الغربية حتى منتصف تسعينياته. ثم حُوِّل تدريجيًا إلى غاز طبيعي أقل سمية. تطلب هذا تعديل محطات الاحتراق؛ فاستلزم الأمر تركيب أختام وصمامات مختلفة. ومع ذلك، لا يزال اسم "غاز المدينة" شائعًا بين السكان، ولهذا السبب لا نزال نشير إلى جهاز استشعار الغازات القابلة للاحتراق لدينا باسم "جهاز استشعار المدينة والغاز الطبيعي" (SE). الغاز الطبيعي، وهو الغاز الذي تزودنا به مرافقنا البلدية وموردو الغاز اليوم للتدفئة وتسخين المياه والطهي، هو غاز طبيعي، وهو في الغالب ناتج ثانوي لإنتاج النفط، ولكنه يأتي أيضًا من حقول الغاز الطبيعي النقية التي لا تنتج النفط. المكون الرئيسي للغاز الطبيعي هو غاز الميثان شديد الاشتعال، والذي يشكل ما يصل إلى 90% من حجمه. تشمل المواد الأخرى البيوتان والبروبان، وآثارًا مختلفة من مركبات الكبريت، والإيثان، وثاني أكسيد الكربون، والغازات النبيلة، والنيتروجين، وبخار الماء. بمجرد استخراجه، يُنقى الغاز الطبيعي من المواد السامة وغير الصالحة للاستخدام مثل الماء، وكبريتيد الهيدروجين، وثاني أكسيد الكربون، ويُغذى في نظام إمداد الغاز لدينا، ولكن ليس دون إضافة مركبات الكبريت ثيوإيثر أو ألكانيثول أولًا لإعطاء الغاز رائحته المميزة، والتي ندركها بشكل طبيعي على أنها غاز. بدون هذه الإضافات، لن يكون للغاز الطبيعي أي رائحة على الإطلاق. يجب خلط كل غاز قابل للاشتعال يُباع بهذه المواد لتكوين الرائحة. لذلك، فإن أفضل مستشعر للغاز موجود بالفعل أمام أعيننا: أنفنا. لحسن الحظ، لا يكون أنفنا دائمًا في المكان المحدد الذي يمكن أن يتسرب منه الغاز عن طريق الخطأ. عند الوصلات المختلفة في خط الغاز لدينا، وعند نقطة النقل، وعند صنبور الغاز، وعند العداد، ومباشرة عند المدفأة أو الموقد أو المرجل. هنا يأتي دور "أجهزة إنذار تسرب الغاز الطبيعي والحضري" من شركة Elektrotechnik Schabus - عادةً في ما يُسمى بغرف الغلايات والمرافق (HWR)، ولكن أيضًا في المطبخ مباشرةً عند موقد الغاز. تكتشف هذه الأجهزة أي تسرب للغاز فورًا وتُنذر بوجود عيب في الأنابيب بصوت عالٍ وثاقب. عند الحاجة، تُغلق صمام إغلاق مغناطيسي متصل بها لمنع تدفق المزيد من الغاز. ولأن الغاز الطبيعي يتكون في معظمه من غاز الميثان الخفيف جدًا، فهو أخف من الهواء ويتبخر فورًا عند تسربه. لذلك، يجب تركيب مستشعر GX-SE في أعلى الغرفة للكشف الفوري عن الغاز. ولكن ليس في الأعلى مباشرةً، بل على بُعد حوالي 30 سم أسفل السقف، نظرًا لوجود ما يُعرف بالفراغات الميتة في الزوايا. الهواء المحبوس في زوايا وحواف السقف لا يستطيع التسرب، مما يُؤدي إلى إزاحة الغاز. ولأن غاز الأسطوانات (البيوتان/البروبان) أثقل من الهواء، يُوضع المستشعر على بُعد 15-30 سم فوق الأرض.

يُستخدم مصطلح لوصف "حد الانفجار الأدنى"، ويُختصر بـ LEL ويُعبَّر عنه كنسبة مئوية. لا يصبح خليط الغاز والهواء متفجرًا إلا عند وصوله إلى 100%. من المهم إدراك أن كمية الغاز المنبعثة ليست العامل الحاسم فحسب (مثل ثاني أكسيد الكربون، والذي يُعبَّر عنه بسهولة بوحدة جزء في المليون)، بل إن هناك متغيرات أخرى تلعب دورًا أيضًا. سواءً كانت درجة الحرارة أو الرطوبة أو نسبة الأكسجين، فكل احتراق يتطلب الأكسجين، وإلا فلن يحترق شيء. كلما زادت الرطوبة، قلَّ الأكسجين؛ وكلما زادت درجة الحرارة، قلَّ عدد الجسيمات في الغرفة التي تتفاعل مع بعضها. تُؤخذ هذه المتغيرات الثلاثة في الاعتبار بواسطة مستشعرات SE الخاصة بنا، وتُحوَّل إلى جهد كهربائي تُسجِّله أجهزة الإنذار. يُمكن إصدار تحذير فوري، أي إنذار، إذا تم اكتشاف جزيء واحد فقط، أو بشكل أكثر واقعية، عند 3% فقط من حد الانفجار الأدنى، ولكن لن يقبل أي عميل هذا السلوك على المدى الطويل. حتى 5% من حد الانفجار الأدنى، يحدث إنذار كاذب مُفترض أكثر تكرارًا مما يُعزى إلى عيب في خط الغاز. يمكن لأجهزة الاستشعار القيام بذلك، ولكن من يريد تحذيرًا عندما تنبعث غازات من علب الطلاء والورنيش المفتوحة، أو عندما يمر شخص ما أمام جهاز الاستشعار بأظافر مطلية حديثًا أو عطر حديث الاستخدام؟ المذيبات، إلى جانب العديد من المواد المنزلية الشائعة الأخرى، تشبه إلى حد كبير الهيدروكربونات في المدينة والغاز الطبيعي، ويمكن لأجهزة الاستشعار اكتشافها بنفس الكفاءة. توصي بعض معايير DIN العديدة التي تتعامل مع اكتشاف الغاز الطبيعي في المناطق السكنية بتحذير عند الوصول إلى حد 20٪ كحد أقصى. نظرًا لأن أجهزة الاستشعار لدينا تكتشف أيضًا الغاز السائل (غاز البترول المسال مع نسبة عالية من البيوتان والبروبان)، فقد اتفقنا على مستوى إنذار مبكر بنسبة 12٪. دائمًا في الوقت المناسب لتجنب الخطر، ولكنه متسامح بما يكفي لتجنب الإنذارات الكاذبة المتكررة. وبالطبع ضمن المعيار.

من أين يأتي أول أكسيد الكربون؟ من مزجه بالغاز؟ ماذا يحدث في أجسامنا عند استنشاق أول أكسيد الكربون؟

لا يتوفر أول أكسيد الكربون، بل ينتج أثناء أي احتراق لا يتوفر فيه ما يكفي من الأكسجين. يحتاج كل جزيء غاز (مثل الميثان = CH4) إلى جزيئي أكسجين (O2) للاحتراق الكامل. ينتج عن ذلك جزيئين من الماء (H2O) وجزيء من ثاني أكسيد الكربون (CO2)، وهو ليس بنفس خطورة جزيء أول أكسيد الكربون (CO). يتميز الغاز بقوة عالية ورغبة شديدة في الاحتراق. في حال عدم توفر كمية كافية من الأكسجين، يتشارك جزيئي الغاز جزيئًا واحدًا من الأكسجين، مما ينتج عنه أول أكسيد الكربون والهيدروجين.

CH4 + 2 O2 -----> CO2 + 2 H2O (كامل)
أو
2 CH4 + O2 -----> 2 CO + 4 H2 (غير مكتمل)

يجب أن يكون هناك ما يكفي من الأكسجين في موقع الاحتراق، وليس في أي مكان آخر في الغرفة. وهذا يفسر إنتاج أول أكسيد الكربون في جميع أجهزة الاحتراق تقريبًا (الغلاية، المدفأة، إلخ). يكفي وجود فوهة مسدودة بالغبار، أو منزل معزول بإحكام. يسهل ملاحظة ذلك في الاحتراق المرئي، عندما ترى مكونًا أصفر اللون في اللهب. يظهر الاحتراق الكامل مع وجود كمية كافية من الأكسجين باللون الأزرق دائمًا، على الرغم من أن المكون الأصفر ليس من السهل دائمًا رؤيته. بالمناسبة: يُذكر غاز الميثان هنا كمثال فقط؛ وهذا ينطبق أيضًا على جميع عمليات الاحتراق الأخرى، مثل البيوتان، والبروبان، والزيت، والورق، والكرتون، والخشب، والكريات. جميع عمليات الاحتراق تتطلب كمية كافية من الأكسجين!

تحرق كل خلية في أجسامنا الأكسجين أيضًا لتعمل بشكل صحيح. وللقيام بذلك، نستنشق الأكسجين، الذي يرتبط بالهيموغلوبين (خلايا الدم الحمراء) في الحويصلات الهوائية وينتقل إلى الخلايا عبر مجرى الدم. وهنا يحدث الاحتراق: يُؤخذ جزيء الأكسجين من خلية الدم، ويرتبط جزيء ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الاحتراق (الكامل) بخلية الدم لإزالته، ثم ينقله إلى الرئتين للزفير. ومع ذلك، عندما نستنشق أول أكسيد الكربون في الهواء، تصبح الأمور حرجة. يتعرف الهيموغلوبين فقط على جسيم الأكسجين O في أول أكسيد الكربون ويرتبط به بقوة أكبر بحوالي 300 مرة من الأكسجين النقي. لا تستطيع الخلية فعل أي شيء مع أول أكسيد الكربون وتعيده إلى الرئتين للزفير. ومع ذلك، لا يحدث أي تبادل هناك لأن جزيء الأكسجين O مرتبط بقوة بالهيموغلوبين، لذلك لا يمكننا ببساطة إخراج أول أكسيد الكربون مرة أخرى عن طريق الزفير. يحدث هذا فقط بعد حوالي 20 دقيقة في المتوسط. يتراكم أول أكسيد الكربون في الدم مع كل نفس، وفي الوقت نفسه، يتناقص عدد خلايا الدم القادرة على امتصاص الأكسجين. وهذا ما يجعل أول أكسيد الكربون سامًا. نقص الأكسجين يُعطّل عمل الخلايا، وخاصةً خلايا الجهاز العصبي المركزي والقلب والدماغ. تشعر بالتعب، وتغفو، وفي أسوأ الأحوال، تموت اختناقًا رغم التنفس. في حالات التسمم الحاد بأول أكسيد الكربون، لا يُساعد إلا الأكسجين النقي، ويُفضل أن يكون ذلك في غرفة ضغط.