Amoniac (NH3) là một loại khí không màu, có mùi hăng đặc trưng, được cấu tạo từ nitơ và hydro. Đây là một hợp chất tự nhiên xuất hiện phổ biến trong môi trường — bao gồm đất, nước và không khí. Amoniac đóng vai trò quan trọng trong chu trình nitơ, nơi các vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ để giải phóng các hợp chất chứa nitơ cần thiết cho sự sống.

Trong lĩnh vực công nghiệp, amoniac là một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, đặc biệt trong chế tạo phân bón, chất tẩy rửa, hệ thống làm lạnh và nhiều quy trình công nghiệp khác. Tuy nhiên, do độc tính cao và tính ăn mòn mạnh, việc tiếp xúc với amoniac có thể gây nguy hiểm nghiêm trọng cho sức khỏe con người và môi trường, đòi hỏi các biện pháp giám sát và kiểm soát chặt chẽ.

Cảm biến khí Amoniac (NH3)

Để đảm bảo an toàn trong môi trường làm việc và quy trình sản xuất, cảm biến khí amoniac (NH3 sensor) được sử dụng nhằm phát hiện và đo lường nồng độ amoniac trong không khí. Thiết bị này giúp cảnh báo sớm khi nồng độ vượt ngưỡng cho phép, ngăn ngừa rò rỉ khí độc và bảo vệ sức khỏe người lao động. Cảm biến khí NH3 thường ứng dụng trong nhà máy hóa chất, hệ thống lạnh, nhà máy xử lý nước thải và ngành nông nghiệp, với độ chính xác cao và khả năng hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến khí Amoniac (NH3)

Cảm biến khí amoniac hoạt động dựa trên việc phát hiện sự thay đổi về tính chất hóa học hoặc vật lý của vật liệu cảm biến khi tiếp xúc với khí NH3. Khi amoniac tiếp xúc với bề mặt cảm biến, các phản ứng xảy ra sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện có thể đo lường và hiển thị dưới dạng nồng độ khí.

Tùy theo công nghệ sử dụng, cảm biến amoniac có thể hoạt động theo nhiều nguyên lý phát hiện khác nhau, phổ biến nhất gồm:

Cảm biến điện hóa (Electrochemical): Đo dòng điện sinh ra từ phản ứng oxy hóa – khử giữa amoniac và điện cực, cho kết quả chính xác và nhạy cao.

Cảm biến bán dẫn oxit kim loại (Semiconductor): Dựa trên sự thay đổi độ dẫn điện của vật liệu oxit kim loại (như SnO2) khi tiếp xúc với khí NH3, phù hợp cho giám sát trong môi trường công nghiệp.

Cảm biến quang học (Optical): Phát hiện sự thay đổi hấp thụ hoặc phản xạ ánh sáng khi amoniac tương tác với lớp vật liệu cảm biến.

Cảm biến quang âm hoặc hồng ngoại không phân tán (Photoacoustic / NDIR): Sử dụng bước sóng ánh sáng đặc trưng của NH3 để đo tín hiệu hấp thụ hoặc dao động âm thanh, cho độ chính xác cao và ổn định lâu dài

Cảm biến amoniac điện hóa 

Cảm biến amoniac điện hóa hoạt động dựa trên nguyên lý oxy hóa hoặc khử khí NH3 tại bề mặt điện cực, tạo ra dòng điện tỷ lệ thuận với nồng độ amoniac trong môi trường. Dòng điện này được bộ xử lý chuyển đổi thành tín hiệu đo lường chính xác, giúp phát hiện nhanh sự có mặt của khí NH3.

Nhờ độ đặc hiệu cao, mức tiêu thụ điện năng thấp, và phản ứng tuyến tính trong dải nồng độ rộng, cảm biến điện hóa được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác và độ tin cậy cao.

Ứng dụng phổ biến: giám sát môi trường công nghiệp, không gian hạn chế, nhà máy xử lý khí, và thiết bị dò khí di động.

Cảm biến amoniac bán dẫn

Cảm biến amoniac bán dẫn (MOS) sử dụng các vật liệu oxit kim loại như thiếc dioxide (SnO2) hoặc oxit kẽm (ZnO). Khi tiếp xúc với khí amoniac (NH3), điện trở của vật liệu cảm biến thay đổi, và sự thay đổi này được chuyển thành tín hiệu điện phản ánh nồng độ khí trong môi trường.

Ưu điểm nổi bật của loại cảm biến này là thiết kế bền vững, khả năng hoạt động ổn định và phù hợp cho việc giám sát liên tục trong thời gian dài. Nhờ vậy, cảm biến MOS được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống cần theo dõi khí amoniac tự động và liên tục.

Ứng dụng phổ biến: nông nghiệp thông minh, phát hiện rò rỉ khí, hệ thống làm lạnh, và giám sát môi trường công nghiệp.

Cảm biến amoniac quang học

Cảm biến amoniac quang học hoạt động dựa trên sự tương tác giữa ánh sáng và các phân tử amoniac (NH3) để xác định nồng độ khí trong môi trường. Khi ánh sáng đi qua hoặc phản xạ từ mẫu khí chứa amoniac, sự thay đổi về cường độ hoặc bước sóng ánh sáng sẽ được phân tích và chuyển đổi thành tín hiệu đo lường.

Các công nghệ quang học thường được ứng dụng trong cảm biến loại này bao gồm:

- Hấp thụ UV/Vis (Tử ngoại – khả kiến): đo sự thay đổi hấp thụ ánh sáng ở vùng tử ngoại hoặc khả kiến khi có mặt NH3.

- Quang phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy): phát hiện đặc trưng hấp thụ của amoniac ở các bước sóng hồng ngoại.

- Cảm biến so màu (Colorimetric Sensor): sử dụng thuốc nhuộm hóa học thay đổi màu sắc khi phản ứng với NH3, cho phép phát hiện nhanh bằng quan sát hoặc đầu đọc quang.

Nhờ độ nhạy cao và khả năng đo không xâm lấn, cảm biến quang học được sử dụng trong phòng thí nghiệm, giám sát môi trường và hệ thống phân tích khí chính xác cao.

Cảm biến amoniac Photoacoustic và NDIR

Cảm biến amoniac Photoacoustic và NDIR hoạt động dựa trên đặc tính hấp thụ ánh sáng hồng ngoại (IR) đặc trưng của khí NH3. Khi ánh sáng hồng ngoại được phát ở bước sóng cụ thể tương ứng với dải hấp thụ của amoniac, một phần năng lượng sẽ bị hấp thụ bởi phân tử NH3, tạo ra tín hiệu có thể đo được.

Trong cảm biến quang âm (Photoacoustic Sensor), ánh sáng hồng ngoại được điều chế theo chu kỳ, và khi amoniac hấp thụ năng lượng ánh sáng này, nó sẽ sinh ra các dao động áp suất (sóng âm). Các sóng âm này được micro nhạy đặc biệt ghi nhận, sau đó xử lý và quy đổi thành giá trị nồng độ khí amoniac.

Cảm biến NDIR (Non-Dispersive Infrared) sử dụng nguồn sáng hồng ngoại, buồng đo và bộ lọc quang học để xác định chính xác mức hấp thụ ánh sáng, giúp đo nồng độ NH3 mà không cần tiếp xúc trực tiếp.

Nhờ độ chính xác cao, khả năng ổn định lâu dài và không bị ảnh hưởng bởi các khí khác, công nghệ Photoacoustic và NDIR được ứng dụng rộng rãi trong giám sát khí môi trường, nhà máy hóa chất, phòng thí nghiệm, và hệ thống kiểm soát khí thải công nghiệp.

Ứng dụng của cảm biến đo nồng độ khí amoniac

Quản lý nông nghiệp và chăn nuôi

Amoniac (NH3) là một trong những chất ô nhiễm chính trong môi trường chăn nuôi, đặc biệt tại các trang trại gia cầm và lợn, nơi NH3 sinh ra từ quá trình phân hủy urê trong chất thải động vật. Việc theo dõi nồng độ amoniac bằng cảm biến giúp:

- Đảm bảo phúc lợi và sức khỏe cho vật nuôi

- Ngăn ngừa các bệnh về hô hấp ở cả động vật và công nhân

- Tối ưu năng suất và điều kiện chuồng trại

Cảm biến NH3 thường được tích hợp trong hệ thống giám sát môi trường tự động, cung cấp dữ liệu thời gian thực để điều khiển thông gió và cải thiện chất lượng không khí trong khu vực chăn nuôi.

An toàn công nghiệp

Trong các nhà máy hóa chất, cơ sở sản xuất phân bón hoặc xử lý nước thải, amoniac là chất độc hại và dễ ăn mòn, đòi hỏi phải giám sát liên tục nhằm đảm bảo an toàn. Việc sử dụng cảm biến phát hiện amoniac giúp:

- Phát hiện sớm rò rỉ khí độc

- Bảo vệ an toàn cho người lao động

- Tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định an toàn công nghiệp

Các hệ thống cảm biến cố định và máy dò amoniac cá nhân (portable detector) thường được triển khai để ngăn ngừa phơi nhiễm và tai nạn nghề nghiệp trong môi trường làm việc có nguy cơ cao.

Hệ thống lạnh công nghiệp

Amoniac (R-717) là một chất làm lạnh tự nhiên hiệu suất cao và thân thiện môi trường, được sử dụng phổ biến trong hệ thống điện lạnh công nghiệp. Tuy nhiên, do độc tính và tính ăn mòn cao, việc giám sát rò rỉ là bắt buộc để đảm bảo an toàn.

Cảm biến NH3 trong hệ thống lạnh được thiết kế để:

- Phát hiện rò rỉ khí amoniac kịp thời

- Ngăn ngừa sự cố máy nén và hư hại thiết bị

- Đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn quốc tế như IIAR và OSHA

Giám sát và nghiên cứu môi trường

Khí amoniac là một tác nhân gây ô nhiễm không khí quan trọng, góp phần hình thành bụi mịn (PM2.5) và gây phú dưỡng nguồn nước. Do đó, các cơ quan môi trường và viện nghiên cứu thường sử dụng cảm biến NH3 để:

- Theo dõi chất lượng không khí và nguồn phát thải

- Nghiên cứu phát thải từ hoạt động nông nghiệp và công nghiệp

- Đánh giá tác động của amoniac đến biến đổi khí hậu

Cảm biến amoniac đóng vai trò thiết yếu trong việc bảo vệ môi trường, nâng cao an toàn lao động và tối ưu hiệu quả sản xuất trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ nông nghiệp, công nghiệp đến hệ thống làm lạnh và giám sát không khí, việc ứng dụng cảm biến khí NH3 giúp phát hiện kịp thời các nguy cơ rò rỉ, kiểm soát chất lượng không khí và đảm bảo vận hành bền vững.

Sensors Việt Nam là nhà nhập khẩu cảm biến và thiết bị công nghiệp hàng đầu Việt Nam. Quý khách có nhu cầu cảm biến khí amoniac, vui lòng liên hệ Sensors Việt Nam để được tư vấn và báo giá.

E2618-NH3-E100-W-24VDC - Cảm biến khí NH3 Evikon
- Dải đo: 100 ppm
- Ngõ ra: 2 × 4-20 mA / 0-10 V, RS485 user settable
- Nguồn cấp 24VDC

E2638-NH3-E1000-W-24VDC - Cảm biến khí NH3 Evikon
- Dải đo: 0-1000 ppm
- Ngõ ra: 2 × 4-20 mA / 0-10 V, RS485 user settable
- Nguồn cấp 24VDC

E2618-NH3-E1000-W-24VDC - Cảm biến khí NH3 Evikon
- Dải đo: 0-1000 ppm
- Ngõ ra: 2 × 4-20 mA / 0-10 V, RS485 user settable
- Nguồn cấp 24VDC

E2638-NH3-E1000-CP-RP33-3-24VDC- Cảm biến khí NH3 Evikon
- Dải đo: 0-1000 ppm  
- Resolution 1 ppm 
- Ngõ ra: 4-20 mA / 0-10 V, user settable
- RS485, Modbus RTU protocol  
- Đầu dò cáp dài 3m

Link tham khảo thêm: https://cambien.com.vn/cam-bien-khi-nh3