Mê-tan (CH4) là một loại khí không màu, không mùi và dễ cháy, đóng vai trò quan trọng trong cả sản xuất năng lượng và các thách thức về môi trường. Là thành phần chính của khí tự nhiên, mê-tan là một nguồn năng lượng quý giá. Tuy nhiên, nó cũng là một loại khí nhà kính mạnh với tiềm năng làm nóng toàn cầu (GWP) cao hơn khoảng 25 lần so với carbon dioxide trong khoảng thời gian 100 năm. Hơn nữa, mê-tan rất dễ nổ ở một số nồng độ nhất định trong không khí, khiến nó trở thành mối lo ngại lớn về an toàn trong các ngành công nghiệp như dầu khí, khai thác mỏ, nông nghiệp và xử lý nước thải.

Để giám sát khí mê-tan một cách chính xác và đáng tin cậy, các cảm biến CH4 là rất cần thiết. Các cảm biến này phát hiện sự hiện diện và nồng độ khí mê-tan trong môi trường, giúp ngăn ngừa tai nạn, bảo vệ sức khỏe con người và giảm thiểu tác động đến môi trường.

Cảm biến khí CH4 là gì?

Cảm biến khí CH4 (Methane gas sensor) là thiết bị được thiết kế để phát hiện và đo nồng độ khí metan (CH4) trong không khí. Metan là một loại khí dễ cháy, không màu, không mùi và là thành phần chính của khí tự nhiên. Việc rò rỉ metan không chỉ gây nguy cơ cháy nổ nghiêm trọng mà còn là tác nhân góp phần vào hiệu ứng nhà kính.

Cảm biến CH4 hoạt động bằng cách phát hiện sự thay đổi trong đặc tính hóa học hoặc vật lý của môi trường khi có khí metan xuất hiện, từ đó đưa ra tín hiệu cảnh báo hoặc dữ liệu đo lường. Thiết bị này được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống phát hiện rò rỉ khí, giám sát an toàn công nghiệp, khai thác dầu khí, hầm mỏ, trạm khí nén và nhà máy xử lý chất thải, giúp đảm bảo an toàn và bảo vệ môi trường.

Cảm biến xúc tác: Catalytic Combustion
Cảm biến hồng ngoại không phân tán: Non-Dispersive Infrared Absorption (NDIR)
Cảm biến bán dẫn: Semiconductor Sensing
Cảm biến quang âm: Photoacoustic Spectroscopy

Cảm biến dựa trên laser đã nổi lên như một công nghệ tiên tiến để phát hiện khí mê-tan, mang lại độ chính xác cao và phản ứng nhanh.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến khí metan bằng laser

Cảm biến phát hiện khí metan dựa trên công nghệ quang phổ hấp thụ laser (Laser Absorption Spectroscopy) – một phương pháp đo hiện đại cho độ chính xác cao và phản hồi nhanh. Quy trình đo được thực hiện theo các bước sau:
- Phát xạ laser: Cảm biến sử dụng diode laser bán dẫn phát ra chùm ánh sáng có bước sóng đặc trưng trùng với dải hấp thụ của phân tử metan (CH₄).
- Hấp thụ quang học: Khi chùm tia laser đi qua môi trường chứa khí cần đo, các phân tử metan hấp thụ ánh sáng ở những bước sóng đặc trưng, làm giảm cường độ chùm tia.
- Phát hiện tín hiệu: Bộ thu quang học trong cảm biến đo mức giảm cường độ ánh sáng sau khi đi qua mẫu khí. Mức độ hấp thụ tỷ lệ thuận với nồng độ metan trong không khí.
- Phân tích và hiển thị: Bộ vi xử lý của cảm biến thực hiện phân tích tín hiệu hấp thụ, chuyển đổi dữ liệu thành giá trị nồng độ CH₄ theo đơn vị ppm hoặc %LEL, sau đó hiển thị hoặc truyền tín hiệu ra analog (4–20 mA / 0–10 V) hoặc digital (RS485 Modbus).

Các loại cảm biến khí metan bằng laser

Cảm biến phát hiện khí metan bằng laser hiện nay chủ yếu được phát triển dựa trên hai công nghệ quang phổ tiên tiến, mang lại độ nhạy cao, khả năng phát hiện nhanh và độ ổn định vượt trội:

Quang phổ hấp thụ Laser diode có thể điều chỉnh (TDLAS – Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy):

Cảm biến hoạt động bằng cách sử dụng một laser diode có khả năng điều chỉnh bước sóng để quét qua dải phổ hấp thụ đặc trưng của khí metan. Khi chùm tia laser đi qua môi trường chứa khí, các phân tử metan sẽ hấp thụ ánh sáng tại các bước sóng cụ thể. Mức độ hấp thụ này được đo và phân tích để xác định chính xác nồng độ khí. Nhờ khả năng điều chỉnh linh hoạt và độ nhạy cao, công nghệ TDLAS cho phép phát hiện metan ở nồng độ rất thấp, hạn chế nhiễu chéo với các loại khí khác. Đây là công nghệ được ứng dụng phổ biến trong hệ thống giám sát rò rỉ khí công nghiệp, đường ống khí tự nhiên và các khu vực nguy cơ cháy nổ cao.

Quang phổ vòng xuống khoang (CRDS – Cavity Ring-Down Spectroscopy)

Cảm biến dựa trên việc đo thời gian suy giảm cường độ của ánh sáng laser sau khi nó phản xạ nhiều lần trong một khoang cộng hưởng chứa mẫu khí. Khi khí metan có mặt, ánh sáng bị hấp thụ nhanh hơn, khiến thời gian phân rã giảm. Bằng cách đo chính xác thời gian này, cảm biến có thể tính toán được nồng độ metan với độ nhạy cực cao. Công nghệ CRDS được đánh giá là một trong những phương pháp phân tích khí vết (trace gas analysis) chính xác nhất hiện nay, thường được sử dụng trong nghiên cứu môi trường, kiểm soát chất lượng không khí và các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.

Ứng dụng của cảm biến khí CH4

Ngành dầu khí
Trong lĩnh vực dầu khí, khí metan (CH4) là thành phần chính của khí tự nhiên và xuất hiện thường xuyên trong quá trình khai thác, xử lý và vận chuyển. Cảm biến khí CH4 được lắp đặt tại các khu vực quan trọng như đầu giếng khai thác, đường ống dẫn khí, bể chứa, nhà máy xử lý khí và trạm nén. Thiết bị giúp giám sát liên tục nồng độ metan trong không khí, phát hiện sớm rò rỉ khí, ngăn ngừa cháy nổ và giảm thiểu tác động ô nhiễm môi trường, đảm bảo an toàn trong vận hành và bảo vệ cơ sở hạ tầng năng lượng.

Ngành khai thác mỏ
Trong các mỏ than và hầm ngầm, khí metan thường tích tụ ở nồng độ cao và có thể gây nổ nếu vượt ngưỡng cho phép. Cảm biến CH4 đóng vai trò then chốt trong việc phát hiện sớm sự gia tăng khí metan, tự động kích hoạt hệ thống thông gió hoặc cảnh báo khẩn cấp, từ đó bảo vệ an toàn tính mạng của thợ mỏ và giảm nguy cơ xảy ra thảm họa công nghiệp.

Nông nghiệp và chăn nuôi
Khí metan được sinh ra từ quá trình tiêu hóa của vật nuôi và phân hủy chất hữu cơ trong chăn nuôi, là nguồn phát thải khí nhà kính đáng kể. Cảm biến khí CH4 được sử dụng để giám sát nồng độ khí trong chuồng trại và hệ thống xử lý chất thải, hỗ trợ nghiên cứu lượng phát thải khí nhà kính trong nông nghiệp và cải thiện tính bền vững môi trường trong sản xuất nông nghiệp hiện đại.

Ngành xử lý nước thải
Trong các nhà máy xử lý nước thải, quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ tạo ra lượng lớn khí metan. Cảm biến CH4 giúp theo dõi quá trình hình thành khí sinh học, kiểm soát rò rỉ và đảm bảo môi trường làm việc an toàn. Đồng thời, thiết bị còn hỗ trợ tối ưu hóa hiệu suất thu hồi năng lượng từ khí sinh học, góp phần phát triển hệ thống năng lượng tái tạo hiệu quả.

Tòa nhà dân cư và thương mại
Trong các công trình dân dụng và thương mại, máy dò khí metan được lắp đặt nhằm ngăn ngừa rủi ro rò rỉ khí gas từ hệ thống sưởi, bếp nấu hoặc thiết bị sử dụng khí đốt tự nhiên. Việc tích hợp cảm biến CH4 trong nhà ở, nhà hàng và bếp công nghiệp giúp phát hiện sớm sự cố, cảnh báo kịp thời và đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Giám sát môi trường
Trong lĩnh vực giám sát môi trường, cảm biến khí metan được triển khai tại các trạm quan trắc, bãi chôn lấp, khu vực đất ngập nước và khu đô thị để theo dõi nồng độ CH4 trong khí quyển. Thiết bị hỗ trợ phát hiện rò rỉ khí từ hạ tầng năng lượng, nghiên cứu biến đổi khí hậu và đánh giá mức độ ô nhiễm không khí, góp phần quản lý khí thải hiệu quả và bảo vệ môi trường toàn cầu.

Môi trường đô thị
Những phép đo này góp phần vào các nghiên cứu về biến đổi khí hậu và cung cấp thông tin cho các chiến lược giảm thiểu.

Chỉ số hiệu suất của cảm biến mêtan
Khi chọn cảm biến mê-tan, các thông số chính cần xem xét bao gồm:
- Độ nhạy : Khả năng phát hiện nồng độ thấp (mức ppm đến ppb)
- Độ chọn lọc : Khả năng chống nhiễu từ các khí khác
- Thời gian phản hồi : Tốc độ phát hiện (thường là vài giây đến vài phút)
- Độ ổn định : Độ trôi tối thiểu theo thời gian
- Độ bền : Khả năng chịu được môi trường khắc nghiệt
- Yêu cầu hiệu chuẩn : Tần suất và mức độ dễ dàng hiệu chuẩn lại
- Tiêu thụ điện năng : Đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống chạy bằng pin hoặc từ xa
- Chi phí : Chi phí mua ban đầu và chi phí bảo trì

Cảm biến khí mê-tan là công cụ quan trọng trong an toàn công nghiệp, giám sát môi trường và quản lý khí nhà kính. Với nhiều công nghệ hiện có—xúc tác, hồng ngoại, bán dẫn, quang âm và laser—cảm biến phù hợp với mọi ứng dụng, từ an toàn dân dụng đến theo dõi khí thải công nghiệp. Khi các ngành công nghiệp ngày càng ưu tiên tính bền vững và an toàn, công nghệ cảm biến khí mê-tan sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng một tương lai an toàn hơn, sạch hơn và hiệu quả hơn.

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 CH4, vui lòng liên hệ Sensors Việt Nam để được tư vấn và báo giá.

PQD-3135-R - Cảm biến khí Metan chống cháy nổ PROSENSE

- Dải đo: 0-100% LEL
- Ngõ ra: 4-20mA/ RS-485, Relay
- Màn hình hiển thị tại chỗ dạng OLED
- Nguồn cấp 24VDC
- Tiêu chuẩn chống cháy nổ: ATEX II 2G Ex db IIC T5/T4 Gb  

PQD-S-3135-SS-R - Cảm biến khí Metan chống cháy nổ PROSENSE

- Dải đo: 0-100% LEL
- Ngõ ra: 4-20mA/ RS-485, Relay
- Nguồn cấp 24VDC
- Tiêu chuẩn chống cháy nổ: ATEX II 2G Ex db IIC T5/T4 Gb  

PQD-S-3135-SS - Cảm biến khí Metan chống cháy nổ PROSENSE

- Dải đo: 0-100% LEL
- Ngõ ra: 4-20mA/ RS-485
- Nguồn cấp 24VDC
- Tiêu chuẩn chống cháy nổ: ATEX II 2G Ex db IIC T5/T4 Gb  

PQD-S-3135-R - Cảm biến khí Metan chống cháy nổ PROSENSE

- Dải đo: 0-100% LEL
- Ngõ ra: 4-20mA/ RS-485, Relay
- Nguồn cấp 24VDC
- Tiêu chuẩn chống cháy nổ: ATEX II 2G Ex db IIC T5/T4 Gb  

PQD-S-3135 - Cảm biến khí Metan chống cháy nổ PROSENSE

- Dải đo: 0-100% LEL
- Ngõ ra: 4-20mA/ RS-485
- Nguồn cấp 24VDC
- Tiêu chuẩn chống cháy nổ: ATEX II 2G Ex db IIC T5/T4 Gb  

Link tham khảo sản phẩm: https://cambien.com.vn/cam-bien-khi-ch4