Tổng quan về cảm biến khí NH3 chi tiết nhất

Amoniac (NH3) là một hợp chất hóa học quen thuộc nhưng tiềm ẩn nhiều nguy cơ nếu không được kiểm soát chặt chẽ. Từ các nhà máy sản xuất phân bón, hệ thống làm lạnh công nghiệp đến các trang trại chăn nuôi quy mô lớn, sự hiện diện của NH3 là không thể tránh khỏi. Tuy nhiên, ở nồng độ cao, khí NH3 trở nên độc hại, ăn mòn và thậm chí có thể gây cháy nổ.

Để đảm bảo an toàn cho con người, bảo vệ thiết bị và tối ưu hóa quy trình sản xuất, việc giám sát liên tục nồng độ Amoniac trong không khí là yêu cầu bắt buộc. Đây chính là vai trò không thể thay thế của Cảm biến khí NH3. Bài viết này Mạnh Tùng sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan, chi tiết về thiết bị quan trọng này, từ nguyên lý hoạt động, phân loại, ứng dụng thực tế đến các tiêu chí lựa chọn phù hợp.

Giới thiệu về cảm biến khí NH3

Cảm biến khí NH3 là gì?

Cảm biến khí NH3 là một thiết bị được thiết kế để phát hiện sự hiện diện và đo lường nồng độ của khí Amoniac (NH3) trong môi trường không khí xung quanh. Nó thực hiện chức năng chuyển đổi thông tin về nồng độ khí NH3 thành một tín hiệu điện có thể định lượng được.

Tín hiệu này, thường là tín hiệu tương tự (analog) như 4-20mA, 0-10VDC, hoặc tín hiệu số (digital) như RS485 (Modbus), sẽ được gửi đến các hệ thống giám sát và điều khiển (như PLC, SCADA, BMS) để hiển thị, ghi nhận dữ liệu hoặc kích hoạt các hành động tự động (ví dụ: bật quạt thông gió, kích hoạt báo động).

Amoniac (NH3) là gì?

Amoniac là một hợp chất vô cơ có công thức hóa học là NH3. Ở điều kiện tiêu chuẩn, nó là một chất khí không màu, có mùi khai, hăng, khó chịu và nhẹ hơn không khí. NH3 hòa tan rất tốt trong nước tạo thành dung dịch Amoni Hydroxit (NH4OH), có tính bazơ yếu.

Amoniac được sản xuất với quy mô công nghiệp rất lớn, chủ yếu để làm nguyên liệu sản xuất phân đạm, axit nitric và nhiều hợp chất nitơ khác. Nó cũng là một chất làm lạnh (refrigerant) hiệu quả và phổ biến (mã R717) trong các hệ thống làm lạnh công nghiệp lớn. Trong tự nhiên, NH3 được sinh ra từ quá trình phân hủy chất hữu cơ chứa nitơ, đặc biệt là trong chất thải của động vật.

Vì sao phát hiện khí NH3 lại quan trọng?

Việc giám sát nồng độ NH3 là cực kỳ quan trọng vì nhiều lý do liên quan đến an toàn và sức khỏe:

• Độc tính: NH3 là một chất khí độc. Hít phải NH3 ở nồng độ thấp có thể gây kích ứng mắt, mũi, họng và đường hô hấp. Ở nồng độ cao hơn (vài trăm PPM), nó có thể gây bỏng đường hô hấp, phù phổi và thậm chí tử vong. Giới hạn tiếp xúc nghề nghiệp (OEL) được quy định rất nghiêm ngặt (thường khoảng 25-50 PPM cho 8 giờ làm việc).
• Tính ăn mòn: NH3 có tính ăn mòn đối với một số kim loại (như đồng, kẽm) và vật liệu, đặc biệt khi có độ ẩm. Rò rỉ NH3 có thể gây hư hỏng thiết bị và đường ống.
• Khả năng cháy nổ: Mặc dù khó bắt lửa hơn nhiều loại khí khác, NH3 vẫn có thể cháy và tạo thành hỗn hợp nổ với không khí trong một dải nồng độ nhất định (khoảng 15-28% thể tích), đặc biệt là trong không gian kín và có nguồn lửa.
• Tác động môi trường: NH3 từ hoạt động nông nghiệp và công nghiệp có thể góp phần vào ô nhiễm không khí và nguồn nước.

Do đó, việc lắp đặt các cảm biến NH3 là biện pháp phòng ngừa thiết yếu để cảnh báo sớm các sự cố rò rỉ, bảo vệ tính mạng con người, tài sản và môi trường.

Nguyên lí hoạt động của cảm biến NH3

Có nhiều công nghệ khác nhau được sử dụng để phát hiện và đo lường khí NH3, mỗi công nghệ dựa trên một nguyên lý vật lý hoặc hóa học riêng. Tuy nhiên, nguyên lý chung là sự tương tác giữa các phân tử NH3 và vật liệu cảm biến sẽ tạo ra một sự thay đổi có thể đo được bằng mạch điện tử.

Ví dụ, đối với cảm biến điện hóa (Electrochemical), loại phổ biến nhất để đo NH3 ở nồng độ thấp (PPM):

1. Khí NH3 khuếch tán qua một lớp màng lọc để đi vào bên trong cảm biến, nơi có các điện cực (Working Electrode, Counter Electrode, Reference Electrode) được nhúng trong một dung dịch điện phân.
2. Tại điện cực làm việc (Working Electrode), NH3 tham gia vào một phản ứng oxy hóa hoặc khử (tùy thuộc vào thiết kế), tạo ra hoặc tiêu thụ các electron.
3. Sự di chuyển của các electron này tạo thành một dòng điện rất nhỏ, có cường độ tỷ lệ thuận với nồng độ NH3 đi vào cảm biến.
4. Mạch điện tử sẽ khuếch đại dòng điện này và chuyển đổi nó thành tín hiệu đầu ra tiêu chuẩn (như 4-20mA).

Các công nghệ khác như bán dẫn oxit kim loại (MOS) lại dựa trên sự thay đổi điện trở của vật liệu bán dẫn khi tiếp xúc với NH3, trong khi cảm biến hồng ngoại đo lường sự hấp thụ ánh sáng đặc trưng của NH3.

Phân loại cảm biến khí NH3

Dựa trên nguyên lý hoạt động, có thể phân loại cảm biến NH3 thành các nhóm chính sau:

Cảm biến điện hóa (Electrochemical Sensors)

Đây là công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất để phát hiện NH3 ở nồng độ độc hại (thường trong dải PPM – phần triệu). Chúng hoạt động dựa trên phản ứng hóa học giữa NH3 và chất điện phân bên trong cảm biến, tạo ra tín hiệu điện tỷ lệ với nồng độ khí.

Cảm biến điện hóa có độ nhạy cao, cho phép phát hiện NH3 ở mức vài PPM, tiêu thụ ít năng lượng và có chi phí tương đối hợp lý. Tuy nhiên, chúng có tuổi thọ giới hạn (thường 1-3 năm) do chất điện phân bị tiêu hao dần, có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ ẩm và nhiễu chéo từ các khí khác (như H2S). Loại cảm biến này cần được hiệu chuẩn định kỳ (thường 6 tháng/lần) để đảm bảo độ chính xác.

Cảm biến xúc tác (Catalytic Bead Sensors)

Công nghệ này chủ yếu được sử dụng để phát hiện các loại khí cháy được, bao gồm cả NH3 ở nồng độ cao (dải %LEL – Lower Explosive Limit, Giới hạn nổ dưới). Cảm biến chứa hai hạt xúc tác nhỏ (một hạt hoạt động, một hạt tham chiếu) được nung nóng. Khi khí cháy (như NH3 ở nồng độ >15%) tiếp xúc với hạt hoạt động, nó sẽ bị oxy hóa (cháy), làm tăng nhiệt độ của hạt. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai hạt được đo bằng cầu điện trở và tỷ lệ với nồng độ khí cháy.

Cảm biến xúc tác có cấu tạo đơn giản, chi phí thấp, nhưng chỉ phù hợp để cảnh báo nguy cơ cháy nổ, không đủ nhạy để đo nồng độ độc hại ở mức PPM. Chúng cũng cần Oxy để hoạt động và có thể bị “ngộ độc” bởi một số hóa chất.

Cảm biến bán dẫn oxit kim loại (MOS Sensors)

Cảm biến MOS (Metal Oxide Semiconductor) sử dụng một lớp vật liệu bán dẫn (thường là SnO2) được phủ lên một bộ phận gia nhiệt. Khi được nung nóng, lớp bán dẫn này sẽ phản ứng với các khí có tính khử hoặc oxy hóa trong không khí (bao gồm NH3), làm thay đổi điện trở của nó. Cảm biến MOS có ưu điểm là chi phí rất thấp, kích thước nhỏ và tuổi thọ khá cao.

Tuy nhiên, nhược điểm lớn của chúng là độ chọn lọc kém, nghĩa là chúng phản ứng với nhiều loại khí khác nhau chứ không chỉ riêng NH3 (như H2, CO, cồn, VOCs…). Điều này làm giảm độ tin cậy và gây ra báo động giả. Chúng thường được dùng trong các ứng dụng phát hiện rò rỉ đơn giản, không yêu cầu độ chính xác cao.

Cảm biến hồng ngoại (Infrared Sensors)

Công nghệ hồng ngoại, đặc biệt là NDIR (Non-Dispersive Infrared) hoặc các kỹ thuật tiên tiến hơn như TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy), cũng có thể được sử dụng để đo NH3. Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý hấp thụ ánh sáng hồng ngoại ở các bước sóng đặc trưng của phân tử NH3. Cảm biến hồng ngoại có độ chọn lọc cao, không bị ảnh hưởng bởi Oxy, không bị “ngộ độc”, và có tuổi thọ rất dài.

Tuy nhiên, đối với NH3, công nghệ này thường có chi phí cao hơn đáng kể so với cảm biến điện hóa và chủ yếu được dùng trong các ứng dụng công nghiệp đặc thù hoặc đo lường môi trường đòi hỏi độ chính xác rất cao.

Các ứng dụng của cảm biến khí NH3

Với vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và kiểm soát quy trình, cảm biến NH3 được ứng dụng trong nhiều ngành nghề:

Ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất và sản xuất

Đây là lĩnh vực ứng dụng lớn nhất. Cảm biến NH3 là thiết bị an toàn bắt buộc tại các nhà máy sản xuất phân bón (urea, amoni nitrat), axit nitric, thuốc nổ, và các hóa chất gốc nitơ khác. Chúng cũng cực kỳ quan trọng trong các hệ thống làm lạnh công nghiệp sử dụng NH3 (R717) làm môi chất lạnh (như trong nhà máy chế biến thực phẩm, thủy sản, kho lạnh lớn, sân băng). Cảm biến được lắp đặt quanh các khu vực máy nén, bình chứa, đường ống để phát hiện sớm các sự cố rò rỉ, ngăn ngừa nguy cơ ngộ độc cho công nhân và hư hỏng hàng hóa.

Trong hệ thống HVAC và xử lý không khí trong nhà

Mặc dù ít phổ biến hơn cảm biến CO2, cảm biến NH3 vẫn có vai trò trong một số ứng dụng HVAC đặc thù. Ví dụ, trong các tòa nhà có hệ thống làm lạnh trung tâm lớn sử dụng NH3, cảm biến có thể được lắp đặt trong các phòng máy hoặc ống gió để phát hiện rò rỉ vào không gian điều hòa. Trong các cơ sở nghiên cứu hoặc phòng thí nghiệm sử dụng Amoniac, cảm biến NH3 được tích hợp vào hệ thống thông gió để đảm bảo nồng độ luôn dưới mức cho phép.

Ứng dụng trong nông nghiệp và chăn nuôi

Trong các trang trại chăn nuôi gia cầm, gia súc (đặc biệt là chuồng nuôi heo, gà) quy mô công nghiệp, việc phân hủy chất thải động vật sinh ra một lượng lớn khí NH3. Nồng độ NH3 cao không chỉ gây mùi hôi khó chịu mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe vật nuôi (gây bệnh hô hấp) và năng suất. Cảm biến NH3 được lắp đặt trong chuồng trại, kết nối với hệ thống thông gió tự động để điều chỉnh tốc độ quạt, duy trì nồng độ NH3 ở mức an toàn, cải thiện môi trường sống cho vật nuôi và giảm thiểu ô nhiễm ra môi trường xung quanh.

Ứng dụng trong môi trường và năng lượng

Cảm biến NH3 được sử dụng trong các hệ thống khử NOx bằng Amoniac (SCR – Selective Catalytic Reduction) tại các nhà máy nhiệt điện, nhà máy xi măng, hoặc trên các phương tiện vận tải hạng nặng (động cơ Diesel Euro 5/6). Chúng đo lường lượng NH3 “trượt” (ammonia slip) sau quá trình xử lý khí thải để tối ưu hóa hiệu quả khử NOx và tránh phát thải NH3 dư thừa ra môi trường. Ngoài ra, chúng còn được dùng trong các trạm quan trắc môi trường để theo dõi ô nhiễm không khí.

Ứng dụng trong dân dụng và IoT

Mặc dù ít phổ biến trong nhà ở thông thường do ngưỡng độc tính của NH3 cao hơn CO, cảm biến NH3 vẫn có thể được tích hợp vào các thiết bị giám sát chất lượng không khí thông minh (Smart Air Quality Monitor) hoặc các hệ thống cảnh báo rò rỉ gas chuyên dụng trong một số ứng dụng dân dụng đặc biệt (ví dụ: nhà có sử dụng hệ thống làm lạnh mini bằng NH3).

Xem thêm: Ứng dụng cảm biến khí NH3 trong hệ thống chăn nuôi hiện đại

Những tiêu chí khi lựa chọn cảm biến khí NH3

Việc lựa chọn đúng cảm biến NH3 là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả và an toàn. Cần xem xét các yếu tố sau:

Dải đo (Measurement Range) phù hợp ứng dụng

Đây là yếu tố quan trọng nhất. Bạn cần đo NH3 để làm gì?

• Phát hiện rò rỉ, cảnh báo an toàn độc hại: Cần dải đo thấp, tính bằng PPM, ví dụ 0-100 PPM, 0-200 PPM, hoặc 0-500 PPM. Đây là dải đo phổ biến nhất cho cảm biến điện hóa.
• Cảnh báo nguy cơ cháy nổ: Cần dải đo cao, tính bằng %LEL (Lower Explosive Limit – Giới hạn nổ dưới, 100% LEL của NH3 tương đương khoảng 15% thể tích). Cảm biến xúc tác phù hợp cho dải này.
• Kiểm soát quy trình (ví dụ SCR): Có thể cần dải đo PPM hẹp và chính xác hơn, hoặc dải đo rất cao (% thể tích).

Độ chính xác và độ phân giải

Độ chính xác (% Full Scale hoặc ± ppm) và độ phân giải (mức thay đổi nhỏ nhất mà cảm biến có thể phát hiện) phải đáp ứng yêu cầu của ứng dụng. Các ứng dụng an toàn thường yêu cầu độ chính xác cao hơn.

Công nghệ cảm biến

Như đã phân tích ở trên, mỗi công nghệ có ưu nhược điểm riêng:

• Điện hóa: Phổ biến nhất cho đo PPM, độ nhạy cao, giá hợp lý, nhưng cần hiệu chuẩn và thay thế định kỳ.
• MOS: Giá rẻ, nhưng độ chọn lọc kém, chỉ phù hợp phát hiện rò rỉ đơn giản.
• Xúc tác: Chỉ dùng cho cảnh báo cháy nổ (%LEL).
• Hồng ngoại: Chính xác, bền, nhưng chi phí cao.

Khả năng tích hợp và giao tiếp

Tín hiệu đầu ra của cảm biến phải tương thích với hệ thống điều khiển của bạn:

• Analog: 4-20mA (phổ biến nhất trong công nghiệp), 0-10VDC.
• Digital: RS485 (Modbus RTU).
• Relay Output: Nhiều cảm biến/đầu dò có sẵn tiếp điểm relay để kích hoạt trực tiếp còi/đèn báo động tại chỗ khi nồng độ vượt ngưỡng cài đặt.

Khả năng chống nhiễu và độ bền môi trường

• Nhiễu chéo (Cross-sensitivity): Đặc biệt quan trọng với cảm biến điện hóa. Kiểm tra xem cảm biến có bị ảnh hưởng bởi các khí khác thường có mặt trong môi trường làm việc không (ví dụ: H2S, Cl2…).
• Cấp bảo vệ (IP Rating): Vỏ cảm biến phải đủ kín để chống bụi, ẩm, hóa chất (ví dụ IP65, IP66).
• Vật liệu: Vỏ và đầu dò phải làm từ vật liệu chịu được môi trường ăn mòn (nhựa ABS, thép không gỉ…).
• Nhiệt độ và độ ẩm hoạt động: Đảm bảo cảm biến hoạt động ổn định trong điều kiện môi trường thực tế.

Hiệu chuẩn và Bảo trì

Hầu hết các cảm biến NH3, đặc biệt là loại điện hóa, đều yêu cầu hiệu chuẩn định kỳ (thường là mỗi 6 tháng) để đảm bảo độ chính xác. Tính năng “Tự hiệu chuẩn” (Auto Calibration) ít phổ biến hơn so với cảm biến CO2 NDIR. Do đó, cần xem xét quy trình và chi phí hiệu chuẩn khi lựa chọn. Cảm biến có dễ dàng tháo lắp để thay thế cell cảm biến (sensor element) khi hết hạn không?

Xem thêm: Hướng dẫn chọn cảm biến khí NH3

Một số mẫu cảm biến khí NH3 phổ biến hiện nay

Tại CÔNG TY TNHH TM&DV THIẾT BỊ ĐIỆN MẠNH TÙNG, chúng tôi cung cấp các dòng cảm biến NH3 chính hãng từ , đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp và phù hợp với điều kiện vận hành tại Việt Nam. Dưới đây là một số model tiêu biểu:

Mã sản phẩm	Tên sản phẩm	Đầu ra tín hiệu	Tính năng chính
SNH.D00.M	Cảm biến khí NH3 SNH.D00.M (NO OUTPUT MODBUS)	Modbus (không đầu ra analog)	Kiểu lắp đặt duct, đo khí NH₃, dành cho hệ thống công nghiệp
SNH.D51	Cảm biến khí NH3 SNH.D51 (4-20MA + 0-10V)	4-20 mA / 0-10 V	Dòng tiêu chuẩn, dùng cho ứng dụng đo NH₃ trong hệ thống công nghiệp ÷ HVAC
SNH.D51.D	Cảm biến khí NH3 SNH.D51.D (4-20MA + 0-10V LCD)	4-20 mA / 0-10 V + LCD	Có màn hình LCD hiển thị, dễ giám sát trực tiếp
SNH.D51.M	Cảm biến khí NH3 SNH.D51.M (4-20MA + 0-10V MODBUS)	4-20 mA / 0-10 V + Modbus	Hỗ trợ giao thức truyền thông Modbus, phù hợp HMI/BMS
SNH.R00.M	Cảm biến khí NH3 SNH.R00.M (NO OUTPUT MODBUS)	Modbus (không đầu ra analog)	Dòng lắp phòng (room type), không đầu ra analog
SNH.R51	Cảm biến khí NH3 SNH.R51 (4-20MA + 0-10V)	4-20 mA / 0-10 V	Kiểu phòng (room) lắp tường, ứng dụng trong phòng làm việc, văn phòng
SNH.R51.M	Cảm biến khí NH3 SNH.R51.M (4-20MA + 0-10V MODBUS)	4-20 mA / 0-10 V + Modbus	Room type + truyền thông Modbus
SNH.W00.M	Cảm biến khí NH3 SNH.W00.M (NO OUTPUT MODBUS)	Modbus (không đầu ra analog)	Kiểu wall-mount (treo tường)
SNH.W51.MDRRB	Cảm biến khí NH3 SNH.W51.MDRRB (4-20MA + 0-10V MODBUS + LCD + 2XRELAYS + BUZZER)	4-20 mA / 0-10 V + Modbus + LCD + 2 Relays + Buzzer	Dòng cao cấp: có màn hình, relay, buzzer tích hợp

Mua cảm biến NH3 uy tín chính hãng ở đâu?

CÔNG TY TNHH TM&DV THIẾT BỊ ĐIỆN MẠNH TÙNG là đại lý ủy quyền SENSE (Thổ Nhĩ Kỳ) tại Việt Nam, cung cấp cảm biến khí NH3 uy tín, chính hãng. Tất cả sản phẩm đều đi kèm chứng nhận CO, CQ, giá cạnh tranh và hỗ trợ kỹ thuật từ đội ngũ hơn 10 năm kinh nghiệm. Liên hệ ngay để nhận báo giá và tư vấn miễn phí.

Lời kết

Cảm biến khí NH3 là một thành phần thiết yếu trong việc đảm bảo an toàn lao động, bảo vệ môi trường và tối ưu hóa quy trình trong nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động, các loại công nghệ và ứng dụng thực tế sẽ giúp các kỹ sư và nhà quản lý lựa chọn được thiết bị phù hợp nhất.

Xem thêm các bài viết liên quan:

Tổng quan về cảm biến áp suất: Nguyên lý và ứng dụng

Tổng quan về cảm biến áp suất gió

Tổng quan về cảm biến áp suất nước tĩnh

Tổng quan về cảm biến khí CO2

---

Cảm ơn quý khách đã truy cập vào website MTEE.VN. Kính chúc quý khách nhận được những thông tin hữu ích và có những trải nghiệm tuyệt vời trên trang.