Hydrocarbon vapor standards for performance evaluation of combustible gas detectors /

"Issued October 1981."

The role of hierarchical morphologies in the superior gas sensing performance of CuO-based chemiresistors

The development of gas sensors with innovative designs and advanced functional materials has attracted considerable scientific interest given their potential for addressing important technological challenges. This work presents new insight towards the development of high-performance p-type semiconductor gas sensors. Gas sensor test devices, based on copper (II) oxide (CuO) with innovative and unique designs (urchin-like, fiber-like, and nanorods), are prepared by a microwave-assisted synthesis method. The crystalline composition, surface area, porosity, and morphological characteristics are studied by X-ray powder diffraction, nitrogen adsorption isotherms, field-emission scanning electron microscopy and high-resolution transmission electron microscopy. Gas sensor measurements, performed simultaneously on multiple samples, show that morphology can have a substantial influence on gas sensor performance. An assembly of urchin-like structures is found to be most effective for hydrogen detection in the range of parts-per-million at 200 °C with 300-fold larger response than the previously best reported values for semiconducting CuO hydrogen gas sensors. These results show that morphology plays an important role in the gas sensing performance of CuO and can be effectively applied in the further development of gas sensors based on p-type semiconductors. High-performance gas sensors based on CuO hierarchical morphologies with in situ gas sensor comparison are reported. Urchin-like morphologies with high hydrogen sensitivity and selectivity that show chemical and thermal stability and low temperature operation are analyzed. The role of morphological influences in p-type gas sensor materials is discussed. Copyright © 2013 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

Characterization of gas emissions during heating of solid products

The emission of different harmful gases during the storage of solid fuels is a common phenomenon. The gases emitted during the heating process of those combustibles are the same as those emitted during combustion, mainly CO and CO2[1]. Nowadays, measurement of these emissions is mandatory. That is why in many industrial facilities different gas detectors are located to measure these gases. But it should be also useful if emissions could be predicted and the temperatures at the beginning of the emission process could be determined.

A Broadband Long-Wavelength Superluminescent Diode Based on Graded Composition Bulk InGaAs

A novel unselective regrowth buried heterostructure long-wavelength superluminescent diode （SLD） with a graded composition bulk InGaAs active region is developed by metalorganic vapor phase epitaxy （MOVPE）. At a 150mA injection current, the full width at half maximum of the emission spectrum of the SLD is about 72nm, ranging from 1602 to 1674nm. The emission spectrum is smooth and flat. The ripple of the spectrum is less than 0.3dB at any wavelength from 1550 to 1700nm. An output power of 4.3mW is obtained at a 200mA injection current under continuous-wave operation at room temperature. This device is suitable for the applications of light sources for gas detectors and L-band optical fiber communications.

The determination of the helium discharge detector response to fixed gases

The Beckman Helium Discharge Detector has been found to be sensitive to the fixed gases oxygen, nitrogen, and hydrogen at detection levels 10-100 times more sensitive than possible with a Bow-Mac Thermal Conductivity Detector. Detection levels o~ approximately 1.9 E-4 ~ v/v oxygen, 3.1 E-4 ~ v/v nitrogen, and 3.0 E-3 ~ v/v hydrogen are estimated. Response of the Helium Discharge Detector was not linear, but is useable for quantitation over limited ranges of concentration using suitably prepared working standards. Cleanliness of the detector discharge electrodes and purity of the helium carrier and discharge gas were found to be critical to the operation of the detector. Higher sensitivities of the Helium Discharge Detector may be possible by the design and installation of a sensitive, solid-state electrometer.

Influência do uso de combustíveis alternativos na síntese por combustão via microondas para a produção de materiais cerâmicos com estrutura espinélio

The development and study of detectors sensitive to flammable combustible and toxic gases at low cost is a crucial technology challenge to enable marketable versions to the market in general. Solid state sensors are attractive for commercial purposes by the strength and lifetime, because it isn t consumed in the reaction with the gas. In parallel, the use of synthesis techniques more viable for the applicability on an industrial scale are more attractive to produce commercial products. In this context ceramics with spinel structure were obtained by microwave-assisted combustion for application to flammable fuel gas detectors. Additionally, alternatives organic-reducers were employed to study the influence of those in the synthesis process and the differences in performance and properties of the powders obtained. The organic- reducers were characterized by Thermogravimetry (TG) and Derivative Thermogravimetry (DTG). After synthesis, the samples were heat treated and characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), analysis by specific area by BET Method and Scanning Electron Microscopy (SEM). Quantification of phases and structural parameters were carried through Rietveld method. The methodology was effective to obtain Ni-Mn mixed oxides. The fuels influenced in obtaining spinel phase and morphology of the samples, however samples calcined at 950 °C there is just the spinel phase in the material regardless of the organic-reducer. Therefore, differences in performance are expected in technological applications when sample equal in phase but with different morphologies are tested

Monitoraggio di rilasci accidentali di sostanze pericolose in un impianto chimico

Il monitoraggio dei rilasci può essere indoor o outdoor; l’attenzione del presente lavoro è rivolta a sistemi di monitoraggio di gas infiammabili e/o tossici in ambienti esterni di stabilimenti onshore. L’efficacia dei sistemi di Gas Detection è profondamente influenzata dalla disposizione dei sensori nelle aree di rischio. Esistono codici e standard che forniscono informazioni molto dettagliate per la progettazione dei sistemi di Fire Detection e linee guida per la scelta, l’installazione ed il posizionamento ottimale dei sensori di incendio. La stessa affermazione non si può fare per i sistemi di Gas Detection, nonostante dall’individuazione tempestiva di un rilascio dipendano anche le successive azioni antincendio. I primi tentativi di sviluppare linee guida per il posizionamento dei sensori di gas sono stati effettuati per le applicazioni off-shore, dove l’elevato livello di congestione e il valore delle apparecchiature utilizzate richiedono un efficiente sistema di monitoraggio dei rilasci. Per quanto riguarda gli impianti on-shore, i criteri di posizionamento dei rilevatori di gas non sono ufficialmente ed univocamente definiti: il layout dei gas detectors viene in genere stabilito seguendo criteri di sicurezza interni alle compagnie affiancati da norme di “buona tecnica” e regole empiriche. Infatti, nonostante sia impossibile garantire l’individuazione di ogni rilascio, vi sono linee guida che propongono strategie di posizionamento dei gas detectors in grado di massimizzare la probabilità di successo del sistema di monitoraggio. Il presente lavoro è finalizzato alla verifica del corretto posizionamento dei gas detectors installati presso l’impianto pilota SF2 dello stabilimento Basell Poliolefine Italia di Ferrara.

Influência do uso de combustíveis alternativos na síntese por combustão via microondas para a produção de materiais cerâmicos com estrutura espinélio

The development and study of detectors sensitive to flammable combustible and toxic gases at low cost is a crucial technology challenge to enable marketable versions to the market in general. Solid state sensors are attractive for commercial purposes by the strength and lifetime, because it isn t consumed in the reaction with the gas. In parallel, the use of synthesis techniques more viable for the applicability on an industrial scale are more attractive to produce commercial products. In this context ceramics with spinel structure were obtained by microwave-assisted combustion for application to flammable fuel gas detectors. Additionally, alternatives organic-reducers were employed to study the influence of those in the synthesis process and the differences in performance and properties of the powders obtained. The organic- reducers were characterized by Thermogravimetry (TG) and Derivative Thermogravimetry (DTG). After synthesis, the samples were heat treated and characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), analysis by specific area by BET Method and Scanning Electron Microscopy (SEM). Quantification of phases and structural parameters were carried through Rietveld method. The methodology was effective to obtain Ni-Mn mixed oxides. The fuels influenced in obtaining spinel phase and morphology of the samples, however samples calcined at 950 °C there is just the spinel phase in the material regardless of the organic-reducer. Therefore, differences in performance are expected in technological applications when sample equal in phase but with different morphologies are tested

The design of gas chromatography ionisation detectors:a study of the electron capture detector and the home ionisation detector

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Precedent-free fault isolation in a diesel engine exhaust gas recirculation system

In this paper, a recently introduced model-based method for precedent-free fault detection and isolation (FDI) is modified to deal with multiple input, multiple output (MIMO) systems and is applied to an automotive engine with exhaust gas recirculation (EGR) system. Using normal behavior data generated by a high fidelity engine simulation, the growing structure multiple model system (GSMMS) approach is used to construct dynamic models of normal behavior for the EGR system and its constituent subsystems. Using the GSMMS models as a foundation, anomalous behavior is detected whenever statistically significant departures of the most recent modeling residuals away from the modeling residuals displayed during normal behavior are observed. By reconnecting the anomaly detectors (ADs) to the constituent subsystems, EGR valve, cooler, and valve controller faults are isolated without the need for prior training using data corresponding to particular faulty system behaviors.

Study of electron focusing in thick GEM based photon detectors using semitransparent photocathodes

The detection efficiency of a GEM based UV sensitive gaseous photomultiplier (GPM) depends on the focusing of electrons from the drift gap to the GEM aperture. We have studied the effect of drift parameters on the efficiency of electron focusing into Thick GEM (THGEM) holes in a GPM with semitransparent UV photoconverter. This study comprises simulation of electron focusing into THGEM holes using GARFIELD for different Ar and Ne based gas mixtures and experimental investigations of the same with P10 gas mixture. (c) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

A dual mode SOI CMOS MEMS based thermal conductivity and IR absorption gas sensor

Design, FEM modelling and characterization of a novel dual mode thermal conductivity and infrared absorption sensor using SOI CMOS technology is reported. The dual mode sensing capability is based on the temperature sensitivity and wideband infrared radiation emission of the resistive heating element. The sensor was fabricated at a commercial foundry using a 1 μm process and measures only 1×1 mm2. Infrared detectors usually use thermopiles in addition to a separate IR source. A single highly responsive dual mode source and sensing element targeting not only low molecular mass gases but also greenhouse gases, while consuming 40 mW power at 700°C in synthetic air, thus makes this sensor particularly viable for battery powered handheld devices. © 2013 IEEE.

Development of a GEM Electronic Board (GEB) for triple-GEM detectors

Developed for use with triple GEM detectors, the GEM Electronic Board (GEB) forms a crucial part of the electronics readout system being developed as part of the CMS muon upgrade program. The objective of the GEB is threefold; to provide stable powering and ground for the VFAT3 front ends, to enable high-speed communication between 24 VFAT3 front ends and an optohybrid, and to shield the GEM detector from electromagnetic interference. The paper describes the concept and design of a large-size GEB in detail, highlighting the challenges in terms of design and feasibility of this deceptively difficult system component.

Hole-type gaseous detectors for medical imaging and HEP experiments

This work presents the results on the development of a high pressure Xe gaseous detector envisaging medical imaging. The detector uses two VUV photosensors operating face-to-face, based on the CsI-MHSP with position discrimination capability. The known effect of the charge gain decrease with the gas pressure is compensated with a light gain using the electroluminescence process. Studies of signal amplitude, energy and position resolution are presented. On the second part, gaseous detectors based on THGEM where studied in order to fulfill the requirements of present and future high energy physics experiments. The work is focused on the application of THGEM in RICH detectors elements: a triple THGEM detector using CsI photocathodes in Ne mixtures was suggested. The ion backflow to the photocathode remains a concern and a limitation; to minimize it, the application of a new hole-structure, THCOBRA, was suggested. Preliminary results foresee good perspectives for the successful application of THCOBRA in ion back-flow suppression. This work contains several methods and measurements of the CsI photocathodes behaviour in radiation gaseous detectors. A long discussion on its issues and possible solutions are presented.

Characterisation of gas and particle emissions from wildfires

Os incêndios florestais são uma importante fonte de emissão de compostos gasosos e de aerossóis. Em Portugal, onde a maioria dos incêndios ocorre no norte e centro do país, os incêndios destroem todos os anos milhares de hectares, com importantes perdas em termos económicos, de vidas humanas e qualidade ambiental. As emissões podem alterar consideravelmente a química da atmosfera, degradar a qualidade do ar e alterar o clima. Contudo, a informação sobre as caraterísticas das emissões dos incêndios florestais nos países do Mediterrâneo é limitada. Tanto a nível nacional como internacional, existe um interesse crescente na elaboração de inventários de emissões e de regulamentos sobre as emissões de carbono para a atmosfera. Do ponto de vista atmosférico da monitorização atmosférica, os incêndios são considerados um desafio, dada a sua variabilidade temporal e espacial, sendo de esperar um aumento da sua frequência, dimensão e severidade, e também porque as estimativas de emissões dependem das caraterísticas dos biocombustíveis e da fase de combustão. O objetivo deste estudo foi quantificar e caraterizar as emissões de gases e aerossóis de alguns dos mais representativos incêndios florestais que ocorreram no centro de Portugal nos verões de 2009 e de 2010. Efetuou-se a colheita de amostras de gases e de duas frações de partículas (PM2.5 e PM2.5-10) nas plumas de fumo em sacos Tedlar e em filtros de quartzo acoplados a um amostrador de elevado volume, respetivamente. Os hidrocarbonetos totais (THC) e óxidos de carbono (CO e CO2) nas amostras gasosas foram analisados em instrumentos automáticos de ionização de chama e detetores não dispersivos de infravermelhos, respetivamente. Para algumas amostras, foram também quantificados alguns compostos de carbonilo após reamostragem do gás dos sacos Tedlar em cartuchos de sílica gel revestidos com 2,4-dinitrofenilhidrazina (DNPH), seguida de análise por cromatografia líquida de alta resolução. Nas partículas, analisou-se o carbono orgânico e elementar (técnica termo-óptica), iões solúveis em água (cromatografia iónica) e elementos (espectrometria de massa com plasma acoplado por indução ou análise instrumental por ativação com neutrões). A especiação orgânica foi obtida por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa após extração com recurso a vários solventes e separação dos extratos orgânicos em diversas classes de diferentes polaridades através do fracionamento com sílica gel. Os fatores de emissão do CO e do CO2 situaram-se nas gamas 52-482 e 822-1690 g kg-1 (base seca), mostrando, respetivamente, correlação negativa e positiva com a eficiência de combustão. Os fatores de emissão dos THC apresentaram valores mais elevados durante a fase de combustão latente sem chama, oscilando entre 0.33 e 334 g kg-1 (base seca). O composto orgânico volátil oxigenado mais abundante foi o acetaldeído com fatores de emissão que variaram desde 1.0 até 3.2 g kg-1 (base seca), seguido pelo formaldeído e o propionaldeído. Observou-se que as emissões destes compostos são promovidas durante a fase de combustão latente sem chama. Os fatores de emissão de PM2.5 e PM10 registaram valores entre 0.50-68 e 0.86-72 g kg-1 (base seca), respetivamente. A emissão de partículas finas e grosseiras é também promovida em condições de combustão lenta. As PM2.5 representaram cerca de 90% da massa de partículas PM10. A fração carbonosa das partículas amostradas em qualquer dos incêndios foi claramente dominada pelo carbono orgânico. Foi obtida uma ampla gama de rácios entre o carbono orgânico e o carbono elementar, dependendo das condições de combustão. Contudo, todos os rácios refletiram uma maior proporção de carbono orgânico em relação ao carbono elementar, típica das emissões de queima de biomassa. Os iões solúveis em água obtidos nas partículas da pluma de fumo contribuíram com valores até 3.9% da massa de partículas PM2.5 e 2.8% da massa de partículas de PM2.5-10. O potássio contribuiu com valores até 15 g mg-1 PM2.5 e 22 g mg-1 PM2.5-10, embora em massa absoluta estivesse maioritariamente presente nas partículas finas. Os rácios entre potássio e carbono elementar e entre potássio e carbono orgânico obtidos nas partículas da pluma de fumo enquadram-se na gama de valores relatados na literatura para emissões de queima de biomassa. Os elementos detetados nas amostras representaram, em média, valores até 1.2% e 12% da massa de PM2.5 e PM2.5-10, respetivamente. Partículas resultantes de uma combustão mais completa (valores elevados de CO2 e baixos de CO) foram caraterizadas por um elevado teor de constituintes inorgânicos e um menor conteúdo de matéria orgânica. Observou-se que a matéria orgânica particulada é composta principalmente por componentes fenólicos e produtos derivados, séries de compostos homólogos (alcanos, alcenos, ácidos alcanóicos e alcanóis), açúcares, biomarcadores esteróides e terpenóides, e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. O reteno, um biomarcador das emissões da queima de coníferas, foi o hidrocarboneto aromático dominante nas amostras das plumas de fumo amostradas durante a campanha que decorreu em 2009, devido ao predomínio de amostras colhidas em incêndios em florestas de pinheiros. O principal açúcar anidro, e sempre um dos compostos mais abundantes, foi o levoglucosano. O rácio levoglucosano/OC obtido nas partículas das plumas de fumo, em média, registaram valores desde 5.8 a 23 mg g-1 OC. Os rácios levoglucosano/manosano e levoglucosano/(manosano+galactosano) revelaram o predomínio de amostras provenientes da queima de coníferas. Tendo em conta que a estimativa das emissões dos incêndios florestais requer um conhecimento de fatores de emissão apropriados para cada biocombustível, a base de dados abrangente obtida neste estudo é potencialmente útil para atualizar os inventários de emissões. Tem vindo a ser observado que a fase de combustão latente sem chama, a qual pode ocorrer simultaneamente com a fase de chama e durar várias horas ou dias, pode contribuir para uma quantidade considerável de poluentes atmosféricos, pelo que os fatores de emissão correspondentes devem ser considerados no cálculo das emissões globais de incêndios florestais. Devido à falta de informação detalhada sobre perfis químicos de emissão, a base de dados obtida neste estudo pode também ser útil para a aplicação de modelos no recetor no sul da Europa.