Датчики загазованности, принципы работы (НКПР, ВКПР).

Датчики загазованности и газосигнализаторы подразделяются на стационарные и переносные. Основным их назначением является обнаружение в воздухе различных газов и подачи светового и звукового сигналов.

Используемые в промышленности датчики загазованности и газосигнализаторы подразделяются на следующие категории:

Термохимические датчики, основанные на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления газа, применяют главным образом для определения концентраций горючих газов

Термохимические датчики, основанные на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления газа, применяют для определения концентраций горючих газов. Они состоят из миниатюрного чувствительного элемента, иногда называемого также "шариком", "пеллистором" (Pellistor) или "сигистором" (Siegistor). Последние два являются зарегистрированными торговыми марками серийных устройств. Они изготовлены из электроподогреваемой катушки с платиновой проволокой, на которую сначала нанесена керамическая подложка, например, оксид алюминия, а затем кроющая наружная оболочка из палладиевого или родиевого катализатора, распыленного на подложку из окиси тория.

Действие этого типа датчика основано на том, что при прохождении газо-воздушной смеси на поверхности катализатора возникает горение и выделяющееся тепло повышает температуру шарика. Вызванное зтим увеличение сопротивления платиновой катушки регистрируется мостовой схемой, второе плечо которой не имеет оболочки - катализатора. При малых концентрациях изменение сопротивления находится в прямой зависимости от концентрации газа в окружающей среде. Типичное напряжение на датчике- несколько вольт, ток 0,1-0,3 ампера. Значение Т90 для каталитических датчиков обычно составляет 20 - 30 секунд.

Инфракрасные датчики работают по принципу поглощения ИК ислучения и предназначены для измерения концентраций горючих газов и паров (например, опасных концентраций метана в воздухе)

Инфракрасные датчики работают по принципу поглощения ИК излучения и предназначены для измерения концентраций многоатомных газов.

Двухатомные газы диатермичны (прозрачны), поэтому поглощения излучения в них нет. Инфракрасные датчики позволяют определять тип газа по длине волны поглощения (например, опасных концентраций метана в воздухе).

Электрохимические датчики позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости раствора, поглотившего этот газ

Электрохимические датчики позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости раствора, поглотившего этот газ. Чувствительным элементом датчика является электрохимический сенсор, состоящий из трех электродов, помещенных в в сосуд с электролитом. Чувствительность к различным компонентам определяется материалом электродов и применяемым электролитом. Например, сенсор кислорода представляет собой гальванический элемент с двумя электродами и является источником тока, величина которого пропорциональна концентрации кислорода.

Полупроводниковые датчики состоющие из нагревательной пленки которая нанесена на силиконовую микросхему предназнзчены для измерения концентрации сероводорода

Полупроводниковые датчики состоят из нагревательной пленки, нанесенной на кремниевую подложку, предназначены для измерения концентрации сероводорода.

Фотоионизационные датчики предназначены для измерения концентрации летучих органических соединений в воздушной среде, при условии ее загазованности только одним определяемым компонентом Фотоионизационные датчики предназначены для измерения концентрации летучих органических соединений в воздушной среде, при условии ее загазованности только одним определяемым компонентом.

При прохождении газа через сенсор молекулы органических и неорганических веществ ионизируются под действием ультрафиолетового излучения. Свободные электроны и ионы создают ток в межэлектродном пространстве. Ток ионизации, величина которого пропорциональна концентрации анализируемого газа, измеряется и сравнивается с пороговой уставкой.

Как правило системы автоматического контроля загазованности предназначена для:

– непрерывного автоматического контроля атмосферы помещений потребителей газа и опо-

вещения об опасных концентрациях природного газа (далее СН4) и оксида углерода (далее – СО);

– контроля срабатывания датчиков аварийных параметров котельной;

– контроля срабатывания датчиков аварий технологического оборудования;

– контроля срабатывания датчиков пожарной и охранной сигнализации.

Система служит для оповещения персонала световыми и звуковым сигналами при возникновении опасных концентраций СН4 и СО, срабатывании датчиков и управления запорным клапаном газоснабжения и внешним исполнительным устройством (например, вентиляцией). Состояние системы запоминается и отображается на блоке сигнализации и управления и выносном диспетчерском пульте.

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени (НКПРП и ВКПРП) — минимальная (максимальная) концентрация горючего вещества (газа, паров горючей жидкости) в однородной смеси с окислителем (воздух, кислород и др.) при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания (открытое внешнее пламя, искровой разряд).

Область значений графика зависимости КПРП в системе «горючий газ — окислитель», соответствующая способности смеси к воспламенению образует область воспламенения.

На значения НКПРП и ВКПРП оказывают влияние следующие факторы:

Свойства реагирующих веществ;

Давление (обычно повышение давления не сказывается на НКПРП, но ВКПРП может сильно возрастать);

Температура (повышение температуры расширяет КПРП за счёт увеличения энергии активации);

Негорючие добавки — флегматизаторы;

Размерность КПРП может выражаться в объёмных процентах или в г/м³.

Внесение в смесь флегматизатора понижает значение ВКПРП практически пропорционально его концентрации вплоть до точки флегматизации, где верхний и нижний пределы совпадают. НКПРП при этом повышается незначительно. Для оценки способности к воспламенению системы «Горючее + Окислитель + Флегматизатор» строят так называемый пожарный треугольник — диаграмму, где каждой вершине треугольника соответствует стопроцентное содержание одного из веществ, убывающее к противолежащей стороне. Внутри треугольника выделяют область воспламенения системы. В пожарном треугольнике отмечают линию минимальной концентрации кислорода (МКК), соответствующей такому значению содержания окислителя в системе, ниже которого смесь не воспламеняется. Оценка и контроль МКК важна для систем, работающих под вакуумом, где возможен подсос атмосферного воздуха через не плотности технологического оборудования.

В отношении жидких сред применимы также температурные пределы распространения пламени (ТПРП) — такие температуры жидкости и её паров в среде окислителя, при которых её насыщенные пары образуют концентрации, соответствующие КПРП.

КПРП определяют расчётным путём или находят экспериментально.

Применяется при категорировании помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, для анализа риска аварии и оценки возможного ущерба, при разработке мер по предотвращению пожаров и взрывов в технологическом оборудовании.