АзбукаКИП
Главная » Обнаружение газов » Приборы и технологии

Термокаталитические датчики газоанализаторов. Конструкция и принцип работы

Термокаталитические датчики благодаря простоте своей конструкции являются экономически выгодным решением для контроля утечек горючих паров и газов. Конструктивно термокаталитический сенсор представляет собой пару чувствительных элементов - шариков, изготовленных из тонкой платиновой проволоки, смотанной в катушку, на которую нанесена керамическая подложка, например, из оксида алюминия. Различают активный и пассивный шарики или, как их еще называют, пеллисторы (pellistor) или сигисторы (siegistor). На поверхность активного пеллистора поверх керамической подложки кроме того наносится кроющая наружная оболочка из палладиевого или родиевого катализатора, распыленного на подложку из окиси тория.

конструкция пеллистора

Платиновые катушки пеллисторов в процессе работы нагревается протекающим через них током примерно до 450 °C. Через газопроницаемую мембрану (пламегаситель, синтометаллический диск) датчика горючий газ в смеси с воздухом попадает внутрь сенсора и омывает поверхность пеллисторов сенсора. Каталитическое покрытие активного пеллистора окисляется и температура активного пеллистора повышается. Это повышение температуры можно измерить благодаря изменению (увеличению) сопротивления платиновой спирали внутри активного пеллистора. Это сопротивление сравнивается с сопротивлением пассивного пеллистора в стандартной цепи с измерительным мостом.

измерительный мост сенсора

В диапазоне концентраций горючего газа от 0 до 100% нижнего предела взрываемости (НПВ) соотношение этих сопротивлений будет пропорционально концентрации газа и его можно отобразить на измерительном инструменте или индикаторе.

Температура пассивного пеллистора, при неизменных условиях окружающей среды, зависит только от величины протекающего через него тока, а температура активного пеллистора определяется величиной этого же, протекающего через него тока, плюс процессами окисления катализатора, интенсивность которых пропорциональна концентрации горючих газов в воздухе.

Чтобы показания термокаталитического сенсора не зависели от изменения окружающих условий (температуры, влажности) в лучших каталитических датчиках используются термически согласованные шарики. В этом случае датчик имеет фактически два активных пеллистора, один из которых выполняет функции пассивного пеллистора. Пассивное функционирование достигается или за счет покрытия шарика тонким слоем стекла, или за счет деактивированного катализатора, или за счет размещения «пассивного» пеллистора в практически герметичной полости, имеющей всего одно отверстие очень малых размеров для сообщения с окружающей средой. Таким образом «пассивный» пеллистор действует лишь как компенсатор любых внешних изменений температуры и влажности. Данная технология применяется, например, в термокаталитических сенсорах DragerSensor PR M DD, где аббревиатура DD расшифровывается как double detector - двойной (активный) детектор.

датчик СТМ-10

Учитывая то, что принцип действия термокаталитического датчика основан на сжигании содержащихся в воздухе горючих газов, то для обеспечения безопасной эксплуатации термокаталитический сенсор должен иметь прочный металлический корпус, а перед пеллисторами необходимо установить пламегаситель. Это позволяет смеси газа и воздуха проникать в корпус датчика к чувствительному элементу, но предотвращает распространение пламени из сенсора в окружающую среду.

Термокаталитические датчики, имеющие повреждения корпуса или пламегасителя (трещины, сколы и т.п.) эксплуатировать запрещается.

Пламегаситель несколько увеличивает время реакции датчика, однако в большинстве случаев показания появляется уже через несколько секунд после обнаружения газа. Поскольку рост показаний сенсора в значительной степени замедляется по мере приближения измеренной концентрации горючего газа к ее фактическому значению, то время отклика сенсора часто определяется как время, необходимое для достижения 90% от его конечного показания и поэтому известное как значение Т90. Значение Т90 для каталитических датчиков составляет обычно 10 - 30 секунд, то есть они обладают достаточно малым временем отклика. В США и некоторых других странах при указании характеристик сенсоров часто указывается время Т60, а не Т90. Этот факт следует учитывать при сравнении рабочих характеристик различных датчиков.

время t90

К недостаткам термокаталитических сенсоров можно отнести ограниченный срок службы и уменьшение чувствительности с течением времени. Кроме того, ряд газов и паров (например, кремнийорганические и свинцовые соединения, сера, сероводород, некоторые растворители и добавки в авиационное топливо) могут отравлять сенсор. Еще одной особенностью термокаталитических сенсоров является то, что для окисления горючего газа на пеллисторе необходим кислород воздуха. Поэтому, если измерение происходит не в воздушной атмосфере, а, например, в атмосфере чистого азота, то показания газоанализатора будут существенно занижены. По этой же причине при калибровке термокаталитических сенсоров можно использовать только поверочные газовые смеси (ПГС) «горючий газ в воздухе». Газовые смеси «горючий газ в азоте» использовать для калибровки термокаталитических датчиков нельзя.

Drager Polytron 8000

Выходной сигнал термокаталитического сенсора, измеряемый в милливольтах, не позволяет подключать его непосредственно к измерительным входам вторичных приборов и технологических контроллеров. Чтобы с помощью выходного сигнала сенсора можно было осуществлять управление какими-либо типовыми исполнительными устройствами автоматики безопасности он чаще всего сразу (в месте установки датчика) преобразуется в стандартный токовый сигнал 4-20 мА как, например, в газоанализаторе PEX 3000. Или же сигнал сенсора преобразуется в сигнал управления на удаленном устройстве, на вход которого приходит милливольтовый сигнал сенсора, удаленного на несколько десятков и сотен метров, как, например, в сигнализаторе СТМ-10.

Первый вариант предпочтительнее, так как:

  • датчик контроля загазованности с выходом 4-20 мА может быть подключен к любому вторичному прибору с унифицированным токовым входом.
  • показания датчика меньше зависят от изменения температуры, длины и других параметров соединительной линии.
  • калибровка датчика по месту его установки может выполнятся одним специалистом, так как сенсор и органы управления находятся в одном месте.

Термокаталитические датчики с выходом 4-20 мА не могут быть подключены ко вторичным приборам по двухпроводной схеме из-за того, что для работы сенсора требуется достаточно большой ток. Например, сенсор DragerSensor PR M DD газоанализатора PEX 3000 потребляет ток 255 или 275 мА в зависимости от модификации газоанализатора.

Рекомендуемые статьи
Ремонт газоанализатора Vario Plus с заменой кислородной ячейки
Критерии выбора портативных газоанализаторов
Контроль утечек авиационного топлива
Категория: Приборы и технологии | Просмотров: 11122

Потребность в каких газоанализаторах вы испытываете:
Всего ответов: 49
Присоединяйтесь
Youtube
Контакт