Методы измерений в газоанализаторах для контроля ДВК
Для контроля довзрывоопасных концентраций горючих газов и паров наибольшее распространение получили термохимический (термокаталитический) и оптический (инфракрасный) методы измерения. Итак, рассмотрим принцип действия датчиков, построенных на данных методах измерений, выявим достоинства и недостатки применения каждого из них.
Термохимический (термокаталитический) метод измерения.
Основан на окислении горючего газа на поверхности катализатора, электрически нагреваемого до температуры от 450°С до 550°С. Окисление приводит к повышению температуры чувствительного элемента, приблизительно пропорциональному содержанию определяемого горючего газа. Конструктивно термохимический сенсор состоит из двух чувствительных элементов, установленных близко друг от друга, один из элементов – рабочий, а второй – сравнительный. Рабочий и сравнительный чувствительные элементы электрически подобны друг другу, однако рабочий чувствительный элемент изменяет свою температуру и, следовательно, свое электрическое сопротивление при контакте с горючим газом.
Достоинства термохимических датчиков:
- относительно низкая стоимость;
- широкий спектр контролируемых веществ;
- быстрое время срабатывания.
Недостатки термохимических датчиков:
- низкая стойкость к перегрузкам и каталитическим ядам;
- короткий срок службы.
Оптический (инфракрасный) метод измерения.
Углеводороды поглощают излучение в определенном диапазоне длин волн, приблизительно от 3,3 до 3,5 мкм. При этом азот и кислород - основа окружающего нас воздуха - излучение с данными длинами волн не поглощают, поэтому именно эта длина волны используется в оптических инфракрасных газоанализаторах углеводородных газов.
Таким образом, принцип действия оптических газоанализаторов основан на поглощении ИК излучения анализируемым газом. Степень поглощения ИК излучения зависит от содержания анализируемого компонента в газовой смеси. Для каждого газа существует своя область поглощения ИК излучения, что обусловливает высокую степень избирательности этого метода.
Источником излучения в инфракрасном сенсоре является прерывистый световой поток, например, от периодически включающейся низковольтной лампы накаливания, имеющей высокий процент инфракрасного излучения в спектре излучаемых частот. Проходя через газовую кювету, это излучение расщепляется светоделителем на две части, одна из которых подается на измерительный детектор, а другая - на опорный детектор. Детекторы содержат герметизированные пироэлектрические кристаллы, преобразующие полученную лучистую энергию в выходное напряжение. При этом детекторы имеют разные оптические фильтры: кристалл измерительного детектора принимает только излучение с длиной волны 3,4 мкм, а опорный детектор 4,0 мкм. Углеводородные газы не поглощают излучение с длиной волны 4,0 мкм. Содержание газа определяется, как отношение интенсивности излучения на рабочей длине волны (3,4 мкм) к интенсивности излучения на опорной длине волны (4 мкм). Микропроцессор вычисляет содержание газа и формирует выходной токовый сигнал.
Достоинства оптических датчиков:
- нечувствительность к полимеризирующимся и коррозийным веществам и каталитическим ядам;
- возможность обнаружения газов при недостатке кислорода;
- повышенная надежность и длительный срок службы;
- стабильность показаний;
- стойкость к перегрузкам.
Недостатки оптических датчиков:
- длительное время срабатывания;
- высокая стоимость.
