Основные типы газовых сенсоров, применяющихся в современном газоаналитическом оборудовании
Характеристики каждого типа сенсоров
Термокатализ или оптика – какой метод надежнее для определения взрывоопасных газов?
Как мы повышаем стабильность работы приборов в сложных условиях?
Оптические сенсоры
Применение: измерение довзрывоопасных концентраций (ДВК) горючих газов и паров в диапазоне от 0 до 100% НКПР, а также концентрации в диапазоне от 0 до 100% объема.
Принцип действия
Инфракрасный принцип измерения основан на том, что многие газы поглощают инфракрасные лучи. Каждый газ имеет свой определенный спектр поглощения. Сенсор состоит из источника ИК-света и датчика, между которыми установлены оптический фильтр и измерительная ячейка. Поступая в измерительную ячейку, газ поглощает некоторое количество инфракрасного света, а датчик при этом фиксирует снижение интенсивности поступающего ИК-света и на базе известной зависимости (калибровочной кривой) генерирует выходной сигнал. Несмотря на то, что зависимость не линейная, она хороша известна производителям датчиков.
Преимущества и недостатки
Для определения концентрации взрывоопасных газов мы используем оптические газовые датчики MIPEX (Россия). Они изготовлены на уникальной запатентованной технологии светоизлучателей и фотодиодов на основе твердотельных сплавов А2В4-А2В6, имеют встроенный микроконтроллер и цифровой интерфейс и до 1000 раз более энергоэффективны, чем их ближайшие западные аналоги.
Как мы обеспечиваем устойчивость работы в условиях повышенной влажности?
- Проводим дополнительную выбраковку ИК-сенсоров по воздействию влаги
- Подвергаем сенсоры термоциклированию для стабилизации показаний
- Дополнительно укомплектовываем газоанализаторы гидрофобными лавсан-фторопластовыми фильтрами.
ООО «Томскнефтехим»
В сравнении участвуют приборы производства Oldham, Аналитприбор и ЭМИ-Прибор. Правый ИГМ-12 поставлялся с дополнительной защитой от влияния влаги, левый ИГМ-12 в обычной комплектации.
Как мы добиваемся стабильности работы при температурах до -60°С?
Оптические сенсоры MIPEX вследствие своих конструктивных особенностей не нуждаются в подогреве.
Для обеспечения стабильности измерений горючих газов в условиях сверхнизких температур мы ввели трехступенчатую систему подготовки сенсоров MIPEX:
- Проводим калибровку каждого ИК-сенсора в климатических камерах в расширенном температурном диапазоне от -600С до +600С
- Проводим температурный газовый тест каждого сенсора на соответствие заявленным характеристикам
- Только после этого устанавливаем датчики в приборы, проводим необходимые испытания и поверку.
Дополнительно проводим периодические испытания изделий в сборе (проверка герметичности, температурной погрешности, проверка погрешности от влажности и т.д.).
Калибровка сенсоров в климатических камерах
В результате:
- Достигается стабильная работа при сверхнизких температурах
- Энергопотребление уменьшается в 6 раз по сравнению с аналогами
- Снижается вероятность ложных срабатываний
Термокаталитические сенсоры
Применение: измерение довзрывоопасных концентраций (ДВК) горючих газов и паров в диапазоне от 0 до 100% НКПР
Принцип действия
Распространенный тип датчика, принцип работы которого основан на вычислении количества тепла, выделяемого при сгорании горючего газа или паров в катализаторе. Датчик состоит из двух чувствительных элементов – рабочего и компенсирующего. Рабочий элемент представляет собой спираль из драгоценного металла (как правило, платины) и катализатора, чувствительного к горючим газам. Воздушная смесь, содержащая горючий газ, вступает в реакцию с катализатором, увеличивая температуру элемента, и, как следствие, приводит к изменению электрического сопротивления спирали в почти линейной зависимости от концентрации газа. Компенсирующий элемент состоит из платиновой спирали и стекла, которое не обладает чувствительностью к горючим газам, и предназначен для компенсации окружающих условий.
Преимущества и недостатки
Почему мы не работаем с термокаталитическими сенсорами?
Мы принципиально не используем при производстве приборов термокаталитические сенсоры для определения взрывоопасных газов по 6 причинам:
- Термокаталитические сенсоры подвержены отравлению кремниевыми, сернистыми, свинцовыми, галогеносодержащими, фосфорорганическими соединениями;
- Частые выбросы целевого газа ведут к сокращению срока службы термокаталитического сенсора;
- При температурах ниже -200С проявляется сильная нестабильность, особенно в портативных газоанализаторах;
- Высокая влажность и перепады температур так же ведут к ложным срабатываниям или, наоборот, к отсутствию реакции у портативных приборов
- Занижение показаний сенсора при снижении концентрации кислорода, так как кислород необходим для реакции на катализаторе пеллистора;
- Нестабильность работы при малых концентрациях целевого газа.
Электрохимические сенсоры
Предназначен для измерения ПДК токсичных веществ
Принцип действия
В основе лежит процесс электролиза. Датчик состоит из трех электродов – рабочего (газопроницаемой пленки с нанесенным катализатором из драгоценного металла), референсного и интегрирующего, – которые размещены в пластиковом корпусе с электролитом. Опорный электрод служит для поддержания нужного для линейной работы сенсора потенциала рабочего электрода относительно счётного электрода. Компенсирующий электрод уравновешивает химическую реакцию, происходящую на рабочем электроде. Его цель – скомпенсировать выделенные при реакции с газом в электролит ионы.
При реакции между рабочим и противовесным электродом возникает электрический ток. Ток, возникающий в ходе химических реакций на рабочем и интегрирующем электродах, пропорционален концентрации измеряемого газа.
Преимущества и недостатки
Фотоионизационные сенсоры
Предназначен для измерения крайне малых концентраций (на уровне ppm и ppb) летучих органических соединений
Принцип действия
В фотоионизационных датчиках измеряемый газ ионизируется с помощью ультрафиолетового света, а это, в свою очередь, приводит к возникновению электрического тока. Когда газ попадает в ионизационную камеру, он подвергается воздействию УФ-света, под воздействием которого газ начинает терять электроны и генерировать катионы (положительные ионы). Электроны и катионы, в свою очередь, притягиваются катодом и анодом, возбуждая электрический ток, который пропорционален значению концентрации. Для ионизации требуются фотоны с энергией выше энергии данного конкретного газа, поэтому в ФИД, как правило, используют УФ-лампы с энергией 10,6 эВ (изготовлены из фторида магния и наполнены криптоном) или 11,7 эВ (изготовлены из фторида лития и наполнены аргоном).
Преимущества и недостатки
