Какие бывают сенсоры у газоанализаторов.

Какие бывают сенсоры у газоанализаторов. Отличия и особенности термокаталитических, электрохимических и оптических сенсоров. В газоанализаторах применяют три типа первичных преобразователей (сенсоров).

Типы делятся по виду определяемого газа:

Тип первичного преобразователя Контролируемые газы
Электрохимический Токсичные газы, кислород
Термокаталитический Горючие газы
Оптический (ИК-диапазон) Углеводороды (метан), углекислый газ

Рассмотрим свойства этих сенсоров несколько подробнее.

Что такое электрохимические сенсоры (для токсичных газов)

электрохимический сенсор

Принцип действия электрохимических сенсоров основан на изменении электрических параметров электродов, находящихся в контакте с электролитом, в присутствии определяемого газа. Изменение электрических параметров – этоследствие окислительно-восстановительной реакции определяемого газа на поверхности электрода. Для протекания электрохимической реакции необходим кислород, поэтому длительная работа сенсора в анализируемой среде, не содержащей кислорода, невозможна.

Эти сенсоры применяют для измерения содержания токсичных газов, вплоть до нескольких миллионных долей. Существуют электрохимические ячейки для измерения объёмной доли кислорода в диапазоне до 30 % объёма.

Особенности электрохимических сенсоров.

  1. Изменения, происходящие в электролите, а также на поверхности электродов, сокращают срок службы сенсора. Со временем происходит деградация сенсора.
  2. Газоанализаторы, использующие электрохимические сенсоры, требуют периодической корректировки дрейфа нуля и чувствительности и, в конце концов, сенсоры, выработавшие свой ресурс, подлежат замене.
  3. Срок службы электрохимических сенсоров зависит от концентрации и времени воздействия, контролируемого или сопутствующих газов, в результате чего приходит в негодность электролит. Например, высокие концентрации диоксида углерода в окружающем воздухе могут вызвать потерю чувствительности и сократить срок годности электролита в некоторых типах кислородных сенсоров. В связи с этим, для электрохимических сенсоров нормируется допустимая перегрузка по концентрации и время восстановления после перегрузки. Срок службы электрохимических сенсоров в благоприятных условиях составляет около 2лет с момента изготовления и не зависит от того, эксплуатируется сенсор в составе газоанализатора или хранится на складе. Это следует учитывать и приобретать сенсоры только при необходимости.

К особенностям эксплуатации электрохимических сенсоров относится то обстоятельство, что при контроле воздуха рабочей зоны на ячейку сенсора влияет ряд внешних факторов, приводящих к дополнительным погрешностям в измерениях или снижающих срок службы сенсора, например

  • электрохимические ячейки могут реагировать на сопутствующие (неконтролируемые) газы, что приводит либо к увеличению, либо к снижению вырабатываемого сигнала, исходя из характера взаимодействия;
  • для некоторых типов электрохимических сенсоров чувствительность пропорциональна атмосферному давлению. Иногдаперепады давления создают опасность повреждения;
  • срок службы сенсора может уменьшиться вследствие высокого содержания в контролируемом воздухе органических растворителей, вступающих в химическую реакцию с электролитом.

Что такое термокаталитические сенсоры (для горючих газов)

термо-каталитический сенсор

В основу работы этого типа сенсоров положена реакция термокаталитического окисления горючих газов в присутствии кислорода воздуха. Регистрируемый параметр — количество тепла, выделяемое в результате реакции.

Термокаталитические сенсоры способны работать непрерывно несколько лет, но из-за старения и воздействия следовых количеств отравляющих веществ у них постепенно смещается нулевой сигнал и снижается чувствительность. Поэтому нужно проводить регулярные проверки чувствительности и градуировку. Проверки желательно выполнять в соответствии с периодичностью, установленной отраслевыми нормативами, если иная периодичность не указана в документах предприятия-изготовителя.

Чаще всего в корпус сенсора вмонтировано негерметичное устройство –пламегаситель, позволяющий газу достичь чувствительного элемента и одновременно гарантирующий, что если даже содержание горючего газа превысит НКПР и смесь, находящаяся внутри сенсора, воспламенится, то это не приведет к воспламенению среды снаружи корпуса. Пламегаситель также защищает чувствительный элемент от пыли, механических повреждений и потоков воздуха.

Термокаталитические сенсоры применяют для определения горючих газов и их смесей в воздухе, содержащем не менее 10% объемной доли кислорода. Время установления показаний и чувствительность зависят от свойств определяемого газа. Чем больше молекулярная масса и размер молекулы газа, тем продолжительнее будет время установления показаний и ниже чувствительность.

Термокаталитические сенсоры не применяют там, где требуется высокая чувствительность (например, для диапазонов измерений значительно ниже 10% НКПР).

Изменения давления, температуры и влажности, лежащие в пределах рабочего диапазона, не оказывают существенного влияния на показания термокаталитического сенсора.

После воздействия горючих газов при содержании, превышающем верхний предел диапазона измерений, сенсору может потребоваться несколько часов для восстановления характеристик. В некоторых случаях могут наблюдаться необратимые изменения нулевого сигнала и чувствительности. Высокое содержание в воздухе инертного газа (например, аргона или гелия) также может нарушить тепловой баланс сенсора, что приведет к выдаче ошибочных показаний.

Газоанализаторы с термокаталитическими сенсорами, соответствующие ГОСТ Р 52350.29.1, должны иметь сигнализацию о выходе показаний за пределы диапазона измерений (индикацию перегрузки), чтобы избежать выдачи ошибочных показаний. Однако допускается, что ранее разработанные газоанализаторы могут не иметь такой функции.

Термокаталитический сенсор не обеспечивает селективности, потому что все горючие газы (в воздухе) вызывают изменение его сигнала. Это свойство обеспечивает возможность контроля как суммы горючих газов, так и отдельных газов, в том числе не входящих в градуировку. В этом случае для пересчёта рекомендуется использовать коэффициенты относительной чувствительности, предоставленные предприятием-изготовителем.

Термокаталитические сенсоры чувствительны к воздействию посторонних веществ, многие из которых довольно широко применяются на промышленных предприятиях, это обстоятельство требует проведения регулярных проверок чувствительности и градуировки. Потеря чувствительности может быть необратимой или временной в зависимости от природы вещества. Потеря чувствительности часто сопровождается увеличением времени установления показаний.

Что такое «отравление катализатора»

Необратимая потеря чувствительности, известная как «отравление катализатора», возникает в результате воздействия следующих веществ:

  • кремний органических соединений (например, гидроизолирующих веществ, некоторых клеёви компаундов, отдельных масел и жиров, некоторых лекарственных препаратов);
  • тетраэтилсвинца (содержащегося, например, в этилированном бензине);
  • серосодержащих соединений (например, диоксида серы, сероводорода);
  • галогенсодержащих соединений (например, ряда галогенных углеводородов);
  • фосфорорганических соединений (например, гербицидов, инсектицидов, а также эфиров фосфорной кислоты в огнеупорных гидравлических жидкостях).
Сенсоры могут быть защищены от большинства каталитических ядов фильтрами с активированным углём или другими поглотителями. Однако применять фильтры следует с большой осторожностью, поскольку, несмотря на то, что они могут послужить превосходной защитой от каталитических ядов, такие фильтры, в частности с использованием активированного угля, приводят к понижению чувствительности к углеводородам и могут даже препятствовать обнаружению высших углеводородов. Также они могут послужить причиной значительного увеличения времени установления показаний для других веществ, кроме метана и водорода, и, таким образом ограничить применимость газоанализаторов для определения этих газов.

Фильтры имеют ограниченный срок службы и требуют периодической замены. Также отмечается влияние повышенной влажности контролируемой среды на работоспособность сенсоров, оснащённых угольными фильтрами.

Что такое оптические сенсоры (для углеводородов, метана, углекислого газа)

оптический сенсор

Принцип действия оптических сенсоров основан на поглощении молекулами определяемого газа энергии светового потока в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной области спектра.

Существующие газоанализаторы работают преимущественно в инфракрасной (ИК-) области спектра.

Инфракрасные сенсоры не изменяют газовый состав пробы и им не требуется для работы присутствие кислорода. Выходной сигнал ИК-сенсора не зависит от скорости потока контролируемого воздуха, но на результат измерения может влиять давление и температура. У таких сенсоров большойсрок службы при условии отсутствия коррозии, загрязнения или механического повреждения.

Этот тип сенсоров принципиально позволяет использовать самодиагностику для проверки чувствительности к определяемому компоненту.

Другие преимущества метода:

  • высокая стабильность;
  • возможность работать при высоких концентрациях газов и паров;
  • устойчивость к отравлению;
  • увеличенный интервал технического обслуживания.
  • Автоматическая градуировка, возможность контроля исправности источника инфракрасного излучения и компенсации загрязнения оптики могут продлить время работы без обслуживания.

ИК-сенсоры можно использовать для определения большинства органических горючих газов, в диапазоне измерения от нескольких сотых объемной доли вплоть до объемной доли определяемого компонента 100%. При этом, чем длиннее оптический путь, тем выше будет чувствительность. Диапазон измерений и другие технические характеристики необходимо выбирать в соответствии с конкретной задачей. При использовании оптических сенсоров необходимо учитывать, что они не могутопределять неорганические горючие газы, например, они не реагируют на водород и оксид углерода (коксовый газ).

ИК-сенсоры градуируют для определения одного конкретного компонента. Присутствие других газов не будет обнаружено, если их полоса поглощения в ИК-области лежит за пределами спектрального диапазона сенсора. Кромегорючих газов (углеводородов) ИК-сенсоры могут применяться для определения углекислого газа СО2 или паров воды Н2О (при соответствующем подборе пары излучатель-фотоприёмник).

Наличие в анализируемом воздухе твёрдых частиц и капель жидкости, которые также поглощают

инфракрасную энергию, вызывает изменение сигнала сенсора или потерю чувствительности. Важно предупредить загрязнение оптических компонентов (например, окон и зеркал), в особенности загрязнение, вызванное твердыми частицами или конденсацией паров.

Отравляющие воздействия других газов на оптические сенсоры неизвестны.

Ознакомиться с ассортиментом газоанализаторов вы можете в нашем интернет-магазине СОЮЗ-ПРИБОР. Выбрать и купить подходящую модель можно всего лишь в несколько кликов. Для получения подробной технической консультации специалистов звоните на горячую линию 8-800-250-72-35. Мы ответим на любые ваши вопросы и поможем подобрать необходимое оборудование.