Предлагаем рассмотреть основные принципы действия, положенные в основу промышленных газоанализаторов, призванных обеспечить безопасность во таких отраслях как промышленность, энергетика, нефтегазовый комплекс, сельское хозяйство, оборонный комплекс, транспорт и т.д. Один класс приборов должен обеспечить обнаружение возможных утечек взрывоопасных газов и паров до достижения нижнего предела взрываемости. (НКПР). Другой класс приборов обеспечивает обнаружение возможных утечек токсичных газов и паров жидкостей до достижения уровня ПДК (предела допустимых концентраций). И в первом, и во втором случае газоанализаторы должны подавать сигналы, которые используются для устранения процессов, приводящих к появлению утечек.

В приведенной ниже таблице рассмотрены принципы действия, достоинства и недостатки различных типов промышленных газоанализаторов.

Принцип действия, достоинства и недостатки различных типов датчиков для газоанализаторов

1. ОПТИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Основой большинства выпускаемых компанией Метеоспецприбор газоанализаторов являются оптические (ИК абсорбционные) датчики. По целому комплексу параметров они значительно превосходят применяемые в промышленности термокаталитические, электрохимические и полупроводниковые газовые сенсоры.

Оптические датчики имеют высокую стабильность нуля, чувствительность, селективность, быстродействие, не отравляются повышенными концентрациями контролируемых и сопутствующих газов, могут функционировать в бескислородной среде.

Базовая оптическая схема

Многие газы имеют характерные полосы поглощения в инфракрасной области спектра.

Поэтому по величине поглощения излучения, прошедшего сквозь газовую пробу, можно измерить концентрацию газа.

В оптических газоанализаторах для увеличения стабильности нуля, а также для компенсации возможного влияния влаги, пыли и других факторов, которые способны поглатить свет, используется автокомпенсационная двухлучевая оптическая схема, в которой измеряется интенсивность двух лучей, проходящих по одному и тому же оптическому пути, причем длина волны одного (измерительного) луча находится в области поглощения, а другого (опорного) – в области прозрачности определяемого газа.

Реальные элементы (излучатели и фотоприемники), используемые в газоанализаторе, меняют свои параметры при изменениях температуры, а также в процессе старения. Для автокомпенсации этих изменений в оптическую схему вводятся еще два луча, не проходящие сквозь анализируемую газовую смесь.

Высокая стабильность нуля и чувствительности, долговечность

Основная причина перехода на оптические газоанализаторы – стабильное положение нуля и стабильная чувствительность к контролируемому газую Это означает отстствие необходимости ежедневной калибровки.
Применение в качестве чувствительных элементов полупроводниковых изделий микроэлектроники обеспечивает функционирование оптических газоанализаторов на протяжении более десяти лет. Все это обеспечивает нашим приборам высокое соотношение качество/цена.

Бесконтактный и неразрушающий характер измерений

Преимущество оптических газоанализаторов по сравнению с электрохимическими, термокаталитическими, полупроводниковыми датчиками заключается в отсутствии контакта между загазованной атмосферой и чувствительными элементами: сквозь газовую пробу проходит лишь луч света, а излучатель и фотоприемник защищены прозрачными окнами из химически стойкого стекла. Поэтому для оптических газоанализаторов безопасны химически агрессивные вещества и соединения (например, хлор, сера, фосфор, фтор, аммиак, окислы азота, тетраэтилсвинец,и т.д.), выводящие из строя газоанализаторы, в основе действия которых лежат химические реакции. Им не страшны концентрационные перегрузки вплоть до 100% концентрации определяемого газа, причем время восстановления после перегрузки определяется только временем обновления содержимого газовой камеры.

Избирательность

Уникальная особенность оптических газоанализаторов – избирательность. В них, в отличие от других типов – термокаталитических, электрохимических, полупроводниковых приборов – исключается реакция на другие вещества, так как спектры поглощения различных газов не совпадают.
В частности, измеряется концентрация метана в атмосфере, содержащей и другие углеводороды.
Инженерами ЗАО "Метеоспецприбор" разработан метод, защищенный европейским патентом, позволивший достигнуть рекордной селективности измерений концентраций метана по отношению к пропану: S=1000.

Высокое быстродействие

К достоинствам оптических газоанализаторов относится также их быстродействие. Если для датчиков, в основе действия которых лежит химическое взаимодействие с определяемым газом, время измерения определяется скоростью протекания химических реакций и составляет несколько секунд, то для оптических газоанализаторов быстродействие достигает долей секунды.

Функционирование в бескислородной среде

Нельзя оставить без внимания также уникальную способность оптических газоанализаторов вести измерения в бескислородной среде, например, в заполненном азотом межстеночном пространстве резервуаров для хранения бензина.

Широкий диапазон измерений

Меняя длину газовой камеры удалось создать приборы для измерения в самых разных диапазонах концентраций и с различной чувствительностью. Длина пути в 4 – 5 метров (для этой цели используются многоходовые оптические кюветы) позволяет измерять концентрации метана на уровне естественного фона - 10-4 доли объема, а для измерения в диапазоне (0-100)% объемных долей с точностью ±1% достаточно пути в 1 см.

Заметим, что термокаталитические газоанализаторы способны вести измерения только в узком диапазоне довзрывоопасных концентраций. Высокие концентрации углеводородов выводят их из строя.

Мы предлагаем линейку газоанализаторов, которые работают как высокоточные измерительные приборы во всевозможном земном диапазоне концентраций углеводородов – от 1 ррm до 100% объема.

Они могут функционировать:
как высокочувствительные течеискатели,
как приборы для экологического контроля (1 ….100 ppm)t
как приборы для измерения довзрывных концентраций углеводородов в системах техники безопасности (100 ррm -5об.д.,%),
как приборы для технического контроля в газовой, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности

Кроме того, оптические датчики обладают уникальной селективностью.

Подбирая различные сочетания датчиков, работающих в составе данной модели газоанализатора, можно удовлетворить любые конкретные технические требования

2. ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Важность использования оптики объясняется спецификой принципа работы, например, термокаталитического датчика, который уступает оптическому по безопасности.
Главным недостатком термопреобразовательных элементов является постепенная потеря чувствительности вследствие структурных изменений каталитически активной поверхности при их длительной работе в сложных атмосферных условиях, какие, например, встречаются на реальных объектах.
Как показал опыт эксплуатации, полная потеря чувствительности происходит за отрезок, исчисляемый от нескольких месяцев до нескольких лет. Этот недостаток является принципиальным и обусловлен химической природой процесса взаимодействия между поверхностью каталитически активного чувствительного элемента и анализируемыми газами.
Такое химическое взаимодействие на атомно-молекулярном уровне приводит к постепенному изменению структуры поверхности чувствительного элемента, усугубляемое в реальных условиях наличием паров кислотных и щелочных подземных вод, а также микродоз газов, являющихся ядами для катализаторов – некоторые серосодержащие газы, пары силиконовых соединений техногенного происхождения и др.
В обычных условиях это приводит к постепенному изменению показаний прибора.
В случае аварийной ситуации использование термокаталитического газоанализатора может просто привести к катастрофе.
При возникновении возгорания произойдет отравление прибора продуктами горения и он может не сработать на реальный выброс. Кроме этого, в замкнутом пространстве подземного сооружения при горении происходит резкое падение концентрации кислорода.

3. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Термокаталитические сенсоры в системе обеспечения безопасности (в силу их специфики) применяются все меньше и меньше. Как правило, это контроль взрывоопасных газов, где оптические сенсоры имеют неоспоримые преимущества. К сожалению, оптические методы не могут эффективно быть использованы в диапазоне 1-100 ppm. Это область ПДК для отравляющих газов. Оптические методы и здесь могут работать эффективно, однако для этого требуется построить очень большие по размерам и весу приборы. Например, для такого газ как H2Sуровень ПДК это ≈100 ppm. Для того, чтобы построить оптический газоанализатор для такого диапазона концентрации необходимо иметь оптической ячейки более 10 м., что является неприемлемым. В связи с этим для решения проблем безопасности на случаи утечки таких газов как H2S, CO, NH3, NO, NO2, H2, O2, Cl2, SO2 и др. в диапазонах ПДК (1-200 ppm) используются электрохимические сенсоры. Несмотря на свои недостатки, они больше подходят по соотношению цена/качество.

4. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Полупроводниковые сенсоры, из-за своих недостатков невозможно использовать для создания измерительных приборов, однако с успехом их можно использовать для создания всевозможных течеискателей для таких газов как метан, пропан, бутан, ацетилен, угарный газ, аммиак, сероводород, водород, бензин, галогены, фреоны, спирт и других промышленных растворителей.

Заключение.

Таким образом можно сделать следующие выводы:

1. Для обеспечения надежного обнаружения утечек взрывоопасных и горючих газов лучше всего подходят оптические промышленные газоанализаторы (как портативные, так и стационарные).

2. Для надежного обнаружения возможных утечек токсичных газов на уровне ПДК рабочей зоны лучше всего подходят электрохимические газоанализаторы.

3. Для создания эффективных течеискателей как горючих, так и токсичных газов лучше всего подходят приборы, построенные на базе полупроводниковых сенсоров.

Термокаталитические газоанализаторы исчерпали свой ресурс и на современном уровне развития промышленности являются морально устаревшими.

Газоанализатор – это измерительный прибор, предназначенный для определения концентрации определенных компонентов в газовых смесях. Он может работать в ручном или автоматическом режиме. Результат измерений выражается в процентном соотношении концентрации или просто сообщается о критическом превышении установленной нормы определенного вещества в воздухе или другой газовой среде. Устройство предназначено для измерения содержания отдельного компонента и не может реагировать на превышение концентрации другого.

Разновидности устройств по функциональным возможностям

Газоанализаторы разделяют на несколько видов в зависимости от их функционального предназначения. Они производятся в виде:

• Индикатора.
• Течеискателя.
• Сигнализатора.

Приборы индикаторного типа предназначены для кратковременного измерения с целью определения концентрации определенного компонента в газовой среде. Такие устройства зачастую представлены переносными портативными моделями.

Газоанализаторы в виде течеискателей также являются портативными. Они предназначены для поиска течи в газовых трубах. С помощью такого устройства можно точно определить поврежденный участок, через который осуществляется утечка в атмосферу. Прибор работает практически по принципу индикатора, но анализирует не общий объем газа в помещении, а охватывает ограниченное пространство вокруг чувствительного элемента. Прикладывая прибор к трубе, осуществляется сканирование газа вокруг ее стенок с целью выявления участка, где превышение концентрации будет максимальным.

Зачастую такие приборы оснащаются взрывозащищенным корпусом, что исключает образование искры способной воспламенить среду, если идет анализ повреждения труб с горючими газами. Течеискатели часто можно встретить у работников жилищных управляющих компаний, которые проверяют герметичность подключения , и к трубам. Это компактные и легкие приборы, позволяющие осуществлять анализ воздуха на наличие примесей природного газа за считанные секунды.

Газоанализаторы в виде сигнализаторов осуществляют непрерывный анализ состава газовой среды. Они представлены стационарным оборудованием, которое закрепляется неподвижно. При получении данных с превышением допустимых показателей прибор сигнализирует об этом на пульт управлении, в результате чего осуществляется звуковой или световой сигнал. Пульт управления может автоматически перекрыть подачу газа или включить дополнительную вентиляцию.

Существуют анализаторы, которые оснащены собственным световым и звуковым оборудованием для сообщения об опасности. Отдельные устройства идут в комплекте с электроклапаном, который при срабатывании прибора перекрывает трубу. При этом автоматические процессы происходят без участия пульта управления, что позволяет отказаться от его использования.

Виды газов, на которые реагируют анализаторы

Газоанализатор может иметь разнообразную конструкцию, которая реагирует на любое газовое вещество. К самым востребованным устройствам относятся приборы, которые откалиброваны для измерения концентрации следующих видов газов:

• Сероводород.
• Пропан.
• Метан.
• Окись углерода.
• Кислород.
• Диоксид серы и пр.

Бытовой газоанализатор

Согласно требованиям законодательства, газоанализаторы устанавливаются в обязательном порядке на промышленных объектах, а также котельных. В помещениях, где работают отопительные системы, применяются приборы, которые анализируют концентрацию углекислоты, а также горючего газа. На производстве, где существует риск выброса других разновидностей газа, также устанавливаются анализаторы, реагирующие на подобные вещества. В бытовых помещениях наличие подобного оборудования необязательно. При этом использование газоанализаторов существенно повышает безопасность. Предлагаемое производителями оборудование для бытовых помещений не требует подключения к пульту управления. Это снижает затраты на оснащение помещения чувствительными датчиками и системами управления.

В домашних помещениях применяется два типа оборудования – для горючих и угарных газов. Приборы, которые реагируют на горючие смеси, устанавливаются в тех помещениях, где имеются потребители газа. Такие устройства являются стационарными. Они закрепляются на стене вблизи с возможным источником утечки, и с помощью проводов соединяются с электроклапаном, установленным на выходе газовой трубы или на выходе баллона. При превышении допустимой концентрации газа устройство подаст звуковой и световой сигнал, а также даст команду электроклапану перекрыть подачу.

Более распространенными являются бытовые устройства, реагирующие на угарный газ. Его образование происходит при горении обычного газа, дров, угля и любых других предметов. Подобные устройства при обнаружении превышения концентрации окиси углерода выдают звуковой и световой сигнал. При наличии принудительной вентиляции, прибор подсоединяется к ее управлению. Он включает вытяжку, что осуществляет обновление воздуха в помещении. Если устройство устанавливается в помещении с современным отопительным котлом, то срабатывание датчика приводит к перекрытию подачи кислорода в камеру сгорания. Это позволяет прекратить горение и предотвратить увеличение концентрации угарного газа.

Бытовые устройства работают непрерывно. Частота анализа воздуха в помещении осуществляется с периодичностью 5-60 секунд. Перед тем как концентрация опасных веществ в воздухе достигнет критического уровня, бытовой газоанализатор издает предупредительные сигналы, сообщающие о значительном увеличении опасных веществ. Это позволяет заранее среагировать и устранить проблему до того как сработает аварийный сигнал и последует запуск автоматических процессов.

Зачастую бытовой газоанализатор является комбинированным и имеет чувствительные датчики, которые реагируют на несколько веществ. Обычно это три компонента – метан, пропан-бутан и оксид углерода.

Подобные устройства будут уместными для установки в следующих помещениях:

• В квартирах и домах.
• Гаражах.
• Котельных.
• Хранилищах баллонов с газом.

Разновидности газоанализаторов в зависимости от физических принципов работы

В зависимости от физического принципа, по которому осуществляется анализ газовой среды для выявления отдельных компонентов, существует больше 10 разновидностей газоанализаторов. Не существует полностью универсальной конструкции, которая бы позволяла анализировать состав любых смесей. Для одних разновидностей газов используется один физический принцип, в то время как для других он не действенный или небезопасный.

Выделяют следующие популярные виды газоанализаторов:

• Термокондуктометрические.
• Пневматические.
• Магнитные.
• Инфракрасные.
• Ионизационные.
• Ультрафиолетовые.
• Люминесцентные.

Термокондуктометрические реагируют на теплопроводность смеси. Данные устройства анализируют насколько эффективно осуществляется передача температуры в газовой среде. Подобное оборудование подходит в тех случаях, когда уровень теплопроводности у основного газа и примесей, которые нужно выявить, существенно отличается.

Пневматические анализируют вязкость смеси, которая присутствует в помещении. Данные приборы не имеют электрических компонентов, поэтому их можно использовать на взрывоопасных объектах. Механические элементы прибора не создают искру, поэтому риск воспламенения газа исключается.

Магнитный газоанализатор используется для анализа кислорода. Подобные приборы используются в различных высокотехнологических механизмах, в которых проводится подготовка газовой смеси для сжигания. По данному принципу работает лямбда-зонд, который монтируется в выхлопной системе современных автомобилей. Устройство определяет концентрацию кислорода в выхлопных газах, что позволяет оценить, насколько эффективно прогорело топливо.

Инфракрасные облучают газовую среду инфракрасными лучами, после чего чувствительные датчики реагируют на уровень поглощения молекулами вещества излучаемого света. Такие устройства имеют взрывозащищенный корпус, поэтому часто используются с взрывоопасными веществами. По данному принципу работает значительная доля лабораторного и промышленного оборудования.

Ионизационный газоанализатор проверяет электропроводимость и ионизованных газов. При наличии примесей электропроводимость отличается, что фиксируется прибором и отображается в процентном выражении концентрации. Подобные устройства могут работать только с теми газами, которые не могут воспламеняться.

Ультрафиолетовые работают по схожему принципу с инфракрасными, за тем исключением, что осуществляют облучение ультрафиолетовыми лучами. Данные приборы также анализируют интенсивность поглощения молекулами измеряемой среды направленных на них лучей.

Люминесцентный газоанализатор измеряет люминесцирующие свойства газов. Эти свойства отличаются в зависимости от концентрации определенных примесей. Данные устройства являются не столь распространенными, поскольку существуют намного более простые технологии производства оборудования, работающие по другому принципу, которые позволяют получить данные с такой же точностью, но с меньшими затратами на изготовление анализатора.

Бывает также прочее оборудование, работающее по другим физическим принципам. Оно является менее распространенным, поскольку затратное в производстве, или требует обслуживания. Зачастую подобные газоанализаторы работают по химическому принципу и требуют заправки приборов реагентами, которые после израсходования нужно доливать. Такие приборы применяются для специфических газов, которые другими способами не анализируются.

Анализ газовых сред является обязательным мероприятием в работе химических производств, а также на многих промышленных предприятиях. Такие исследования представляют собой процедуры по измерению того или иного компонента в газовой смеси.
Например, в горнодобывающих предприятиях знание характеристик воздуха в шахте является вопросом безопасности, а экологи, таким образом, определяют концентрацию вредных элементов.
Не так часто подобные анализы применяют в бытовых целях, но если такая задача и возникает, то так же можно использовать газоанализатор.
Это измерительное устройство, позволяющее определить состав газовой смеси.

Основные задачи газоанализаторов:
контроль атмосферы рабочей зоны (безопасность);
контроль промышленных выбросов (экология);
контроль технологических процессов (технология);
контроль загрязнения атмосферы жилой зоны (экология);
контроль выхлопных газов автомобилей (экология и технология);
контроль выдыхаемого человеком воздуха (алкоголь);
отдельно можно назвать контроль газов в воде и др. жидкостях.

Классификация газоанализаторов:
по функциональным возможностям (индикаторы, течеискатели, сигнализаторы, газоанализаторы);
по конструктивному исполнению (стационарные, переносные, портативные);
по количеству измеряемых компонентов (однокомпонентные и многокомпонентные);
по количеству каналов измерения (одноканальные и многоканальные);
по назначению (для обеспечения безопасности работ, для контроля технологических процессов, для контроля промышленных выбросов, для контроля выхлопных газов автомобилей, для экологического контроля.

- предназначены для решения ряда задач в сфере экологического мониторинга и контроля загрязнения атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны, а также для некоторых других целей требуется производить измерения в различных точках предприятия, не всегда оснащенных розетками электропитания.

В этих случаях незаменимыми становятся переносные газоанализаторы (портативные газоанализаторы) !

В отличие от стационарных газоанализаторов, такие приборы отличаются компактностью, мобильностью и простотой использования, а так же небольшим временем подготовки к работе и широким диапазоном условий эксплуатации.

Область применение переносных газоанализаторов:
В замкнутых сосудах и помещениях (тоннелях, колодцах, дымоходах, трубопроводах и т.д.);
На заводах по добыче и переработке различных нефтепродуктов;
На водоотстойниках, фекальных и фильтрационных насосных станциях;
В автопромышленности;
В химических лабораториях и других производственных процессах, связанных с выделением различных загрязняющих веществ;
Помимо вышеуказанного назначения, портативные газоанализаторы служат для калибровки и поверки стационарных газоанализаторов.

Достоинства портативных газоанализаторов:
Низкая стоимость;
Мобильность;
Простота эксплуатации;
Большой спектр определяемых газов и загрязняющих веществ;
Высокая чувствительность сенсоров, что позволяет определять даже самые малые доли вредных веществ;
Возможность подключать электрохимические, термокаталитические или оптические сенсоры;
Большой модельный ряд;
Быстродействие микропроцессорного блока;
Моментальное определение наличия взрывоопасных паров;
Могут выступать в качестве калибровочного устройства для стационарных газоанализаторов;
Компактные размеры и легкий вес;
Производят замеры как качественного, так и количественного состава воздушной или газовой смеси;
Позволяют одновременно контролировать содержание в воздухе рабочей зоны до нескольких газов;
Возможность настраивать и программировать пороги срабатывания устройства;
Наличие интерфейсов (ИК, Wi-Fi, Bluetooth, Ethernet и т.д.) для соединения с компьютером или принтером;
Наличие памяти, для записи результатов, время и даты замеров.

- предназначены для стационарной установки в рабочей зоне промышленных заводов и комбинатов, химических лабораториях, на нефтеперерабатывающих и газодобывающих предприятиях и других производствах.

Это эффективные и высокоточные приборы, которые имеют соответствующую степень защиты, обладают высокой надежностью и способны дооборудоваться системой автоматики для удаления ядовитых, токсичных и горючих газов с различных помещений!

Стационарные газоанализаторы применяются в тех случаях, когда необходимо производить постоянные и достаточно частые периодические измерения концентрации загрязняющих веществ и кислорода в промышленной зоне для поддержания необходимого уровня и для организации технологического контроля за производственными процессами.

Область применения стационарных газоанализаторов:
Котельных;
Холодильных установках;
Помещениях ГРП (газораспределительные пункты);
Рабочих зонах промышленных предприятий;
Лабораториях;
Дизельных и турбинных установках;
Канализационных системах;
Печах обжига и т.д.

Основные достоинства стационарных газоанализаторов:
Надежность;
Приемлемая цена;
Высокая точность измерений;
Возможность контролировать сразу несколько газов;
Длительный срок эксплуатации;
Возможность оборудовать помещение автоматической системой вытяжной вентиляции;
Дистанционный контроль состава воздушной смеси;
Высокая степень защиты устройства.

Несмотря на множество конструкционных вариаций прибора, существует набор базовых компонентов, которые присутствуют в каждой модели. В первую очередь это корпус, в который заключены все рабочие элементы газоанализатора.
Дело в том, что такие аппараты требуют высокой степени защиты, поэтому к внешней оболочке следует предъявлять серьезные требования.
Практически каждый прибор требует питания энергией – соответственно, аккумулятор также можно рассматривать как обязательную часть устройства.
Далее стоит перейти к более ответственному компоненту. Это первичный преобразователь, то есть датчик газоанализатора или чувствительный элемент, обеспечивающий непосредственные данные для измерения.
Надо сказать, что существует несколько видов таких сенсоров, в том числе термокаталитические, инфракрасные и электрохимические, оптические. Задача данного элемента заключается в преобразовании искомого компонента газового состава в электрический сигнал.

После этого в работу вступает измерительно-показывающее устройство, которое обрабатывает данный сигнал и демонстрирует его показатели в виде индикации или отображения на дисплее.
Принцип действия термохимического (термокаталитического) сенсора основан на прямой зависимости тепла, получаемого при сгорании детектируемого газа, от величины концентрации этого газа.
В электрохимических сенсорах проверяемый компонент взаимодействует с чувствительным слоем непосредственно на электроде или в слое раствора проводящего электролита около него.

Электрохимическая ячейка (ЭХЯ), как правило, имеет два или три электрода для совершения электрохимической реакции.

Электрохимические датчики обладают следующими преимуществами, при сравнении их с обычным аналитическим оборудованием:
- малые габаритные размеры;
- высокая селективность;
- удобство использования;
- простота конструкции;
- высокая надёжность;
- значительный ресурс работы;
- относительно низкая стоимость.

Различают следующие электрохимические сенсоры:
кулонометрические, потенциометрические, амперометрические (вольтамперометрия), кондуктометрические.

Оптические сенсоры фиксируют изменение оптической плотности исследуемой газовой смеси при определенной длине волны.
Различают следующие оптические датчики: спектрофотометрические, люминесцентные.

Поверка газоанализаторов
Все газоанализаторы, в соответствии с законом периодически подвергается поверке или калибровке. Поверка производится один раз в год, периодичность калибровки устанавливается владельцем газоанализатора.

При проведении поверки выполняются следующие операции:
♦ Внешний осмотр
♦ Определение электрического сопротивления изоляции, проверка герметичности газовой системы
♦ Определение метрологических характеристик.
♦ Определение основной приведенной погрешности газоанализатора.
♦ Проверка сигнализации о диапазоне измерений по унифицированному выходному сигналу

К сожалению, невозможно создать один универсальный газоанализатор, с помощью которого можно бы было решать все задачи газового анализа, по той причине, что ни один из известных методов не позволяет с одинаковой точностью производить измерения в максимально широком диапазоне концентраций.
Контроль разных газов, в разных диапазонах концентраций, производится разными методами и способами. Поэтому производителями конструируются и выпускаются приборы для решения конкретных задач измерения.

Подводя итоги нужно сказать, что газоанализаторы – это незаменимые устройства, которые используются как на производстве, так и в быту и позволяют определять качественный и количественный состав загрязняющих веществ в рабочей зоне или любом другом помещении, где есть опасные факторы утечки вредных веществ и газов.

Благодарим Вас за прочтение данной статьи.
А так же сообщаем, что в нашем интернет-магазине Вы можете приобрести газоанализатор любого типа по выгодной цене, а специалисты нашей компании ответят на все интересующие Вас вопросы и помогут подобрать прибор, удовлетворяющий Вашим требованиям как по техническим так и по ценовым характеристикам.

Анализ газовых сред является обязательным мероприятием в работе химических производств, а также на многих промышленных предприятиях. Такие исследования представляют собой процедуры по измерению того или иного компонента в газовой смеси. Например, в горнодобывающих предприятиях знание характеристик воздуха в шахте является вопросом безопасности, а экологи таким образом определяют концентрацию вредных элементов. Не так часто подобные анализы применяют в бытовых целях, но если такая задача и возникает, то лучше всего использовать газоанализатор. Это измерительное устройство, позволяющее определить состав газовой смеси. При этом есть множество разновидностей данного прибора, которые имеют принципиальные отличия.

Устройство газоанализатора

Несмотря на множество конструкционных вариаций прибора, существует набор базовых компонентов, которые присутствуют в каждой модели. В первую очередь это корпус, в который заключены все рабочие элементы газоанализатора. Дело в том, что такие аппараты требуют высокой степени защиты, поэтому к внешней оболочке следует предъявлять серьезные требования. Практически каждый прибор требует питания энергией - соответственно, аккумулятор также можно рассматривать как обязательную часть устройства. Далее стоит перейти к более ответственному компоненту. Это первичный преобразователь, то есть датчик газоанализатора или чувствительный элемент, обеспечивающий непосредственные данные для измерения.

Надо сказать, что существует несколько видов таких сенсоров, в том числе термокаталитические, инфракрасные и электрохимические. Задача данного элемента заключается в преобразовании искомого компонента газового состава в электрический сигнал. После этого в работу вступает измерительно-показывающее устройство, которое обрабатывает данный сигнал и демонстрирует его показатели в виде индикации или отображения на дисплее. Теперь стоит рассмотреть виды существующих газоанализаторов.

Термохимические модели

В устройствах такого типа предусматривается принцип измерения за счет определения теплового эффекта от химической реакции с участием искомого компонента. Как правило, в процессе работы применяется техника окисления кислородом. Поэтому такой прибор можно рассматривать как газоанализатор кислорода, а функцию катализаторов выполняет гопкалит, который наносится на пористый носитель. Измерение показателей окисления осуществляется при помощи металлических или полупроводниковых терморезисторов. В некоторых случаях поверхность платиновых терморезисторов также выступает катализатором. Обычно термохимические модели применяются для работы с горючими газами и парами, а также в процессе С его помощью можно определить, к примеру, содержание кислорода в водороде.

Магнитные устройства

В данном случае речь также идет о приборах, ориентированных на определение кислорода. Газоанализатор этого типа отслеживает показатели восприимчивости магнитов относительно исследуемой среды в зависимости от концентрации в ней кислорода. Казалось бы, данный компонент может определяться и другими разновидностями прибора, но есть одна особенность. Дело в том, что магнитный газоанализатор - это измеритель, который способен с более высокой точностью определять концентрацию в сложных смесях. Также следует различать магнитомеханические и термомагнитные устройства. В первом случае прибор измеряет силу, действующую в неоднородном магнитном поле на размещенный в исследуемой среде чувствительный элемент - например, ротор. Показания будут зависеть от температуры среды и давления. Принцип действия термомагнитных моделей основан на конвенции, которая возникает при взаимодействии газовой смеси с неоднородными температурным и магнитным полями.

Пневматические модели

Такие приборы работают на основе измерения показателей вязкости и плотности. Для этого анализируются данные гидромеханических свойств потока. Сразу надо сказать, что существует три варианта подобных устройств: дроссельные, струйные и пневмоакустические. Дроссельный газоанализатор - это устройство с преобразователем, которое измеряет при пропускании через себя газовой смеси. Модели струйного типа измеряют динамические характеристики напора газовой смеси, вытекающей из сопла. Обычно устройства этого типа применяются в работе с азотными и хлористыми составами.

Пневмоакустический прибор включает свою конструкцию два свистка с приблизительно равными частотами порядка 4 кГц. Первый свисток пропускает через себя анализируемый газ, а второй - состав для сравнения. В итоге газоанализатор воздуха позволяет сопоставить частоты колебаний, преобразуя показатели в пневматические вибрации с помощью усилителя. Для обеспечения подачи сигнала используется типа.

Инфракрасные модели

Принцип работы таких газоанализаторов базируется на избирательном поглощении инфракрасным излучением молекул пара и газа. Важно учитывать, что устройство предусматривает поглощение тех газовых смесей, молекулы которых содержат не менее двух разных атомов. Специфика молекулярных спектров в различных газах определяет и повышенную избирательность подобных устройств. Например, существуют обычные и дисперсионные версии преобразователя. Дисперсионный газоанализатор - это прибор, в работе которого используется излучение, вырабатываемое монохроматорами, то есть или призмами. В обычных представителях этого класса применяется немонохроматическое излучение, обеспечиваемое за счет особенностей оптических схем. Для этого используются светофильтры, специальные приемники излучения и другие компоненты. Также в инфракрасных газоанализаторах могут применяться приемники излучения неселективного типа - в частности, термобатареи, болометры и полупроводниковые компоненты.

Как пользоваться прибором?

Для пользователя прибором важно ознакомиться с дисплеем или другим устройством для вывода информации, которым снабжается аппарат. Как правило, на современных дисплеях отображается дата, а также несколько полей для данных о составе газовой смеси. Получить полные сведения о значении полей и каналов прибора позволит инструкция газоанализатора в конкретной комплектации. Собственно, управление функциями прибора также зависит от конкретной модели. Как правило, достаточно активировать устройство при нахождении в газовой среде. Далее, когда будут достигнуты пороговые показатели концентрации искомого компонента, устройство подаст сигнал. В некоторых моделях возможна и световая индикация. В этот же момент на экране прибора должны быть заполнены основные строки о химическом составе газовой смеси и свойствах определенного компонента, на который был настроен прибор.

Поверка устройства

Как и любой газоанализатор нуждается в поверке. Эта процедура позволит оценить техническое состояние, рабочие показатели устройства, а также его соответствие Чаще всего сбоям в рабочих показателях подвергаются переносные газоанализаторы, поэтому их обслуживание следует производить чаще. Итак, как проводится поверка? Процедура выполняется на специальном поверочном стенде. Начинается она с осмотра прибора, тестирования замены неисправных элементов. Далее следуют калибровочные мероприятия и выполнение необходимых настроек.

Непосредственно поверка предполагает использование прибора для оценки концентрации определенного компонента в баллоне со сжатым газом. То есть, применяются специальные смеси, при помощи которых осуществляется поверка газоанализаторов на предмет анализа конкретного компонента.

Газоанализаторы - это оборудование, которое помогает точно измерять качественный и количественный состав газа. Принцип действия газоанализатора не очень сложный, но у каждого вида оборудования есть свои особенности. Лучше всего эти моменты может отразить схема газоанализатора. В этой статье мы рассмотрим как общий принцип действия, так и работу некоторых моделей газоанализаторов.

Общий принцип работы

Принцип действия основан на поглощении особыми реагентами составляющих веществ. Это происходит в особой последовательности. Если принцип действия автоматический, то измерение происходит постоянно, а, значит, никаких перерывов не происходит. Это удобно тем, что физико-химические показатели газовой смеси фиксируются точно, что также возможно и при взаимодействии с отдельными компонентами вещества.

Анализ различных газовых смесей используют предприятия металлургической, химической и теплогенерирующей промышленностях. Данные, которые дают понять о количестве определенных компонентов, нужны для управления процессом для того, чтобы впоследствии его оптимизировать и отладить его работу.

Газоизмерительное оборудование включает в себя модели разных типов. Они отличаются друг от друга некоторыми параметрами и принципом работы.

Их работа основана на том, что теплопроводность газовой смеси зависит от того, какие компоненты входят ее состав. Такой газоанализатор имеет следующие основные детали:

1. Измерительная ячейка в виде цилиндрического канала, который сделан из материала высокой теплопроводности и заполнен анализируемым газом.
2. Нагревательный элемент, который располагается внутри канала и запитан от источника напряжения.

Ячейка заполняется воздухом. Если значение тока стабильное, то нагревательный элемент будет иметь определенную температуру, в таком случае тепло, полученное элементом, и тепло, которое оно отдает материалу канала, будут между собой равны.

Если канал заполнен не воздухом, а газом, который отличается теплопроводностью, нагревательный элемент будет иметь другую температуру. В том случае, если теплопроводность газа превышает теплопроводность воздуха, температура элемента будет ниже, если же не превышает, а становится ниже, то температура элемента повысится.

Оптические устройства

Основа работы данного типа устройства заключается в том, что поток излучения поглощается различными газами селективным путем. В инфракрасной части спектра обычно осуществляется изменение селективного поглощения, так как именно в это месте наблюдается селективность поглощения.

Такой газоанализатор имеет:

1. Источник инфракрасного излучения;
2. Камеры двух оптических каналов, который отличаются лишь внутренним содержанием: сравнительная камера заполнена чистым воздухом, а рабочая камера постоянно продувает контролируемую газовую смесь; поток инфракрасного излучения поступает в эти камеры.
3. Фильтровальные камеры.

Поток излучения при проходе через объем второй, рабочей камеры, теряет часть энергии. Такого не происходит при переходе через сравнительную камеру. Оба потока излучения после этого попадают в фильтровальные камеры, где находятся неизмеряемые компоненты смеси газа. В этом месте энергия, соответствующая спектру, поглощается полностью.

Термохимические газоанализаторы

Такие устройства определяют энергию выделяемого тепла тогда, когда в смеси газов проходит химическая реакция. Принцип работы основан на процессе окисления газовых компонентов. Однако, применяются дополнительные катализаторы, такие как мелкодисперсная платина и марганцево-медный катализатор.

Специальный терморезистор помогает измерить возникающую температуру. Этот прибор меняет свое сопротивление, что зависит от температуры, что способствует изменению проходящего тока.

Электрохимические газоанализаторы

Такая модель предназначена для того, чтобы определять токсические газы. Ее особенность в том, что она может использоваться во взрывоопасных зонах. Это устройство компактное, энергосберегающее и малочувствительное к механическим воздействиям.

Основой работы данных газоанализаторов является явление электрохимической компенсации. Это означает, что выделяется специальный реагент, реагирующий с каким-то определенным компонентом смеси. Есть несколько типов электрохимических газоанализаторов:

• потенциометрические; их цель – измерять отношение напряженности поля;
• электро-кондуктометрические; они реагируют на изменения напряженности и тока;
• гальванические; чувствительны к изменению электропроводности.

Как видим, принцип работы газоанализаторов не сложен, однако один тип устройства отличается от другого, так как преследует различные цели. Газоанализаторы – полезные устройства, позволяющие определить состояние газа на данный момент в помещении, что позволит поддерживать здоровье человека на приемлемом уровне.