Приборы с каталитическим сенсором.

Рассмотрим принцип действия наиболее распространенного эксплозиметра (рис. 11), определяющего концентрацию газов в процентах от НПВ. Следует помнить, что такой прибор годен только для замеров концентрации газов в воздушной атмосфере с содержанием кислорода не ниже 10,8% по объему и таким содержанием паров углеводородов, когда смесь еще не представляет пожароопасности.

Рис. 11. Принцип работы эксплозиметра с каталитическим сенсором

Работа прибора основана на каталитическом взаимодействии нагретой платиновой нити и газов. Платиновая нить нагревается электрическим током 200—320 мА до температуры 450° С. Смесь паров углеводородов и воздуха, попадая на раскаленную нить, сгорает в присутствии катализатора и тем самым увеличивает температуру нити.

Горение — это реакция окисления с образованием углекислого газа, воды и выделением теплоты. Например, для метана процесс горения можно записать так:

СН4 + 2O2 + 450° С + катализатор => СО2 + 2H2O + 800 кДж.

В некоторых приборах платиновая нить заменена керамическим шариком, но принцип действия прибора тот же. Увеличение температуры платиновой нити повлечет за собой увеличение сопротивления в цепи, что и будет индуциро­вать прибор.

Схема прибора представляет собой мостик Уитстона с чувствительным элементом в виде каталитической нити накаливания, образующей одно из плеч мостика. Индикатор приводится в состояние готовности в процессе баланси­ровки мостика с каталитической нитью накаливания при температуре, соответствующей требованиям завода-изгото­вителя, путем контакта нити с пробой чистого воздуха. В результате балансировки определяется «0» (установка « 0 »),

Увеличение сопротивления нити, вызываемое ее окислением, нарушает равновесие мостика и вызывает отклоне­ние показаний прибора на величину, пропорциональную концентрации газа. Шкала прибора градуируется от 0 до 100% НПВ.

Некоторые приборы содержат дополнительную электрическую схему для снятия показаний в диапазоне 0— 10% НПВ.

Для получения устойчивых показаний прибора напряжение в мостике должно поддерживаться постоянным при помощи предусмотренной в приборе системы регулировки.

Другое плечо мостика содержит вторую некаталитическую (вольфрамовую) нить накаливания (компенсирую­щую), идентичную чувствительной нити, причем обе они расположены очень близко друг к другу (размер сенсора в целом не превышает нескольких миллиметров). Вторая нить постоянно находится в контакте с чистым воздухом, что автоматически компенсирует влияние изменения температуры окружающей среды и влажности на показания прибора.

Регулировочные сопротивления в плечах мостика выполнены из материала, сопротивление которого не зависит от температуры.

Измерения такими приборами следует проводить в полном соответствии с требованиями завода-изготовителя.

Проба газа закачивается в прибор при помощи руч­ной или механической помпы. На входе смесь проходит через фильтр, задерживающий микрочастицы, а затем через пламегаситель, предотвращающий попадание пла­мени, образующегося при сгорании углеводородов, в атмосферу. Такой же пламегаситель установлен и на вы­ходном патрубке. После того как стрелка прибора пере­стает двигаться по шкале, снимают показания прибора.

Несбалансированность напряжения на приборе про­порциональна концентрации углеводородов, в 2—3 раза превышающих НПВ, хотя показание прибора не может выходить за пределы 100% НПВ.

Если измеряемая концентрация в 2 раза превышает НПВ, кислорода в смеси недостаточно для полного сго­рания паров углеводорода. На такую концентрацию при­бор реагирует следующим образом: стрелка прибора сна­чала отклоняется до максимальной отметки, а затем вновь

падает до нуля. Поэтому при замерах атмосферы поме­щений с неустановленным содержанием углеводородов следует внимательно наблюдать за показанием прибора с тем, чтобы не пропустить вышеупомянутое его реагиро­вание.

Продолжительная эксплуатация прибора в атмосфере с повышенным содержанием углеводородов приводит к отложению углерода на нити накаливания и изменяет чувствительность прибора. По той же причине (из-за неполного сгорания смеси углеводородов и воздуха) прибор не позволяет произвести замеры содержания паров углеводородов в инертной среде или в атмосфере с недостаточным содержанием кислорода (менее 11% по объему).

Рис. 12. Зависимость показаний прибора от вида калибровочного газа

На заводе-изготовителе такие приборы калибруют специальными газовыми смесями, состав которых должен быть указан на бирке прибора. Чувствительность прибора следует контролировать перед каждым его использованием.

Прибор калибруют в зависимости от требований компании каждые два месяца при помощи специального калиб­ровочного набора. В это же время обычно и проверяют линии отбора проб прибора на герметичность. Для этого сжимают грушу и закрывают газозаборное отверстие. Если протечек нет, то груша остается в сжатом состоянии.

И, наконец, не реже чем один раз в год, прибор должен быть откалиброван в лабораторных условиях с выдачей соответствующего сертификата.

На точность измерения в значительной степени влияют резкие перепады температур и избыточное давление в контролируемой атмосфере, приводящее к высокоскоростному потоку пробы газа.

Если прибор откалиброван на какой-либо отдельный углеводород (газ) и завод-изготовитель не предоставил пересчетных таблиц для измерения содержания других газов, то прибор можно использовать только для того газа, на который он откалиброван (рис. 12).

На точность показаний прибора в значительной степени влияет содержание в пробе различных примесей и газов, которые могут оказать пагубное воздействие на каталитический сенсор. Например, присутствие в пробе газов или веществ, содержащих соединения серы, фосфора, свинца и кремния, вызывает коррозию сенсора. Присутствие же в пробе газа галогеноуглеводородов способствует возникновению на поверхности сенсора налета, который снижает его чувствительность. Такие газы, как VCM, бутадиен, стирол и др., вызывают формирование на поверхности сенсора слоя полимеров, чем значительно снижают время его «жизни».

Как правило, для тех продуктов, которые имеют температуру вспышки в пределах температуры окружающей среды (±5—10° С), приборы такого типа дают весьма точный результат. Но иногда они могут показывать содержание в атмосфере концентраций углеводородов, хотя на самом деле их в атмосфере нет.

Ниже перечислены газы, вызывающие отклонение показаний прибора от нулевой отметки (табл. 15).

Таблица 15. Газы, влияющие на показания эксплозиметра

Приборы с некаталитическим сенсором. Для измерения концентраций углеводородов, находящихся в пределах выше НПВ, обычно используют приборы с нагреваемой некаталитической нитью накаливания (принцип действия прибора точно такой же, как описано выше).

Скорость потери тепла нитью накаливания и, следовательно, ее температуру и сопротивление определяют в зави­симости от состава газа. Чувствительная нить образует одно из плеч мостика Уитстона и уравновешивается в нулевом положении в момент первоначальной установки. Компенсирующая нить выполняет те же функции, что и в приборе с каталитической нитью накаливания.

При попадании углеводородов на раскаленную нить накаливания происходит потеря ею тепла за счет поглощения части тепла молекулами углеводородов и, следовательно, изменяется ее сопротивление, что регистрируется прибо­ром. Зависимость потери тепла нитью представляет собой нелинейную зависимость концентрации углеводородов в смеси. Эта зависимость отображается на шкале прибора. Прибор показывает непосредственное содержание углево­дородов (НС) в процентах по объему.

На некаталитическую нить не влияет концентрация газа, поэтому при ее превышении НПВ стрелку прибора «зашкалит» и она будет оставаться в таком положении, пока присутствуют пары углеводородов.

Измерения следует производить в строгом соответствии с указаниями завода-изготовителя. Прокачка пробы про­изводится до тех пор, пока стрелка прибора не займет устойчивое положение (обычно 15—20 раз).

Важно, чтобы в момент измерения газ был неподвижен в приборе и имел атмосферное давление.

Прибор калибруется специальными углеводородосодержащими смесями на основе азота или углекислого газа. Точность измерений таким прибором во многом зависит от состава замеряемой газовой смеси (она не должна отли­чаться от смеси, которой откалиброван прибор) и давления в помещении. Даже небольшое отклонение от атмосфер­ного давления приводит к значительным отклонениям в показаниях прибора. Поэтому при замерах концентрации газов в помещении с избыточным давлением после отбора проб необходимо отсоединить пробоотборную линию и дать возможность давлению пробы сравняться с атмосферным.

Общее название приборов с некаталитическим сенсором — углеводородомеры (HC-meter), GASSCOPE, TANKSCOPE.

Рис. 13. Схема эксплозиметра, основанного на принципе поглощения углеводородами инфракрасного излучения

ИНТЕРФЕРОМЕТР

Данный прибор представляет собой оптическое устройство, показания которого зависят от разности значений скорости света в газовой среде и в чистом воздухе.

В приборе такого типа луч делится на две составляющие, которые затем опять совмещаются в окуляре (рис. 14). Совмещенные лучи образуют интерференционную картинку, состоящую из большого числа темных и цветных линий.

а) б)

Рис. 14. Внешний вид (а) и схема (б) действия интерферометра «Riken»

Одна световая дорожка проходит через камеру, заполненную воздухом, а вторая — через камеру, куда закачива­ется проба газа. Предварительно обе камеры заполняют воздухом и прибор настраивают так, чтобы одна из темных линий (ТОЛЬКО ПРАВАЯ) совпадала с нулевой отметкой. Затем в измерительную камеру закачивают пробу газа, и за счет изменения показателя преломления воздуха и газа происходит смещение темных линий на величину, пропор­циональную показателю преломления. Это смещение измеряется путем отметки нового положения темной полосы относительно нулевой отметки.

Шкала прибора может быть проградуирована как в процентных единицах концентрации, так и произвольно. Такой прибор будет давать точные показания только при измерении концентраций газа, на который отградуирована его шкала.

На показания прибора оказывает влияние присутствие углекислого газа в инертной атмосфере. При проведении измерений в такой атмосфере рекомендуется использовать специальный фильтр с натровой известью в качестве погло­тителя и корректировать показания.

Перед использованием прибора в азотной атмосфере необходимо поставить его «0» на азот, поскольку разница в показаниях «0» по воздуху и азоту составит около 0,5 %.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: