Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Инфракрасные приборы основаны на способности молекул газа поглощать инфракрасное излучение определённой длины волны. Метод недисперсионной инфракрасной спектроскопии применяется для детектирования углеводородов, диоксида углерода, паров органических соединений. Чувствительный элемент включает источник ИК-излучения, измерительную кювету и фотоприёмник, регистрирующий ослабление светового потока.
Принцип работы
Молекулы многоатомных газов поглощают энергию в инфракрасной области спектра при колебаниях химических связей. Каждое вещество имеет характерные полосы поглощения. Прибор пропускает ИК-луч через анализируемую среду, измеряет интенсивность прошедшего излучения на определённой длине волны и преобразует результат в концентрацию газа согласно закону Бугера-Ламберта-Бера.
Современные инфракрасные сенсоры обеспечивают стабильность показаний благодаря двухканальной компенсационной схеме. Опорный детектор компенсирует загрязнение оптики и изменение яркости излучателя. Оптические газоанализаторы не зависят от наличия кислорода, сохраняют работоспособность при высоких концентрациях измеряемого компонента, обладают длительным межповерочным интервалом до трёх лет.
Конструктивно ИК-датчик содержит термостабилизированный излучатель, оптическую систему с зеркалами для увеличения длины оптического пути, интерференционные фильтры для селективного пропускания нужных длин волн. Измерительная камера имеет защитные окна из материалов, прозрачных в инфракрасном диапазоне. Защита от запылённости достигается применением продувочных устройств или пылевых фильтров.
Электрохимический метод применяется для измерения токсичных газов и кислорода. Чувствительный элемент представляет собой ячейку с электролитом, рабочим и контрэлектродами. При диффузии измеряемого газа в сенсор происходит окислительно-восстановительная реакция на электродах. Возникающий электрический ток пропорционален концентрации детектируемого компонента.
Механизм измерения
Молекулы газа проникают через диффузионную мембрану к рабочему электроду. На поверхности катализатора протекает электрохимическая реакция с переносом электронов. Контрэлектрод стабилизирует потенциал системы. Выходной сигнал датчика прямо пропорционален количеству прореагировавших молекул, что соответствует массовой концентрации газа в окружающей среде.
Электрохимические ячейки обладают высокой селективностью к определяемому компоненту. Для контроля сероводорода, угарного газа, аммиака, хлора применяются специализированные сенсоры с различными электролитами и материалами электродов. Датчики кислорода используют гальванический принцип без подачи внешнего напряжения. Размеры сенсора влияют на его ресурс — большие объёмы электролита обеспечивают работоспособность до четырёх лет.
Эксплуатационные ограничения
Электрохимические датчики чувствительны к температурным воздействиям, влажности, давлению. Работа в бескислородной среде невозможна для большинства токсичных газов, так как реакция требует участия кислорода. Высокие концентрации измеряемых газов или каталитические яды сокращают срок службы. Необходима периодическая поверка с поверочными газовыми смесями для контроля чувствительности и дрейфа нуля.
Термокаталитический метод эффективен для детектирования горючих газов и паров. Принцип действия основан на каталитическом окислении газа на поверхности чувствительного элемента с выделением тепла. Датчик содержит две спирали — измерительную с каталитическим покрытием и сравнительную пассивную. Обе спирали включены в мост Уитстона. При контакте с горючим газом температура активной спирали повышается, изменяя её сопротивление и создавая разбалансировку моста.
Каталитическое окисление
Платиновый катализатор на поверхности чувствительного элемента инициирует беспламенное горение горючих газов при нагреве спирали до температуры около 400-500 градусов Цельсия. Количество выделившегося тепла зависит от концентрации газа и его теплоты сгорания. Измерительная схема преобразует изменение сопротивления в выходной сигнал, соответствующий объёмной доле горючего компонента в воздухе.
Термокаталитические сенсоры обладают широким спектром чувствительности к различным горючим газам — метану, пропану, водороду, парам нефтепродуктов. Приборы калибруются на определённый газ, но коэффициенты относительной чувствительности позволяют проводить измерения других горючих компонентов. Основное преимущество — быстродействие и надёжность при работе в довзрывоопасных концентрациях до 100% нижнего концентрационного предела распространения пламени.
Работа термокаталитических датчиков требует присутствия кислорода в анализируемой среде. В инертной атмосфере показания занижаются. Каталитические яды — соединения серы, кремния, галогенов, тяжёлых металлов — снижают активность катализатора, вызывая необратимое уменьшение чувствительности. Перегрузка датчика концентрациями выше верхнего предела диапазона приводит к длительному восстановлению характеристик. Современные приборы оснащены функциями индикации перегрузки и автоматической корректировки дрейфа нуля.
Газоанализаторы для промышленного применения должны соответствовать требованиям ГОСТ 13320-81, устанавливающего общие технические условия для автоматических приборов. Стандарт регламентирует метрологические характеристики, климатические исполнения, устойчивость к механическим воздействиям. Для газоанализаторов, применяемых во взрывоопасных зонах, обязательно соответствие серии стандартов IEC 60079.
Стандарт IEC 60079-29-0:2025 (заменил IEC 60079-29-1:2016) определяет требования к эксплуатационным характеристикам газоанализаторов горючих, токсичных газов и кислорода, методы испытаний электрических блоков, конструкционные особенности для работы в классифицированных зонах. Документ IEC 60079-29-2:2015 содержит руководство по выбору, монтажу и техническому обслуживанию приборов. В России действуют гармонизированные стандарты ГОСТ IEC 60079-29-1-2013 и ГОСТ IEC 60079-29-2-2013. Классификация взрывоопасных зон выполняется согласно IEC 60079-10-1, определяющей вероятность присутствия взрывоопасной атмосферы.
Поверка и калибровка
Периодическая поверка газоанализаторов проводится с применением поверочных газовых смесей — государственных стандартных образцов состава. Межповерочный интервал устанавливается изготовителем и составляет от одного до трёх лет в зависимости от типа прибора. Калибровка включает корректировку нуля в чистом воздухе и настройку чувствительности по градуировочной смеси. Результаты поверки документируются в паспорте средства измерений с указанием погрешности.
Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности, в частности ФНП 534 для нефтегазовой отрасли, требуют применения сертифицированных газоаналитических систем для контроля довзрывоопасных концентраций и токсичных веществ. Системы должны обеспечивать непрерывный автоматический контроль, световую и звуковую сигнализацию при превышении пороговых уровней, передачу информации на диспетчерский пульт. Монтаж и размещение датчиков выполняются с учётом плотности газов относительно воздуха.
Для контроля метана рекомендуются термокаталитические или инфракрасные газоанализаторы. Термокаталитические приборы обеспечивают быстрое реагирование на изменение концентрации и применяются для измерения довзрывоопасных концентраций. Инфракрасные датчики не подвержены отравлению каталитическими ядами, сохраняют работоспособность при длительном воздействии высоких концентраций и имеют больший срок службы. Выбор зависит от условий эксплуатации и требований технологического процесса.
Большинство электрохимических датчиков токсичных газов требуют наличия кислорода в анализируемой среде для протекания окислительно-восстановительных реакций. Длительная работа сенсора в бескислородной атмосфере невозможна. Исключение составляют датчики кислорода, которые сами измеряют его концентрацию и могут функционировать в диапазоне до 30% объёмной доли.
Межповерочный интервал устанавливается производителем и зависит от типа прибора. Для электрохимических газоанализаторов типична периодичность один год, для инфракрасных и термокаталитических — от двух до трёх лет. Помимо периодической поверки необходимы регулярные проверки работоспособности с использованием поверочных газовых смесей. Периодичность таких проверок определяется внутренними инструкциями предприятия с учётом условий эксплуатации.
Существуют многокомпонентные газоанализаторы, оснащённые несколькими датчиками различных типов для одновременного контроля горючих, токсичных газов и кислорода. Например, комбинированный прибор может включать термокаталитический сенсор на метан, электрохимические ячейки на сероводород и угарный газ, инфракрасный датчик на диоксид углерода. Такие приборы обеспечивают комплексный мониторинг атмосферы рабочей зоны в одном корпусе.
Каталитические яды — вещества, снижающие активность катализатора термокаталитических датчиков. К ним относятся соединения серы, кремния, свинца, галогенов, фосфора. Воздействие каталитических ядов приводит к необратимому снижению чувствительности сенсора. Для защиты применяются угольные фильтры на входе в датчик, задерживающие некоторые примеси. Инфракрасные газоанализаторы не подвержены отравлению, что является их существенным преимуществом в загрязнённых средах.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.