Термокаталитические (термохимические) сенсоры. Принцип измерения

В процессе транспортировки, эксплуатации и хранения топлива в жидком или газообразном состоянии возможно образование утечек через неплотности, микротрещины и повреждения трубопроводов или арматуры. При превышении безопасных порогов концентраций газов и паров это может привести к авариям на производствах и угрозе жизни работающего персонала. Для того чтобы снизить риски возникновения чрезвычайных ситуаций при работе с токсичными, взрывоопасными газами и парами опасных веществ, используют наиболее эффективные и надёжные средства защиты, которыми являются газоаналитические приборы с термохимическим принципом измерения.

Термокаталитический (термохимический) метод особенно эффективен при измерении концентрации горючих газов и паров.

Общий внешний вид и состав термокаталитического (термохимического) сенсора

Термохимический сенсор может иметь пластмассовый или металлический корпус. Через мембрану горючий газ диффундирует на два миниатюрных чувствительных элемента (керамических шарика). Внутри таких шариков (пеллисторов) размещена платиновая нить, которая нагревается током примерно до 450 °C. Чувствительный элемент чёрного цвета (активный пеллистор) имеет поверхность, покрытую катализатором, который окисляет измеряемый газ, что приводит к повышению температуры пеллистора. Повышение можно определить с помощью изменения сопротивления платиновой нити внутри активного пеллистора. Данное сопротивление сопоставляется с сопротивлением пассивного чувствительного элемента. В диапазоне измерения концентраций горючего газа от 0 до 100 % нижнего предела взрываемости (НПВ) соотношение этих сопротивлений будет пропорционально содержанию исследуемого газа в контролируемой среде.

Пары горючих жидкостей зачастую могут быть тяжелее воздуха и собираются ближе к полу. Поэтому детекторы на горючие газы должны устанавливаться на уровне пола, но в удобном для обслуживания месте. Лишь три горючих газа существенно легче воздуха - это метан (CH₄), водород (H₂) и аммиак (NH₃). Такие газы поднимаются к потолку - поэтому датчики для нахождения утечек этих взрывоопасных веществ размещаются в помещении как можно выше.

Условия взрываемости газа

Условиями взрываемости горючего газа (например, природного) являются: замкнутый объём, его концентрация в пределах 5 - 15 % НПВ и наличие отрытого огня или искры.

Термохимические сенсоры имеют простую конструкцию и поэтому являются экономически выгодным решением для периодического и непрерывного контроля утечек горючих газов и паров в проверяемом пространстве. Особенностью термокаталитических датчиков является то, что для беспламенного окисления горючего газа на каталитически активной поверхности пеллистора требуется кислород. Поэтому, если измерение производится не в воздушной атмосфере, а, например, в атмосфере чистого азота, то показания газоанализаторов будут значительно занижены. Не смотря на свою простоту, термокаталитические датчики обладают высоким быстродействием.

Схема включения термохимического сенсора

Проверка работоспособности газосигнализаторов и газоанализаторов с термохимическими сенсорами производится способом подачи поверочной газовой смеси (ПГС) «горючий газ в среде воздух». Если требуемая смесь отсутствует, проверить работоспособность некоторых газосигнализаторов на горючие газы (СТМ-10, СГГ-20Микро, СТГ-1 и другие) можно следующим способом: тряпичный или ватный диск размером в половину диаметра защитной крышки термохимического блока датчика (БД) (выносного блока датчика) смочить 40 % раствором этилового спирта и поднести к внешней поверхности этой защитной крышки. Дождаться включения аварийного сигнала датчика «горючий газ» сразу же убрать спиртовой тампон от БД. В процессе проверки не трогать тампоном защитную крышку блока датчика или сам сенсор и исключить возможность попадания спирта на них, т.к. это может вызвать скоротечный выход сенсора из строя. Проверять исправность датчика, используя газ из магистрального газопровода, газовую зажигалку или неразбавленный этиловый спирт категорически запрещается, так как это приведёт к отравлению сенсора, уменьшению его рабочего ресурса или даже выходу из строя. Для измерения большого содержания горючих газов, паров и их составляющих в воздухе применяют инфракрасные (оптические) газоаналитические приборы (с инфракрасными газочувствительными сенсорами).