Термокаталитический метод измерения концентрации газов
Один из старейших и простых способов обнаружения и измерения горючих газов и паров. На сегодняшний день самый дешевый и распространенный метод. Измерительная схема представлена на рисунке:
1, 2. Точки измерения сигнала 3. Огнепреградитель; 4 Корпус сенсора.
Состоит из четырех элементов соединенных в мостовую схему. Резисторы R3 и R4 (Пеллисторы) находятся в зоне соприкосновения с измеряемым компонентом. Оба резистора нагреты (около 400°С). На одном из этих резисторов нанесен специальный каталитический слой. При попадании горючей смеси на поверхность резистора с каталитическим напылением на ней начинается реакция окисления с выделением тепла. Сопротивление этого резистора начинает возрастать, баланс моста изменяется. Сигнал разбаланса снимается с точек 1 и 2. Сенсоры закрыты специальной «губкой» из металлических шариков (синтометаллический диск) выполняющих роль преградителя (огнеотделителя) пламени (3). Для того чтобы нагретый пеллистор (сопротивление с каталитическим слоем) не стал инициатором воспламенения горючих паров в измеряемой зоне. Пеллистор аналогичен вольфрамовой нити лампочки накаливания.
Метод обладает линейной характеристикой. Обычно применяется для измерения концентрации до 100% НКПР любой горючей субстанции в среде воздуха или кислорода. Время установления показаний (например параметр T 90) зависит от типа газа подаваемого на пеллистор, а так же степенью прохождения горючего компонента через огнеотделитель или какой либо фильтр призванный повысить сопротивляемость сенсора различным вредным для него факторам.
Каталитический слой отравляем кремниевыми, сернистыми, свинцовыми, галогеносодержащими, фосфорорганическими соединениями. Частое воздействие на пеллистор целевым горючим компонентом так же ведет к сокращению срока жизни чувствительного элемента.
Различные производители создают свои составы спиралей пеллисторов, наносят различные защитные составы продлевающие «жизнь» спирали, а соответственно и сенсора. Со временем пеллисторы «стареют» (загрязняются, плакируются, «отравляются»), что сказывается на смещении точки нуля и потери чувствительности. Это обуславливает необходимость частой проверки целевым газом и корректировки показаний прибора либо замены чувствительного элемента. Выгорание (обрыв) чувствительного элемента не так опасен по причине изменения выходного сигнала и однозначной сигнализации прибора.
Следует помнить, что основа метода лежит в окислительной реакции, для которой необходим кислород. Для правильной работы термокаталитического сенсора необходим уровень кислорода, превышающий ПКК. Сокращение уровня кислорода дает занижение уровня выходного сигнала, по которому оценивается концентрация горючего вещества в зоне измерения. Именно поэтому же превышение концентрации целевого компонента выше 100 % НКПР (горючего) также будет вызывать снижение уровня выходного сигнала. Именно по этому ГОСТ IEC 60079-29-1-2013 требует, чтобы выход концентрации за пределы зоны измерения должен фиксироваться в газоизмерительном приборе.
Термокаталитический метод обладает низкой стабильностью в зоне малых концентраций. Изменение температуры окружающей среды может привести к смещению точки нуля. Именно поэтому в ГОСТ IEC 60079—29-2-2013 не рекомендуется устанавливать в качестве первого порога тревоги величину меньшую 5% НКПР для метана, 10% для пропана или бутана и 20% для паров бензина.
