Войти
Детектор газа A Детектор газа - это устройство, которое определяет присутствие газов в области, часто как часть системы безопасности. Этот тип оборудования используется для обнаружения утечки газа или других выбросов и может взаимодействовать с системой управления, чтобы процесс мог быть автоматически остановлен. Детектор газа может подавать сигнал тревоги операторам в зоне утечки, давая им возможность уйти. Этот тип устройств важен, потому что существует множество газов, которые могут быть вредными для органической жизни, например для людей или животных.
Детекторы газа могут использоваться для обнаружения горючих, легковоспламеняющихся и токсичных газов, а также недостатка кислорода. Этот тип устройства широко используется в промышленности и может быть обнаружен в различных местах, например на нефтяных вышках, для контроля производственных процессов и новых технологий, таких как фотоэлектрические. Их можно использовать в пожаротушении.
Обнаружение утечки газа - это процесс выявления потенциально опасных утечек газа с помощью датчиков. Кроме того, визуальная идентификация может быть выполнена с помощью тепловизора. Эти датчики обычно используют звуковой сигнал, чтобы предупредить людей об обнаружении опасного газа. Воздействие токсичных газов также может происходить при таких операциях, как окраска, фумигация, заправка топлива, строительство, выемка загрязненных почв, работы на свалках, проникновение в замкнутые пространства и т. Д. Общие датчики включают датчики горючих газов, фотоионизационные датчики, инфракрасные точечные датчики, ультразвуковые датчики, электрохимические газовые датчики и металлооксидно-полупроводниковые датчики (МОП-датчики). Совсем недавно стали применяться инфракрасные датчики изображения. Все эти датчики используются в широком спектре применений и могут быть найдены на промышленных предприятиях, нефтеперерабатывающих заводах, фармацевтическом производстве, фумигационных предприятиях, целлюлозно-бумажных комбинатах, самолетах и судостроительных предприятиях, при операциях с опасными веществами, очистных сооружениях, транспортных средствах, воздухе в помещениях. проверка качества и дома.
Методы обнаружения утечки газа стали проблемой после того, как было обнаружено влияние вредных газов на здоровье человека. До появления современных электронных датчиков методы раннего обнаружения полагались на менее точные детекторы. В течение 19 и начала 20 веков угольщики приносили канареек в туннели в качестве системы раннего обнаружения опасных для жизни газов, таких как углекислый газ, углерод. монооксид и метан. Канарейка, обычно очень певчивая птица, перестала бы петь и в конце концов умерла бы, если бы ее не удалили из этих газов, давая сигнал шахтерам быстро покинуть шахту.
Первым детектором газа в индустриальную эпоху была лампа безопасности пламени (или лампа Дэви ), изобретенная сэром Хамфри Дэви (Англия) в 1815 году для обнаружения наличие метана (рудничный газ) в подземных угольных шахтах. Лампа безопасности пламени состояла из масляного пламени, настроенного на определенную высоту на свежем воздухе. Для предотвращения возгорания ламп пламя удерживалось внутри стеклянной гильзы с сетчатым пламегасителем. Высота пламени варьировалась в зависимости от наличия метана (выше) или от недостатка кислорода (ниже). По сей день в некоторых частях мира все еще используются лампы безопасности.
Современная эра обнаружения газов началась в 1926–1927 годах с разработки доктором Оливером Джонсоном датчика каталитического сгорания (LEL). Д-р Джонсон был сотрудником Standard Oil Company в Калифорнии (ныне Chevron), он начал исследования и разработку метода обнаружения горючих смесей в воздухе, чтобы предотвратить взрывы в резервуарах для хранения топлива. Демонстрационная модель была разработана в 1926 году и обозначена как Модель A. Первый практический «индикатор электрического пара» был запущен в производство в 1927 году с выпуском модели B.
Первая в мире компания по обнаружению газов Johnson- Компания Williams Instruments (или JW Instruments) была основана в 1928 году в Пало-Альто, Калифорния, доктором Оливером Джонстоном и Филом Уильямсом. J-W Instruments признана первой компанией-производителем электроники в Кремниевой долине. В течение следующих 40 лет компания JW Instruments стала пионером многих «первых» в современной эпохе обнаружения газов, включая уменьшение размеров и портативность приборов, разработку портативного детектора кислорода, а также первого комбинированного прибора, который мог обнаруживать как горючие газы / пары, так и а также кислород.
До разработки электронных бытовых детекторов окиси углерода в 1980-х и 1990-х годах присутствие окиси углерода обнаруживалось с помощью химически пропитанной бумаги, которая становилась коричневой при воздействии газа. С тех пор было разработано множество электронных технологий и устройств для обнаружения, отслеживания и предупреждения утечки широкого спектра газов.
Поскольку стоимость и характеристики электронных газовых датчиков улучшились, они были включены в более широкий диапазон систем. Первоначально их использовали в автомобилях для контроля выбросов двигателя, но теперь газовые датчики также могут использоваться для обеспечения комфорта и безопасности пассажиров. Датчики углекислого газа устанавливаются в зданиях как часть систем вентиляции по потребности. Сложные газовые сенсорные системы исследуются для использования в медицинских системах диагностики, мониторинга и лечения, выходящие далеко за рамки их первоначального использования в операционных. Газовые мониторы и сигнализация для угарного газа и других вредных газов становятся все более доступными для офисного и домашнего использования и становятся юридически обязательными в некоторых юрисдикциях.
Изначально детекторы производились для обнаружения одиночного газа. Современные устройства могут обнаруживать несколько токсичных или горючих газов или даже их комбинацию. Новые газоанализаторы могут разделять сигналы компонентов сложного аромата для одновременного определения нескольких газов.
Датчики металл-оксид-полупроводник (МОП-датчики) были представлены в 1990-х годах. Самый ранний известный МОП-датчик газа был продемонстрирован Г. Сбервелье, Г. Фалья, С. Гроппелли, П. Нелли и А. Каманци в 1990 году. С тех пор МОП-датчики стали важными детекторами газа в окружающей среде.
Детекторы газа можно классифицировать по механизму работы (полупроводники, окислительные, каталитические, фотоионизационные, инфракрасные и т. Д.). Детекторы газа выпускаются в двух основных форм-факторах: портативные устройства и стационарные детекторы газа.
Переносные детекторы используются для мониторинга атмосферы вокруг персонала, их можно носить в руках, носить на одежде или на поясе / привязи. Эти газоанализаторы обычно работают от батарей. Они передают предупреждения с помощью звуковых и видимых сигналов, таких как сигналы тревоги и мигающие огни, при обнаружении опасных уровней паров газа.
Детекторы газа фиксированного типа могут использоваться для обнаружения одного или нескольких типов газов. Детекторы фиксированного типа обычно устанавливаются рядом с технологической зоной завода или диспетчерской, или в зоне, которая должна быть защищена, например, в жилой спальне. Как правило, промышленные датчики устанавливаются на конструкции из мягкой стали фиксированного типа, и кабель соединяет датчики с системой SCADA для непрерывного мониторинга. Блокировку отключения можно активировать в аварийной ситуации.
Электрохимические газовые детекторы работают, позволяя газам диффундировать через пористую мембрану к электроду, где они химически окисляются или восстанавливаются. Величина производимого тока определяется степенью окисления газа на электроде, что указывает на концентрацию газа. Производители могут настроить электрохимические детекторы газа, изменив пористый барьер, чтобы обеспечить обнаружение определенного диапазона концентрации газа. Кроме того, поскольку диффузионный барьер является физическим / механическим барьером, детектор имел тенденцию быть более стабильным и надежным в течение всего срока службы сенсора и, следовательно, требовал меньшего обслуживания, чем другие ранние детекторные технологии.
Однако датчики подвержены воздействию коррозионных элементов или химического загрязнения и могут прослужить всего 1-2 года, прежде чем потребуется замена. Электрохимические детекторы газа используются в самых разных средах, таких как нефтеперерабатывающие заводы, газовые турбины, химические заводы, подземные хранилища газа и многое другое.
Каталитические шариковые датчики обычно используются для измерения горючих газов, которые представляют опасность взрыва, когда концентрации находятся между нижним пределом взрываемости (НПВ) и верхний предел взрываемости (ВПВ). Активные и контрольные шарики, содержащие катушки из платиновой проволоки, расположены на противоположных сторонах мостовой схемы Уитстона и электрически нагреваются до нескольких сотен градусов по Цельсию. Активный шарик содержит катализатор, который позволяет горючим соединениям окисляться, тем самым нагревая шарик еще больше и изменение его электрического сопротивления. Результирующая разница напряжений между активными и пассивными шариками пропорциональна концентрации всех присутствующих горючих газов и паров. Отобранный газ поступает в датчик через спеченную металлическую фритту, которая создает барьер для предотвращения взрыва, когда прибор переносится в атмосферу, содержащую горючие газы. Пеллисторы измеряют практически все горючие газы, но они более чувствительны к молекулам меньшего размера, которые быстрее диффундируют через агломерат. Диапазон измеряемых концентраций обычно составляет от нескольких сотен частей на миллион до нескольких объемных процентов. Такие датчики недороги и надежны, но для тестирования требуется как минимум несколько процентов кислорода в атмосфере, и они могут быть отравлены или ингибированы такими соединениями, как силиконы, минеральные кислоты, хлорированные органические соединения и соединения серы.
Фотоионизационные детекторы (ФИД) используют УФ-лампу с высокой энергией фотонов для ионизации химических веществ в отбираемом газе. Если соединение имеет энергию ионизации ниже, чем у фотонов лампы, электрон будет выброшен, и результирующий ток пропорционален концентрации соединения. Обычные энергии фотонов лампы включают 10,0 эВ, 10,6 эВ и 11,7 эВ; стандартная лампа на 10,6 эВ служит годами, тогда как лампа на 11,7 эВ обычно служит всего несколько месяцев и используется только тогда, когда нет других вариантов. Широкий спектр соединений может быть обнаружен на уровнях от нескольких частей на миллиард до нескольких тысяч частей на миллион. Обнаруживаемые классы соединений в порядке уменьшения чувствительности включают: ароматические соединения и алкилйодиды; олефины, соединения серы, амины, кетоны, простые эфиры, алкилбромиды и силикатные сложные эфиры; органические сложные эфиры, спирты, альдегиды и алканы; H2S, NH3, PH3 и органические кислоты. Нет реакции на стандартные компоненты воздуха или минеральные кислоты. Основными преимуществами ФИД являются их превосходная чувствительность и простота использования; Основное ограничение заключается в том, что измерения не зависят от соединения. Недавно были введены ФИД с трубками предварительной очистки, которые увеличивают специфичность для таких соединений, как бензол или бутадиен. Фиксированные, переносные и миниатюрные ФИД с зажимом для одежды широко используются для промышленной гигиены, защиты от вредных веществ и мониторинга окружающей среды.
Инфракрасные (ИК) точечные датчики используют излучение, проходящее через известный объем газа; энергия сенсорного луча поглощается на определенных длинах волн, в зависимости от свойств конкретного газа. Например, окись углерода поглощает волны длиной около 4,2-4,5 мкм. Энергия на этой длине волны сравнивается с длиной волны вне диапазона поглощения; разница в энергии между этими двумя длинами волн пропорциональна концентрации присутствующего газа.
Этот тип датчика имеет преимущество, поскольку его не нужно помещать в газ, чтобы обнаружить его, и он может использоваться для дистанционное зондирование. Инфракрасные точечные датчики могут использоваться для обнаружения углеводородов и других газов, активных в инфракрасном диапазоне, таких как водяной пар и диоксид углерода. Инфракрасные датчики обычно используются на очистных сооружениях, нефтеперерабатывающих заводах, газовых турбинах, химических заводах и других объектах, где присутствуют горючие газы и существует возможность взрыва. Возможность дистанционного зондирования позволяет контролировать большие объемы пространства.
Выбросы двигателя - еще одна область, в которой исследуются ИК-датчики. Датчик обнаруживает высокий уровень окиси углерода или других аномальных газов в выхлопных газах автомобиля и даже может быть интегрирован с электронными системами автомобиля для уведомления водителей.
Инфракрасное датчики изображения Включите активные и пассивные системы. Для активного зондирования датчики инфракрасного изображения обычно сканируют лазер через поле обзора сцены и ищут отраженный свет на длине волны линии поглощения определенного целевого газа. Пассивные инфракрасные датчики изображения измеряют спектральные изменения в каждом пикселе изображения и ищут определенные спектральные сигнатуры, указывающие на присутствие целевых газов. Типы соединений, которые могут быть отображены, такие же, как и те, которые могут быть обнаружены с помощью точечных инфракрасных детекторов, но изображения могут быть полезны при идентификации источника газа.
Полупроводниковые датчики, также известные как металлооксидно-полупроводниковые датчики (MOS-датчики), обнаруживают газы с помощью химической реакции, которая происходит при поступлении газа прямой контакт с датчиком. Диоксид олова является наиболее распространенным материалом, используемым в полупроводниковых датчиках, и электрическое сопротивление в датчике уменьшается, когда он вступает в контакт с контролируемым газом. Сопротивление диоксида олова обычно составляет около 50 кОм на воздухе, но может упасть до около 3,5 кОм в присутствии 1% метана. Это изменение сопротивления используется для расчета концентрации газа. Полупроводниковые датчики обычно используются для обнаружения водорода, кислорода, паров спирта и вредных газов, таких как окись углерода. Одно из наиболее распространенных применений полупроводниковых датчиков - датчики угарного газа. Они также используются в алкотестерах. Поскольку датчик должен контактировать с газом, чтобы его обнаружить, полупроводниковые датчики работают на меньшем расстоянии, чем инфракрасные точечные или ультразвуковые датчики.
МОП-сенсоры могут обнаруживать различные газы, такие как оксид углерода, диоксид серы, сероводород и аммиак. С 1990-х годов МОП-сенсоры стали важными детекторами газов в окружающей среде.
Ультразвуковые детекторы утечки газа сами по себе не являются детекторами газа. Они обнаруживают акустическую эмиссию, возникающую при расширении сжатого газа в области низкого давления через небольшое отверстие (утечка). Они используют акустические датчики для обнаружения изменений фонового шума окружающей среды. Поскольку большинство утечек газа под высоким давлением генерируют звук в ультразвуковом диапазоне от 25 кГц до 10 МГц, датчики могут легко отличить эти частоты от фонового акустического шума, который возникает в слышимом диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Затем ультразвуковой детектор утечки газа подает сигнал тревоги при отклонении ультразвукового сигнала от нормального фонового шума. Ультразвуковые детекторы утечки газа не могут измерять концентрацию газа, но устройство способно определять скорость утечки выходящего газа, поскольку уровень ультразвукового звука зависит от давления газа и размера утечки.
Ультразвуковые детекторы газа в основном являются используется для дистанционного зондирования на открытом воздухе, где погодные условия могут легко рассеять выходящий газ, прежде чем он достигнет детекторов утечки, которым требуется контакт с газом для его обнаружения и подачи сигнала тревоги. Эти детекторы обычно используются на морских и береговых нефтегазовых платформах, газовых компрессорных и измерительных станциях, газотурбинных электростанциях и других объектах, в которых размещается множество наружных трубопроводов.
Голографические датчики газа используют отражение света для обнаружения изменений в матрице полимерной пленки, содержащей голограмму. Поскольку голограммы отражают свет с определенными длинами волн, изменение их состава может вызвать красочное отражение, указывающее на присутствие молекулы газа. Однако для голографических датчиков требуются источники освещения, такие как белый свет или лазеры, а также наблюдатель или детектор CCD.
Все детекторы газа должны быть откалиброваны по расписанию. Из двух форм-факторов газоанализаторов переносные необходимо калибровать чаще из-за регулярных изменений окружающей среды. Типичный график калибровки для фиксированной системы может быть ежеквартальным, двухгодичным или даже ежегодно с более надежными устройствами. Типичный график калибровки портативного газоанализатора - это ежедневная «ударная проверка», сопровождаемая ежемесячной калибровкой. Почти для каждого портативного газоанализатора требуется специальный калибровочный газ, который можно приобрести у производителя. В США Управление по охране труда (OSHA) может устанавливать минимальные стандарты для периодической повторной калибровки.
Поскольку используется детектор газа для безопасности сотрудников очень важно убедиться, что они работают в соответствии со спецификациями производителя. В австралийских стандартах указано, что лицу, работающему с любым детектором газа, настоятельно рекомендуется ежедневно проверять его работоспособность и что он обслуживается и используется в соответствии с инструкциями и предупреждениями производителя.
Контрольный тест должен включать детектор газа до известной концентрации газа, чтобы обеспечить срабатывание детектора газа и активацию звуковой и визуальной сигнализации. Также важно осмотреть газоанализатор на предмет случайных или преднамеренных повреждений, убедившись, что корпус и винты не повреждены, чтобы предотвратить попадание жидкости, и что фильтр чистый, все это может повлиять на работу газового детектора. Базовый набор для калибровки или контрольного теста будет состоять из калибровочного газа / регулятора / калибровочной крышки и шланга (обычно поставляются с детектором газа) и чемодана для хранения и транспортировки. Поскольку 1 из каждых 2500 непроверенных приборов не реагирует на опасную концентрацию газа, многие крупные предприятия используют автоматизированные испытательные / калибровочные станции для ударных испытаний и ежедневно калибруют свои газоанализаторы.
Газоанализаторы при недостатке кислорода используются для обеспечения безопасности сотрудников и персонала. Криогенные вещества, такие как жидкий азот (LN2), жидкий гелий (He) и жидкий аргон (Ar), инертны и могут вытеснить кислород (O 2) в замкнутом пространстве при наличии утечки. Быстрое снижение уровня кислорода может создать очень опасную среду для сотрудников, которые могут не заметить эту проблему до того, как внезапно потеряют сознание. Имея это в виду, важно иметь газоанализатор кислорода при наличии криогенных средств. Лаборатории, МРТ кабинеты, поставщики фармацевтических, полупроводниковых и криогенных материалов являются типичными пользователями кислородных мониторов.
Доля кислорода в газе для дыхания измеряется электрогальваническими датчиками кислорода. Их можно использовать отдельно, например, для определения доли кислорода в смеси nitrox, используемой в подводном плавании с аквалангом, или как часть контура обратной связи, который поддерживает постоянное значение парциальное давление кислорода в ребризере.
Обнаружение углеводородов может быть основано на свойствах смешивания газообразных углеводородов или других летучих органических соединений (ЛОС) - и чувствительный материал, встроенный в датчик. Селективность и чувствительность зависят от молекулярной структуры ЛОС и концентрации; однако сложно разработать селективный датчик для одного ЛОС. Многие датчики ЛОС обнаруживают с помощью.
ЛОС в окружающей среде или определенных атмосферах можно обнаруживать на основе различных принципов и взаимодействий между органическими соединениями и компонентами датчика. Существуют электронные устройства, которые могут определять концентрации ppm, несмотря на то, что они не являются особенно избирательными. Другие могут с разумной точностью прогнозировать молекулярную структуру летучих органических соединений в окружающей среде или замкнутой атмосфере и могут использоваться в качестве точных мониторов химических отпечатков пальцев, а также в качестве устройств для мониторинга состояния здоровья.
Методы твердофазной микроэкстракции (ТФМЭ) используются для сбора летучих органических соединений при низких концентрациях для анализа.
Методы прямой инъекции масс-спектрометрии часто используются для быстрого обнаружения и точное количественное определение ЛОС. PTR-MS - один из методов, наиболее широко используемых для онлайн-анализа биогенных и антропогенных ЛОС. Сообщалось, что последние приборы PTR-MS, основанные на времяпролетной масс-спектрометрии, достигают пределов обнаружения 20 pptv через 100 мс и 750 ppqv после измерения в течение 1 минуты (интегрирование сигнала) время. разрешение по массе этих устройств составляет от 7000 до 10500 м / Δм, поэтому можно разделить наиболее распространенные изобарические летучие органические соединения и количественно определить их независимо.
Газообразный аммиак постоянно контролируется в промышленных холодильных процессах и процессах биологического разложения, включая выдыхаемый воздух. В зависимости от требуемой чувствительности используются различные типы датчиков (например, пламенно-ионизационный детектор, полупроводниковые, электрохимические, фотонные мембраны). Детекторы обычно работают около нижнего предела воздействия 25 частей на миллион; однако для обнаружения аммиака в целях промышленной безопасности требуется постоянный мониторинг при превышении предела смертельного исхода 0,1%.
Есть это несколько различных датчиков, которые могут быть установлены для обнаружения опасных газов в жилом помещении. Окись углерода - очень опасный, но бесцветный газ без запаха, затрудняющий его обнаружение людьми. Детекторы окиси углерода можно купить примерно за 20–60 долларов США. Многие местные юрисдикции в Соединенных Штатах теперь требуют установки детекторов окиси углерода в дополнение к детекторам дыма в жилых домах.
Ручные детекторы горючего газа могут использоваться для отслеживания утечек из трубопроводов природного газа, баллонов с пропаном, баллонов с бутаном или любого другого горючего газа. Эти датчики можно приобрести за 35–100 долларов США.
Европейское сообщество поддержало исследование под названием MINIGAS, которое координировалось Центром технических исследований Финляндии VTT. Этот исследовательский проект направлен на разработку новых типов газовых сенсоров на основе фотоники, а также на поддержку создания более мелких приборов с такой же или более высокой скоростью и чувствительностью, чем обычные газовые детекторы лабораторного уровня.
