Сигнализатор утечки бытового газа. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Дом, приусадебное хозяйство, хобби

 Комментарии к статье

Постоянный контроль концентрации взрывоопасных газов в воздухе жилых и рабочих помещений - наиболее эффективное средство предупреждения их возгорания. С течением времени актуальность газовой безопасности только растет. Воздушная среда, окружающая нас, может содержать не только источник жизни - кислород, но и опасные вещества, например, взрывоопасные газы. Приборами технической безопасности служат газовые детекторы. Они предназначены для обнаружения превышения допустимых уровней концентрации опасных газов в окружающей среде.

Природный газ - один из наиболее взрывоопасных - широко применяют в быту в качестве дешевого горючего для отопления, подогрева воды и приготовления пищи. Как известно, основной компонент природного газа - метан (CH₄), его в нем от 70 до 98 %. Следовательно, для контроля утечки природного газа необходимо использовать датчик, реагирующий на концентрацию метана в воздухе.

Концентрационные пределы распространения пламени в смеси метана с воздухом в объемных процентах: нижний - 5, верхний - 15 [1]. Нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР) или нижним порогом взрываемости (НПВ) называют минимальную долю горючего вещества в однородной смеси с окислителем (воздухом, кислородом), при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания (открытое внешнее пламя, искровой разряд и др.). Для метана 100 % НКПР (НПВ) = 5 объемных процентов = 50000 ppm = 33500 мг/м³ [2].

Как правило, большинство серийно выпускаемых сигнализаторов утечки бытового газа настроены на его концентрацию в один объемный процент. Именно при такой концентрации они подают сигнал тревоги, включают систему вентиляции помещения и с помощью электромагнитного клапана отключают подачу газа в систему газоснабжения жилого дома или квартиры.

Наилучшим образом подходят для контроля утечки горючих газов благодаря простоте конструкции полупроводниковые и термокаталитические датчики пеллисторного типа. Обычно полупроводниковые датчики применяют лишь для сигнализации о превышении допустимой концентрации метана в воздухе, а если есть необходимость измерить концентрацию газа, то используют двухпеллисторные термокаталитические датчики. В них два пеллистора - спирали из платиновой проволоки, разогретые проходящим через них током до температуры около 400 ^оС. Они образуют обычный резистивный делитель напряжения (рис. 1 ).

Рис. 1. Резистивный делитель напряжения

Когда метана в воздухе нет, сопротивления обоих пеллисторов равны, следовательно, выходное напряжение делителя - ровно половина напряжения питания U_пит. Поскольку активный пеллистор покрыт слоем катализатора, на его поверхности при наличии метана происходит реакция окисления этого газа кислородом воздуха. Температура активного пеллистора увеличивается, а сопротивление растет. Включив такой датчик в измерительный мост, можно легко измерить напряжение разбаланса моста:

ΔU = U_вых - U_пит/2,

а по нему определить концентрацию газа.

Термокаталитические датчики недороги и просты в применении, но обладают рядом недостатков. Во-первых, при большой концентрации газа происходит перенасыщение датчика, и он выходит из строя. Во-вторых, катализатор со временем истощается, что приводит к снижению чувствительности датчика. В-третьих, для происходящей в датчике химической реакции необходим кислород, поэтому при его недостатке датчик сильно занижает показания. И наконец, термокаталитический датчик может быть "отравлен" некоторыми веществами. Он чувствителен, например, к воздействию силикатов или высокой концентрации сероводорода (H₂S). Кроме того, термокаталитические датчики требовательны к обслуживанию. Чтобы быть уверенными в их работоспособности, необходимы периодические проверки. Время жизни пеллистора - максимум один-три года.

Всех этих недостатков лишены высоконадежные и практически безотказные инфракрасные датчики горючих газов (NDIR-датчики). С помощью измерительного и нормирующего детекторов они оценивают степень поглощения газом инфракрасного излучения. Детекторы используют ИК-излучение двух длин волн. Одно из них газ поглощает, а второе - нет. Датчик измеряет уровень поглощаемого излучения и сравнивает его с уровнем образцового. Эта информация подвергается обработке по довольно сложному алгоритму, для чего практически в каждом датчике имеется встроенный микропроцессор.

Цифровыми NDIR-датчиками серии PrimePell [3] можно заменять пеллисторные. Основа датчиков PrimePell - запатентованный ИК-датчик и микропроцессор на основе ядра ARM V7, управляющий датчиком, вычисляющий концентрацию газа и выводящий результат в аналоговой и цифровой форме. Микроконтроллер также следит за исправностью датчика и регистрирует сбои питания. Цифровая информация может быть получена либо через последовательный порт, либо по интерфейсу I²C, по которому также изменяют режимы работы датчика.

При условии подходящего напряжения питания датчиком PrimePell можно заменить ранее установленный в газоанализаторе термокаталитический датчик, причем никаких доработок анализатора для этого не требуется.

Схема сигнализатора утечки бытового газа с использованием инфракрасного датчика метана PrimePell изображена на рис. 2. Чувствительность этого датчика - 100 мВ на 100 % НПВ. Внутренние "пеллисторы" датчика и резисторы R1-R3 образуют измерительный мост. Сигнал, снятый с диагонали моста, усиливает инструментальный усилитель DA1 с фиксированным коэффициентом усиления 10. Его выходному напряжению 1000 мВ соответствует 100 % НПВ. Поэтому показания встраиваемого цифрового вольтметра PV1 в десятках милливольт численно равны процентам НПВ.

Рис. 2. Схема сигнализатора утечки бытового газа с использованием инфракрасного датчика метана PrimePell (нажмите для увеличения)

В Великобритании (стране-изготовителе датчика) 100 % НПВ - это 4,4 объемных процента, а не 5 объемных процентов, как у нас. Исходя из этого, порог срабатывания компаратора DA2, соответствующий одному объемному проценту, установлен равным 227 мВ подборкой резисторов R5 и R6. Высокая точность установки порога не требуется. При срабатывании компаратора пьезоизлучатель HA1 с встроенным генератором подает сигнал тревоги. Кроме этого, сигнал с компаратора через оптрон U1 поступает на исполнительные устройства - блок управления системой вентиляции (фрамужные открыватели, вытяжные вентиляторы и т. п.) и на электромагнитный газовый клапан, отключающий подачу газа.

Регулировка устройства сводится к установке нулевых показаний цифрового вольтметра PV1 с помощью переменного резистора R2 при отсутствии метана в воздухе. Гарантированный срок службы датчика - не менее пяти лет. Часто проверять его работоспособность нет необходимости.

Литература

1. Государственный стандарт Союза ССР ГОСТ 5542-87 "Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия". - URL: ukrgazkom.com. ua/assets/files/normative/5542-87.pdf.
2. Таблица соотношений концентраций для наиболее часто встречающихся горючих и токсичных газов (нормальные условия). - URL: centros.ru/tablica-gazy.
3. PrimePell Pellistor Replacement Infrared Gas Sensor. - URL: terraelectronica.ru/%2Fpdf%2FCLAIRAIR% 2FPrimePell-datasheet-DES10-Iss4.pdf.

Автор: А. Корнев

Смотрите другие статьи раздела Дом, приусадебное хозяйство, хобби.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Монитор Philips 24B2D5300 с двумя экранами 120 Гц 30.05.2026

Компания Philips разработала интересное устройство, которое решает эту задачу элегантно и технологично. Новый монитор 24B2D5300 оснащен сразу двумя полноценными экранами - один спереди, другой сзади. Такая конструкция особенно востребована в банках, на рецепциях, в медицинских центрах и коворкингах, где важна прозрачность взаимодействия. Обе панели монитора представляют собой IPS-матрицы с диагональю 23,8 дюйма и разрешением Full HD (1920x1080 пикселей). Каждая из них поддерживает частоту обновления 120 Гц, что пока остается редкостью для бизнес-ориентированных моделей. Высокая частота обновления обеспечивает плавное изображение даже при динамичном контенте, делая работу за монитором более комфортной и презентации - более качественными. Пользователи могут выбирать между двумя основными режимами работы: дублирование одного и того же изображения на оба экрана или использование дисплеев как полностью независимых. Благодаря этому сотрудник может видеть на своей стороне рабочую информ ...>>

Цыплята из искусственного яйца, напечатанного на 3D-принтере 29.05.2026

Компания Colossal Biosciences, известная своими амбициозными инициативами по "воскрешению" вымерших животных, достигла важного прорыва. Специалистам удалось вырастить цыплят из полностью искусственного яйца, созданного с помощью 3D-печати. Эта технология рассматривается как значительный шаг на пути к возможному возрождению одного из самых впечатляющих представителей исчезнувшей фауны - гигантского моа. Южноостровной гигантский моа (Dinornis robustus) был одной из самых высоких птиц в истории Земли. Самки этого нелетающего родственника страусов могли вырастать выше двух метров и дотягиваться до пищи на высоте до 3,6 метра. Эти гиганты обитали в Новой Зеландии, однако полностью исчезли примерно в XV веке после активной охоты со стороны первых поселенцев-маори. Теперь Colossal Biosciences пытается вернуть подобных птиц в современный мир с помощью передовых биоинженерных решений. Искусственное яйцо, разработанное компанией, состоит из титановой решетчатой оболочки, изготовленной на 3 ...>>

Случайная новость из Архива Многофункциональный микроконтроллер Toshiba с ядром ARM Cortex-M0 03.09.2014 Компания Toshiba Electronics Europe (TEE) представила новый продукт в серии микроконтроллеров TX00 на базе ядра ARM Cortex-M0. Микроконтроллер TMPM037FWUG предназначен для систем управления электродвигателями в таком оборудовании, как принтеры (обычные и многофункциональные), потребительские электронные устройства, цифровые приборы, а также в оборудовании для автоматизации производства. При разработке очень сложных систем управления электродвигателями от современных устройств требуется целый ряд функций, в том числе несколько каналов связи для обмена данными с главным блоком управления и с периферийными устройствами, а также интерфейсы для считывания числовых данных с датчиков. Кроме того, необходим таймер, формирующий импульсы для управления электродвигателем, например шаговым двигателем или двигателем постоянного тока. Микроконтроллер производится в корпусе LQFP64, имеющем размер всего 10x10 мм и всего лишь 64 вывода с шагом 0,5 мм. Микроконтроллер TMPM037FWUG содержит 8-канальный 10-разрядный АЦП и 10-канальный 16-разрядный таймер с программируемым генератором импульсов. Кроме того, в микроконтроллер интегрирован 6-канальный последовательный интерфейс (5 каналов шины SIO/UART и 1 канал шины I2C), что делает ненужным использование микросхемы расширения интерфейса и снижает затраты на производство. В микроконтроллере применяется также технология Bit Banding, которая позволяет получать доступ к отдельным битам и управлять ими. Благодаря этому можно повысить эффективность работы с отдельными битами и оптимизировать использование небольшого объема памяти, состоящей из 128 Кбайт флеш-памяти NAND и 16 Кбайт оперативной памяти SRAM. Благодаря использованию такого же ядра ARM Cortex-M0, как в сериях TX03 и TX04, микроконтроллер TMPM037FWUG повышает эффективность разработок и позволяет снизить затраты на них: для всех этих серий можно применять одни и те же средства разработки для средних и больших систем. Ядро M0 способно работать с максимальной тактовой частотой 20 МГц в диапазоне рабочих напряжений 2,3-3,6 В.

Другие интересные новости:

▪ Четырехдверный холодильник Haier Haier 518L

▪ Лунный маяк

▪ Цифровые запоминающие осциллографы серии TDS6000B

▪ Ртуть, которой мы дышим

▪ Медицинские DC/DC-преобразователи Mean Well MDS15/20

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиоприем. Подборка статей

▪ статья О бедном гусаре замолвите слово. Крылатое выражение

▪ статья Какой правитель запретил людям своей национальности заключать браки друг с другом? Подробный ответ

▪ статья Лабазник обыкновенный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Сандарачный клей. Простые рецепты и советы

▪ статья Дальние родственники кино. Физический эксперимент

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026