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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Преобразование инфракрасного света в изображение 09.05.2021 Исследователи из США представили новое устройство, которое позволяет видеть сквозь смог или туман, а также создавать карту кровеносных сосудов человека. В нем не используются опасные вещества. Устройство обнаруживает часть инфракрасного спектра, который называется коротковолновым светом (длина волны от 1000 до 1400 нанометров), он находится прямо за пределами видимого спектра. Исследователи отмечают, что коротковолновую инфракрасную визуализацию не следует путать с тепловидением - она обнаруживает гораздо более длинные инфракрасные волны, излучаемые телом. Визуализатор освещает объект полностью или его часть коротковолновым инфракрасным светом. Затем он преобразовывает низкоэнергетический инфракрасный свет, который отражается обратно в устройство, превращаясь в короткие и высокоэнергетические волны. Их может обнаружить глаз человека. Новая разработка позволяет видеть сквозь смог и туман. Также она поможет составлять карты кровеносных сосудов человека и одновременный следить за сердечным ритмом без прикосновения к коже человека. Это лишь некоторые из возможностей нового устройства, который разработала группа исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Устройство формирования изображения состоит из нескольких полупроводниковых слоев, каждый толщиной в сотни нанометров, уложенных друг на друга. Три из этих слоев, каждый из которых состоит из различных органических полимеров, являются ключевыми элементами устройства: фотодетектор, органический светодиод (OLED) и слой, блокирующий электроны. Фотодетекторный слой поглощает коротковолновый инфракрасный свет, а затем генерирует электрический ток. Этот ток поступает на слой OLED, где он преобразуется в видимое изображение. Промежуточный слой, электронно-блокирующий, удерживает слой OLED-дисплея от потери тока. Именно это позволяет устройству получать более четкое изображение.

Другие интересные новости:

▪ Пить или не пить

▪ Сам себе батарейка

▪ Кофе может улучшить работу полупроводников

▪ Бумага из листьев ананаса

▪ CC3235S - первый IoT WiFi-chip TI c поддержкой диапазона 5 ГГц

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Антенны. Подборка статей

▪ статья Прощай, немытая Россия. Крылатое выражение

▪ статья Что такое аудит? Подробный ответ

▪ статья Ноготки лекарственные. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Измеритель нелинейных искажений усилителей ЗЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Радиостанция на 420...435 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026