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:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Создан кристалл, который лучше всех веществ преломляет свет 02.07.2018 Команда ученых и инженеров, возглавляемая Висконсинским университетом в Мадисоне и Университетом Южной Калифорнии (США), создала кристалл, обладающий более высокой степенью оптической анизотропии, чем все другие твердые вещества на Земле, особенно для инфракрасного света. Чтобы лучше понять, что такое оптическая анизотропия, поместите кусок прозрачного исландского шпата (минерал, разновидность кальцита) поверх изображения, и вы увидите, что это изображение раздвоится. Это происходит благодаря феномену, называемому двойным преломлением. В этом свойстве и проявляется оптическая анизотропия - различие оптических свойств среды в зависимости от направления распространения в ней света, а также от поляризации этого света. Световые волны в одном и том же пучке, проходящие через материал с оптической анизотропией, будут замедляться более или менее в зависимости от поляризации - меры направления вибрации волн света. Человеческий глаз не может уловить поляризацию, но способность изменять вибрационную ориентацию света необходима для ЖК-экранов, 3D-фильмов, лазеров и фильтров для объективов фото- и видео-камер. Большинство устройств, которые изменяют поляризацию света, основаны на материалах с оптической анизотропией. Такой минерал, как исландский шпат обладает хорошо выраженным двупреломлением, однако у нового кристалла, созданного американскими учеными, это свойство проявляется намного лучше. И намного лучше, чем у любого другого вещества на Земле - примерно в 50-100 раз, для инфракрасного диапазона. Эта впечатляющая способность исходит из уникальной молекулярной структуры кристалла, которая состоит из длинных цепочек атомов, расположенных в параллельных рядах. Используя передовые вычислительные методы, исследователи отобрали ряд необходимых атомов, выращивали их в лаборатории и тщательно изучали. Новый материал за счет своего свойства обладает высоким потенциалом. Он может быть полезен в энергосберегающих фотогальванических элементах или светоизлучающих диодах. В будущем ученые планируют исследовать другие свойства нового кристалла, они также работают над разработкой стратегий для синтеза материала в больших количествах.

Другие интересные новости:

▪ Сенсорная панель Airboard

▪ Самоуправляемые кресла-коляски для аэропорта

▪ Технология ClearForce для чувствительности дисплеев к силе нажатия

▪ Выносливые аккумуляторы Hitachi Zosen

▪ Тонкие плазменные излучатели: революция в шумоподавлении

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы. Подборка статей

▪ статья Учитесь властвовать собою. Крылатое выражение

▪ статья Как определяется день празднования Пасхи? Подробный ответ

▪ статья Иссоп узколистный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Голосовое реле. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Встреча четырех неразлучных друзей. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025