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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Жесткие диски высокой емкости Barracuda XT 26.04.2011 Начались поставки новых жестких дисков высокой емкости Barracuda XT от Seagate. Они ориентированы на применение в составе домашних серверов, рабочих станций, компьютерных систем, на которых осуществляется редактирование видео, игровых ПК. Винчестеры серии Barracuda XT выполнены в форм-факторе 3,5 дюйма, имеют объем 3 ТБ, кэш-памяти - 64 МБ, а также интерфейс SATA III (6 Гб/с). Скорость вращения шпинделя составляет 7200 об/мин.

Другие интересные новости:

▪ Защищенный встраиваемый компьютер Acnodes PCM8019

▪ Новые дроссели SRP для мощных DC-DC преобразователей

▪ Маршрутизатор Netgear R6250, 802.11ac (5G Wi-Fi)

▪ Монитор для слепых

▪ Обнаружена планета в 9 раз больше Юпитера

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Синтезаторы частоты. Подборка статей

▪ статья Подводный бокс для фотокамеры. Советы домашнему мастеру

▪ статья Как Рубикон, небольшая река в Северной Италии, вошла в крылатое выражение? Подробный ответ

▪ статья Петрушка огородная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Немного о ГПД. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Карандаш и книга. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026