Газоанализатор: что это, виды и области применения. Что такое газоанализаторы и для чего нужны.

Эффективное устройство от компании из Санкт-Петербурга, России. Оно носит интересное название «Хоббит-Т». Возможно, организация Informanalitika решила таким образом участвовать в разработке, однако данное устройство явно не требует дополнительной рекламы.

Газовый анализатор: принцип работы, на что обращать внимание при выборе + обзор производителей

Данное устройство, функционирующее на основе методов измерения газовой смеси, позволяет на ранних этапах выявить опасные уровни содержания токсичных веществ. Газоанализатор представляет собой компактное оборудование, которое сигнализирует об угрозе, связанной с несанкционированными выбросами опасных летучих соединений и возможными утечками в трубопроводах.

Мы детально изучаем различные типы анализаторов газовых смесей на практике. В данной статье мы всесторонне освещаем их конструктивные особенности и принцип действия. Основываясь на наших рекомендациях, вы сможете выбрать наиболее подходящее устройство для ваших нужд.

• Как функционирует автоматический газоанализатор?
• Принципы классификации газовых анализаторов
• Наиболее популярные устройства
• Как выбрать прибор для анализа концентрации газов?
• Обзор производителей газоанализаторов
• Заключение и полезное видео по теме

Как функционирует автоматический газоанализатор?

С точки зрения конструкции, корректно выделяются ручные и автоматические анализаторы. Ручные устройства включают абсорбционные модели, основанные на технологии поглощения газа с помощью химических реагентов. Автоматические приборы, как правило, строятся на основе химико-физических свойств анализируемых веществ.

Практически все устройства для анализа газовых сред, которые обеспечивают автоматическое измерение, можно классифицировать на три основные группы в зависимости от их методики:

1. Анализаторы, основанные на химических реакциях.
2. Анализаторы физико-химических процессов.
3. Анализаторы физических процессов.

Первая категория включает анализаторы, которые подтверждают результаты с помощью физических методов, основанных на химических реакциях. Обычно такие устройства состоят из манометрических и химических приборов.

Мобильные измерительные устройства способны фиксировать объем или давление газовой смеси.

Газоанализатор представляет собой одну из разновидностей устройств, применяемых в различных сферах промышленности. Эти приборы обеспечивают всесторонний мониторинг состояния окружающей среды.

Вторая категория устройств также опирается на физическую методику, но включает в себя дополнительные физико-химические процессы.

К числу таких процессов относятся:

• электрохимические реакции;
• термохимические реакции;
• фотометрия;
• ионная фотометрия;
• хроматографический анализ.

Безусловно, результаты зависят от используемых методов, которые варьируются в зависимости от конкретного процесса. Например, в области электрохимии концентрация газовой смеси оценивается путем анализа ее электропроводности. В свою очередь, измеряя термическую эффективность реакции каталитического окисления, можно установить уровень содержания горючих газов.

Пример устройства, использующего технологию фотоионизационного анализа. Серия Colion представляет собой портативный и удобный прибор, который обеспечивает высококачественные результаты.

Третью категорию газоанализаторов, работающих исключительно на физических принципах, составляют магнитные, оптические, денситометрические и другие типы оборудования. К примеру, теплопроводность газовой смеси измеряется путем оценки теплопроводности исследуемого образца.

Основные принципы работы и конструкции газоанализаторов позволяют проводить анализ многокомпонентных смесей, определяя концентрацию одного из компонентов, находящегося в данной смеси.

Принципы классификации газовых анализаторов

Все существующие анализаторы делятся на категории в зависимости от их конструкции и технических характеристик. Эти классификации определяют специфические функциональные возможности газоанализаторов.

К примеру, индикатор и сигнализатор могут иметь схожие характеристики, однако они относятся к разным категориям измерительных приборов. Аналогично происходит с детекторами утечек и газоанализаторами.

Компактный и удобный в работе детектор утечек представляет собой устройство, тесно связанное с газоанализаторами. Применение подобных инструментов имеет важное значение как в промышленности, так и в домашних условиях.

Классификация таких устройств основывается на различных характеристиках, включая мобильность и портативность. Способность приборов измерять определённые газовые компоненты может классифицироваться на однокомпонентные или многокомпонентные устройства.

Кроме того, по количеству измерительных каналов существуют одно- и многогазовые анализаторы.

Также стоит отметить еще один критерий, касающийся специфики работы инструмента. К примеру, существуют газоанализаторы, предназначенные для контроля автомобильных выбросов, а также специальные приборы для мониторинга промышленных процессов.

Газоанализатор: что это такое, виды и области применения

Анемометр представляет собой устройство, которое фиксирует скорость ветра или других газов. Он применяется в метеорологических исследованиях, а также в строительстве для оценки эффективности вентиляционных систем, в спорте, военном деле и в агрономии.

Анаэростат — это специализированный лабораторный инструмент, предназначенный для роста микроорганизмов на чашках Петри. Данное оборудование особенно полезно для культивирования облигатных анаэробов и микроаэрофильных организмов.

Что такое газоанализатор?

Газоанализатор — это лабораторный инструмент, который позволяет определять состав газовой смеси. В зависимости от конструкции, он может различать как качественные характеристики, так и количественные пропорции различных газов в пробе.

Они находят широкое применение как в повседневной жизни, так и в специализированных отраслях. Газоанализаторы способны показывать процентное содержание различных газов, а также своевременно сообщать о критических превышениях концентрации определенных веществ, что особенно важно для выявления утечек газа.

Эти устройства используются для диагностики и анализа таких веществ, как сероводород, метан, пропан, кислород, диоксид серы, угарный газ и многих других газовых смесей.

Категории

Газоанализаторы применяются в трех основных направлениях: для обнаружения утечек, идентификации утечек и определения газового состава. Исходя из этого, инструменты делятся на три основные категории:

• Сигнализаторы постоянно мониторят состав газовой смеси в области своего расположения и сообщают об изменениях. Информация передаётся на контрольный пульт, который способен автоматически перекрывать подачу газа. Некоторые модели дополнительно оснащены собственными звуковыми или световыми сигналами, а также запорным устройством;
• Индикаторы предназначены для оценки наличия конкретной газовой примеси в окружающем пространстве. Чаще всего они имеют портативный формат для удобства использования и удобны в транспортировке, так как их не оставляют в режиме работы постоянно;
• Течеискатели служат для специальной задачи — обнаружения утечек в газовых трубопроводах. Обычно они компактные и работают по принципу прикладывания к трубам. При нахождении зоны с повышенной концентрацией газа устройство подаёт сигнал, или оператор реагирует, наблюдая за данными на экране монитора.

Также газоанализаторы делятся на следующие категории:

• тип конструкции: портативные и стационарные устройства;
• число анализируемых компонентов: однокомпонентные и многокомпонентные модели;
• количество каналов для измерений: одно- и многоканальные;
• основные физические принципы работы: пневматические, термокондуктометрические, магнитные, ионизационные, инфракрасные, люминесцентные, а также ультрафиолетовые;
• предназначение: для обеспечения безопасности при проведении работ или эксплуатации газовых трубопроводов, контроля за выбросами и выхлопами в двигателях внутреннего сгорания, отслеживания параметров среды во время опытов, а также для мониторинга состояния экологической обстановки.

Газоанализаторы могут варьироваться от довольно простых моделей до сложных устройств, оснащённых программным обеспечением, позволяющим использовать алгоритмы машинного обучения. Эти приборы имеют возможность автоматического анализа различных газовых смесей. Они находят широкое применение в коммерческих секторах для постоянного мониторинга производственных процессов, а также в экологических исследованиях.

Современные устройства часто оборудованы встроенной памятью, экраном для отображения информации и возможностью передачи данных на компьютер. К тому же, они могут иметь функции для определения расхода газа и другие дополнительные возможности.

Спектрометрический блок газоанализатора: принцип работы

Работа газового спектрометрического анализатора основана на явлении частичного поглощения энергии светового потока, проходящего через анализируемый газ.

Каждая молекула газа представляет собой колебательную систему, способную поглощать инфракрасные волны в строго определённом диапазоне длин волн. Когда постоянный поток инфракрасного излучения проходит через газовую камеру, часть этого излучения поглощается газом. При этом только часть спектра потока, а именно максимум поглощения данного газа, подвержена значительному поглощению. Увеличение концентрации газа в камере приводит к более интенсивному поглощению.

Различие в максимумах поглощения у разных газов позволяет проводить измерения их концентраций в смеси, основываясь на анализе поглощения на соответствующей длине волны. Иными словами, концентрация каждого газа в выхлопных газах может быть установлена путём анализа снижения светового потока в пределах спектра, который соответствует максимуму поглощения конкретного газа.

Конструкция спектрометрического блока прибора

Сначала очищенные выхлопные газы проходят через измерительную кювету, представляющую собой трубку с запаянными оптическим стеклом концами. С одной стороны этой трубки установлен излучатель — электрически нагреваемая спираль, температура которой тщательно контролируется. Излучатель создает стабильный поток инфракрасного излучения.

С противоположного конца трубки находятся фильтры, задача которых — отобрать необходимые длины волн, соответствующие максимальным значениям поглощения анализируемых газов.

После прохождения через фильтры поток достигает инфракрасного приемника. Приемник оценивает интенсивность потока и передает данные о концентрации газов в смеси.

Таким образом, производится определение концентраций CO, CH и CO₂. Затем газовая смесь из измерительной ячейки последовательно поступает в электрохимический датчик, который вырабатывает электрический сигнал, величина которого пропорциональна концентрациям O₂ и NO_x.

В современных системах концентрации CO, CH и CO₂ устанавливаются с использованием описанного спектрометрического метода, в то время как уровни кислорода O₂ и NO_x определяются с помощью электрохимических датчиков.

Обработка сигналов от датчиков и модуля спектрометра в современном газоанализаторе выполняется микропроцессорной электронной схемой.

Данные о концентрации CO, CO₂ и O₂ представлены в процентах, тогда как содержание CO и NO_x измеряется в ppm (частицах на миллион). Это объясняется тем, что содержание этих веществ в выхлопных газах очень незначительно, и указывать их величины в процентах является нецелесообразным. Соотношение между процентами и ppm таково:

10 000 ppm = 1 процент

Исходя из этого, содержание углеводородов (СН) в выхлопе стандартного двигателя обычно составляет около 0,001%-0,01%. Для удобства использования таких значений чаще всего обращаются к единицам измерения ppm.

Газоанализатор — это высокотехнологичное устройство, качество которого зависит от точности и надежности его отдельных элементов, особенно спектрометрической части.

Важные аспекты эксплуатации газоанализаторов

Оригинальная конструкция устройства определяет рекомендации по его использованию и техническому обслуживанию. Использование автомобильного газоанализатора обычно весьма простое и может осуществляться одним оператором.

Перед началом измерений прибор следует обнулить, нажав кнопку сброса на передней панели. Некоторые модели имеют функцию автоматической коррекции нуля через определенные интервалы времени, что исключает необходимость в ручном вмешательстве оператора.

Измерительные процедуры выполняются путем установки зонда на расстоянии не менее 300 мм ниже выхлопной трубы и надежного фиксации его в этом положении. Такая глубина необходима для предотвращения попадания окружающего воздуха в датчик, что позволяет избежать получения неточных результатов.

Затем запустите процесс измерения и ожидайте, пока значения на экране устройства не стабилизируются. Обычно время, необходимое для получения результата, составляет от 15 до 45 секунд, что зависит от длины трубы и конструкции пневматической системы, которая может значительно варьироваться у различных производителей.

Основываясь на многолетнем опыте использования газовых детекторов, можно предложить ряд рекомендаций.

После завершения каждого измерения рекомендуется отсоединить трубку датчика от устройства и продуть её сжатым воздухом для удаления конденсата. Это часто приводит к значительному выделению влаги. Конечно, встроенный влагопоглотитель справляется со своей функцией, но советуется придерживаться этих рекомендаций, чтобы снизить риск выхода устройства из строя.

Техническое обслуживание устройства мониторинга включает в себя, в первую очередь, регулярную замену сажевого фильтра и фильтра предварительной очистки. Подробные рекомендации по замене фильтров можно найти в инструкции по эксплуатации данного устройства.

Следует подчеркнуть, что фильтры тонкой очистки, применяемые в данном приборе, не являются аналогом бензиновых фильтров и не предназначены для использования в газоанализаторе.

Также важно, чтобы фильтры оставались сухими. Если фильтры окажутся влажными, их необходимо либо просушить, направив поток воздуха согласно стрелкам на корпусе, либо заменить на новые.

Анализ состава отработанных газов

Прежде чем перейти к изложению методики анализа состава выхлопных газов, стоит выделить один из наиболее критически важных аспектов.

Корректный и тщательный анализ требует глубокого понимания источников различных компонентов, содержащихся в выхлопных газах.

Необходимо тщательно разобраться в последовательности процессов, происходящих в цилиндрах двигателя и выпускном коллекторе, а также в химических превращениях, и на основе этого понимания осуществлять анализ.

При таком подходе диагност начинает задумываться и исследовать состав выхлопных газов, чтобы уловить связи между причиной и следствием. Метод «если состав выхлопных газов такой-то и такой-то — значит, существует дефект такой-то и такой-то» не является продуктивным и рассматриваться не будет.

Прежде всего, вспомните о составе атмосферного воздуха из школьного курса химии. Это необходимо для полноценного понимания процессов, происходящих в цилиндрах и выхлопной системе двигателя.

Углекислый газ (CO₂)

В воздухе присутствуют иные газы, в частности инертные, однако их количество незначительно и они не имеют решающего значения в данной ситуации, такие как аргон. Элементы, находящиеся в близком составе, могут отображаться на экране газоанализатора во время измерений «в чистом воздухе».

Процесс окисления углеводородов, содержащихся в топливе, осуществляется по следующей схеме: углеводороды претерпевают сгорание в цилиндрах двигателя.

Важно учитывать, что состав топливной смеси обычно определяют с помощью показателя избытка воздуха λ. Это соотношение между реальным объемом воздуха, поступающим в цилиндры двигателя, и теоретически необходимым объемом для полного сгорания топлива. Смеси, в которых фактическое количество воздуха соответствует теоретически необходимому, называются стехиометрическими. В этом случае λ равно 1. Если воздух в смеси превышает требуемое количество, она считается бедной, а коэффициент находится в пределах от λ=1,0 до 1,3. Более бедные смеси не воспламеняются. С другой стороны, когда количество воздуха меньше необходимого, смесь называется богатой. Для этой смеси характерно значение λ, равное 0,8-1,0.

Таким образом, при сгорании идеальной топливной смеси отработанные газы теоретически должны включать углекислый газ CO₂, водяной пар H₂O и азот N₂. Однако на практике ситуация отличается. При высоких температурах в цилиндре двигателя происходит реакция между азотом и кислородом, в результате которой образуются оксиды азота. Это сочетание оксидов принято обозначать как NO_x, что фиксируется пятикомпонентными анализаторами продуктов сгорания. Уровень образования NO_x существенно увеличивается с ростом температуры газов и концентрации кислорода. Наиболее значимым компонентом этой группы является монооксид NO. Попадая в атмосферу из цилиндров двигателя, монооксид окисляется, превращаясь в более токсичный диоксид азота NO₂, который в свою очередь соединяется с водяным паром в атмосфере, приводя к образованию кислотных дождей.

Также стоит отметить, что выхлопные газы содержат углеводороды CH, которые представляют собой сырые или распавшиеся молекулы топлива, не вовлеченные в процесс сгорания. Кроме того, в них присутствуют продукты разложения моторного масла. Углеводороды появляются в выхлопах из-за затухания пламени возле сравнительно холодных стенок камеры сгорания, а также в замкнутых пространствах, таких как интервал между поршнем и цилиндром над верхним компрессионным кольцом.

Некоторая часть выбросов углеводородов образуется в результате поглощения паров топлива масляной пленкой на поверхности цилиндра во время тактов впуска и сжатия смеси, предназначенной для сгорания. Эти пары высвобождаются из пленки в ходе рабочего хода и фазы выхлопа. Похожий эффект по поглощению паров топлива можно наблюдать в сажи, оседающей на стенках камеры сгорания.

Как выбрать хороший газоанализатор

Газоанализаторы представляют собой устройства, предназначенные для измерения количества и качества различных газов. Эти приборы входят в категорию инструментов, используемых для контроля состояния воздуха, и находят применение как в коммерческих, так и в домашних условиях. Существует обширный ассортимент типов газоанализаторов, которые различаются по обнаруживаемым газам, целям использования и ряду других характеристик. Хочется сразу уточнить, что в данной статье мы сосредоточимся преимущественно на портативных газоанализаторах, хотя также затронем некоторые другие распространенные виды.

Как было упомянуто ранее, газоанализаторы служат для определения состава и качества газовых смесей. Это уже следует из самого названия прибора. Кроме того, они могут выполнять дополнительные функции, такие как измерение температуры, о которых мы поговорим далее. Такие устройства применяются там, где требуется анализировать воздушную среду. Вот лишь некоторые области их применения:

• Проведение анализа дымовых газов, выходящих из котлов, печей и других теплоэнергетических или промышленных установок в процессе их наладки;
• Эти анализы необходимы на производственных объектах, где существует возможность появления опасных загрязнителей в воздухе. Это требование важно для обеспечения безопасности;
• Экологи применяют такие исследования для оценки качества воздуха вблизи промышленных зон;
• Данные анализы используются специалистами газовых служб. Вы, вероятно, сталкивались с ними, когда они проводили проверку на предмет утечек газа. У них есть специализированные приборы, которые способны обнаруживать определенные газы даже в крайне малых концентрациях;
• Также они находят применение в дайвинге для контроля за составом газовой смеси в баллонах;
• Работы, проводимые в подвалах или колодцах, требуют особого внимания. Важно отметить, что в России ежегодно происходят трагические случаи, когда люди теряют жизнь, спускаясь в колодцы, где могут накапливаться метан, сероводород или углекислый газ. Человек может даже не заметить, как теряет сознание, и затем уже будет слишком поздно. В таких ситуациях использование газоанализаторов является жизненно необходимым.

Это всего лишь некоторые примеры; на самом деле существует множество других областей, где находят применение газоанализаторы. Безусловно, используются разные типы, включая специализированные варианты. Одним из примеров служит система обнаружения газов, применяемая для выявления легковоспламеняющихся или взрывчатых веществ в транспортной отрасли. Однако по уровню сложности и стоимости такие устройства значительно отличаются от обычных портативных моделей, которые используются в быту или промышленности.

Безусловно, эти устройства нельзя отнести к категории бытовых приборов; они предназначены в основном для профессионального применения, хотя иногда их используют и в домашних условиях. К счастью, существуют относительно доступные по цене модели. Например, их часто применяют при ремонте колодцев.

Если вы ознакомились с предыдущей информацией, то у вас уже есть общее представление о том, что вам нужно, так как вы знаете, что такое газоанализаторы. Однако мы не упомянули важный аспект — на какие параметры стоит обратить внимание при выборе. Это основное назначение прибора, а именно те газы, которые он способен обнаруживать. Очевидно, что устройство, измеряющее только содержание кислорода, будет совершенно бесполезным для выявления утечек газа в вашем доме. Поэтому сначала нужно учитывать этот параметр, а затем рассматривать другие характеристики, такие как погрешность измерений и прочие важные аспекты.

При выборе оборудования важно учитывать максимальное время эксплуатации до возможного отказа. Каждое устройство имеет свои пределы, и со временем его датчики и другие элементы могут выйти из строя. Конечно, все это можно заменить, но необходимо понимать, что это потребует дополнительных финансовых затрат. Также следует принимать во внимание не только расходы на обслуживание, но и стоимость калибровки или поверки (если это требуется). Рекомендуется выяснить процесс калибровки конкретного устройства и узнать, где её можно выполнить. Главное правило: чем более распространенный тип газоанализатора, тем проще и дешевле будет его обслуживание.

Если вы собираетесь приобрести прибор для домашнего использования, который будет постоянно следить за уровнем угарного газа, стоит обратить внимание на комбинированные модели, способные обнаруживать и другие газы. Это особенно полезно, если в вашем доме используется газовое отопление или готовка.

Одной из самых популярных категорий являются устройства для обнаружения дыма. Здесь все довольно очевидно: чем выше точность прибора, тем он более эффективен. Более дорогие варианты предлагают лучшую точность, быстрое время реакции, а также дополнительные возможности, такие как температурные датчики, оценка эффективности и теплопотерь, встроенная память, цифровые дисплеи и так далее. К слову, в сегменте анализаторов выхлопных газов можно найти как довольно простые модели стоимостью от 4 до 6 тысяч рублей, так и более сложные, которые могут стоить 50-60 тысяч и даже превышать 100 тысяч рублей. Безусловно, для использования в домашних условиях нет необходимости тратить такие средства, однако в профессиональной области подобные устройства пользуются высоким спросом.

Важно учитывать уровень защиты вашего дома. Наиболее доступные устройства для домашнего применения имеют степень защиты IP20, что в целом приемлемо, но явно недостаточно для профессиональных условий, где возможно значительное загрязнение и повышенная влажность.

Дополнительные сведения можно найти в характеристиках устройства, где перечисляются разнообразные параметры, которые не всегда полезно обсуждать здесь. К примеру, температура работы (это важно, если устройство будет эксплуатироваться на открытом воздухе зимой), определение точки росы выхлопных газов, диапазон температуры, допустимые погрешности, абсолютное давление и многие другие параметры. На самом деле, если вы знаете свои требования, то подобрать оптимальный инструмент для решения ваших задач не станет сложной задачей. Также необходимо учитывать тип газа (или газов), который нужно измерить, допустимую погрешность и условия использования.

Газоанализатор – это устройство, выбор которого следует осуществлять внимательно, уделяя время сравнению различных моделей и подбирая наиболее подходящую именно для ваших нужд. При выборе не стоит спешить, так как это позволяет найти оптимальное сочетание цены и качества, избегая переплат за ненужные функции или низкую точность измерений, которая в вашем случае может быть излишней.

Принцип работы газоанализатора

Существует множество газов, которые могут причинить вред или представлять смертельную угрозу для человеческого организма. Порой мы не в состоянии полагаться лишь на свои органы чувств для их обнаружения, так как эти газы зачастую не имеют ни запаха, ни вкуса, ни видимого цвета. С другой стороны, опасные виды газа могут накапливаться в местах, где отсутствует человек, что способно привести к техногенным авариям. Для выявления таких газов были созданы специальные устройства, известные как «электронные носы», это газовые детекторы и газоанализаторы. О причинах их появления и принципе работы этих необходимых приборов, используемых как в быту, так и в промышленности, расскажем в нашем обзоре.

Почему канарейка в шахте

Метан, обладающий отсутствием цвета, вкуса и запаха, представляет собой опасный природный газ, который долгое время был серьезной угрозой для шахтеров. В высоких концентрациях под землей этот газ часто становился причиной взрывов. В прошлом шахтеры использовали клетки с канарейками, чтобы выявлять наличие метана в шахтах. Эти маленькие птицы с их высокой скоростью метаболизма могли обнаруживать увеличение концентрации газа раньше людей. Если шахтер слышал пение канарейки, это служило сигналом к эвакуации, поскольку опасность была близка. С тех пор выражение «канарейка в шахте» стало символом тревоги и предупреждения в английском языке.

Горный мастер демонстрирует клетку с канарейкой, использовавшуюся для определения угарного газа, 1928 год. Фото: George McCaa, wikimedia.org

Удивительно, но мирные птицы использовались в шахтах практически до конца XX века, несмотря на то что первые приборы, напоминающие газовые детекторы, были созданы еще в 1815 году. Тогда английские ученые Хамфри Дэви и Джордж Стефенсон разработали специальные лампы, позволяющие безопасно работать в шахтах, которые могли обнаруживать наличие горючего газа по изменению цвета пламени.

Современное время стало началом новой эпохи в обнаружении газов, начиная с 1927 года, когда был разработан первый газовый детектор. Это устройство обладало способностью выявлять наличие угарного газа, который представляет собой токсичный газ, не имеющий ни запаха, ни цвета, и является опасным для жизни шахтеров. Устройство было создано американцами Чарльзом Лоу и Честером Гордоном, и его работа основывалась на реакции угарного газа с хлористым палладием. Тем не менее, на тот момент первая модель отличалась высокой стоимостью и хрупкостью, что означало, что требовалось много времени, прежде чем газовые детекторы стали распространёнными, а использование канареек в шахтах оказалось в прошлом. Нужно отдать должное этим смелым птицам — они помогли спасти множество жизней шахтеров.

Какие же виды газоанализаторов существуют?

С момента своего появления было создано множество технологий и устройств, предназначенных для обнаружения, мониторинга и сигнализации о наличии газов. Компактные приборы стали менее громоздкими и более многофункциональными. Первоначальные газовые детекторы могли идентифицировать лишь один тип газа, в то время как современные устройства способны выявлять сразу несколько видов газов одновременно. Эти приборы делятся на портативные и стационарные варианты, различия между которыми заключаются в методах их работы: оптическом, магнитном, электрохимическом, полупроводниковом и других.

Взрывозащищенный газоанализатор «Алмаз-Спектр» предназначен для контроля атмосферы на промышленных объектах. Фото: «Росэлектроника»

Как правильно именуется устройство — газовый детектор или газоанализатор? Газовый детектор или датчик можно рассматривать как чувствительный элемент, который определяет состав газа как в количественном, так и в качественном плане. Детектор представляет собой часть более сложной системы — газоанализатора, который способен обрабатывать информацию, выдавать сигналы тревоги и может быть дополнен различными функциями.

Принцип действия газоанализатора

На сегодняшний день существует множество газовых детекторов, которые отличаются по принципу работы. Каждый из них предназначен для выполнения специфических задач и может применяться в различных условиях для обнаружения разнообразных газов.

Компания «Росэлектроника», которая входит в состав Госкорпорации Ростех, занимает ведущие позиции в сфере производства газоанализаторов. На днях петербургская научно-производственная организация «Электростандарт» представила новый газоанализатор — PGA-600. Данный прибор способен одновременно отслеживать до шести различных параметров. В конструкции устройства применяются оптические, электрохимические и фотоионные датчики, набор которых может варьироваться в зависимости от конкретного задания. Этот газоанализатор наглядно демонстрирует работу различных типов газовых датчиков.

Газоанализатор ПГА-600. Фото: «Росэлектроника»

Принцип работы оптических и инфракрасных датчиков основывается на измерении оптических характеристик газовых смесей. В таких датчиках источник света излучает инфракрасные лучи, которые проникают в газовую среду, а сам датчик фиксирует интенсивность падающего света. Разные типы газов имеют свои особенности поглощения света на определенных длинах волн, и в зависимости от полученных данных формируется выходной сигнал, который информирует о свойствах газа. Эти приборы активно применяются на очистных сооружениях, нефтеперерабатывающих заводах, в газовых турбинах, химических предприятиях и в других местах, где могут находиться воспламеняющиеся газы с риском возникновения взрывов. ИК-датчики также находят применение для контроля выбросов в автомобильных двигателях.

Электрохимические газовые детекторы функционируют на основе электролитического процесса. Газ подводится к измерительному электроду, выполненному из благородного металла. Освобожденные электроны затем оседают на сравнительном электроде, создавая сигнал постоянного тока. Значение этого сигнала отражает уровень концентрации анализируемого газа. Такие газовые детекторы находят широкое применение на нефтеперерабатывающих заводах, в газовых турбинах, химических производственных мощностях, подземных хранилищах газа и в других местах, где требуется контроль за максимальной концентрацией опасных веществ.

Газоанализатор для дронов «Шмель», холдинг «Росхимзащита». Фото: Александр Уткин

Принцип работы фотоионизационного детектора (PID) в газоанализаторах заключается в измерении электрического тока, который возникает при ионизации газа под воздействием фотонов, испускаемых ультрафиолетовой лампой. Этот метод часто используется для определения концентрации летучих органических соединений. Основное преимущество фотоионизации состоит в ее высокой чувствительности к низким концентрациям, что позволяет эффективно обнаруживать широкий спектр веществ. ПИД обычно применяется в области промышленной гигиены, охраны здоровья от загрязняющих элементов и мониторинга состояния окружающей среды.

С помощью данных методов газоанализатор PGA-600 способен измерять более десяти параметров в атмосфере, включая объемную долю метана, пропана, углекислого газа, водорода, кислорода, паров бензина и ряда других веществ.

Типы устройств по функциональным возможностям

• Индикаторы.
• Течеискатели.
• Сигнализаторы.

Индикаторные измерительные устройства предназначены для осуществления мгновенных замеров, чтобы выявить концентрацию определенного элемента в газовой среде. Обычно такие приборы имеют портативный и переносной дизайн.

Газоанализаторы, функционирующие в качестве течеискателей, представляют собой портативные устройства. Они предназначены для выявления утечек в газопроводах. С помощью такого прибора можно точно локализовать поврежденный участок, через который газ проникает в атмосферу. Устройство работает аналогично индикатору, однако вместо анализа всего объема газа в помещении, оно исследует ограниченную зону вокруг детекторного элемента. Вставляя прибор в трубу, газ сканируется вдоль стенок, чтобы выявить область с наибольшей концентрацией утечки.

Часто такие устройства оснащены огнестойким корпусом, который предотвращает появление искр, способных привести к возгоранию в процессе проверки трубопроводов с горючими газами. Течеискатели активно применяются в предприятиях управления недвижимостью для оценки герметичности соединений котлов, плит и духовых шкафов с трубопроводными системами. Эти приборы компактны и легки, что позволяет им быстро анализировать воздух на присутствие газовых загрязнений всего за несколько секунд.

Газоанализаторы, представляющие собой сигнализаторы, осуществляют непрерывный мониторинг состава газов в окружающей среде. Это стационарные устройства, которые устанавливаются в фиксированном месте. В случае обнаружения значений, превышающих установленные нормы, устройство сообщает об этом на панель управления, что вызывает звуковой или визуальный сигнал предупреждения. Панель управления может автоматически прекратить подачу газа или включить дополнительную вентиляцию.

Существуют анализаторы, укомплектованные собственным световым и звуковым сигналом, который оповещает о возможной опасности. Некоторые модели имеют электромагнитный клапан, перекрывающий шланг в момент активации устройства. Таким образом, процессы могут протекать автоматически, без вмешательства центра управления, что делает его не необходимым.

Виды газов, на которые реагируют анализаторы

Газоанализатор может быть разработан различными способами для обнаружения любого газообразного вещества. К числу наиболее распространенных приборов относятся устройства, настроенные на измерение концентрации следующих газов:

• Сероводород.
• Пропан.
• Метан.
• Окись углерода.
• Кислород.
• Диоксид серы и другие.

Бытовые газоанализаторы

Наиболее популярными видами газоанализаторов являются устройства для бытового использования. Эти приборы предназначены для измерения содержания углекислого газа и горючих газов в помещениях, где функционируют системы отопления.

Бытовые аппараты работают в режиме непрерывного мониторинга. Периодичность анализа воздуха составляет от 5 до 60 секунд. Прежде чем уровень опасных веществ достигнет критической отметки, бытовой газоанализатор начинает издавать предупредительные сигналы о значительном повышении концентрации этих веществ. Это дает возможность быстро отреагировать и разрешить проблему еще до срабатывания аварийного сигнала и активации автоматических процессов.

Часто встречаемые газоанализаторы являются комбинированными устройствами и обладают чувствительными сенсорами, которые реагируют на различные химические вещества. Обычно они могут обнаруживать три основных компонента: метан, пропан-бутан и угарный газ.

Эти устройства целесообразно устанавливать в следующих помещениях:

• В квартирах и частных домах.
• В гаражах.
• В котельных.
• В складах с газовыми баллонами.

Различные типы газоанализаторов в зависимости от физического принципа

Существует более десяти различных систем газового анализа, основанных на разных физических принципах, предназначенных для выявления специфических компонентов. Универсальных решений, способных анализировать все виды газовых смесей, не существует. Каждый физический метод подходит лишь для определенных типов газов, тогда как для других он либо неприменим, либо небезопасен.

Существуют следующие распространенные типы газоанализаторов:

• Термокондуктометрические.
• Пневматические.
• Магнитные.
• Инфракрасные.
• Ионизационные.
• Ультрафиолетовые.
• Люминесцентные.

Термокондуктометрические приборы реагируют на теплопроводность газовых смесей. Они оценивают, насколько эффективно температура передается через газовую среду. Данный тип оборудования подходит для ситуаций, когда теплопроводность основного газа и определяемых примесей значительно отличается.

Пневматические устройства исследуют вязкость воздушной смеси в помещении. Эти аппараты лишены электрических элементов, что позволяет использовать их в условиях повышенной опасности возгорания. Механические детали этих устройств не создают искр, таким образом, минимизируется риск воспламенения газа.

Магнитные анализаторы применяются для исследования содержания кислорода. Эти устройства находят свое применение в разнообразных высокотехнологичных системах, где происходит подготовка газовой смеси для сгорания. По аналогичному принципу функционирует лямбда-зонд, устанавливаемый в выхлопной системе современных авто. Этот прибор измеряет уровень кислорода в выхлопных газах, что дает возможность оценить эффективность процесса сгорания топлива.

Инфракрасные лучи воздействуют на газовую среду, после чего чувствительные сенсоры определяют уровень поглощения излучаемого света молекулами вещества. Эти приборы обладают огнеупорными корпусами, что делает их идеальными для работы с горючими веществами. Значительная часть как лабораторного, так и промышленного оборудования функционирует по данному принципу.

Ионизационный газоанализатор оценивает проводимость и ионизированные газы. В присутствии примесей проводимость изменяется, что фиксируется устройством и отображается в виде процентного соотношения концентрации. Такие приборы могут использоваться только с теми газами, которые не подвержены воспламенению.

Ультрафиолетовое излучение функционирует аналогично инфракрасному, но при этом воздействует именно ультрафиолетовыми лучами. Эти устройства также позволяют оценивать интенсивность поглощения молекул в исследуемой среде под воздействием направленных на них лучей.

Фосфоресцентный газоанализатор оценивает фосфоресцирующие характеристики газов. Эти характеристики зависят от содержания определенных примесей в воздухе. Применение таких устройств не является распространённым, так как существуют более простые технологии, работающие по другим принципам и обеспечивающие аналогичные результаты с равной точностью, но с меньшими затратами на производство анализаторов.

Существуют и альтернативные типы приборов, функционирующих на иных физических принципах. Они не столь распространены, так как их производство обходится дорого либо они требуют значительных затрат на техническое обслуживание. Такие газоанализаторы чаще всего основаны на химическом принципе и нуждаются в регулярной замене реагентов по мере их использования. Эти устройства применяются для анализа конкретных газов, которые нельзя обследовать другими способами.

Похожие темы: