Газоанализаторы, основанные на физических принципах измерения

Рассмотренные в п. 4.2 термохимические газоанализаторы наряду с очевидными достоинствами имеют и существенные недостатки: сравнительно большую величину запаздывания, потерю платиной, входящей в чувствительный элемент, своих свойств при наличии в анализируемой смеси примесей хлора, фтора и сернистых соединений и т.д. Эти обстоятельства привели к необходимости разработки газоанализаторов типа СВИ и СДК, обладающих более широкими возможностями в измерении концентраций горючих паров и газов.

Газоанализатор-сигнализатор типа СВИ представляет собой стационарное устройство периодического действия, предназначенное для сигнализации о наличии довзрывоопасных концентраций (до 20 % от НПВ) горючих газов, паров и их смесей в воздухе производственных помещений.

В работе сигнализатора используется принцип искусственного воспламенения горючей смеси во взрывной камере датчика. Метод искусственного воспламенения обеспечивает высокую универсальность сигнализатора за счет аддивности горючих свойств компонентов сложной газовой смеси и полноты прохождения реакции сгорания при взрыве. Схема газоанализатора приведена на рис. 4.3.

В функции устройств газовой смеси входят:

обеспечение и индикация прохождения исследуемого воздуха через датчик взрыва;

обогащение исследуемого воздуха горючим газом в строго определенном соотношении и поддержание этого соотношения постоянным;

обогащение исследуемого воздуха горючим газом до взрывной концентрации при автоматической и ручной проверках работоспособности прибора;

выдача пневмоимпульса при взрыве в датчике.

Сжатый воздух под давлением подается к эжектору. Исследуемый воздух, очищенный от пыли и механических примесей в фильтре 1, с расходом 90 л/ч ± 10 % просачивается через диафрагму 9, нормально открытый клапан 10 и диафрагму 11 под действием разряжения, создаваемого эжектором (режим–анализ). Давление потока исследуемого воздуха воспринимается мембраной пневматического стабилизатора 7.

Обогащенный горючий газ из баллона или трубопровода, очищенный от пыли и механических примесей фильтром 2, поступает на редуктор (РГ–2А) 5, которым устанавливается необходимое рабочее давление, проходит через управляющий орган сопло–заслонку пневматического стабилизатора и диафрагму 8.

Пневматический стабилизатор поддерживает давление обогащающего горючего газа, равным давлению исследуемого воздуха, вследствие чего на диафрагмах 8, 9, 11 обеспечивается одинаковый перепад давлений, а следовательно, и постоянное соотношение расходов. Значение соотношения определяется размерами отверстий диафрагм.

Контролируемая смесь, обогащенная горючим продуктом, поступает через ротаметр 12 в камеру взрыва 4, а оттуда через эжектор на сброс в атмосферу. Количество добавляемого горючего газа выбирается такое, чтобы обеспечить заданную сигнальную точку прибора.

Рис. 4.3. Принципиальная схема СВИ:

1, 2 – фильтры; 3 – эжектор; 4 – камера сгорания (взрыва);

5 – редуктор газовый; 6 – манометр; 7 – пневматический стабилизатор;

8, 9, 11, 14, 15 – диафрагмы; 10 – клапан; 12 –ротаметр; 13 – детектор взрыва

Таким образом, если горючие продукты содержатся в воздухе в количестве, соответствующем сигнальной точке прибора, то газоанализатор обеспечивает сигнализацию при взрыве в камере.

Давление, возникающее в камере взрыва, воспринимается мембраной детектора 13, жесткий центр которой замыкает выходные контакты. При этом срабатывает сигнализация "опасность".

При проверке работоспособности основных узлов сигнализатора (автоматическая и ручная проверка) подается пневмосигнал от электропневматического клапана "воздух от ЭП" на клапан 10, который закрывается и поток контролируемого воздуха через диафрагму 11 не проходит.

В связи с уменьшением количества исследуемого воздуха (поток идет только через диафрагму 9) концентрация обогащающего горючего газа в смеси повышается до взрывной и при поджигании его в камере происходит взрыв.

При наличии неисправности в каком-либо узле прибора контрольного взрыва не происходит, и в этом случае срабатывает сигнализация
"НЕИСПРАВНО".

Электрическая схема газоанализатора выполнена на полупроводниках. В функции устройств электрической схемы входит:

периодическая подача искры во взрывную камеру датчика;

фиксация взрыва в датчике и выдача сигнала "ОПАСНОСТЬ";

автоматическая и ручная проверки работоспособности основных узлов изделий;

отключение питания датчика при неисправности системы искрообразования.

Периодическая подача искры во взрывную камеру датчика производится по сигналам от командного устройства, которое один раз в 30 с включает на 0,2-0,5 с управляемый диод, и выпрямленный ток напряжением 350 В поступает в систему искрообразования. Фиксация взрыва в датчике осуществляется детектором взрыва нормального исполнения, который выдает сигнал в виде замкнутого контакта. При этом в цепи, соединяющей детектор взрыва с блоком управления, протекает ток искробезопасного значения, поступающий на вход усилителя мощности.

Усилитель мощности выполнен на транзисторе и магнитоуправляемом контакте, который замыкается при срабатывании детектора взрыва.

При включении магнитоуправляемого контакта срабатывает реле,
которое блокируется и одновременно включается лампа индикатора
"ОПАСНОСТЬ".

Ручная и автоматическая проверки работоспособности газоанализатора осуществляются следующим образом. Если при подаче в камеру датчика взрыва взрывоопасной смеси происходит контрольный взрыв, то это свидетельствует о работоспособности прибора, если взрыва нет, то выдается сигнал "НЕИСПРАВНОСТЬ".

Газоанализатор–сигнализатор типа СДК представляет собой стационарный прибор промышленного изготовления, предназначенный для непрерывного контроля и автоматической сигнализации о наличии
довзрывоопасных концентраций горючих паров или газов органических веществ, а также их смесей в воздухе производственных помещений. В зависимости от условий работы сигнальная концентрация варьируется в пределах 20–50 % от нижнего предела воспламенения. Поскольку чувствительность газоанализатора связана с величинами НКПР органических веществ, он отградуирован на довзрывоопасную концентрацию метана и сигнализирует о близких по значению довзрывоопасных концентрациях контролируемых органических веществ.

Газоанализатор состоит из блока преобразователя датчика и электронного блока. Работа датчика основана на ионизации молекул органических веществ в пламени водорода, созданном в ионизационной камере с последующим измерением иоанизационного тока.

При отсутствии органических веществ водородное пламя обладает очень низкой электропроводностью, а возникающий при этом фоновый ионизационный ток составляет 10^-12 А. Появление в водородном пламени органических веществ и последующая их ионизация приводят к резкому увеличению ионизационного тока по сравнению с его фоновым значением до 10^-7 А. Изменение ионизационного тока пропорционально количеству органических веществ, поступивших в пламенно–ионизационную камеру датчика (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Пламенно-ионизационная камера:

ТЭ – термочувствительный элемент; ЗЭ – зажигающий элемент; Э1, Э2 – электроды

Пламенно-ионизационная камера содержит коллекторный электрод Э1, электрод Э2, зажигающий элемент ЗЭ и термоэлемент ТЭ. На электрод Э2 с блока электроники подается стабилизированное напряжение постоянного тока, равное 300 В. На зажигающий элемент в момент включения подается переменное напряжение, равное 6,3 В. Термоэлемент связан с миллиамперметром, который служит индикатором горения пламени. К ионизационной камере подводятся два газовых потока: поток смеси водорода с анализируемым воздухом и поток воздуха для поддержания горения.

Электропневматическая схема газоанализатора приведена на рис. 4.5.

Блок преобразователя-датчика (ПД) (см. рис. 4.5) представляет собой панель 1, на которой размещены: датчик типа ДКО (датчик контроля органики) 2 и элементы формирования, очистки и стабилизации газовых потоков, манометры 3, редуктор давления воздуха 4, фильтры контрольные 5, насос–осушитель 6, дроссель 7, регулятор перепада давлений 8, электронный блок 9.

Рис. 4.5. Электропневматическая схема СДК:

1 – блок преобразователя-датчика; 2 – датчик контроля; 3 – манометры;

4 – редуктор давления; 5 – фильтры; 6 – насос-осушитель; 7 – дроссель;

8 – регулятор перепада давлений; 9 – электронный блок

Газовые потоки между элементами блока ПД имеют следующее назначение:

подача водорода из регулятора перепада давлений в дроссель;

подача водорода и контролируемого воздуха из дросселя в датчик;

увеличение скорости отбора воздуха из помещения и уменьшение времени запаздывания газоанализатора (безопасный поток);

подача сжатого воздуха из редуктора давления воздуха в насос-осушитель;

подача воздуха для поддержания горения из насоса-осушителя в датчик;

выброс продуктов сгорания из датчика в насос-осушитель.

Ионизационный ток измеряется полупроводниковым усилителем постоянного тока с пороговой регистрацией сигнала, выполненным по схеме с преобразованием сигнала постоянного тока в сигнал переменного тока с последующим детектированием.

Усилитель состоит из измерительного резистора автогенераторного преобразователя, представляющего собой генератор с модулятором в цепи обратной связи, усилителя напряжения переменного тока, детектора, нагруженного на электромагнитное реле, и источника компенсационного опорного напряжения.

В электронном блоке, смонтированном в корпусе, расположены: усилитель постоянного тока, выпрямители питания ионизационной камеры и усилителя, источник питания зажигающего элемента и индикатор пламени. На панели блока расположены: тумблер "ВКЛЮЧЕНА СЕТЬ" с сигнальной лампой, кнопка зажигания и индикатор пламени.

Датчик газоанализатора СДК выполнен взрывобезопасным с уровнем взрывозащиты 1ЕхdibsIICT5. Электронный блок имеет нормальное исполнение и должен устанавливаться в невзрывоопасных помещениях на расстоянии от датчика до 100 м.