Własności eksploatacyjne czujników gazu - Atest-Gaz

www.atestgaz.pl
Własności eksploatacyjne czujników gazu
wyposażonych w sensory NDIR (niedyspersyjnej
absorbcji w podczerwieni)
1. Wykrywane substancje
Sensory NDIR służą do pomiaru stężenia gazów posiadających
elektromagnetycznej w zakresie podczerwieni. Są to przede wszystkim:
związki organiczne, zwłaszcza metan,
dwutlenek węgla
inne (np. tlenek węgla, związki azotu, amoniak, freony, SF6)
zdolność
pochłaniania
fali
2. Przeznaczenie
Pomiar stężenia dwutlenku węgla - pomiar w podczerwieni to jedyna technicznie stabilna, ekonomicznie
uzasadniona metoda pomiaru tego gazu. Metoda ta - szczególnie w odniesieniu do związków organicznych,
jest metodą alternatywną względem metod katalitycznych wszędzie tam gdzie:
obecność gazu w atmosferze może być długotrwała bądź ciągła,
występuje potrzeba pomiaru stężenia powyżej 100% DGW (w zasadzie do 100% obj),
występuje potrzeba pomiaru stężenia związków organicznych w atmosferze o niskiej bądź zerowej
zawartości tlenu,
występuje potrzeba pomiaru stężenia gazów palnych w powietrzu, lecz występujące gazy
zakłócające bądź niszczące dla sensora katalitycznego nie pozwalają na stosowanie czujników
katalitycznych.
3. Zasada działania
Sensory te działają w oparciu o zjawisko pochłaniania fali promieniowania podczerwonego (IR) o określonej
długości przez określone gazy. Jeżeli na drodze tego promieniowania znajdzie się odpowiedni gaz, to
zaabsorbuje on część tego promieniowania. Czujnik składa się ze źródła promieniowania IR oraz detektora
mierzącego jego intensywność. Mierzony gaz przepływa pomiędzy tymi elementami. Spadek intensywności
wiązki promieniowania IR jest miarą stężenia gazu.
4. Zakres pomiarowy
górna granica zakresu pomiarowego zależy od konstrukcji sensora, a zwłaszcza od budowy jego
ścieżki optycznej. Typowo są to wartości rzędu:
- dla gazów palnych: 100% DGW bądź 100% vol
- dla CO2: 500ppm / 5000ppm / 5% vol / ....100% vol.
dolna granica zakresu pomiarowego - próg czułości
Próg czułości będzie wynosił nie lepiej niż 0.5% zakresu pomiarowego.
5. Selektywność
Sensory NDIR charakteryzują się względną selektywnością, tj.
w zasadzie nie będą selektywne w ramach grupy związków organicznych,
będą selektywne dla gazów o różnej energii pochłaniania w paśmie podczerwieni.
Atest-Gaz A. M. Pachole sp. j.
ul. Spokojna 3, 44-109 Gliwice
NIP: 969-143-32-31
•
tel.: +48 32 238 87 94
fax: +48 32 234 92 71
e-mail: [email protected]
DOK-351 R02
s. 1|3
www.atestgaz.pl
6. Ograniczenia stosowania
czujniki te nie wykrywają wodoru,
czujniki te nie zawsze mogą być stosowane w wyższych temperaturach - ze względu na
niepożądane promieniowanie tła.
7. Fizykochemiczne ograniczenia zdolności do wykrywania par gazów
palnych
W przypadku związków organicznych o wysokiej temperaturze zapłonu należy pamiętać o tym, iż w
typowych warunkach środowiskowych (temperatura otoczenia poniżej 40°C) jest mało prawdopodobne by
były one w stanie wytworzyć atmosferę zbliżoną do 100% DGW. Szczególnie w przypadku temperatur
poniżej 0°C może się okazać, iż wykrycie stężeń mierzalnych przez sensor NDIR (powiedzmy rzędu 5% DGW)
jest fizycznie niemożliwe. W takim wypadku, tj. gdy jesteśmy zainteresowani wykrywaniem stężeń
śladowych, konieczne jest zastosowanie innej metody pomiarowej*1).
8. Zakłócenia
Źródłem zakłóceń w pracy sensora mogą być wszystkie te czynniki które:
mogą ograniczyć dostęp gazu do sensora bądź mogą zablokować elementy ścieżki optycznej
sensora:
- stałe bądź ciekłe zanieczyszczenia na elementach sensora
- kondensacja pary wodnej na elementach sensora,
mogą spowodować nadmierną, niepożądaną absorbcję promieniowania IR:
- obecność skrajnie wysokich stężeń innych gazów (gazów towarzyszących) może
uniemożliwić pomiar stężenia gazu roboczego - ze względu na wysokie pochłanianie
promieniowania IR przez gaz towarzyszący (np. CO2 w czujniku CH4),
- stałe bądź ciekłe zanieczyszczenia w mierzonym gazie,
drgania czujnika mogą wywołać tzw. efekt mikrofonowy w sensorze -objawiający się zmianą
odczytywanego stężenia,
gazy korozyjne (głównie NH3, H2S, SO2, HCl), szczególnie w obecności pary wodnej, mogą
doprowadzić do fizycznego zniszczenia ścieżki gazowej.
9. Wpływ temperatury
Temperatura ma wpływ na charakterystykę sensora. Jej wpływ jest kompensowany na drodze
elektronicznej.
10.Wpływ wilgotności
Wilgotność, tak długo jak nie prowadzi do fizycznego zablokowania sensora (poprzez kondensację na
elementach ścieżki optycznej) nie ma zauważalnego wpływu na pracę sensora.
11. Wpływ ciśnienia
zmiana ciśnienia absolutnego może wywoływać zmiany wskazań sensora, ze względu na to,iż
sensor ten mierzy tzw. ciśnienie parcjalne substancji,
odpowiednio duży impuls ciśnienia może prowadzić do pojawienia się fałszywego odczytu bądź też
doprowadzić do uszkodzenia sensora.
Atest-Gaz A. M. Pachole sp. j.
ul. Spokojna 3, 44-109 Gliwice
NIP: 969-143-32-31
•
tel.: +48 32 238 87 94
fax: +48 32 234 92 71
e-mail: [email protected]
DOK-351 R02
s. 2|3
www.atestgaz.pl
12.Czas życia sensora
zakładając, iż sensor będzie pracował przez większość czasu w atmosferze pozbawionej gazów
korozyjnych, jego czas życia należy szacować na nie mniej niż 5 lat (ok. 10 lat) ze względu na
moralne starzenie się urządzenia (głównie źródła światła)
na czas życia będą miały decydujący wpływ warunki eksploatacji, a zwłaszcza obecność zabrudzeń,
drgań i czynników korozyjnych.
Sensor jest elementem eksploatacyjnym, objętym gwarancją zakładającą dotrzymanie odpowiednich
warunków eksploatacji.
13.Niezawodność, konserwacja
Zaleca się, szczególnie w instalacjach krytycznych (ze względu na bezpieczeństwo czy też obecność
substancji zakłócających) kalibrowanie urządzenia nie rzadziej niż raz na rok. Producent zwraca uwagę na
fakt, iż okresowa kalibracja powinna się odbywać jedynie poprzez podanie właściwego gazu roboczego na
sensor. Producent stanowczo odradza stosowanie tzw. "substancji krosowych" - ze względu na to, iż krzywa
pochłaniania jest nieliniowa i inna dla każdej substancji (jest kompensowana na drodze cyfrowej w czujniku
pod konkretna substancję). Przykładowo stężenie 20%LEL metanolu odpowiada 0,5%vol propanu, lecz
40%LEL metanolu odpowiada 1,22%vol propanu.
*1)
jeśli z taką sytuacją mamy do czynienia należy rozważyć zastosowanie sensorów działających w
oparciu o zasadę jonizacji substancji za pomocą promieniowania UV (czujniki PID - fotojonizacyjne)
Dokument opracowano w oparciu o:
• dane producentów sensorów,
• normę PN-EN 60079-29-2,
• doświadczenia własne Producenta
Atest-Gaz A. M. Pachole sp. j.
ul. Spokojna 3, 44-109 Gliwice
NIP: 969-143-32-31
•
tel.: +48 32 238 87 94
fax: +48 32 234 92 71
e-mail: [email protected]
DOK-351 R02
s. 3|3