Sensory elektrochemiczne - Atest-Gaz

www.atestgaz.pl
Własności eksploatacyjne czujników gazu
wyposażonych w sensory elektrochemiczne
1
Informacje wstępne
Podane poniżej informacje są informacjami ogólnymi i mają za zadanie jedynie umożliwić podstawową
orientację użytkownika w zagadnieniu. Informacje te mogą zmieniać się istotnie dla poszczególnych
rodzajów sensorów (gazów).
2
Wykrywane substancje
Czujniki wyposażone w sensory elektrochemiczne są przeznaczone do pomiaru i wykrywania obecności
określonych substancji w atmosferach gazowych, w stężeniach generalnie powyżej pojedynczych "ppm" *1).
Wyjątkami są:
tlen,
wodór
Gazy te mają charakterystyczne dla siebie zakresy pomiarowe *4)
Większość wykrywanych substancji to głównie lotne związki nieorganiczne. Mogą być również wykrywane
niektóre związki organiczne, np. etylen, tlenek etylenu.
3
Przeznaczenie
Dzięki bardzo
dużej czułości na śladowe ilości określonych związków chemicznych, sensory
elektrochemiczne mogą być stosowane do monitorowania obecności tych substancji pod kątem:
ich toksyczności (progi alarmowe rzędu 'ppm"),
ich obecności (wykrywania rozszczelnień instalacji).
4
Ograniczenia stosowania
4.1
Sensor nie nadaje się do pracy w atmosferze:
bardzo brudnej (niebezpieczeństwo zabrudzenia sensora),
bądź też o stale utrzymującej się albo bardzo niskiej albo bardzo wysokiej wilgotności *2) *5)
generalnie w temperaturach powyżej typowych temperatur otoczenia *3)
4.2
Czujniki wyposażone w sensory elektrochemiczne są przeznaczone do pomiaru i wykrywania krótkotrwałej
obecności określonych gazów w atmosferze. Zarówno dłuższe utrzymywanie się stężeń o wartościach
mieszczących się w zakresie pomiarowym, jak też i nawet chwilowych stężeń spoza zakresu pomiarowego
prowadzi do szybszego zużycia sensora.
4.3
Zależnie od czujnika, do reakcji elektrochemicznej może być niezbędny tlen. Na krótki okres czasu wystarczy
tlen rozpuszczony w elektrolicie, jednakże stałe działanie w atmosferze beztlenowej nie jest możliwe.
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-350 R03
s. 1|4
www.atestgaz.pl
5
Zasada działania
Sensor ten zbudowany jest w ten sposób, iż wewnątrz pojemnika z tworzywa sztucznego napełnionego
odpowiednim elektrolitem znajdują się dwie (trzy, cztery) elektrody, do których podłączone są
doprowadzenia elektryczne, służące do połączenia sensora ze współpracującym obwodem elektronicznym.
Pojemnik z elektrolitem zamknięty jest rurką kapilarną, tak by umożliwić dopływ otaczającego gazu do
wnętrza sensora. Po pojawieniu się gazu w otoczeniu sensora (a w zasadzie po jego dyfuzji do elektrolitu) na
elektrodach wytworzony zostanie odpowiedni potencjał elektryczny. Po zamknięciu obwodu za pomocą
rezystora - przez rezystor popłynie prąd o wartości proporcjonalnej do stężenia gazu. Mierząc ten prąd
jesteśmy w stanie określić stężenie gazu.
6
Zakres pomiarowy
górna granica zakresu pomiarowego to typowo stężenia rzędu od 1 do ok 5000 ppm *4), w
zależności od rodzaju sensora. Jest on każdorazowo dobierany odpowiednio do aplikacji,
dolna granica zakresu pomiarowego (także i rozdzielczość) to stężenia na poziomie ok 1ppm, a dla
określonych substancji – na poziomie 0,5 ppm.
7
Selektywność
Sensor elektrochemiczny jest względnie selektywny. Dla każdego rodzaju sensora istnieje zbiór substancji na
które:
sensor reaguje zgodnie z przeznaczeniem (na właściwy gaz roboczy),
sensor reaguje "pasożytniczo" in plus (substancje krossowe. W niektórych przypadkach reakcja na
gaz "pasożytniczy" może być większa niż na gaz roboczy.),
sensor reaguje "pasożytniczo" in minus, (patrz punkt "Pozostałe zakłócenia i substancje
maskujące"),
sensor nie reaguje i wpływ substancji jest szkodliwy - degradujący sensor,
sensor nie reaguje i wpływ substancji jest obojętny,
Współczynnik odpowiedzi na poszczególne substancje można znaleźć w literaturze, dostępne są również u
producenta.
8
Wpływ temperatury
Temperatura ma wpływ na charakterystykę sensora. Jej wpływ jest kompensowany na drodze
elektronicznej.
9
Wpływ ciśnienia
Zmiana ciśnienia może wywoływać niewielkie zmiany czułości sensora,
Impuls ciśnienia może prowadzić do pojawienia się fałszywego odczytu bądź też doprowadzić do
uszkodzenia sensora,
10
Wpływ wilgotności
Wilgotność tak długo jak nie prowadzi do fizycznego zablokowania sensora (poprzez kondensację) nie ma
zauważalnego wpływu na pracę sensora. Gwałtowne, skokowe zmiany wilgotności mogą spowodować
chwilowe pojawienie się sygnału mimo braku gazu roboczego w otoczeniu 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-350 R03
s. 2|4
www.atestgaz.pl
11
Fizykochemiczne ograniczenia zdolności do wykrywania niektórych gazów
W przypadku niektórych substancji (np. chlor, fosgen, chlorowodór, dwutlenek siarki) zakres pracy sensora
jest na tyle niski, iż gaz o takich stężeniach może być pochłaniany przez parę wodną znajdującą się w
atmosferze bądź skondensowaną na elementach czujnika. Nie będzie on tym samym widoczny dla czujnika tak długo aż jego stężenie nie osiągnie odpowiednio wysokiej wartości i nie nasyci wykropionej pary wodnej
na drodze do sensora. Zjawisko to może prowadzić także do problemów z kalibrowaniem czujników. W takiej
sytuacji przed kalibracją należy doprowadzić do osuszenia czujnika (np. poprzez kalibrowanie laboratoryjne).
12
Pozostałe zakłócenia i substancje maskujące.
Poniższe czynniki mogą prowadzić do zmiany czułości sensora:
stale utrzymująca się wysoka wilgotność prowadząca do kondensacji na sensorze.
W przypadku czujnika tlenu tego typu zablokowanie może skutkować alarmem - wskutek
zauważenia przez czujnik zbyt niskiej ilości tlenu,
stała obecność substancji mogących osiadać na elementach sensora,
obecność substancji o odwrotnym oddziaływaniu na sensor. Zjawisko to jest niebezpieczne z tego
względu, iż równoczesne pojawienie się gazu roboczego i gazu maskującego może doprowadzić do
wzajemnego zniesienia sygnałów - rezultatem będzie wskazanie zerowe. Lista ta jest
charakterystyczna dla danego rodzaju sensora i jest dostępna na życzenie u Producenta.
13
Czas życia sensora
Czas życia sensora limitowany jest wskutek stopniowego zużywania elektrolitu oraz elektrod.
Czas ten może ulec znacznemu skróceniu wskutek:
długotrwałego utrzymywania się stężeń o wartościach mieszczących się w zakresie pomiarowym,
chwilowej obecności stężeń przekraczających znacznie zakres pomiarowy,
oddziaływania innych substancji chemicznych, zwłaszcza dwutlenku węgla oraz rozpuszczalników
organicznych (zwłaszcza alkoholi),
działania skrajnych wilgotności (powietrza bardzo suchego bądź bardzo wilgotnego) *2),
zbyt wysokiej temperatury otoczenia *3),
zalania cieczami,
pojawiania się skokowych zmian ciśnienia,
zabrudzenia membrany wlotowej,
Z podanych powyżej przyczyn w miarę upływu czasu należy liczyć się ze stopniową utratą czułości przez
sensor, prowadzącą do konieczności jego wymiany. Najważniejszym kryterium wymiany sensora jest spadek
jego czułości względem wartości pierwotnej o więcej niż 50%, a w przypadku sensorów tlenu o więcej niż
15% wartości pierwotnej czułości. Oceny tej dokonuje autoryzowany serwis w czasie przeglądów
okresowych.
Podsumowując, Użytkownik powinien liczyć się z koniecznością wymiany sensora nie rzadziej niż raz na 3-5
lat, zakładając ich funkcjonowanie w czystym powietrzu. Sensory tlenu powinny być prewencyjnie
wymieniane bezwzględnie nie rzadziej niż raz na dwa lata.
Sensor jest elementem eksploatacyjnym, objętym gwarancją zakładającą dotrzymanie odpowiednich
warunków eksploatacji.
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-350 R03
s. 3|4
www.atestgaz.pl
14
Niezawodność, konserwacja
Ze względu na opisane powyżej właściwości sensora, szczególnie możliwość zatrucia bądź zabrudzenia,
konieczne jest dokonywanie okresowych sprawdzeń poprawności działania sensora. Sprawdzenia te
powinny odbywać się nie rzadziej niż raz na rok, a w instalacjach krytycznych (ze względu na
bezpieczeństwo, obecność substancji zakłócających bądź częstą ekspozycję sensora na gaz roboczy) - wg
indywidualnie ustalonego harmonogramu (np. raz na kwartał - na podstawie prognozowanego spadku
czułości).
Producent zwraca uwagę na fakt, iż okresowa kalibracja powinna się odbywać jedynie poprzez podanie
właściwego gazu wzorcowego na sensor. Producent stanowczo odradza stosowanie tzw. "substancji
krosowych" - ze względu na to, iż podawane często w literaturze współczynniki przeliczeniowe zmieniają się
w miarę eksploatacji czujnika.
*1)
"ppm" - "parts per milion" - jednostka miary objętości. 1ppm = 10 -4 %
*2)
RH spoza zakresu (10...90%), ale ostateczny wpływ zależy także od czasu ekspozycji na skrajne
wilgotności,
*3)
wartość tej temperatury może być różna dla poszczególnych typów sensorów, generalnie nie
powinna ona przekraczać wartości 50oC
*4)
zakres pomiarowy dla innych gazów:
• tlen: do 30 lub 100% vol,
• wodór: do 4% vol
*5)
w takim wypadku konieczne jest wykonanie układu z wstępnym przygotowaniem próbki. Prosimy o
kontakt z producentem
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-350 R03
s. 4|4