Сигналізатор витоку побутового газу. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Будинок, присадибне господарство, хобі

 Коментарі до статті

Постійний контроль концентрації вибухонебезпечних газів у повітрі житлових та робочих приміщень – найефективніший засіб попередження їх займання. З часом актуальність газової безпеки лише зростає. Повітряне середовище, що оточує нас, може містити як джерело життя - кисень, а й небезпечні речовини, наприклад, вибухонебезпечні гази. Приладами технічної безпеки є газові детектори. Вони призначені виявлення перевищення допустимих рівнів концентрації небезпечних газів у навколишньому середовищі.

Природний газ - один з найбільш вибухонебезпечних - широко застосовують у побуті як дешеве паливо для опалення, підігріву води та приготування їжі. Як відомо, основний компонент природного газу – метан (CH₄), його у ньому від 70 до 98%. Отже, для контролю витоку газу необхідно використовувати датчик, що реагує на концентрацію метану в повітрі.

Концентраційні межі поширення полум'я у суміші метану з повітрям в об'ємних відсотках: нижній – 5, верхній – 15 [1]. Нижньою концентраційною межею поширення полум'я (НКПР) або нижнім порогом вибуховості (НПВ) називають мінімальну частку паливної речовини в однорідній суміші з окислювачем (повітрям, киснем), при якій можливе поширення полум'я по суміші на будь-яку відстань від джерела запалювання (відкрите в розряд та ін.). Для метану 100% НКПР (НГЗ) = 5 об'ємних відсотків = 50000 ppm = 33500 мг/м³ [2].

Як правило, більшість сигналізаторів, що серійно випускаються, витоку побутового газу налаштовані на його концентрацію в один об'ємний відсоток. Саме за такої концентрації вони подають сигнал тривоги, включають систему вентиляції приміщення та за допомогою електромагнітного клапана відключають подачу газу в систему газопостачання житлового будинку або квартири.

Найкращим чином підходять для контролю витоку горючих газів завдяки простоті конструкції напівпровідникові та термокаталітичні датчики пелісторного типу. Зазвичай напівпровідникові датчики застосовують лише для сигналізації про перевищення допустимої концентрації метану в повітрі, а якщо є необхідність виміряти концентрацію газу, використовують двопелісторні термокаталітичні датчики. У них два пелістори - спіралі з платинового дроту, розігріті струмом, що проходить через них, до температури близько 400 ^оВони утворюють звичайний резистивний дільник напруги (рис. 1).

Рис. 1. Резистивний дільник напруги

Коли метану в повітрі немає, опору обох пелісторів рівні, отже, вихідна напруга дільника - рівно половина напруги живлення U_піт. Оскільки активний пелістор покритий шаром каталізатора, його поверхні за наявності метану відбувається реакція окислення цього газу киснем повітря. Температура активного пелістору збільшується, а опір зростає. Включивши такий датчик у вимірювальний міст, можна легко виміряти напругу розбалансу моста:

ΔU = U_вих - У_піт/ 2,

а щодо нього визначити концентрацію газу.

Термокаталітичні датчики недорогі і прості у застосуванні, але мають ряд недоліків. По-перше, при великій концентрації газу відбувається перенасичення датчика, і він виходить з ладу. По-друге, каталізатор з часом виснажується, що призводить до зниження чутливості датчика. По-третє, для хімічної реакції, що відбувається в датчику, необхідний кисень, тому при його нестачі датчик сильно занижує показання. І нарешті, термокаталітичний датчик може бути "отруєний" деякими речовинами. Він чутливий, наприклад, до впливу силікатів або високої концентрації сірководню (H₂S). Крім того, термокаталітичні датчики вимагають обслуговування. Щоб бути впевненими у їхній працездатності, необхідні періодичні перевірки. Час життя пелістору – максимум один-три роки.

Всі ці недоліки позбавлені високонадійні і практично безвідмовні інфрачервоні датчики горючих газів (NDIR-датчики). За допомогою вимірювального та нормуючого детекторів вони оцінюють ступінь поглинання інфрачервоного випромінювання газом. Детектори використовують ІЧ-випромінювання двох довжин хвиль. Одне з них газ поглинає, а друге – ні. Датчик вимірює рівень випромінювання, що поглинається, і порівнює його з рівнем зразкового. Ця інформація піддається обробці за досить складним алгоритмом, для чого практично в кожному датчику є вбудований мікропроцесор.

Цифровими датчиками NDIR серії PrimePell [3] можна замінювати пелісторні. Основа датчиків PrimePell - запатентований ІЧ-датчик і мікропроцесор на основі ядра ARM V7, що керує датчиком, що обчислює концентрацію газу та виводить результат в аналоговій та цифровій формі. Мікроконтролер також стежить за справністю датчика та реєструє збої живлення. Цифрова інформація може бути отримана через послідовний порт, або за інтерфейсом I²C, яким також змінюють режими роботи датчика.

За умови відповідної напруги живлення датчиком PrimePell можна замінити раніше встановлений у газоаналізаторі термокаталітичний датчик, причому ніяких доробок аналізатора для цього не потрібно.

Схему сигналізатора витоку побутового газу з використанням інфрачервоного датчика метану PrimePell зображено на рис. 2. Чутливість цього датчика - 100 мВ на 100% НГЗ. Внутрішні "пелістори" датчика та резистори R1-R3 утворюють вимірювальний міст. Сигнал, знятий з діагоналі моста, посилює інструментальний підсилювач DA1 з фіксованим коефіцієнтом підсилення 10. Його вихідної напруги 1000 мВ відповідає 100% НГЗ. Тому показання вбудованого цифрового вольтметра PV1 у десятках мілівольт чисельно дорівнюють відсоткам НПВ.

Мал. 2. Схема сигналізатора витоку побутового газу за допомогою інфрачервоного датчика метану PrimePell (натисніть для збільшення)

У Великій Британії (країні-виробнику датчика) 100% НПВ - це 4,4 об'ємних відсотки, а не 5 об'ємних відсотків, як у нас. Виходячи з цього, поріг спрацьовування компаратора DA2, що відповідає одному об'ємному відсотку, встановлений рівним 227 мВ добіркою резисторів R5 і R6. Висока точність встановлення порога не потрібна. При спрацьовуванні компаратора п'єзовипромінювач HA1 із вбудованим генератором подає сигнал тривоги. Крім цього, сигнал з компаратора через оптрон U1 надходить на виконавчі пристрої - блок управління системою вентиляції (фрамужні відкривачі, витяжні вентилятори тощо) і електромагнітний газовий клапан, що відключає подачу газу.

Регулювання пристрою зводиться до встановлення нульових показань цифрового PV1 вольтметра за допомогою змінного резистора R2 за відсутності метану в повітрі. Гарантований термін служби датчика – не менше п'яти років. Часто перевіряти його працездатність не потрібно.

література

1. Державний стандарт Союзу РСР ГОСТ 5542-87 "Гази горючі природні для промислового та комунально-побутового призначення. Технічні умови". - URL: ukrgazkom.com. ua/assets/files/normative/5542-87.pdf.
2. Таблиця співвідношень концентрацій для горючих і токсичних газів, що найчастіше зустрічаються (нормальні умови). - URL: centros.ru/tablica-gazy.
3. PrimePell Pellistor Replacement Infrared Gas Sensor. - URL: terraelectronica.ru/%2Fpdf%2FCLAIRAIR%2FPrimePell-datasheet-DES10-Iss4.pdf.

Автор: А. Корнєв

Дивіться інші статті розділу Будинок, присадибне господарство, хобі.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Загроза космічного сміття для магнітного поля Землі 01.05.2024

Все частіше ми чуємо про збільшення кількості космічного сміття, що оточує нашу планету. Однак не тільки активні супутники та космічні апарати сприяють цій проблемі, а й уламки старих місій. Зростання кількості супутників, які запускає компанії, як SpaceX, створює не тільки можливості для розвитку інтернету, але й серйозні загрози для космічної безпеки. Експерти тепер звертають увагу на потенційні наслідки для магнітного поля Землі. Доктор Джонатан Макдауелл з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики підкреслює, що компанії стрімко розвертають супутникові констеляції, і кількість супутників може зрости до 100 000 наступного десятиліття. Швидкий розвиток цих космічних армад супутників може призвести до забруднення плазмового середовища Землі небезпечними уламками та загрози стійкості магнітосфери. Металеві уламки від використаних ракет можуть порушити іоносферу та магнітосферу. Обидві ці системи відіграють ключову роль у захисті атмосфери і підтримують ...>>

Застигання сипких речовин 30.04.2024

У світі науки існує досить загадок, і однією з них є дивна поведінка сипких матеріалів. Вони можуть поводитися як тверде тіло, але раптово перетворюватися на текучу рідину. Цей феномен став об'єктом уваги багатьох дослідників, і, можливо, нарешті ми наближаємося до розгадки цієї загадки. Уявіть собі пісок у пісочному годиннику. Зазвичай він тече вільно, але в деяких випадках його частинки починають застрягати, перетворюючись з рідкого стану на тверде. Цей перехід має важливе значення для багатьох областей, починаючи від виробництва ліків та закінчуючи будівництвом. Дослідники зі США спробували описати цей феномен і наблизитися до його розуміння. У ході дослідження вчені провели моделювання в лабораторії, використовуючи дані про пакети полістиролових кульок. Вони виявили, що вібрації усередині цих комплектів мають певні частоти, що означає, що через матеріал можуть поширюватись лише певні типи вібрацій. Отримані ...>>

Випадкова новина з Архіву Створено генетичну схему 21.10.2012 Біоінженери з Массачусетського технологічного інституту створили найскладнішу генетичну схему з використанням генів, знайдених у бактерії сальмонели. Використовуючи гени як частини конструктора, вчені мають можливість створювати синтетичні конструкції, здатні виконувати різні функції. Наприклад, раніше вчені з MIT вже створювали бактерій, які можуть реагувати на світ і робити "фотознімки", а також мікроорганізми, здатні виявляти низький рівень кисню та високу густину клітин (дані явища зустрічаються в пухлинах). Однак у більшості подібних проектів використовується невелика кількість відомих частин геному, що не дозволяє створювати складні схеми. Для збільшення складності схем вченим необхідні компоненти, які не заважатимуть один одному. Річ у тім, що на відміну електронних схем на кристалі кремнію біологічні ланцюга у клітині неможливо фізично ізолювати друг від друга. У живій клітині клітинні механізми для зчитування генів та синтезу білків перемішані разом, і біоінженер повинен врахувати можливу несумісність різних частин конструктора. Щоб вирішити цю проблему, вчені ретельно вивчили бактерію сальмонели. Дана бактерія має чітко виражений шлях введення білків у клітини людини, що робить її ідеальним зразком для досліджень. У результаті вдалося виявити 60 різних версій цього шляху та в інших видів бактерій, при цьому з'ясувалося, що більшість білків, що беруть участь у кожному з них, були дуже різними і не заважали одна одній. Таким чином, біоінженери отримали безліч нових деталей для свого "конструктора". У цьому зменшення перехресних перешкод між кількома компонентами майбутньої схеми використовувалася методика спрямованої еволюції, тобто. мутація генів для створення тисяч їх варіантів та вибору найбільш підходящих. Вчені MIT провели дуже велику роботу і на виході отримали синтетичну схему, яка здатна виявити присутність чотирьох різних молекул. Цю схему можна застосовувати для програмування живих клітин виявлення певних хімічних речовин. У майбутньому подібні складні схеми можуть виконувати найрізноманітніші функції та керувати живими клітинами.

Інші цікаві новини:

▪ Відкрито нову властивість світла

▪ Стереозображення без окулярів

▪ Прозорий адаптер для фотокамер

▪ Знижувальний перетворювач напруги TPS62350

▪ Оптимістам інфаркт не страшний

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Електродвигуни. Добірка статей

▪ стаття Увійти в плоть та кров. Крилатий вислів

▪ стаття Що таке криптографія? Детальна відповідь

▪ стаття Робота на заточувальних та обдирних верстатах. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Діючі значення сили струму та напруги. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Кулька-еквілібрист. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024