The article considers a method of flammable gases concentration measurement. Experimental unit of thermocatalytic sensor and microcontrollerwith 12-bit ADChas been constructed. Output signal(mV)dependency on different concentrations of flammable gases has been revealed. It is revealed that catalytic sensor sensitivity changes with temperature, and sensitivity change is unequal for different combustible gases. Thus, there is a possibility to bring results of measuring to % LEL by adding correcting coefficient Kp that characterizes reduction rate of sensing element sensitivity under temperature increase. Application of the method allowed to reduce measuring inaccuracy from 88% to 10% for hydrogen, and from 51% to 19% for hexane. The paper is related to flammable gases metrology.
catalytic sensor, gas analysis, flammable gases monitoring
1. Введение
Производственные процессы добычи полезных ископаемых, их транспортировка и переработка в различных отраслях промышленности связаны с реальной возможностью образования взрывоопасной среды в зонах технологических установок, в складских помещениях и на открытых площадках. Образование взрывоопасных сред возможно в случае нарушения технологических режимов, аварий, нарушения взрывозащищенности оборудования, аппаратуры и трубопроводов. Контроль взрывоопасности атмосферы промышленных и бытовых объектов — одна из важнейших задач при обеспечении безопасности жизнедеятельности.
Для осуществления такого контроля наибольшее распространение получили полупроводниковые [1], оптические [2] датчики, а также термокаталитические сенсоры, основанные на учете выделяемого тепла при беспламенном окислении горючих газов и паров на поверхности катализатора. Преимущества термокаталитических сенсоров по сравнению с другими — в невысокой стоимости, селективности исключительно к горючим газам и парам, малых габаритах и весе [3]. Однако наряду с преимуществами существуют недостатки, например так называемое расхождение эксплозиметрического2 веера, то есть наличие неравной чувствительности сенсора для разных горючих газов [4, 5]. В нашей работе описан вариант сближения экс- плозиметрического веера для наиболее распространенных, часто используемых газов.
2. Экспериментальная установка
В качестве сенсоров метана были выбраны термокаталитические сенсоры (ТК) пеллисторного3 типа ДТК-2 (производитель — Научно-технический центр измерительных газочувствительных датчиков, НТЦ ИГД), представляющие собой платиновую спираль из литого микропровода в кварцоидной изоляции с диаметром жилы 10 мкм и толщиной кварцоидной изоляции 2 мкм. Поверхность спирали покрыта сло-
1. Lucio de Angelis, Roberto Riva. Selectivity and stability of a tin dioxide sensor for methane. Sensors and Actuators B: Chemical. 1995. - Vol. 28. - P. 25-29.
2. Crawford Massiea, George Stewarta, George McGregorb, Gilchristb John R. Design of a portable optical sensor for methane gas detection. Sensors and Actuators B: Chemical. 2006. - Vol. 113. - P. 830-836.
3. Karpov E. F., Basovskiy B. I. Kontrol´ provetrivaniya i degazatsii v ugol´nykh shakhtakh. M.: Nedra, 1994.
4. Dreyzin V.E., Brezhneva E.O. Sravnitel´nyy analiz kharakteristik promyshlennykh gazochuvstvitel´nykh datchikov. Datchiki i sistemy. 2011. - № 3. - S. 68-78.
5. Jack Chou Hazardous Gas Monitors: A Practical Guide to Selection, Operation, and Applications. McGraw-Hill Professional Publishing, 1999.
6. Karpov E.F., Basovskiy B.I., Birenberg I.E. Avtomaticheskaya gazovaya zashchita i kontrol´ rudnichnoy atmosfery. - M.: Nedra, 1984.
7. Raskó1 J., Somorjai G.A., Heinemann H. Catalytic lowtemperature oxydehydrogenation of methane to higher hydrocarbons with very high selectivity at 8-12% conversion. Applied Catalysis A: General. 1992. - Vol. 84. - P. 57-75.
8. Arpentiniera Ph., Cavanib F., Trifirò F. The contribution of homogeneous reactions in catalytic oxidation processes: safety and selectivity aspects. Catalysis Today. 2005. - Vol. 99. - P. 15-22.
9. Abdurakhmanov E., Daminov G., Sultanov M., Tillayev S. Obespechenie selektivnosti termokataliticheskogo sensora komponentov vykhlopnykh gazov. Ekologicheskie sistemy i pribory. 2008. - № 5. - S. 30-32.
10. Llobet E., Vilanova X., Brezmes J., Sueiras J.E., Correig X. Transient response of thick-film tin oxide gas-sensors to multicomponent gas mixtures. Sensors and Actuators B: Chemical. 1998. - Vol. 47. - P. 104-112.
