VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Несмотря на то, что промышленные газоанализаторы являются достаточно надежными устройствами, но и они периодически выходят из строя. Отказы в работе могут быть связаны как с тяжелыми условиями эксплуатации данного оборудования, естественным износом компонентов газоанализатора в силу особенностей их принципа работы, так и с несовершенством конструкции и применением некачественных комплектующих при изготовлении приборов данного типа, а также нарушения условий эксплуатации и применения газоанализаторов.

К промышленным газоанализаторам предъявляют высокие требования надежности, так как такой прибор должен своевременно определить наличие или выброс газа в самых суровых условиях для данного оборудования. Но даже самое надежное устройство может выйти из строя по причине естественного износа компонентов, применение не качественных компонентов, нарушение условий эксплуатации газоанализаторов.

Причиной выхода из строя газоанализатора может являться: неисправности сенсоров; неисправности аккумуляторов и батарей; неисправности пробоотборного модуля или пробоотборного насоса; неисправности термопары измерения температуры дымовых газов; неисправности элементов, органов контроля и управления; которые, совместно с рассмотренными выше неисправностями сенсоров и встроенных химических источников электропитания, составляют 90-95% всех отказов в работе газоанализаторов.

Самой частой причиной выхода из строя газоанализатора является неисправность сенсоров. В связи с этим рассмотрим сенсоры, которые чаще всего используются в горной промышленности, а также выясним, почему сенсоры выходят из строя и как можно продлить срок их службы.

Сенсор – высокочувствительная составная часть датчика, предназначенная для регистрации и преобразования сигналов о нормированном изменении контролируемого параметра в электрические сигналы о нормированном изменении контролируемого параметра. Электрохимические сенсоры – это специальные устройства, в которых аналитический сигнал обеспечивается протеканием электрохимического процесса. Электрохимические сенсоры предназначены для количественного и качественного анализа химических соединений в газообразных и жидких средах.

В электрохимических сенсорах чувствительным является электрохимический элемент (ячейка). Первичные информационные сигналы об исследуемом явлении или объекте, возникают в виде изменения свойств этого элемента: разности потенциалов или электропроводности, электрического тока или вольтамперной характеристики, динамики их изменения. Физическая форма информационного сигнала и положена в основу классификации. В соответствии с этим электрохимические сенсоры разделяют на кондуктометрические, потенциометрические, амперометрические, вольтамперометрические и хроноамперометрические.

Термокаталитический метод детектирования продолжает оставаться основным способом контроля довзрывоопасных концентраций горючих газов и паров жидкостей в воздухе. В его основу положено каталитическое окисление молекул контролируемых веществ на поверхности чувствительного элемента термокаталитического сенсора и преобразованием выделяющегося тепла в электрический сигнал. Значение выходного сигнала сенсора определяется концентрацией контролируемого компонента (суммарной концентрацией для совокупности горючих газов и паров жидкостей), выражаемой в процентах к нижнему концентрационному пределу распространения пламени (НКПР).

Сенсор кислорода () – это электрохимический первичный преобразователь концентрации кислорода является двухэлектродной электрохимической ячейкой гальванического типа, которая преобразует содержащийся в газовой смеси (в воздухе) кислород в постоянный электрический ток. Сила тока, генерируемая сенсором, прямо пропорциональна парциальному давлению (концентрации) кислорода в воздухе. Сенсор кислорода предназначен для использования сигнализаторах и газоанализаторах кислорода.

Сенсор угарного газа (, окиси углерода, монооксида углерода) – это электрохимический первичный преобразователь концентрации угарного газа является трехэлектродной электрохимической ячейкой, которая преобразует содержащийся в воздухе угарный газ в непрерывный электрический сигнал. Сила тока, генерируемая сенсором, прямо пропорциональна концентрации угарного газа в воздухе.

Сенсор предназначен для использования в сигнализаторах и газоанализаторах угарного газа (окиси углерода, монооксида углерода) при следующих параметрах: температура воздуха: (–10 ... + 50) ; относительная влажность воздуха: (20 ... 95) %; атмосферное давление (80 … 120) кПа; не допускается эксплуатация сенсора в условиях, когда на его поверхности происходит конденсация водяного пара. Допускается эксплуатация сенсора при любой пространственной ориентации.

Сенсор метана (, сенсор пропана ) – это термокаталитический преобразователь концентрации метана и пропана предназначен для преобразования величины концентрации анализируемого газа в величину электрического напряжения. Преобразователи состоят из рабочего элемента (РЭ) и сравнительного элемента (СЭ), которые помещены в корпус из пористого материала. Принцип действия преобразователей основан на изменении электрического сопротивления каталитически активного РЭ, обусловленного выделением тепловой энергии при окислении анализируемого газа на РЭ. Выходным сигналом преобразователя является величина напряжения на выходе измерительного моста, которая пропорциональна концентрации метана в воздухе. Сенсор предназначен для использования в сигнализаторах и газоанализаторах при температуре воздуха - (–30 ... + 50) .

Рис. 1. Внешний вид сенсора.

Отказ сенсоров (чувствительных элементов газоанализаторов) является самой частой неисправностью в работе газоанализаторов. Это связано с тем, что в сам принцип работы сенсоров (особенно электрохимических и термокаталитических) заложено постепенное расходование ресурса сенсора на протекание химических реакций внутри сенсора. Например, электрохимические сенсоры, особенно сенсор кислорода, начинают расходовать свой рабочий ресурс сразу же с момента их изготовления. Поэтому гарантированный производителем срок службы сенсора кислорода может колебаться от 1 года (например, для сенсора кислорода типа 2FO) до 3 и более лет (например, для сенсора кислорода DragerSensor O2 LS 6809630). Как правило, на упаковке электрохимических сенсоров или на них самих указывается дата, до которой производитель рекомендует их хранить. Эта особенность делает электрохимические сенсоры похожими на обычные батарейки, которые теряют свой заряд не зависимо от того, работают они или нет.

Для функциональной проверки работоспособности, калибровки и поверки приборов нужно использовать только специальные газовые смеси требуемых концентраций и другие специализированные средства (источники микропотоков, генераторы газовых смесей и т.д.).

Продлить срок службы сенсора можно с помощью установки граничных значений (окись азота) на минимальный уровень (определяется технологическим режимом), т.к. у сенсора имеется перекрестная чувствительность на газ . В корпусе сенсора установлен фильтр , который со временем теряет свою поглощающую способность и сенсор газоанализатора может выйти из строя. Это проявляется в суммировании сенсором газа и газа пропорционально степени износа фильтра , в результате, при наладке Вы можете не добиться нуля и наладка будет ошибочной. Необходимо, также установить и граничные значения сенсора газа на небольшое превышение необходимого уровня.

Продление срока службы сенсора возможно только вынув сенсор из газоанализатора на срок длительного перерыва в работе, к сожалению не во всех газоанализаторах можно совершить данную процедуру. Сенсор при этом, желательно хранить в холодильнике при температуре около +4 °C. Возобновление работы возможно только после прошествии не менее двух часов после установки сенсора в газоанализатор. Такая процедура дает возможность продлить срок службы сенсора примерно на 10-30%.

Список литературы:

1. Семёнов А.С., Шипулин В.С. Использование газоаналитических систем нового поколения для защиты рудника // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6-3. – c. 480-484;

2. http://www.alrosa.ru/

3. http://www.infogas.ru/sensors

4. http://gasdetection.ru/publ/laboratorija/top_5_samykh_chastykh_neispravnostej_gazoanalizatorov_chast_1/1-1-0-18

5. http://www.ekoet.ru/newsnew-9.html

Код для цитирования: Скопировать