Не работает сигнализатор загазованности

Ломаем датчик утечки газа

Ежегодно в России из-за утечки бытового газа происходят десятки взрывов. В частности, грустный рекорд был отмечен в 2008 году, когда только в январе произошло 7 мощнейщих взрывов, в которых пострадали и погибли люди. О разрушениях и убытках я уже и не говорю. И это только случаи, которые попали в ленту федеральных новостей. На самом деле, утечек газа значительно больше. Изношенность оборудования, неаккуратность и безответственность — главные причины подобных трагедий. Их может быть меньше, если активнее внедрять системы контроля утечек газа, реализованных на недорогих электрохимических сенсорах. Одно из таких устройств попало мне в руки. Статья посвящена анализу девайса и возможных неспортивных способов его использования. Однако, главную функцию устройство выполняет всецело, поэтому после технических издевательств оно будет дополнительно протестировано в биогазовой лаборатории, о которой можно прочесть здесь, и затем подарено Матушке, у которой всю жизнь на кухне газ).

Внимание! Возрастное ограничение статьи 18+

А у нас в квартире газ! А у вас?

На самом деле газ является одним из самых удобных в использовании вещей. Профессиональные повара предпочитают готовить именно на газовых плитах. Это быстро, удобно, экономичнее, а мясо и хорошие стейки, пожалуй, можно приготовить только на огне. Газ обогревает миллионы людей, а современное газовое оборудование является надежным и безопасным при условии, что вы внимательно следите и правильно его эксплуатируете. Даже я при своем не плохом уровне понимания техники с интересом изучал устройство газового бойлера именно с точки зрения безопасности. Да, действительно, такие девайсы надежны.

Этот простенький рисунок показывает общий принцип действия прибора, конструкция же на самом деле достаточно не простая. Что обязательно в каждом такой устройстве — контроль расхода газа и горения пламени. Для его контроля используют инфракрасные датчики, а при малейших перебоях в подаче газа автоматика надежно отключает устройство. Газовое оборудование обязано быть установлено только специалистами газовой службы и его необходимо регулярно проверять.

При всей надежности оборудования нельзя исключать вероятности утечек газа. Для контроля таких утечек в газ добавляют специальные пахучие вещества — одоранты. Их задача — создание пахучести, что необходимо для установления утечек газа главным образом в бытовом потреблении. Для придания газу необходимого уровня запаха установлены нормы внесения одорантов по этилмеркаптану не менее 16 г/100 м3 газа. Это чрезвычайно токсичные и летучие вещества с омерзительным запахом. Именно этот запах человек расценивает как утечку газа, при этом сам природный газ не имеет цвета и запаха.

Контролируем утечки

Утечка газа может случиться по разным причинам, но в большинстве случаев это происходит из-за халатности человека. Сбежало молоко, убавили газ на плите и он потух, часто с газом балуются маленькие дети. Могут быть скачки магистрального давления в газовой трубе из-за перемерзания газовых труб в сильные морозы, так как в них может скапливаться конденсат. Поэтому полезно иметь датчик утечки газа, который может оповестить людей об утечке, к примеру, дополнительным звуковым сигналом. Одно из таких устройств (ссылка) мне попалось на изучение.

Девайс внешне сделан из хорошего пластика, нанесена шелкография, однако все надписи на английском языке. Сделано, конечно, в любимом Китае. Устройство подключается непосредственно в розетку и не требует батареек. Потребление мизерное (думаю несколько ватт), поэтому намотать много электроэнергии оно не в состоянии. Толково продуман дизайн с точки зрения газовой кюветы. Устройство имеет специальные вырезы, чтобы воздух проникал свободнее. Однако, для установки устройства лучше воспользоваться коротким удлинителем и спозиционировать его так, как сказано в инструкции — для природного магистрального газа ближе к потолку (метан легче воздуха), а если вы используете сжиженный газ или пропановые баллоны — к полу, так как этот газ тяжелее воздуха и стелется низом. При включении устройство издает короткий сигнал и начинает калиброваться. Этот процесс занимает несколько минут. В это время ничего не происходит и только мигает прочерк на цифровом индикаторе. Когда устройство откалибровалось, на экране появляется ноль. Калибровка важный момент и то, что она есть очень хорошо. Так как используется интегральный датчик, то устройство за ноль принимает уровень газового состояния в момент калибровки, что снижает вероятность ложных срабатываний. Это удобно, к примеру, на кухне, когда в любом случае при поджоге газа имеется кратковременная его утечка и откалибровать устройство лучше при всех включенных конфорках и духовке и через несколько минут включить датчик утечек газа для калибровки, чтобы устройство поняло «рабочий» уровень состава воздуха и не пикало, когда не нужно. Устройство было испытано в боевых условиях в моей биогазовой лаборатории, о которой я рассказывал в своем посте «Биогаз из биомасс» и дома у Матушки, у которой газ всю жизнь. Кстати, подобные датчики очень полезны именно в старых домах, где установлено доисторическое газовое оборудование. Я, конечно, неоднократно пытался заменить плиту, но это не так просто. Мама, старая закалка, маленькая кухня. Поэтому в большинстве старых квартир стоят такие вот маленькие плиты, хотя сделаны они очень добротно. Еще при Сталине)

Устройство расположено ближе к полу, так как в этом случае в квартиру подается пропан, который при утечке стелется низом.
Газ — не игрушка. Не повторяйте таких экспериментов сами! А если не сдержались, то не забудьте проветрить помещение и выключить газ!

Вскрытие устройства

Конечно, я вскрыл устройство для детального его изучения. Это не составило много труда, так как в нем нет никаких защелок, всё на саморезах.

Сделано устройство трудолюбивыми китайскими девушками (юношами), спаяно вручную и даже не отмыто от канифоли. Однако, все сделано добротно и даже проверено китайским ОТК). Конечно, для меня было интересно, на каком датчике сделано устройство и как запилено по схеме. Априори я полагал, что устройство использует датчик серии MQ и не ошибся. Никаких более знакомых мне деталей (я говорю о контроллерах, конечно) я не обнаружил. В устройстве поставлены загадочные китайские микросхемы, а само устройство спроектировано с явной избыточностью. Ведь датчик серии MQ можно запустить на копеечной Attiny или ATmega за несколько микросекунд. А если завалялась ардуинка, то ещё быстрее. Подключаем сигнальный вывод датчика к любому аналоговому порту, к примеру А0, подаем питание и через минуту получаем данные):

Это даже кодом не назвать. Кстати, ардуинщики молодцы, на сайте очень добросовестно всё про эти датчики собрали. Ссылка.

Но вернемся к нашему исследуемому устройству. Скорей всего, схема спроектирована так, чтобы её использовать в различных датчиках и приборах, путем замены сенсора и перепрошивки. Нормально! Все остальное стандартно. Я, конечно, поставил бы дополнительно предохранитель в цепи блока питания, но это скорей для трусов, нежели для смелых китайских инженеров. Ещё в устройстве меня удивил сигнализатор на 85 Дб. Аккуратно подлит жидкими гвоздями у датчика газа.

Может 85 Дб там и нет, но пищит он громко и довольно противно. Таким образом, оповещение в устройстве реализовано добротно. Кстати, громкая сирена включается не сразу. Устройство сначала начинает пикать, когда показание на экране становятся более трех единиц, а если более 9 — включается громкая сирена. По типу автомобильной. Пожалуй, её могут даже услышать соседи.

Немного о датчике газа. Такой же у меня оказался в коллекции. Это датчик серии MQ фирмы Henan Hanwei Electronics. Популярный датчик из серии электрохимических датчиков, технология изготовления которых хорошо отработана. Принцип работы датчика обнаружения газа основан на свойстве изменения проводимости тонкопленочного слоя диоксида олова SnO2 при контакте его с определяемым газом. Чувствительность к разного рода газам достигается путем легирования различных примесей в чувствительный слой датчика. Сам чувствительный элемент датчика состоит из керамической микротубы с покрытием Al2O3 и нанесенного на неё чувствительного слоя диоксида олова. Внутри тубы проходит нагревательный элемент, который нагревает чувствительный слой до температуры, при которой он начинает реагировать на определяемый газ. При попадании газа в датчик, происходит абсорбция газа и в следствие чего сопротивление датчика падает. За пару сотен рублей можно приобрести на выбор нужный из датчиков серии MQ.

Для работы датчика необходим нагрев. Однако, это всё миниатюрное, поэтому ощутимого нагрева сенсора вы не почувствуете. Сигнал, конечно, аналоговый. Датчики надежны и вполне долговечны, если их не использовать в агрессивных условиях. Хорошее быстродействие, короткое время восстановления. Однако, у таких датчиков не очень хорошая селективность, а также им требуется калибровка. Но это дает возможность позабавиться с ним не стандартно!

Не спортивное использование. 18+

Такое использование случилось благодаря дню рождения одного из сотрудников, которое мы решили слегка отметить в узком кругу. Собрались в небольшой переговорной комнате к концу рабочего дня. Компания из четырех человек выпивала коньяк. Примерно через час в помещении, где в этот момент уже было прилично выпито спиртного, начали раздаваться сигналы устройства, которое было включено в розетку. Это взбодрило присутствующих. Однако, любое приближение выпившего человека с желанием подуть на девайс мгновенно вызывало сирену и бурный смех. Таким образом, из устройства можно сделать и алкотестер. Это неудивительно. Датчики серии MQ в бОльшей или меньшей степени чувствительны к разным газам. Это хорошо иллюстрирует график чувствительности датчиков для различных газов.

Позже было выяснено, что 50 грамм крепкого спиртного (коньяка) в течение 3-4 часов вызывает сирену при выдохе в течение 5 секунд на датчик устройства.

Теперь о курении. Так как в табачном дыму уже запредельная концентрация СО, устройство мгновенно реагирует на табачный дым. Поэтому в курилке буквально через минуту включается сирена. Также был проведен эксперимент с курящими и некурящими сотрудниками. Продувка через трубочку 10 секунд.

Эталоном некурящего человека была выбрана замечательная девушка с красивым именем Люсьена, которой не удавалось выдуть более 2 единиц на устройстве. Курильщик выдувает 8-9 единиц. Буквально драконий выхлоп.

Выводы

Устройство рабочее. Из хорошего — отличный дизайн, надежность. Думаю, купив такое устройство, можно сделать оригинальный не шаблонный подарок для того, кто использует газ на кухне или отапливает им дом. Малое потребление энергии. Очень высокая чувствительность. Сирена на всю катушку включается при концентрациях более 0,2% от взрывоопасной. Есть достаточное количество времени отреагировать на утечку газа. С другой стороны — слабая селективность. Устройство может давать ложные срабатывания. Также необходимо внимательно отнестись к месту установки. Конечно, хотелось бы иметь беспроводной протокол передачи данных с устройства, было бы куда интересней. Ну а в целом девайс, безусловно, полезный.

А вы не забыли, уходя из дома, выключить газ?

Источник

VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2016

ВИДЫ, НЕИСПРАВНОСТИ И СПОСОБЫ ПРОДЛЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ СЕНСОРОВ ДЛЯ 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:

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

Источник