Рассмотрен метод измерения концентрации различных горючих газов. Создана экспериментальная установка на основе термокаталитического датчика и микроконтроллера. Построен график зависимости чувствительности каталитического датчика от температуры для различных горючих газов. Показано, что чувствительность каталитического датчика к горючим газам меняется при изменении температуры, при этом изменение чувствительности неодинаково для различных горючих газов. Применение метода позволило уменьшить погрешность измерения с 88 до 10% для водорода и с 51 до 19% для гексана.
термокаталитический датчик, газовый анализ, контроль горючих газов
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. Карпов Е. Ф., Басовский Б. И. Контроль проветривания и дегазации в угольных шахтах. М.: Недра, 1994.
4. Дрейзин В.Э., Брежнева Е.О. Сравнительный анализ характеристик промышленных газочувствительных датчиков // Датчики и системы. 2011. - № 3. - С. 68-78.
5. Jack Chou Hazardous Gas Monitors: A Practical Guide to Selection, Operation, and Applications. McGraw-Hill Professional Publishing, 1999.
6. Карпов Е.Ф., Басовский Б.И., Биренберг И.Э. Автоматическая газовая защита и контроль рудничной атмосферы. - М.: Недра, 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. Абдурахманов Э., Даминов Г., Султанов М., Тиллайев С. Обеспечение селективности термокаталитического сенсора компонентов выхлопных газов // Экологические системы и приборы. 2008. - № 5. - С. 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.
