Единицы измерения нормальной концентрации и особые единицы измерения, применяемые для трассовых газоанализаторов
В этом разделе для обозначения физических величин используются следующие единицы измерений:
а) объемная доля (volume fraction V/V);
б) нижний концентрационный предел распространения пламени (воспламенения) (НКПР), выраженный в процентах.
Примечание - НКПР метана составляет 4,4 объемных долей % в воздухе (см. IEC 60079-20-1);
в) верхний концентрационный предел распространения пламени (воспламенения) (ВКПР) (upper explosive limit, UEL);
г) объёмная доля, выраженная в частях на миллион (млн 
), используется для измерений токсичных газов и паров, а также для измерений горючих газов и паров при малых концентрациях.
Приведенные единицы измерений применимы к датчикам и оборудованию для отбора проб, предназначенному для определения дефицита кислорода, а также для определения горючих и токсичных газов и паров. В любой момент времени датчик анализирует малую, как правило, однородную пробу, содержащуюся в ячейке малого объема. В этом случае используются единицы измерения концентрации.
Ситуация становится совершено иной для трассовых газоанализаторов, где длина оптического пути, т.е. расстояние между излучателем и приемником оптического излучения может быть от 1 до 200 м. Анализируемая среда в этом случае - это все газы, находящиеся в объеме между приемником и излучателем. Трассовые газоанализаторы не могут определить, присутствует ли в анализируемой среде единственный источник малой протяженности с высоким содержанием горючего газа или протяженное скопление с малым содержанием горючего газа. При помощи трассовых газоанализаторов также невозможно определить присутствие одного или нескольких источников горючего газа вдоль оптического пути. Трассовые газоанализаторы могут измерять либо интегральную концентрацию по всей длине оптического пути, выраженную в НКПР·м, как показано на рис.4.1, либо среднюю концентрацию, выраженную в % НКПР (среднее) по всей длине оптического пути, как показано на рис.4.2.
|
|
|
Рисунок 4.1
Рисунок 4.2
На рис.4.1 показано три случая, когда три различных источника горючих газов различной протяженности и с различным содержанием горючего газа могут дать одинаковый сигнал трассового газоанализатора, равный 100% НКПР·м.
На рис.4.2 показано три случая, когда три различных источника горючих газов различной протяженности и с различным содержанием горючего газа могут дать одинаковый сигнал трассового газоанализатора, равный 5% НКПР·м (среднее).
Принципы измерения
Общие положения
Подробное описание принципов измерения приведено в приложении A к настоящему стандарту. Данный раздел содержит выдержки из приложения A, целью которых является предоставление практической информации, необходимой для правильной эксплуатации, технического обслуживания и текущего ремонта газоанализаторов. Заголовки и нумерация пунктов 5.2-5.10.4 идентичны заголовкам и нумерации пунктов А.2-А.10.4 приложения A.
|
|
|
Для инженеров и руководителей представляется полезным знание принципов измерения газовых датчиков и/или чувствительных элементов, когда они после разговора с производителем или поставщиком оборудования принимают решение о том, отвечает ли выбор того или иного газоанализатора требуемому применению. Однако технические характеристики и функции, выполняемые газоанализатором, определяются не только типом датчика или чувствительных элементов. При выборе оборудования должны быть приняты во внимание технические характеристики и выполняемые функции газоанализаторов, рассматриваемых в совокупности со вспомогательным оборудованием и программным обеспечением.
Характеристики датчиков, основанных на разных принципах измерений, их преимущества, типовые применения и ограничения по использованию, влияние неопределяемых компонентов и веществ, отравляющих датчики, приведены ниже.
|
|
|
В таблице 2 представлены краткие сведения об основных принципах измерения. Подробное объяснение см. в 5.2-5.10 (A.2-A.10).
Таблица 2 - Обзор газоаналитического оборудования с различными принципами измерения
|
| |||||||||||||
| Каталити- ческий датчик | Термокон- дуктомет- рический датчик | Инфра- красный датчик | Полупро- водниковый датчик | Электро- химический датчик | Пламенно- иониза- ционный датчик | Анализатор темпера- туры пламени | Фотоиони- зационный датчик | Парамаг- нитный датчик кислорода |
| ||||
| Подробности в пункте | 5.2 | 5.3 | 5.4 | 5.5 | 5.6 | 5.7 | 5.8 | 5.9 | 5.10 |
| |||
Необходимость присутствия  в газовой пробе
| да | нет | нет | (нет) | (нет) | (нет) | да | нет | Не применяется |
| |||
| Типичные диапазоны измерения горючих газов |  100% НКПР
| 0-100 об.д.% | 0-100 об.д.% | 100% НКПР
| 100% НКПР
| 100% НКПР
| 100% НКПР
| 100% НКПР
| Не применяется |
| |||
| Типичный диапазон измерений для трассовых газоанализаторов | Не применяется | Не применяется | 0-5% НКПР·м | Не применяется | Не применяется | Не применяется | Не применяется | Не применяется | Не применяется |
| |||
| Типичные диапазоны измерений для кислорода | Не применяется | Не применяется | 0-100 об.д.% | Не применяется | 0-100 об.д.% | Не применяется | Не применяется | Не применяется | 0-100 об.д.% |
| |||
| Горючие газы, не поддающиеся измерению | Большие молекулы | (см. 5.3) | 
| (см. 5.5) | Алканы |  , 
| (см. 5.8) | , ; 
IP>X 
| Горючие газы |
| |||
Относительное время срабатывания 
| В зависимости от вещества | Среднее | (Малое) | В зависимости от вещества | Среднее | Малое | Малое | Малое | От малого до среднего |
| |||
Влияние негорючих газов 
| нет |  , фреоны
| (Да) |  ,  ,  *
|  ,
|  , фреоны
| (фреоны) | Вещество IP<X
|  , 
|
| |||
| Отравление
|  ;  ;  ; 
| нет | нет | ; ; 
| (нет) | 
| нет | нет | нет |
| |||
| Необходимость внешних газов | нет | нет | нет | нет | нет | да | да | нет | (да/нет) |
| |||
| Примечания
| |||||||||||||
Хлорированные углеводороды.
Органические галогенные или неорганические галоидные соединения.
Данные в скобках условны. См. соответствующий подпункт.
________________
* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.
Термокаталитические датчики
5.2.1 Общие положения
Принцип действия термокаталитических датчиков основан на окислении горючего газа на поверхности катализатора, электрически нагреваемого до температуры 450 °С - 550 °С.
Термокаталитические датчики способны работать непрерывно в течение нескольких лет при наличии в воздухе незначительного количества отравляющих веществ, но у них постепенно смещается нулевой сигнал и уменьшается чувствительность вследствие старения и воздействия следовых количеств отравляющих веществ. В связи с этим необходимо проводить регулярные проверки чувствительности и градуировку, частота проверок зависит от условий конкретного применения.
В большинстве случаев в корпус датчика вмонтировано проницаемое металлическое устройство - огнепреградитель, позволяющий газу достичь чувствительного элемента и гарантирующий, что если содержание горючего газа превысит 100% НКПР и, следовательно, газ воспламенится от нагретых чувствительных элементов, то это не приведет к возгоранию среды снаружи датчика. Огнепреградитель также защищает датчик от пыли, механических повреждений и потоков воздуха.
5.2.2 Область применения
Термокаталитические датчики применяют для определения довзрывоопасных концентраций смесей горючих газов и паров с воздухом. Термокаталитические датчики определяют практически все горючие газы, но имеют разную чувствительность к различным горючим газам.
Время установления показаний и чувствительность зависят от свойств определяемого газа. Чем больше молекулярная масса и размер молекулы газа, тем продолжительнее будет время установления показаний и, как правило, меньше чувствительность.
5.2.3 Ограничения
Принцип действия термокаталитического датчика основан на каталитическом окислении, а оно происходит только тогда, когда присутствует достаточное количество кислорода (не менее 10% объемной доли). Недостаток кислорода может быть вызван большим содержанием горючего газа, значительно превышающим 100% НКПР, или большим содержанием инертного газа.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ! Когда содержание горючего газа в воздухе превышает 100% НКПР, термокаталитический датчик в силу недостатка кислорода может выдавать ошибочный сигнал и, следовательно, показания газоанализатора могут быть меньше НКПР.
Следовательно, газоанализаторы с термокаталитическими датчиками, соответствующие требованиям IEC 60079-29-1, должны иметь блокирующийся сигнал о выходе показаний за пределы диапазона измерений (индикацию перегрузки), чтобы избежать выдачи ошибочных показаний. Однако стационарные датчики (например, датчики, единственным выходным сигналом которых является токовый выход 4-20 мА) и ранее разработанные газоанализаторы могут не иметь такой функции.
После воздействия горючих газов при содержании, превышающем верхний предел диапазона измерений, или после их длительного воздействия датчику может потребоваться несколько часов для восстановления характеристик, а также могут наблюдаться необратимые изменения нулевого сигнала и чувствительности.
Изменения давления, температуры и влажности не оказывают существенного влияния на показания термокаталитического датчика в пределах рабочих условий эксплуатации. Однако чем ниже значение порога сигнализации, тем больше будет влияние изменений температуры и других факторов окружающей среды.
Для предотвращения ложного срабатывания сигнализации не рекомендуется устанавливать значение порога сигнализации ниже 5% НКПР для метана, 10% НКПР для пропана и бутана и 20% НКПР для паров бензина при условии, что в последнем случае приняты соответствующие меры предосторожности против токсического действия паров.
По указанным выше причинам термокаталитические датчики не подходят для применений, в которых требуется высокая чувствительность (например, для диапазонов измерений значительно ниже 0%-10% НКПР).
5.2.4 Влияние неопределяемых компонентов
Если контролируемая среда содержит инертные газы, например, азот или диоксид углерода, то термокаталитические датчики могут выдать слабый или даже нулевой сигнал. Похожие проблемы могут возникнуть из-за присутствия паров воды, которые, сконденсировавшись, могут закрыть поверхность огнепреградителя, предотвратив проникновение газов к термокаталитическому датчику.
5.2.5 Отравление
Термокаталитические датчики чувствительны к отравлению веществами. Потеря чувствительности в результате отравления может быть необратимой или временной в зависимости от природы вещества.
Необратимая потеря чувствительности, известная как "отравление катализатора", возникает в результате воздействия следующих веществ:
- кремнийорганических соединений (например, водоотталкивающих веществ, некоторых клеев и компаундов, отдельных масел и жиров, некоторых лекарственных препаратов, некоторых материалов применяемых для химчистки);
- тетраэтилсвинца (содержащегося, например, в этилированном бензине, в особенности в авиационном бензине);
- соединений серы (например, диоксида серы, сероводорода);
- галогенсодержащих соединений (например, ряда галогенных углеводородов);
- фосфорорганических соединений (например, гербицидов, инсектицидов и эфиров фосфорной кислоты в огнеупорных гидравлических жидкостях).
Так называемые "стойкие к отравлению" датчики способны переносить более высокие дозы таких веществ, чем традиционные датчики, прежде чем у них пропадет чувствительность. На этом этапе кроме снижения чувствительности могут ухудшиться другие их характеристики, например, увеличится время установления показаний.
Те датчики, которые не являются "стойкими к отравлению", в ряде случаев могут быть защищены от большинства каталитических ядов при помощи фильтров. Однако следует помнить, что фильтрами необходимо пользоваться с большой осторожностью. Необходимо следовать информации, изложенной в приложении A.
Следует обратиться к руководству по эксплуатации газоанализатора, чтобы выяснить, какие вещества могут отравить катализатор и как защитить датчик.
Дата добавления: 2018-09-23; просмотров: 1424; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!