Как выбрать газоанализатор для предприятия: типы датчиков и принцип работы

Утечка горючих газов ведет к риску взрыва, а превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) токсичных веществ — к отравлению персонала и остановке производства.

Выбор контрольно-измерительных приборов на современном рынке огромен. Однако, чтобы инвестиции в безопасность были эффективными, специалисту по охране труда или главному инженеру необходимо понимать базовое устройство газоанализатора и специфику работы его сенсоров.

В этой статье мы подробно разберем, как подобрать оборудование, которое будет безотказно работать именно в ваших производственных условиях.

Общее устройство и принцип работы газоанализатора

Независимо от форм-фактора (портативный прибор на поясе рабочего или стационарная система на стене цеха), устройство и принцип работы газоанализатора строятся по единой логике.

Прибор состоит из трех ключевых блоков:

1. Система пробоотбора: диффузионная (газ сам проникает к датчику) или принудительная (встроенный микронасос затягивает воздух).

2. Первичный преобразователь (сенсор): "сердце" прибора. Именно он контактирует с газовой средой.

3. Измерительно-вычислительный блок: микропроцессор, который переводит сигнал от сенсора в понятные цифры на дисплее (в % об. доли, мг/м3 или % НКПР) и активирует звуковую/световую сигнализацию при превышении порогов.

Изучая промышленный газоанализатор, устройство и принцип его действия следует рассматривать именно через призму используемого сенсора. От него зависят срок службы прибора, необходимость частых калибровок и устойчивость к агрессивным средам.

Рассмотрим три главных типа датчиков, применяемых на производствах.

1. Термохимические (каталитические) сенсоры

Назначение: Контроль горючих и взрывоопасных газов (Ex) до достижения нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР). Например: метан, пропан, водород.

Как это работает:
Внутри сенсора находится платиновая спираль, покрытая катализатором. При попадании горючего газа на нагретую спираль происходит его микро-сгорание (окисление). Температура спирали повышается, что приводит к изменению её электрического сопротивления. Прибор фиксирует это изменение и выводит на экран концентрацию.

• Плюсы: Доступная стоимость датчика, линейная зависимость сигнала от концентрации газа, способность обнаруживать водород (в отличие от оптики).

• Минусы: Для реакции окисления обязательно наличие кислорода в воздухе (не менее 10%). Сенсор подвержен «отравлению» — его могут навсегда вывести из строя пары силиконов, серы, свинца или галогенов.

2. Электрохимические сенсоры

Назначение: Обнаружение токсичных газов (угарный газ - CO, сероводород - H2S, аммиак - NH3, хлор - Cl2) в микроконцентрациях на уровне ПДК, а также контроль уровня кислорода (O2).

Как это работает:
Датчик представляет собой миниатюрную гальваническую ячейку (батарейку) с электролитом и электродами. Молекулы целевого газа проникают через мембрану в электролит и вступают в химическую реакцию. Возникает слабый электрический ток, сила которого прямо пропорциональна концентрации токсичного газа.

• Плюсы: Высочайшая чувствительность (фиксируют доли ppm), низкое энергопотребление.

• Минусы: Электролит со временем высыхает или вырабатывается. Это «расходник», который требует замены каждые 1,5–3 года, а также частой поверки. Плохо переносят экстремальные морозы и сильную засуху.

3. Оптические (инфракрасные / NDIR) сенсоры

Назначение: Точный контроль углеводородов (метан, этан, пропан, бутан) и углекислого газа (CO2). Это "тяжелая артиллерия" для нефтегаза и шахт.

Как это работает:
Молекулы различных газов поглощают инфракрасное излучение на строго определенных длинах волн (например, метан поглощает длину волны 3,3 мкм). Излучатель внутри сенсора посылает ИК-луч, а приемник фиксирует, сколько света дошло. Чем больше газа в камере, тем слабее дошедший луч.

• Плюсы: Не требуют кислорода для работы (могут измерять газ в инертной среде). Абсолютно не подвержены каталитическому отравлению. Имеют огромный срок службы сенсора (до 7-10 лет) и требуют редкой калибровки. При превышении концентрации выше 100% НКПР датчик не перегорает.

• Минусы: Более высокая стоимость прибора. Не "видят" водород (так как молекула H2 не поглощает ИК-излучение).

Резюме: как сделать правильный выбор для вашего объекта?

При формировании технического задания на закупку газоаналитического оборудования руководствуйтесь следующим алгоритмом:

1. Определите целевые газы: Для токсичных газов (H2S, CO) берем электрохимию. Для водорода — термохимику. Для метана в жестких условиях нефтебазы — оптику.

2. Оцените фоновую среду: Есть ли в воздухе силиконы или сера? Достаточно ли кислорода? Если среда агрессивная, термохимический сенсор быстро выйдет из строя, лучше переплатить за оптический.

3. Учтите условия эксплуатации: Для интеграции в АСУ ТП потребуются стационарные приборы с выходом 4-20 мА или RS-485. Для обходчиков — портативные мультигазовые приборы в ударопрочном корпусе со взрывозащитой (Ex).

Не рискуйте бюджетом и безопасностью предприятия

Оснащение производства измерительным оборудованием — сложный процесс, требующий учета отраслевых стандартов, ГОСТов и особенностей климатики. Ошибка в спецификации приведет к ложным срабатываниям автоматики или, что хуже, к отказу приборов в момент аварии.

Доверьте подбор оборудования профессионалам. Наши инженеры проведут аудит ваших потребностей, подберут оптимальные типы сенсоров и предложат приборы, внесенные в Госреестр СИ РФ.