Как устроены и работают датчики утечки газа

Суть проблемы

В новостных сводках нет-нет да и проскакивают иногда сообщения о том, что в каком-нибудь городе в подъезде жилого дома взорвался газ или случился пожар. Как правило, причиной оказывается утечка горючей газовой смеси, состоящей в основном из метана с добавками (пропана, бутана и т. д.), используемой в газовых плитах и газовых котлах.

Хорошо бы предотвратить на корню эти несчастья, однако то и дело горючие газы распространяются, концентрируются в помещениях и приводят к взрывам и пожарам. Всему виной человеческая недальновидность и несовершенство техники.

Решение проблемы

А между тем существует способ предотвращения подобных ситуаций или хотя бы сведения их разрушительных последствий к минимуму. Способ заключается в том, чтобы установить в помещении датчик утечки газа. Датчик автоматически определит факт превышения в воздухе концентрации потенциально опасного газа, обнаружит таким образом событие утечки и выполнит необходимые действия для предотвращения катастрофических последствий.

Действия датчика при обнаружении газа могут быть самыми разнообразными: подача звукового сигнала в помещении где он установлен, отправка SMS-сообщения на телефон хозяину, включение вытяжной вентиляции или звонок в службу спасения, перекрытие газового трубопровода и т. д. В любом случае благодаря датчику будет понятно, что случилась утечка газа и нужно предпринимать активные действия вплоть до эвакуации жильцов.

Простые датчики

Простейшие домашние датчики способны обнаружить превышение допустимой концентрации нескольких основных видов горючих газов и подать звуковой сигнал. Такие изделия компактны, их легко установить в любом подходящем месте.

Датчики данного типа предназначены для жилых помещений, где человек точно услышит звуковой сигнал и уже будет знать что делать — перекрывать клапан, звонить в аварийную службу, предпринимать эвакуацию и т.д.

Беспроводные датчики

Датчики с беспроводным блоком связи способны работать совместно с GSM-сигнализацией. И как только утечка газа зафиксирована чувствительным элементом — хозяину на телефон придет SMS-уведомление и он сможет успеть самостоятельно предотвратить утечку. К тому же совместная работа данного датчика с блоком сигнализации позволяет синхронизировать его со схемой включения пожарных сирен.

Датчики управляющие запорной арматурой

Более сложные устройства умеют управлять запорной арматурой — электромагнитным клапаном , который автоматически будет переведен в положение «закрыт», как только датчик заподозрит неладное. Человеческий фактор сведен здесь к минимуму.

Системы подобного типа бывают как бытового, так и промышленного назначения, для установки на промышленных объектах, в цехах, лабораториях, в складских помещениях и т. д. Датчики с запорной арматурой обычно монтируют к газовым колонкам и бойлерам. Если датчик сработал, перевести запорный клапан в исходное положение можно будет лишь вручную.

Устройство датчика утечки газа

По принципу действия датчики утечки газа бывают разных типов: оптические, термические, электронные . И для каждого типа характерны свои целевые группы газов, повышенные концентрации которых датчик способен обнаруживать: смесь на основе природного газа, углекислый газ, угарный газ и т.д.

В корпусе устройства находится источник питания — аккумулятор или батарейка, либо источник питания может быть внешним — сетевым.

За взаимодействие датчика с газообразной внешней средой отвечает чувствительный элемент первичного преобразователя, характеристика которого, например электрическая проводимость, изменяется под действием газа повышенной концентрации.

Сигнал с первичного преобразователя сравнивается в измерительном модуле устройства с сигналом эталонной величины, имитирующим допустимую концентрацию газа. В результате измерений исполнительный механизм датчика либо активируется, либо — нет.

Выбор места установки датчика утечки

При всем при этом датчики утечки газа не являются универсальными. Каждый датчик нацелен на свою группу улавливаемых газов. Это связано с тем, что некоторые газы тяжелее воздуха (углекислый газ) и всегда текут вниз — к полу помещения, а другие легче воздуха (метан) и поэтому скапливаются под потолком, третьи же способны заполнить пространство помещения целиком (угарный газ). Поэтому и место установки датчика выбирается соответствующим образом. Датчики природного газа устанавливают под потолком, а датчики углекислого газа — над полом.

Места установки датчиков следует выбирать очень внимательно. Недопустимо располагать датчик утечки газа возле хорошо проветриваемых мест (окон, вентиляционных каналов и т.д) — возле них воздух окажется менее всего насыщен газом во время утечки.

Датчик утечки устанавливается недалеко от газовой плиты, баллона, колонки и т. д, но не на самом газовом оборудовании. В помещениях где используются аэрозоли, анализатор будет функционировать некорректно, равно как и в помещениях где циркуляция воздуха отсутствует начисто.

Принципы работы датчиков утечки газа

Датчики утечки газа различаются и по принципу работы чувствительного элемента. Есть датчики, где чувствительным элементом выступает кремниевая пластина с тонким слоем оксида металла на поверхности.

У данных датчиков газ при определенной концентрации поглощается чувствительным элементом сильнее и проводимость элемента поэтому изменяется больше. Эти датчики подходят для жилых помещений. Они хоть и не являются высокоточными в силу своего устройства и инерционности (долго реагируют и медленно восстанавливаются), зато весьма просты и стоят недорого. Для промышленности (цехов, лабораторий, складов и т.д.) они не подойдут.

Существуют каталитические датчики, где процесс обнаружения газа основан на его «сгорании» и превращении в углекислый газ и воду. Воздух с высоким содержанием газа проходит через чувствительный элемент, представляющий собой маленькую катушку из платиновой проволоки, покрытую оксидом алюминия, и с родиевым катализатором снаружи.

Когда воздух с высоким содержанием газа контактирует с катализатором, происходит своеобразное воспламенение, платиновая проволока нагревается, ее сопротивление изменяется. Чем выше концентрация газа в воздухе — тем сильнее разогревается проволока, тем более растет ее сопротивление. Такие датчики характеризуются высокой точностью и скоростью срабатывания. Они подходят для промышленных применений.

Поистине лабораторным методом диагностики воздуха является применение инфракрасных датчиков утечки. В промышленных анализаторах газа используется именно этот принцип.

Суть в том, что для многих газов полоса пропускания света приходится на инфракрасный диапазон. Два луча с одинаковой длиной волны проходят через две разные среды — через исследуемую и через эталонную. Возвращаясь назад, лучи уже различаются по силе, и разность, оцениваемая детектором, как раз и оказывается пропорциональна концентрации газа в исследуемой среде.

Проводные и беспроводные датчики

Проводные датчики утечки питаются от сети 220 вольт. Именно такие датчики используют в промышленности несмотря на их высокое энергопотребление. Они просты в обслуживании и пожаробезопасны даже несмотря на наличие внутри устройства электрической цепи далеко не низкого напряжения. Тем не менее они полностью зависимы от розетки.

Беспроводные датчики питаются от встроенных аккумуляторов, поэтому их можно устанавливать даже там где нет сети. Но для промышленности они не подойдут, так как эксплуатационный расход энергии здесь довольно значителен.

Эксплуатация и тестирование

Хотя бы раз в месяц датчик необходимо протирать влажной салфеткой чтобы убрать пыль. Вместо салфетки можно воспользоваться пылесосом. Для проверки датчика утечки природного газа подойдет простая зажигалка (на несколько секунд пустите газ из зажигалки на датчик, но не зажигайте пламя). После проверки автоматического запорного клапана вручную верните его в исходное положение.

Смотрите также у нас на сайте:

Как устроена и работает пожарная сигнализация