家庭用ガス漏れ警報器。スキーム、説明

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家庭用ガス漏れ検知器です。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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住宅および作業施設の空気中の爆発性ガスの濃度を継続的に監視することは、火災を防止する最も効果的な手段です。時間の経過とともに、ガスの安全性の重要性は高まるばかりです。私たちの周囲の空気には、生命の源である酸素だけでなく、爆発性ガスなどの危険物質も含まれている可能性があります。ガス検知器は技術的な安全装置です。これらは、環境中の有害ガスの許容レベルを超えた濃度を検出するように設計されています。

天然ガスは最も爆発性の高いものの 1 つであり、暖房、給湯、調理用の安価な燃料として日常生活で広く使用されています。周知のとおり、天然ガスの主成分はメタン（CH₄）、70〜98％含まれています。したがって、天然ガスの漏洩を監視するには、空気中のメタン濃度に反応するセンサーを使用する必要があります。

メタンと空気の混合物における火炎伝播の濃度限界 (体積パーセント): 下限 - 5、上限 - 15 [1]。火炎伝播濃度下限 (LCFL) または爆発下限閾値 (LET) は、酸化剤 (空気、酸素) との均質混合物中の可燃性物質の最小割合であり、この値で火炎が燃え広がる可能性があります。混合物を発火源 (裸火、スパークランクなど) から任意の距離に離してください。メタン 100% の場合、LEL (LEL) = 5 体積パーセント = 50000 ppm = 33500 mg/m³ [2]。

原則として、市販されている家庭用ガス漏れ検知器のほとんどは、濃度が 1 体積パーセントに設定されています。この濃度になると、警報が鳴り、室内の換気システムが作動し、電磁弁を使用して住宅やアパートのガス供給システムへのガス供給が停止されます。

半導体および熱触媒ペリスター型センサーは、設計が単純であるため、可燃性ガスの漏洩を監視するのに最適です。通常、半導体センサーは、空気中のメタンの許容濃度を超えたことを知らせるためにのみ使用され、ガス濃度を測定する必要がある場合は、400 ペリスタ熱触媒センサーが使用されます。それらには XNUMX つのペリスターが含まれています - プラチナ線で作られたスパイラルで、そこを流れる電流によって約 XNUMX ℃の温度まで加熱されます。 ^оC. これらは従来の抵抗分圧器を形成します (図 1)。

家庭用ガス漏れ検知器
米。 1.抵抗分圧器

空気中にメタンが存在しない場合、両方のペリスタの抵抗は等しいため、分圧器の出力電圧は供給電圧 U のちょうど半分になります。_ピート。アクティブペリスタはその表面が触媒層で覆われているため、メタンの存在下では、大気中の酸素によるこのガスの酸化が起こります。アクティブなペリスタの温度が上昇し、抵抗が増加します。このようなセンサーを測定ブリッジに接続すると、ブリッジの不平衡電圧を簡単に測定できます。

ΔU=U_O -U_ピート/ 2、

そして、ガスの濃度を決定します。

熱触媒センサーは安価で使いやすいですが、多くの欠点があります。まず、ガス濃度が高いとセンサーが過飽和になり故障します。第二に、触媒は時間の経過とともに消耗し、センサーの感度の低下につながります。第三に、センサー内で起こる化学反応には酸素が必要であるため、酸素が不足するとセンサーは測定値を大幅に過小評価します。最後に、熱触媒センサーは特定の物質によって「汚染」される可能性があります。たとえば、ケイ酸塩や高濃度の硫化水素 (H₂ス）。さらに、熱触媒センサーはメンテナンスが要求されます。性能を保証するには定期的な点検が必要です。ペリスタの寿命は最長 1 ～ 3 年です。

信頼性が高く、実質的にフェールセーフな可燃性ガス用赤外線センサー (NDIR センサー) には、これらすべての欠点がありません。測定および標準化された検出器を使用して、ガスによる赤外線の吸収の程度を評価します。検出器は 2 つの波長の赤外線を使用します。そのうちの 1 つはガスを吸収しますが、2 つ目は吸収しません。センサーは吸収された放射線のレベルを測定し、それを標準レベルと比較します。この情報はかなり複雑なアルゴリズムを使用して処理され、ほぼすべてのセンサーにマイクロプロセッサが組み込まれています。

PrimePell シリーズ [3] のデジタル NDIR センサーは、ペリスターセンサーの代わりに使用できます。 PrimePell センサーの基礎は、特許取得済みの IR センサーと、センサーを制御し、ガス濃度を計算し、結果をアナログおよびデジタル形式で表示する ARM V7 コアに基づくマイクロプロセッサーです。マイクロコントローラーはセンサーの状態を監視し、停電を記録します。デジタル情報はシリアルポートまたはIインターフェース経由で受信可能²C。センサーの動作モードも変更します。

供給電圧が適切であれば、PrimePell センサーはガス分析装置に以前に取り付けられていた熱触媒センサーと置き換えることができ、そのために分析装置を変更する必要はありません。

PrimePell 赤外線メタンセンサーを使用した家庭用ガス漏れ検知器の図を図に示します。 2. このセンサーの感度は 100% LEL で 100 mV です。センサーの内部「ペリスタ」と抵抗器 R1 ～ R3 は測定ブリッジを形成します。ブリッジの対角線から取得された信号は、DA1 計装アンプによって固定ゲイン 10 で増幅されます。その出力電圧 1000 mV は 100% LEL に相当します。したがって、内蔵デジタル電圧計 PV1 の数十ミリボルト単位の測定値は、数値的には LEL のパーセンテージと同じになります。

米。 2. PrimePell 赤外線メタンセンサーを使用した家庭用ガス漏れ検知器の図 (クリックして拡大)

英国 (センサーの製造国) では、100% LEL は 4,4 体積パーセントであり、当社のような 5 体積パーセントではありません。これに基づいて、2 体積パーセントに対応するコンパレータ DA227 の応答しきい値は、抵抗 R5 と R6 の選択によって 1 mV に等しく設定されます。閾値設定に高い精度は必要ありません。コンパレータがトリガーされると、ジェネレータを内蔵した HA1 ピエゾエミッタがアラームを生成します。さらに、フォトカプラ UXNUMX を介したコンパレータからの信号は、換気システム制御ユニット (ファンライトオープナー、排気ファンなど) であるアクチュエーターと、ガスの供給をオフにする電磁ガスバルブに送信されます。

デバイスの調整は、空気中にメタンが存在しない場合、可変抵抗器 R1 を使用してデジタル電圧計 PV2 の読み取り値をゼロに設定することになります。センサーの保証耐用年数は少なくとも XNUMX 年です。頻繁にパフォーマンスをチェックする必要はありません。

文学

ソ連の国家規格 GOST 5542-87「産業および都市目的の天然可燃性ガス。技術的条件」。 - URL: ukrgazkom.com。 ua/assets/files/normative/5542-87.pdf。
最も一般的な可燃性ガスと有毒ガスの濃度比の表 (通常の状態)。 - URL: centros.ru/tablica-gazy。
PrimePell Pellistor 交換用赤外線ガスセンサー。 - URL: terraelectronica.ru/%2Fpdf%2FCLAIRAIR% 2FPrimePell-datasheet-DES10-Iss4.pdf。

著者: A. コルネフ

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