家用燃气泄漏报警器。方案、说明

家用燃气泄漏报警器。无线电电子电气工程百科全书

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持续监测住宅和工作场所空气中爆炸性气体的浓度是防止其着火的最有效方法。随着时间的推移，天然气安全的重要性只会越来越大。我们周围的空气环境不仅含有生命之源——氧气，还含有危险物质，例如爆炸性气体。气体探测器作为技术安全装置。它们旨在检测环境中有害气体浓度过高的情况。

天然气是最具爆炸性的气体之一，作为取暖、热水和烹饪的廉价燃料广泛应用于日常生活中。众所周知，天然气的主要成分是甲烷（CH₄），其含量为70%至98%。因此，要监测天然气泄漏，需要使用对空气中甲烷浓度做出响应的传感器。

甲烷与空气混合物中火焰传播的浓度限值（体积百分比）：下限 - 5，上限 - 15 [1]。火焰传播浓度下限 (LEL) 或爆炸下限 (LEL) 是可燃物质在与氧化剂（空气、氧气）的均匀混合物中的最小比例，此时火焰可以通过混合物传播。距点火源任意距离（外部明火、火花等级等）。对于甲烷 100% LEL (LEL) = 5 vol% = 50000 ppm = 33500 mg/m³ [2]。

作为一般规则，大多数商用气体泄漏检测器都设置为体积的百分之一。正是在这个浓度下，他们发出警报，打开房间的通风系统，并使用电磁阀关闭住宅楼或公寓供气系统的供气。

由于设计简单，催化燃烧型半导体和热催化传感器最适合监测可燃气体的泄漏。通常，半导体传感器仅用于发出空气中甲烷浓度超出允许浓度的信号，如果需要测量气体浓度，则使用双催化燃烧器热催化传感器。它们包含两个催化燃烧器 - 铂丝螺旋，通过流经它们的电流将其加热到约 400 度的温度 ^оC. 它们构成了传统的电阻分压器（图 1）。

家用燃气泄漏检测仪
米。 1.电阻分压器

当空气中没有甲烷时，两个催化燃烧器的电阻相等，因此分压器的输出电压恰好是电源电压U的一半_皮特。由于活性催化燃烧器的表面覆盖有催化剂层，在甲烷存在的情况下，这种气体会被空气中的氧气氧化。活性催化燃烧器的温度升高，电阻增大。通过在测量电桥中加入这样的传感器，您可以轻松测量电桥的不平衡电压：

ΔU=U_Ø -U_皮特/ 2，

然后确定气体的浓度。

热催化传感器价格低廉且易于使用，但它们有许多缺点。首先，在气体浓度较高时，传感器会过饱和，从而失效。其次，催化剂随着时间的推移而耗尽，这导致传感器的灵敏度下降。第三，传感器中发生的化学反应需要氧气，因此，如果氧气不足，传感器会大大低估读数。最后，热催化传感器可能会被某些物质“中毒”。例如，它对硅酸盐或高浓度硫化氢 (H₂S）。此外，热催化传感器需要维护。需要定期检查以确保它们正常工作。催化燃烧器的使用寿命最长为一到三年。

所有这些缺点都缺乏高度可靠且几乎无故障的红外可燃气体传感器（NDIR 传感器）。在测量和标准化探测器的帮助下，他们评估气体吸收红外辐射的程度。探测器使用两种波长的红外辐射。其中一个吸收气体，而第二个则不吸收。传感器测量吸收的辐射水平并将其与参考水平进行比较。该信息根据相当复杂的算法进行处理，几乎每个传感器都有一个内置微处理器。

PrimePell 系列 [3] 的数字 NDIR 传感器可以取代催化燃烧传感器。 PrimePell 传感器的核心是一个获得专利的红外传感器和一个控制传感器、计算气体浓度并以模拟和数字形式输出结果的 ARM V7 微处理器。微控制器还监控传感器的健康状况并记录电源故障。数字信息可以通过串口或接口I接收²C，这也改变了传感器的操作模式。

通过正确的电源电压，PrimePell 传感器可以取代先前安装在气体分析仪中的催化热传感器，并且无需对分析仪进行任何修改。

使用PrimePell红外甲烷传感器的家用燃气泄漏检测仪的布局如图2所示。 100. 该传感器的灵敏度在 100% LEL 时为 1 mV。传感器的内部“催化燃烧器”和电阻器 R3-R1 形成测量电桥。从电桥对角线取出的信号以固定增益 10 放大仪表放大器 DA1000。其 100 mV 的输出电压对应于 1% LEL。因此，内置数字电压表PVXNUMX的几十毫伏读数在数值上等于LEL的百分比。

米。图2. 使用PrimePell红外甲烷传感器的家用燃气泄漏检测仪示意图（点击放大）

在英国（传感器的制造国），100% LEL 为 4,4% v/v，而不是我国的 5% v/v。基于此，通过选择电阻器R2和R227将比较器DA5的响应阈值（对应于百分之一体积）设置为6mV。不需要高阈值设置精度。当比较器被触发时，带有内置发生器的HA1压电发射器会发出报警信号。此外，来自比较器的信号通过 U1 光耦合器到达执行器 - 通风系统控制单元（风扇灯开启器、排气扇等）以及关闭燃气供应的电磁燃气阀。

在空气中不存在甲烷的情况下，该装置的调节被简化为使用可变电阻器R1将数字电压表PV2的读数设置为零。传感器的保证使用寿命至少为五年。通常没有必要检查其性能。

文学

苏联国家标准 GOST 5542-87“工业和家庭用可燃气体。规格”。 - 网址：ukrgazkom.com。 ua/assets/files/normative/5542-87.pdf。
最常见的可燃气体和有毒气体的浓度比表（正常条件）。 - 网址：centros.ru/tablica-gazy。
PrimePell Pellistor 替换红外气体传感器。 - URL：terraelectrica.ru/%2Fpdf%2FCLAIRAIR%2FPrimePell-datasheet-DES10-Iss4.pdf。

作者：A. Kornev

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