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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Alarma de fuga de gas doméstico. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Hogar, hogar, hobby El control constante de la concentración de gases explosivos en el aire de las instalaciones residenciales y de trabajo es el medio más eficaz para prevenir incendios. Con el tiempo, la relevancia de la seguridad del gas no hace más que crecer. El aire que nos rodea puede contener no sólo una fuente de vida: oxígeno, sino también sustancias peligrosas, por ejemplo, gases explosivos. Los detectores de gas son dispositivos técnicos de seguridad. Están diseñados para detectar niveles que exceden los permitidos de concentraciones de gases peligrosos en el medio ambiente. El gas natural, uno de los más explosivos, se utiliza mucho en la vida cotidiana como combustible barato para calentar, calentar agua y cocinar. Como es sabido, el principal componente del gas natural es el metano (CH4), contiene del 70 al 98%. Por tanto, para monitorear las fugas de gas natural, es necesario utilizar un sensor que responda a la concentración de metano en el aire. Límites de concentración de propagación de la llama en una mezcla de metano con aire en porcentaje en volumen: inferior - 5, superior - 15 [1]. El límite inferior de concentración de propagación de la llama (LCFL) o el umbral inferior de explosividad (LET) es la fracción mínima de una sustancia combustible en una mezcla homogénea con un oxidante (aire, oxígeno), a la que es posible que una llama se propague. la mezcla a cualquier distancia de la fuente de ignición (llama externa abierta, rango de chispa, etc.). Para metano 100 % LEL (LEL) = 5 por ciento en volumen = 50000 33500 ppm = XNUMX XNUMX mg/m3 [2]. Como regla general, la mayoría de los detectores de fugas de gas domésticos producidos comercialmente están configurados en una concentración del uno por ciento en volumen. Es en esta concentración que hacen sonar una alarma, encienden el sistema de ventilación de la habitación y, mediante una válvula electromagnética, cortan el suministro de gas al sistema de suministro de gas de un edificio residencial o apartamento. Debido a su simplicidad de diseño, los sensores semiconductores y de tipo pellistor termocatalítico son los más adecuados para monitorear fugas de gases inflamables. Por lo general, los sensores semiconductores se utilizan solo para señalar que se excede la concentración permitida de metano en el aire y, si es necesario medir la concentración de gas, se utilizan sensores termocatalíticos de dos pelistores. Contienen dos pellistores: espirales hechas de alambre de platino, calentadas por una corriente que las atraviesa a una temperatura de aproximadamente 400 оC. Forman un divisor de tensión resistivo convencional (Fig. 1).
Cuando no hay metano en el aire, las resistencias de ambos pellistores son iguales, por lo tanto, el voltaje de salida del divisor es exactamente la mitad del voltaje de suministro U.hoyo. Dado que el pellistor activo está cubierto con una capa de catalizador, en su superficie, en presencia de metano, se produce la oxidación de este gas con el oxígeno atmosférico. La temperatura del pelistor activo aumenta y la resistencia aumenta. Al conectar un sensor de este tipo a un puente de medición, puede medir fácilmente la tensión de desequilibrio del puente: ∆U=UO - Uhoyo/ 2, y luego determinar la concentración del gas. Los sensores catalíticos térmicos son económicos y fáciles de usar, pero tienen una serie de desventajas. En primer lugar, cuando la concentración de gas es alta, el sensor se sobresatura y falla. En segundo lugar, el catalizador se agota con el tiempo, lo que conduce a una disminución de la sensibilidad del sensor. En tercer lugar, la reacción química que ocurre en el sensor requiere oxígeno, por lo que si falta, el sensor subestima enormemente las lecturas. Por último, el sensor termocatalítico puede resultar “envenenado” por determinadas sustancias. Es sensible, por ejemplo, a los silicatos o a altas concentraciones de sulfuro de hidrógeno (H2S). Además, los sensores termocatalíticos requieren un mantenimiento exigente. Para garantizar su funcionamiento son necesarias comprobaciones periódicas. La vida útil de un pellistor es como máximo de uno a tres años. Los sensores infrarrojos para gases combustibles (sensores NDIR), altamente fiables y prácticamente a prueba de fallos, no presentan todas estas desventajas. Mediante detectores de medición y estandarización se evalúa el grado de absorción de la radiación infrarroja por parte del gas. Los detectores utilizan dos longitudes de onda de radiación infrarroja. Uno de ellos absorbe gas, pero el segundo no. El sensor mide el nivel de radiación absorbida y lo compara con el nivel estándar. Esta información se procesa mediante un algoritmo bastante complejo, para el cual casi todos los sensores tienen un microprocesador incorporado. Los sensores digitales NDIR de la serie PrimePell [3] pueden sustituir a los sensores pellistores. La base de los sensores PrimePell es un sensor de infrarrojos patentado y un microprocesador basado en el núcleo ARM V7 que controla el sensor, calcula la concentración de gas y muestra el resultado en forma analógica y digital. El microcontrolador también monitorea el estado del sensor y registra fallas de energía. La información digital se puede recibir a través del puerto serie o de la interfaz I.2C, que también cambia los modos de funcionamiento del sensor. Siempre que la tensión de alimentación sea adecuada, el sensor PrimePell puede sustituir al sensor catalítico térmico previamente instalado en el analizador de gases, y para ello no se requieren modificaciones en el analizador. En la figura 2 se muestra el diagrama de un detector de fugas de gas doméstico que utiliza un sensor de metano infrarrojo PrimePell. 100. La sensibilidad de este sensor es de 100 mV al 1% LEL. Los "pellistores" internos del sensor y las resistencias R3-R1 forman un puente de medición. La señal tomada de la diagonal del puente es amplificada por el amplificador de instrumentación DA10 con una ganancia fija de 1000. Su voltaje de salida de 100 mV corresponde al 1% LEL. Por lo tanto, las lecturas del voltímetro digital incorporado PVXNUMX en decenas de milivoltios son numéricamente iguales al porcentaje del LEL.
En el Reino Unido (país de fabricación del sensor), el 100% del LEL es del 4,4 por ciento en volumen, y no del 5 por ciento en volumen, como tenemos. En base a esto, el umbral de respuesta del comparador DA2, correspondiente al uno por ciento en volumen, se establece en 227 mV mediante una selección de resistencias R5 y R6. No se requiere una alta precisión en el establecimiento del umbral. Cuando se activa el comparador, el emisor piezoeléctrico HA1 con un generador incorporado genera una alarma. Además, la señal del comparador a través del optoacoplador U1 se envía a los actuadores: la unidad de control del sistema de ventilación (abridores de tragaluces, extractores de aire, etc.) y a la válvula de gas electromagnética, que corta el suministro de gas. Ajustar el dispositivo se reduce a configurar el voltímetro digital PV1 a lecturas cero utilizando una resistencia variable R2 en ausencia de metano en el aire. La vida útil garantizada del sensor es de al menos cinco años. No es necesario comprobar frecuentemente su rendimiento. Literatura
Autor: A. Kornev
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