Типы газоанализаторов. Сферы использования газоанализаторов для воздуха рабочей зоны Способ работы устройства

Газоанализа́тор - измерительный прибор для определения качественного и количественного состава смесей газов. Различают газоанализаторы ручного действия и автоматические. Среди первых наиболее распространены такие абсорбционные газоанализаторы, в которых компоненты газовой смеси последовательно поглощаются различными реагентами. Автоматические газоанализаторы непрерывно измеряют какую-либо физическую или физико-химическую характеристику газовой смеси или её отдельных компонентов. По принципу действия автоматические газоанализаторы могут быть разделены на 3 группы:
Приборы, основанные на физических методах анализа, включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких газоанализаторов, называемых объёмно-манометрическими или химическими, определяют изменение объёма или давления газовой смеси в результате химических реакций её отдельных компонентов.
Приборы, основанные на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоионизационные, фотоколориметрические, хроматографические и др.). Термохимические, основанные на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения) газа, применяют главным образом для определения концентраций горючих газов (например, опасных концентраций окиси углерода в воздухе). Электрохимические позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости раствора, поглотившего этот газ. Фотоионизационные, основанные на измерении силы тока, вызванного ионизацией молекул газов и паров фотонами, излучаемыми источником вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) излучения - ВУФ-лампы. Фотоколориметрические, основанные на изменении цвета определённых веществ при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси, применяют главным образом для измерения микроконцентраций токсичных примесей в газовых смесях - сероводорода, окислов азота и др. Хроматографические наиболее широко используют для анализа смесей газообразных углеводородов.
Приборы, основанные на чисто физических методах анализа (термокондуктометрические, денсиметрические, магнитные, оптические и др.). Термокондуктометрические, основанные на измерении теплопроводности газов, позволяют анализировать двухкомпонентные смеси (или многокомпонентные при условии изменения концентрации только одного компонента). При помощи денсиметрических газоанализаторов, основанных на измерении плотности газовой смеси, определяют главным образом содержание углекислого газа, плотность которого в 1,5 раза превышает плотность чистого воздуха. Магнитные газоанализаторы применяют главным образом для определения концентрации кислорода, обладающего большой магнитной восприимчивостью. Оптические газоанализаторы основаны на измерении оптической плотности, спектров поглощения или спектров испускания газовой смеси. При помощи ультрафиолетовых газоанализаторов определяют содержание в газовых смесях галогенов, паров ртути, некоторых органических соединений.
На данный момент наиболее распространены приборы из двух последних групп, а именно электрохимические и оптические газоанализаторы. Такие приборы способны обеспечить контроль концентрации газов в режиме реального времени. Все приборы газового анализа также могут быть классифицированы:
по функциональным возможностям (индикаторы, течеискатели, сигнализаторы, газоанализаторы);
по конструктивному исполнению (стационарные, переносные, портативные);
по количеству измеряемых компонентов (однокомпонентные и многокомпонентные);
по количеству каналов измерения (одноканальные и многоканальные);
по назначению (для обеспечения безопасности работ, для контроля технологических процессов, для контроля промышленных выбросов, для контроля выхлопных газов автомобилей, для экологического контроля).
Однако, существуют приборы, которые, благодаря своей уникальной конструкции и программному обеспечению, способны в реальном времени проводить анализ нескольких компонентов газовой смеси одновременно (многокомпонентные газоанализаторы), при этом записывая в память полученную информацию. Такие газоанализаторы незаменимы в промышленности, где

Анализ газовых сред является обязательным мероприятием в работе химических производств, а также на многих промышленных предприятиях. Такие исследования представляют собой процедуры по измерению того или иного компонента в газовой смеси. Например, в горнодобывающих предприятиях знание характеристик воздуха в шахте является вопросом безопасности, а экологи таким образом определяют концентрацию вредных элементов. Не так часто подобные анализы применяют в бытовых целях, но если такая задача и возникает, то лучше всего использовать газоанализатор. Это измерительное устройство, позволяющее определить состав газовой смеси. При этом есть множество разновидностей данного прибора, которые имеют принципиальные отличия.

Устройство газоанализатора

Несмотря на множество конструкционных вариаций прибора, существует набор базовых компонентов, которые присутствуют в каждой модели. В первую очередь это корпус, в который заключены все рабочие элементы газоанализатора. Дело в том, что такие аппараты требуют высокой степени защиты, поэтому к внешней оболочке следует предъявлять серьезные требования. Практически каждый прибор требует питания энергией - соответственно, аккумулятор также можно рассматривать как обязательную часть устройства. Далее стоит перейти к более ответственному компоненту. Это первичный преобразователь, то есть датчик газоанализатора или чувствительный элемент, обеспечивающий непосредственные данные для измерения.

Надо сказать, что существует несколько видов таких сенсоров, в том числе термокаталитические, инфракрасные и электрохимические. Задача данного элемента заключается в преобразовании искомого компонента газового состава в электрический сигнал. После этого в работу вступает измерительно-показывающее устройство, которое обрабатывает данный сигнал и демонстрирует его показатели в виде индикации или отображения на дисплее. Теперь стоит рассмотреть виды существующих газоанализаторов.

Термохимические модели

В устройствах такого типа предусматривается принцип измерения за счет определения теплового эффекта от химической реакции с участием искомого компонента. Как правило, в процессе работы применяется техника окисления кислородом. Поэтому такой прибор можно рассматривать как газоанализатор кислорода, а функцию катализаторов выполняет гопкалит, который наносится на пористый носитель. Измерение показателей окисления осуществляется при помощи металлических или полупроводниковых терморезисторов. В некоторых случаях поверхность платиновых терморезисторов также выступает катализатором. Обычно термохимические модели применяются для работы с горючими газами и парами, а также в процессе С его помощью можно определить, к примеру, содержание кислорода в водороде.

Магнитные устройства

В данном случае речь также идет о приборах, ориентированных на определение кислорода. Газоанализатор этого типа отслеживает показатели восприимчивости магнитов относительно исследуемой среды в зависимости от концентрации в ней кислорода. Казалось бы, данный компонент может определяться и другими разновидностями прибора, но есть одна особенность. Дело в том, что магнитный газоанализатор - это измеритель, который способен с более высокой точностью определять концентрацию в сложных смесях. Также следует различать магнитомеханические и термомагнитные устройства. В первом случае прибор измеряет силу, действующую в неоднородном магнитном поле на размещенный в исследуемой среде чувствительный элемент - например, ротор. Показания будут зависеть от температуры среды и давления. Принцип действия термомагнитных моделей основан на конвенции, которая возникает при взаимодействии газовой смеси с неоднородными температурным и магнитным полями.

Пневматические модели

Такие приборы работают на основе измерения показателей вязкости и плотности. Для этого анализируются данные гидромеханических свойств потока. Сразу надо сказать, что существует три варианта подобных устройств: дроссельные, струйные и пневмоакустические. Дроссельный газоанализатор - это устройство с преобразователем, которое измеряет при пропускании через себя газовой смеси. Модели струйного типа измеряют динамические характеристики напора газовой смеси, вытекающей из сопла. Обычно устройства этого типа применяются в работе с азотными и хлористыми составами.

Пневмоакустический прибор включает свою конструкцию два свистка с приблизительно равными частотами порядка 4 кГц. Первый свисток пропускает через себя анализируемый газ, а второй - состав для сравнения. В итоге газоанализатор воздуха позволяет сопоставить частоты колебаний, преобразуя показатели в пневматические вибрации с помощью усилителя. Для обеспечения подачи сигнала используется типа.

Инфракрасные модели

Принцип работы таких газоанализаторов базируется на избирательном поглощении инфракрасным излучением молекул пара и газа. Важно учитывать, что устройство предусматривает поглощение тех газовых смесей, молекулы которых содержат не менее двух разных атомов. Специфика молекулярных спектров в различных газах определяет и повышенную избирательность подобных устройств. Например, существуют обычные и дисперсионные версии преобразователя. Дисперсионный газоанализатор - это прибор, в работе которого используется излучение, вырабатываемое монохроматорами, то есть или призмами. В обычных представителях этого класса применяется немонохроматическое излучение, обеспечиваемое за счет особенностей оптических схем. Для этого используются светофильтры, специальные приемники излучения и другие компоненты. Также в инфракрасных газоанализаторах могут применяться приемники излучения неселективного типа - в частности, термобатареи, болометры и полупроводниковые компоненты.

Как пользоваться прибором?

Для пользователя прибором важно ознакомиться с дисплеем или другим устройством для вывода информации, которым снабжается аппарат. Как правило, на современных дисплеях отображается дата, а также несколько полей для данных о составе газовой смеси. Получить полные сведения о значении полей и каналов прибора позволит инструкция газоанализатора в конкретной комплектации. Собственно, управление функциями прибора также зависит от конкретной модели. Как правило, достаточно активировать устройство при нахождении в газовой среде. Далее, когда будут достигнуты пороговые показатели концентрации искомого компонента, устройство подаст сигнал. В некоторых моделях возможна и световая индикация. В этот же момент на экране прибора должны быть заполнены основные строки о химическом составе газовой смеси и свойствах определенного компонента, на который был настроен прибор.

Поверка устройства

Как и любой газоанализатор нуждается в поверке. Эта процедура позволит оценить техническое состояние, рабочие показатели устройства, а также его соответствие Чаще всего сбоям в рабочих показателях подвергаются переносные газоанализаторы, поэтому их обслуживание следует производить чаще. Итак, как проводится поверка? Процедура выполняется на специальном поверочном стенде. Начинается она с осмотра прибора, тестирования замены неисправных элементов. Далее следуют калибровочные мероприятия и выполнение необходимых настроек.

Непосредственно поверка предполагает использование прибора для оценки концентрации определенного компонента в баллоне со сжатым газом. То есть, применяются специальные смеси, при помощи которых осуществляется поверка газоанализаторов на предмет анализа конкретного компонента.

Приборы, с помощью которых производят анализ смесей газов с целью установления их качественного и количественного состава, называют газоанализаторами.

По принципу действия они могут быть разделены на три основных группы.

Приборы, действие которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные химические реакции. При помощи таких газоанализаторов определяют изменение объёма или давления газовой смеси в результате химических реакций её отдельных компонентов.
Приборы, действие которых основано на физических методах анализа, включающих вспомогательные физико-химические процессы (термохимические, электрохимические, фотоколориметрические и др.). Термохимические основаны на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления (горения) газа. Электрохимические позволяют определять концентрацию газа в смеси по значению электрической проводимости электролита, поглотившего этот газ. Фотоколориметрические основаны на изменении цвета определённых веществ, при их реакции с анализируемым компонентом газовой смеси.
Приборы, действие которых основано на чисто физических методах анализа (термокондуктометрические, термомагнитные, оптические и др.). Термокондуктометрические основаны на измерении теплопроводности газов. Термомагнитные газоанализаторы применяют главным образом для определения концентрации кислорода, обладающего большой магнитной восприимчивостью. Оптические газоанализаторы основаны на измерении оптической плотности, спектров поглощения или спектров испускания газовой смеси.

Газоанализаторы можно разделить на несколько типов в зависимости от выполняемых задач - это газоанализаторы горения, газоанализаторы для определения параметров рабочей зоны, газоанализаторы для контроля за технологическими процессами и выбросами, газоанализаторы для очистки и анализа воды и т.п., так же они делятся по конструктивному исполнению на портативные, переносные и стационарные, по количеству измеряемых компонентов (может быть измерение какого-то одного вещества или нескольких), по количеству каналов измерения (одноканальные и многоканальные), по функциональным возможностям (индикаторы, сигнализаторы, газоанализаторы).

Газовые анализаторы горения предназначены для наладки и контроля котлов, печей, газовых турбин, горелок и других топливосжигающих установок. Позволяют также проводить мониторинг выбросов углеводородов, оксидов углерода, азота, серы.

Газоанализаторы (газосигнализаторы, детекторы газов) для контроля параметров воздуха рабочей зоны. Отслеживают наличие опасных газов и паров в рабочей зоне, в помещении, шахтах, колодцах, коллекторах.

Газоанализаторы стационарные - предназначены для контроля состава газа при технологических измерениях и контроля выбросов в металлургии, энергетики, нефтехимии, цементной промышленности. Газоанализаторы измеряют содержание кислорода, оксиды азота и серы, фреона, водорода, метана и других веществ.

Фирмы, предлагающие газоанализаторы на российском рынке: Kane International (Великобритания), Testo GmbH (Германия), ФГУП «Аналитприбор» (Россия), Eurotron (Италия), ООО «Дитангаз» (Россия).

В современных промышленных условиях рабочая зона – место, где в течение трудовой смены периодически или постоянно находятся люди – может быть повышено опасной территорией.

В связи с технологическими процессами или в ходе аварийных выбросов воздух рабочей зоны загрязняют токсичные, горючие и взрывоопасные газовые компоненты.

Газоанализаторы – устройства, с помощью которых определяется состав газовой смеси как качественный (какие именно газы присутствуют), так и количественный (сколько определённых газов находится в смеси).

В первую очередь газоанализаторами оснащаются пожаро-, взрыво- и химически опасные производства, а также шахты, где имеются скопления рудничного газа (метана) .

Обязательно применяют газоанализаторы перед тем, как проводить огневые работы в подвалах и колодцах, а также чтобы аттестовать рабочие места на вредных производствах.

Применение для индивидуальной защиты

Портативные газоанализаторы небольших размеров, которыми снабжаются работники опасных производств , можно считать первичными средствами индивидуальной защиты.

Они своевременно сигнализируют о повышенном содержании вредных примесей в воздухе, при котором следует покинуть рабочую зону либо применить . Прибор-газоанализатор представлен на фото:

Способ работы устройства

Ручные анализаторы , которые приводятся в действие оператором, основаны на том, что отдельные газообразные компоненты поглощаются специальными реагентами.

Воздух производственной зоны пропускается через поглотитель , который связывает определённый газ. После этого первоначальный объём смеси уменьшается. По уменьшению объёма рассчитывается, сколько газа, связанного поглотителем, там изначально содержалось. В зависимости от квалификации оператора, измерение занимает от пяти до десяти минут .

Работа автоматических анализаторов непрерывного действия основана на физических и химических процессах, а также их сочетании.

Физический принцип измерения результата вспомогательной химической реакции обеспечивает работу объёмно-манометрических или химических анализаторов. В этих приборах измеряется, насколько изменился объём либо давление смеси газов после того, как её компоненты вступили в определённые химические реакции.

Физико-химический принцип действия, совмещённый с физическим, имеют следующие устройства:

Чисто физические принципы работы имеют следующие автоматические газоанализаторы:

Разновидности

Кроме различия по способу действия (ручные или автоматические) и принципу работы, газоанализаторы для воздуха рабочей зоны подразделяют на типы:

Стационарные . Такие приборы автоматически отслеживают концентрацию газов. В промышленном исполнении, если допустимое содержание опасной газовой составляющей превышено, они подают световые и звуковые сигналы, а также включают вентиляцию и прочие системы безопасности;
Переносные . Предназначены для определения концентрации газовых примесей в разных местах производственной зоны;
Портативные . Индивидуальные устройства. Имеют малые габариты и вес, измеряют концентрацию вредных примесей непосредственно там, где находится работник.

Кроме того, по количеству измеряемых примесей эти приборы бывают одно- и многокомпонентными , а по числу каналов (датчиков или точек отбора пробы) – одно- и многоканальными.

Правила выбора

Чтобы правильно выбрать прибор для контроля воздуха рабочей зоны, нужно, прежде всего, исходить из перечня примесей , которые нужно определять. Кроме того, имеет значение класс опасности примесей : есть модификации устройств для взрывоопасной и взрывобезопасной среды.

Образцы моделей промышленных газоанализаторов представлены на фото:

В зависимости от поставленных задач – общий это контроль, локальный или индивидуальный , выбирают стационарные, переносные либо портативные модели газоанализаторов. И, наконец, устройства с разным принципом действия имеют присущие им преимущества и недостатки .

Так, термохимические устройства имеют низкую стоимость, но при этом непродолжительный срок службы датчика газоанализатора, невысокое быстродействие и чувствительность, небольшой диапазон измеряемых концентраций. Термохимические анализаторы используют преимущественно для контроля воздуха производственной зоны на содержание горючих газов, например, СО.

Электрохимические анализаторы занимают среднюю ценовую позицию. У них высокая чувствительность, широкий диапазон определяемых веществ, низкое потребление энергии. Вместе с тем, они имеют крупные габариты, сложны в обслуживании.

Оптические приборы имеют прекрасное быстродействие, высокую избирательность и чувствительность. Диапазон их измерения охватывает практически весь спектр возможных загрязнений. При этом стоимость оптических газоанализаторов – самая высокая.

Руководство по эксплуатации и хранение

Установка, использование и поверка газоанализаторов воздуха рабочей зоны должны проходить в строгом соответствии с условиями, указанными предприятием-изготовителем.

Требования к хранению зависят от устройства анализатора . Так, например, электрохимические приборы хранятся в упаковке поставщика в отапливаемом хранилище при температуре от +5ºС до +40ºС и выдерживают высокую влажность.

Оптические устройства допускают температурный интервал от -50ºС до +50ºС , однако чувствительны к резким перепадам температуры и влажности, а также к пыли, агрессивным парам и другим вредным примесям.

Гарантийный срок хранения, как правило, составляет 12 месяцев, а период обслуживания по гарантии не превышает полутора лет.

Адекватно подобранный, исправный и правильно используемый газоанализатор предоставляет точную и своевременную информацию о составе воздуха рабочей зоны . Эта информация может оказаться не только нужной, но и жизненно важной для работника.

В заключение предлагаем посмотреть видео-обзор, как работает газоанализатор ФП11.2К: