Allarme fughe gas domestico. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Il monitoraggio costante della concentrazione di gas esplosivi nell'aria dei locali residenziali e lavorativi è il mezzo più efficace per prevenirne l'incendio. Nel tempo, l'importanza della sicurezza del gas non fa che crescere. L'aria che ci circonda può contenere non solo la fonte della vita: l'ossigeno, ma anche sostanze pericolose, ad esempio gas esplosivi. I rilevatori di gas sono dispositivi tecnici di sicurezza. Sono progettati per rilevare livelli superiori a quelli consentiti di concentrazioni di gas pericolosi nell'ambiente.

Il gas naturale, uno dei più esplosivi, è ampiamente utilizzato nella vita di tutti i giorni come combustibile economico per il riscaldamento, il riscaldamento dell'acqua e per cucinare. Come è noto, il componente principale del gas naturale è il metano (CH₄), ne contiene dal 70 al 98%. Pertanto, per monitorare le fughe di gas naturale, è necessario utilizzare un sensore che risponda alla concentrazione di metano nell'aria.

Limiti di concentrazione della propagazione della fiamma in una miscela di metano con aria in percentuale in volume: inferiore - 5, superiore - 15 [1]. Il limite inferiore di concentrazione di propagazione della fiamma (LCFL) o soglia inferiore di esplosività (LET) è la frazione minima di una sostanza combustibile in una miscela omogenea con un ossidante (aria, ossigeno), alla quale è possibile che la fiamma si propaghi la miscela a qualsiasi distanza dalla fonte di accensione (fiamma libera esterna, grado di scintilla, ecc.). Per metano 100% LEL (LEL) = 5% in volume = 50000 ppm = 33500 mg/m³ [2].

Di norma, la maggior parte dei rilevatori di fughe di gas domestici prodotti in commercio sono impostati su una concentrazione dell'1% del volume. È a questa concentrazione che suonano l'allarme, accendono il sistema di ventilazione della stanza e, utilizzando una valvola elettromagnetica, chiudono l'alimentazione del gas al sistema di fornitura del gas di un edificio residenziale o di un appartamento.

Grazie alla loro semplicità di progettazione, i sensori a semiconduttore e di tipo pellistore termocatalitico sono più adatti per il monitoraggio delle perdite di gas infiammabili. In genere, i sensori a semiconduttore vengono utilizzati solo per segnalare che viene superata la concentrazione consentita di metano nell'aria e, se è necessario misurare la concentrazione di gas, vengono utilizzati sensori termocatalitici a due pellistori. Contengono due pellistori: spirali di filo di platino, riscaldate da una corrente che le attraversa ad una temperatura di circa 400 ^оC. Formano un partitore di tensione resistivo convenzionale (Fig. 1).

Riso. 1. Partitore di tensione resistivo

Quando non c'è metano nell'aria, le resistenze di entrambi i pellistori sono uguali, quindi la tensione di uscita del partitore è esattamente la metà della tensione di alimentazione U_Pete. Poiché il pellistore attivo è ricoperto da uno strato di catalizzatore, sulla sua superficie, in presenza di metano, avviene l'ossidazione di questo gas con l'ossigeno atmosferico. La temperatura del pellistore attivo aumenta e la resistenza aumenta. Collegando tale sensore ad un ponte di misura è possibile misurare facilmente la tensione di squilibrio del ponte:

∆U = U_O - U_Pete/ 2,

e da esso determinare la concentrazione del gas.

I sensori catalitici termici sono economici e facili da usare, ma presentano numerosi svantaggi. Innanzitutto, quando la concentrazione di gas è elevata, il sensore diventa troppo saturo e si guasta. In secondo luogo, col tempo il catalizzatore si esaurisce, il che porta ad una diminuzione della sensibilità del sensore. In terzo luogo, la reazione chimica che si verifica nel sensore richiede ossigeno, quindi se manca, il sensore sottostima notevolmente le letture. Infine, il sensore termocatalitico può essere “avvelenato” da alcune sostanze. È sensibile, ad esempio, ai silicati o ad alte concentrazioni di idrogeno solforato (H₂S). Inoltre, i sensori termocatalitici richiedono una manutenzione impegnativa. Per garantirne le prestazioni sono necessari controlli periodici. La durata di vita di un pellistore è al massimo da uno a tre anni.

I sensori a infrarossi altamente affidabili e praticamente a prova di guasto per gas combustibili (sensori NDIR) non presentano tutti questi svantaggi. Utilizzando rilevatori di misurazione e standardizzazione, valutano il grado di assorbimento della radiazione infrarossa da parte del gas. I rilevatori utilizzano due lunghezze d'onda della radiazione infrarossa. Uno di loro assorbe il gas, ma il secondo no. Il sensore misura il livello di radiazione assorbita e lo confronta con il livello standard. Queste informazioni vengono elaborate utilizzando un algoritmo piuttosto complesso, per il quale quasi ogni sensore ha un microprocessore integrato.

I sensori digitali NDIR della serie PrimePell [3] possono sostituire i sensori pellistore. La base dei sensori PrimePell è un sensore IR brevettato e un microprocessore basato sul core ARM V7 che controlla il sensore, calcola la concentrazione di gas e visualizza il risultato in forma analogica e digitale. Il microcontrollore monitora anche lo stato del sensore e registra le interruzioni di corrente. Le informazioni digitali possono essere ricevute tramite la porta seriale o l'interfaccia I²C, che cambia anche le modalità di funzionamento del sensore.

A condizione che la tensione di alimentazione sia adeguata, il sensore PrimePell può sostituire il sensore termico catalitico precedentemente installato nell'analizzatore di gas e per questo non sono necessarie modifiche all'analizzatore.

Lo schema di un rilevatore di fughe di gas domestico che utilizza un sensore di metano a infrarossi PrimePell è mostrato in Fig. 2. La sensibilità di questo sensore è 100 mV al 100% LEL. I "pellistor" interni del sensore e le resistenze R1-R3 formano un ponte di misura. Il segnale prelevato dalla diagonale del ponte viene amplificato dall'amplificatore da strumentazione DA1 con un guadagno fisso pari a 10. La sua tensione di uscita di 1000 mV corrisponde al 100% LEL. Pertanto, le letture del voltmetro digitale integrato PV1 in decine di millivolt sono numericamente uguali alla percentuale del LIE.

Riso. 2. Schema di un rilevatore di fughe di gas domestico che utilizza un sensore di metano a infrarossi PrimePell (clicca per ingrandire)

Nel Regno Unito (paese di produzione del sensore), il 100% LEL è pari al 4,4% in volume e non al 5% in volume, come da noi. In base a ciò, la soglia di risposta del comparatore DA2, corrispondente all'227% del volume, viene fissata pari a 5 mV mediante una selezione dei resistori R6 e R1. Non è richiesta un'elevata precisione nell'impostazione della soglia. Quando il comparatore viene attivato, l'emettitore piezoelettrico HA1 con generatore integrato genera un allarme. Inoltre, il segnale dal comparatore tramite il fotoaccoppiatore UXNUMX viene inviato agli attuatori: l'unità di controllo del sistema di ventilazione (apriluce, ventilatori di scarico, ecc.) e alla valvola elettromagnetica del gas, che interrompe l'alimentazione del gas.

La regolazione del dispositivo si riduce all'impostazione del voltmetro digitale PV1 su zero letture utilizzando un resistore variabile R2 in assenza di metano nell'aria. La durata garantita del sensore è di almeno cinque anni. Non è necessario controllarne frequentemente le prestazioni.

Letteratura

1. Standard statale dell'URSS GOST 5542-87 "Gas naturali infiammabili per scopi industriali e municipali. Condizioni tecniche". - URL: ukrgazkom.com. ua/assets/files/normative/5542-87.pdf.
2. Tabella dei rapporti di concentrazione per i gas infiammabili e tossici più comuni (condizioni normali). - URL: centros.ru/tablica-gazy.
3. Sensore di gas a infrarossi sostitutivo Pellistor PrimePell. - URL: terraelectronica.ru/%2Fpdf%2FCLAIRAIR%2FPrimePell-datasheet-DES10-Iss4.pdf.

Autore: A. Kornev

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