Что такое газоанализатор и как его выбрать? Назначение, принцип работы и типы газоанализаторов Что такое газоанализатор и как он работает

Предлагаем рассмотреть основные принципы действия, положенные в основу промышленных газоанализаторов, призванных обеспечить безопасность во таких отраслях как промышленность, энергетика, нефтегазовый комплекс, сельское хозяйство, оборонный комплекс, транспорт и т.д. Один класс приборов должен обеспечить обнаружение возможных утечек взрывоопасных газов и паров до достижения нижнего предела взрываемости. (НКПР). Другой класс приборов обеспечивает обнаружение возможных утечек токсичных газов и паров жидкостей до достижения уровня ПДК (предела допустимых концентраций). И в первом, и во втором случае газоанализаторы должны подавать сигналы, которые используются для устранения процессов, приводящих к появлению утечек.

В приведенной ниже таблице рассмотрены принципы действия, достоинства и недостатки различных типов промышленных газоанализаторов.

Принцип действия, достоинства и недостатки различных типов датчиков для газоанализаторов

*Название*	*Принцип действия*	*Недостатки*	*Достоинства*
Термокаталитические (термохимические)	Основан на беспламенном сжигании (окислении) углеводородов на поверхности каталитически активного элемента и измерении количества выделившегося при этом тепла, которое пропорционально концентрации углеводородов	Низкая избирательность, недолговечность сенсора, отравляемость сенсора, ограниченный диапазон измеряемых концентраций (не выносит перегрузки по измеряемому компоненту), низкая чувствительность и быстродействие, обязательное присутствие кислорода в контролируемой атмосфере	Относительно низкая стоимость
Электрохимические	Основан на измерении сопротивления (электропроводности), напряжения или тока, характеризующих прохождение электрического тока в растворах электролитов при их взаимодействии с анализируемым газом	Низкая селективность, ограниченное быстродействие, недолговечность ЭХ сенсора, отравляемость сопутствующими газами. Стоимость сопоставима с оптическими, низкое энергопотребление	Широкая номенклатура контролируемых газов, возможность измерения сверхнизких концентраций отравляющих газов
Полупроводниковые	Основан на изменении поверхностного сопротивления полупроводникового материала в результате адсорбции детектируемого газа	Отсутствие селективности, ограниченное быстродействие, недолговечность сенсора, отравляемость, высокая погрешность измерений. Невозможно создание измерительного прибора (только течеискатель газа)	Высокая чувствительность, низкая стоимость
Оптические (ИК абсорбционные)	Основан на способности молекул большинства газов избирательно поглощать инфракрасное излучение. При этом каждый газ имеет свои, характерные только для него полосы поглощения.	Относительно высокая стоимость	Высокая чувствительность, селективность и быстродействие, работают в широком диапазоне концентраций, не отравляются высокими концентрациями контролируемых и сопутствующих газов, а также наличием в атмосфере активных реагентов, например, силиконовых соединений

1. ОПТИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Основой большинства выпускаемых компанией Метеоспецприбор газоанализаторов являются оптические (ИК абсорбционные) датчики. По целому комплексу параметров они значительно превосходят применяемые в промышленности термокаталитические, электрохимические и полупроводниковые газовые сенсоры.

Оптические датчики имеют высокую стабильность нуля, чувствительность, селективность, быстродействие, не отравляются повышенными концентрациями контролируемых и сопутствующих газов, могут функционировать в бескислородной среде.

Базовая оптическая схема

Многие газы имеют характерные полосы поглощения в инфракрасной области спектра.

Поэтому по величине поглощения излучения, прошедшего сквозь газовую пробу, можно измерить концентрацию газа.

В оптических газоанализаторах для увеличения стабильности нуля, а также для компенсации возможного влияния влаги, пыли и других факторов, которые способны поглатить свет, используется автокомпенсационная двухлучевая оптическая схема, в которой измеряется интенсивность двух лучей, проходящих по одному и тому же оптическому пути, причем длина волны одного (измерительного) луча находится в области поглощения, а другого (опорного) – в области прозрачности определяемого газа.

Реальные элементы (излучатели и фотоприемники), используемые в газоанализаторе, меняют свои параметры при изменениях температуры, а также в процессе старения. Для автокомпенсации этих изменений в оптическую схему вводятся еще два луча, не проходящие сквозь анализируемую газовую смесь.

Высокая стабильность нуля и чувствительности, долговечность

Основная причина перехода на оптические газоанализаторы – стабильное положение нуля и стабильная чувствительность к контролируемому газую Это означает отстствие необходимости ежедневной калибровки.
Применение в качестве чувствительных элементов полупроводниковых изделий микроэлектроники обеспечивает функционирование оптических газоанализаторов на протяжении более десяти лет. Все это обеспечивает нашим приборам высокое соотношение качество/цена.

Бесконтактный и неразрушающий характер измерений

Преимущество оптических газоанализаторов по сравнению с электрохимическими, термокаталитическими, полупроводниковыми датчиками заключается в отсутствии контакта между загазованной атмосферой и чувствительными элементами: сквозь газовую пробу проходит лишь луч света, а излучатель и фотоприемник защищены прозрачными окнами из химически стойкого стекла. Поэтому для оптических газоанализаторов безопасны химически агрессивные вещества и соединения (например, хлор, сера, фосфор, фтор, аммиак, окислы азота, тетраэтилсвинец,и т.д.), выводящие из строя газоанализаторы, в основе действия которых лежат химические реакции. Им не страшны концентрационные перегрузки вплоть до 100% концентрации определяемого газа, причем время восстановления после перегрузки определяется только временем обновления содержимого газовой камеры.

Избирательность

Уникальная особенность оптических газоанализаторов – избирательность. В них, в отличие от других типов – термокаталитических, электрохимических, полупроводниковых приборов – исключается реакция на другие вещества, так как спектры поглощения различных газов не совпадают.
В частности, измеряется концентрация метана в атмосфере, содержащей и другие углеводороды.
Инженерами ЗАО "Метеоспецприбор" разработан метод, защищенный европейским патентом, позволивший достигнуть рекордной селективности измерений концентраций метана по отношению к пропану: S=1000.

Высокое быстродействие

К достоинствам оптических газоанализаторов относится также их быстродействие. Если для датчиков, в основе действия которых лежит химическое взаимодействие с определяемым газом, время измерения определяется скоростью протекания химических реакций и составляет несколько секунд, то для оптических газоанализаторов быстродействие достигает долей секунды.

Функционирование в бескислородной среде

Нельзя оставить без внимания также уникальную способность оптических газоанализаторов вести измерения в бескислородной среде, например, в заполненном азотом межстеночном пространстве резервуаров для хранения бензина.

Широкий диапазон измерений

Меняя длину газовой камеры удалось создать приборы для измерения в самых разных диапазонах концентраций и с различной чувствительностью. Длина пути в 4 – 5 метров (для этой цели используются многоходовые оптические кюветы) позволяет измерять концентрации метана на уровне естественного фона - 10-4 доли объема, а для измерения в диапазоне (0-100)% объемных долей с точностью ±1% достаточно пути в 1 см.

Заметим, что термокаталитические газоанализаторы способны вести измерения только в узком диапазоне довзрывоопасных концентраций. Высокие концентрации углеводородов выводят их из строя.

Мы предлагаем линейку газоанализаторов, которые работают как высокоточные измерительные приборы во всевозможном земном диапазоне концентраций углеводородов – от 1 ррm до 100% объема.

Они могут функционировать:
как высокочувствительные течеискатели,
как приборы для экологического контроля (1 ….100 ppm)t
как приборы для измерения довзрывных концентраций углеводородов в системах техники безопасности (100 ррm -5об.д.,%),
как приборы для технического контроля в газовой, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности

Кроме того, оптические датчики обладают уникальной селективностью.

Подбирая различные сочетания датчиков, работающих в составе данной модели газоанализатора, можно удовлетворить любые конкретные технические требования

2. ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Важность использования оптики объясняется спецификой принципа работы, например, термокаталитического датчика, который уступает оптическому по безопасности.
Главным недостатком термопреобразовательных элементов является постепенная потеря чувствительности вследствие структурных изменений каталитически активной поверхности при их длительной работе в сложных атмосферных условиях, какие, например, встречаются на реальных объектах.
Как показал опыт эксплуатации, полная потеря чувствительности происходит за отрезок, исчисляемый от нескольких месяцев до нескольких лет. Этот недостаток является принципиальным и обусловлен химической природой процесса взаимодействия между поверхностью каталитически активного чувствительного элемента и анализируемыми газами.
Такое химическое взаимодействие на атомно-молекулярном уровне приводит к постепенному изменению структуры поверхности чувствительного элемента, усугубляемое в реальных условиях наличием паров кислотных и щелочных подземных вод, а также микродоз газов, являющихся ядами для катализаторов – некоторые серосодержащие газы, пары силиконовых соединений техногенного происхождения и др.
В обычных условиях это приводит к постепенному изменению показаний прибора.
В случае аварийной ситуации использование термокаталитического газоанализатора может просто привести к катастрофе.
При возникновении возгорания произойдет отравление прибора продуктами горения и он может не сработать на реальный выброс. Кроме этого, в замкнутом пространстве подземного сооружения при горении происходит резкое падение концентрации кислорода.

3. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Термокаталитические сенсоры в системе обеспечения безопасности (в силу их специфики) применяются все меньше и меньше. Как правило, это контроль взрывоопасных газов, где оптические сенсоры имеют неоспоримые преимущества. К сожалению, оптические методы не могут эффективно быть использованы в диапазоне 1-100 ppm. Это область ПДК для отравляющих газов. Оптические методы и здесь могут работать эффективно, однако для этого требуется построить очень большие по размерам и весу приборы. Например, для такого газ как H2Sуровень ПДК это ≈100 ppm. Для того, чтобы построить оптический газоанализатор для такого диапазона концентрации необходимо иметь оптической ячейки более 10 м., что является неприемлемым. В связи с этим для решения проблем безопасности на случаи утечки таких газов как H2S, CO, NH3, NO, NO2, H2, O2, Cl2, SO2 и др. в диапазонах ПДК (1-200 ppm) используются электрохимические сенсоры. Несмотря на свои недостатки, они больше подходят по соотношению цена/качество.

4. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Полупроводниковые сенсоры, из-за своих недостатков невозможно использовать для создания измерительных приборов, однако с успехом их можно использовать для создания всевозможных течеискателей для таких газов как метан, пропан, бутан, ацетилен, угарный газ, аммиак, сероводород, водород, бензин, галогены, фреоны, спирт и других промышленных растворителей.

Заключение.

Таким образом можно сделать следующие выводы:

1. Для обеспечения надежного обнаружения утечек взрывоопасных и горючих газов лучше всего подходят оптические промышленные газоанализаторы (как портативные, так и стационарные).

2. Для надежного обнаружения возможных утечек токсичных газов на уровне ПДК рабочей зоны лучше всего подходят электрохимические газоанализаторы.

3. Для создания эффективных течеискателей как горючих, так и токсичных газов лучше всего подходят приборы, построенные на базе полупроводниковых сенсоров.

Термокаталитические газоанализаторы исчерпали свой ресурс и на современном уровне развития промышленности являются морально устаревшими.

Газоанализаторы - приборы, измеряющие содержание (концентрацию) одного или нескольких компонентов в газовых смесях. Каждый газоанализатор предназначен для измерения концентрации только определенных компонентов на фоне конкретной газовой смеси в нормированных условиях. Наряду с использованием отдельных газоанализаторов создаются системы газового контроля, объединяющие десятки таких приборов.

Газоанализаторы классифицируют по типу на пневматические, магнитные, электрохимические, полупроводниковые и др.

Термокондуктометрические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости теплопроводности газовой смеси от ее состава.

Термокондуктометрические газоанализаторы не обладают высокой избирательностью и используются, если контролируемый компонент по теплопроводности существенно отличается от остальных, напр. для определения концентраций Н 2 , Не, Аг, СО 2 в газовых смесях, содержащих N 2 , О 2 и др. Диапазон измерения - от единиц до десятков процентов по объему.

Термохимические газоанализаторы. В этих приборах измеряют тепловой эффект химической реакции, в которой участвует определяемый компонент. В большинстве случаев используется окисление компонента кислородом воздуха; катализаторы - марганцевомедный (гопкалит) или мелкодисперсная Pt, нанесенная на поверхность пористого носителя. Изменение т-рыпри окислении измеряют с помощью металлич. или полупроводникового терморезистора. В ряде случаев пов-сть платинового терморезистора используют как катализатор. Величинасвязана с числом молейМ окислившегося компонента и тепловым эффектомсоотношением:, где k-коэф., учитывающий потери тепла, зависящие от конструкции прибора.

Магнитные газоанализаторы. Этот тип применяют для определения О 2 . Их действие основано на зависимости магнитной восприимчивости газовой смеси от концентрации О 2 , объемная магнитная восприимчивость которого на два порядка больше, чем у большинства остальных газов. Такие газоанализаторы позволяют избирательно определять О 2 в сложных газовых смесях. Диапазон измеряемых концентраций 10 -2 - 100%. Наиболее распространены магнитомех. и термомагн. газоанализаторы.

В магнитомеханических газоанализаторах измеряют силы, действующие в неоднородном магн. поле на помещенное в анализируемую смесь тело (обычно ротор).

Более точны газоанализаторы, выполненные по компенсационной схеме. В них момент вращения ротора, функционально связанный с концентрацией О 2 в анализируемой смеси, уравновешивается известным моментом, для создания которого используются магнитоэлектрич. или электростатич. системы. Роторные газоанализаторы ненадежны в промышленных условиях, их сложно юстировать.

Пневматические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости плотности и вязкостигазовой смеси от ее состава. Изменения плотности и вязкости определяют измеряя гидромех. параметры потока. Распространены пневматические газоанализаторы трех типов.

Газоанализаторы с дроссельными преобразователями измеряют гидравлич. сопротивление дросселя (капилляра) при пропускании через него анализируемого газа. При постоянном расходе газа перепад давления на дросселе - ф-ция плотности (турбулентный дроссель), вязкости (ламинарный дроссель) или того и другого параметра одновременно.

Струйные газоанализаторы измеряют динамич. напор струи газа, вытекающего из сопла. Их используют, например, в азотной промышленности для измерения содержания Н 2 в азоте (диапазон измерения 0-50%), в хлорной промышленности - для определения С1 2 (0-50 и 50-100%). Время установления показаний этих газоанализаторов не превышает неск. секунд, поэтому их применяют также в газосигнализаторах довзрывныхконцентраций газов и паров некоторых в-в (напр., дихлорэтана, винилхлорида) в воздухе пром. помещений.

Инфракрасные газоанализаторы. Их действие основано на избйрательном поглощении молекулами газов и паров ИК-излучения в диапазоне 1-15 мкм. Это излучение поглощают все газы, молекулы к-рых состоят не менее чем из двух различных атомов. Высокая специфичность молекулярных спектров поглощения различных газов обусловливает высокую избирательность таких газоанализаторов и их широкое применение в лабораториях и промышленности. Диапазон измеряемыхконцентраций 10 -3 -100%. В дисперсионных газоанализаторах используют излучение одной длины волны, полученное с помощью монохроматоров (призмы, дифракц. решетки). В недисперсионных газоанализаторах, благодаря особенностям оптич. схемы прибора (применению светофильтров, спец. приемников излучения и т.д.), используют немонохроматич. излучение.

Ультрафиолетовые газоанализаторы. Принцип их действия основан на избирательном поглощении молекулами газови паров излучения в диапазоне 200-450 нм. Избирательность определения одноатомных газов весьма велика. Двух- и многоатомные газы имеют в УФ-области сплошной спектр поглощения, что снижает избирательность их определения. Однако отсутствие УФ-спектра поглощения у N 2 , O 2 , СО 2 и паров воды позволяет во многих практически важных случаях проводить достаточно селективные измерения в присут. этих компонентов. Диапазон определяемыхконцентраций обычно 10 -2 -100% (для паров Hg ниж. граница диапазона 2,5-10 -6 %).

Ультрафиолетовые газоанализаторы применяют гл. образом для автоматического контроля содержания С1 2 , О 3 , SO 2 , NO 2 , H 2 S, C1O 2 , дихлорэтана, в частности в выбросах промышленных предприятий, а также для обнаружения паров Hg, реже Ni (СО) 4 , в воздухе помещений.

Люминесцентные газоанализаторы. Вхемилюминесцентных газоанализаторах измеряют интенсивностьлюминесценции, возбужденной благодаря химической реакции контролируемого компонента с реагентом в твердой, жидкой или газообразной фазе. Пример - взаимод. NO с О 3 , используемое для определения оксидов азота:

N0 + 0 3 -> N0 2 + + 0 2 -> N0 2 + hv + 0 2

Фотоколориметрические газоанализаторы. Эти приборы измеряют интенсивность окраски продуктов избират. р-ции между определяемым компонентом и специально подобранным реагентом. Реакцию осуществляют, как правило, в растворе (жидкостные газоанализаторы) или на твердом носителе в виде ленты, таблетки, порошка (соотв. ленточные, таблеточные, порошковые газоанализаторы).

Фотоколориметрич. газоанализаторы применяют для измерения концентраций токсичных примесей (напр.,оксидов азота, О 2 , С1 2 , CS 2 , O 3 , H 2 S, NH 3 , HF, фосгена, ряда орг. соед.) в атмосфере пром. зон и в воздухе пром. помещений. При контроле загрязнений воздуха широко используют переносные приборы периодического действия. Большое число фотоколориметрич. газоанализаторов применяют в качестве газосигнализаторов.

Электрохимические газоанализаторы . Их действие основано на зависимости между параметром электрохим. системы и составом анализируемой смеси, поступающей в эту систему.

В кондуктометрических газоанализаторах измеряется электропроводность р-ра при селективном поглощении им определяемого компонента. Недостатки этих газоанализаторов - низкая избирательность и длительность установления показаний при измерении малых концентраций. Кондуктометрические газоанализаторы широко применяют для определения О 2 , СО, SO 2 , H 2 S, NH 3 и др.

Ионизационные газоанализаторы. Действие основано на зависимости электрической проводимости газов от их состава. Появление в газе примесей оказывает дополнительное воздействие на процесс образования ионов или на их подвижность и, следовательно, рекомбинацию. Возникающее при этом изменение проводимости пропорционально содержанию примесей.

Все ионизационные газоанализаторы содержат проточную ионизац. камеру, на электроды которой налагают определенную разность потенциалов. Эти приборы широко применяют для контроля микропримесей в воздухе, а также в кач-ве детекторов в газовых хроматографах.

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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).

Анализ смесей газов с целью установления их качественного и количественного состава, называют газовым анализом .

Приборы, при помощи которых производят газовый анализ, называют газоанализаторами. Они бывают ручного действия и автоматические. Среди первых наиболее распространены химические абсорбционные, в которых компоненты газовой смеси последовательно поглощаются различными реагентами.

Автоматические газоанализаторы измеряют какую-либо физическую или физико-химическую характеристику газовой смеси или её отдельных компонентов.

В настоящее время наиболее распространены автоматические газоанализаторы. По принципу действия они могут быть разделены на три основных группы.

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.

Каждый из упомянутых методов имеет свои плюсы и минусы, описание которых займет немало времени и места, и выходит за рамки данной статьи. Производителями газоанализаторов в настоящее время используются практически все из перечисленных методов газового анализа, но наибольшее распространение получили электрохимические газоанализаторы, как наиболее дешевые, универсальные и простые. Минусы данного метода: невысокая избирательность и точность измерения; небольшой срок службы чувствительных элементов, подверженных влиянию агрессивных примесей.

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).

Классификация по функциональным возможностям.

Индикаторы - это приборы, которые дают качественную оценку газовой смеси по наличию контролируемого компонента (по принципу «много - мало»). Как правило, отображают информацию посредством линейки из нескольких точечных индикаторов. Горят все индикаторы - компонента много, горит один - мало. Сюда же можно отнести и течеискатели. При помощи течеискателей, снабженных зондом или пробоотборником, можно локализовать место утечки из трубопровода, например, газа-хладагента.
Сигнализаторы также дают весьма приблизительную оценку концентрации контролируемого компонента, но при этом имеют один или несколько порогов сигнализации. При достижении концентрацией порогового значения, срабатывают элементы сигнализации (оптические индикаторы, звуковые устройства, коммутируются контакты реле).
Вершина эволюции приборов газового анализа (не считая хроматографов, которые мы рассматриваем) - это непосредственно газоанализаторы . Данные приборы не только дают количественную оценку концентрации измеряемого компонента с индикацией показаний (по объему или по массе), но и могут быть снабжены любыми вспомогательными функциями: пороговыми устройствами, выходными аналоговыми или цифровыми сигналами, принтерами и так далее.

Классификация по конструктивному исполнению.

Как и большинство контрольно-измерительных приборов, приборы газового анализа могут иметь разные массогабаритные показатели и режимы работы. Этими свойствами и обуславливается разделение приборов по исполнению. Тяжелые и громоздкие газоанализаторы, предназначенные, как правило, для длительной непрерывной работы, являются стационарными. Менее габаритные изделия, которые могут быть без особого труда перемещены с одного объекта на другой и достаточно просто запущены в работу - переносные. Совсем маленькие и легкие - портативные.

Классификация по количеству измеряемых компонентов.

Газоанализаторы могут быть сконструированы для анализа сразу нескольких компонентов. Причем анализ может производиться как одновременно по всем компонентам, так и поочередно, в зависимости от конструктивных особенностей прибора.

Классификация по количеству каналов измерения.

Приборы газового анализа могут быть как одноканальными (один датчик или одна точка отбора пробы), так и многоканальными. Как правило, количество каналов измерения на один прибор бывает от 1 до 16. Следует отметить, что современные модульные газоаналитические системы позволяют наращивать количество каналов измерения практически до бесконечности. Измеряемые компоненты для разных каналов могут быть как одинаковыми, так и различными, в произвольном наборе. Для газоанализаторов с датчиком проточного типа (термокондуктометрические, термомагнитные, оптико-абсорбционные) задача многоточечного контроля решается при помощи специальных вспомогательных устройств - газовых распределителей, которые обеспечивают поочередную подачу пробы к датчику из нескольких точек отбора.

Классификация по назначению.

К сожалению, невозможно создать один универсальный газоанализатор, с помощью которого можно бы было решать все задачи газового анализа. Как невозможно, к примеру, сделать одну линейку для измерения и долей миллиметра, и десятков километров. А ведь газоанализатор - это многократно более сложный измерительный прибор, нежели линейка. Контроль разных газов, в разных диапазонах концентраций, производится по-разному, посредством различных методов и способов измерения. Поэтому производителями конструируются и выпускаются приборы для решения конкретных задач измерения. Основные такие задачи: контроль атмосферы рабочей зоны (безопасность), контроль промышленных выбросов (экология), контроль технологических процессов (технология), контроль загрязнения атмосферы жилой зоны (экология), контроль выхлопных газов автомобилей (экология и технология), контроль выдыхаемого человеком воздуха (алкоголь)... Отдельно можно назвать контроль газов в воде и др. жидкостях. В каждом из указанных направлений можно выделить еще более узко специализированные группы приборов. А можно и укрупнить их для сздания более крупных групп приборов газового анализа.

Газоанализатор – это измерительный прибор, предназначенный для определения концентрации определенных компонентов в газовых смесях. Он может работать в ручном или автоматическом режиме. Результат измерений выражается в процентном соотношении концентрации или просто сообщается о критическом превышении установленной нормы определенного вещества в воздухе или другой газовой среде. Устройство предназначено для измерения содержания отдельного компонента и не может реагировать на превышение концентрации другого.

Разновидности устройств по функциональным возможностям

Газоанализаторы разделяют на несколько видов в зависимости от их функционального предназначения. Они производятся в виде:

Индикатора.
Течеискателя.
Сигнализатора.

Приборы индикаторного типа предназначены для кратковременного измерения с целью определения концентрации определенного компонента в газовой среде. Такие устройства зачастую представлены переносными портативными моделями.

Газоанализаторы в виде течеискателей также являются портативными. Они предназначены для поиска течи в газовых трубах. С помощью такого устройства можно точно определить поврежденный участок, через который осуществляется утечка в атмосферу. Прибор работает практически по принципу индикатора, но анализирует не общий объем газа в помещении, а охватывает ограниченное пространство вокруг чувствительного элемента. Прикладывая прибор к трубе, осуществляется сканирование газа вокруг ее стенок с целью выявления участка, где превышение концентрации будет максимальным.

Зачастую такие приборы оснащаются взрывозащищенным корпусом, что исключает образование искры способной воспламенить среду, если идет анализ повреждения труб с горючими газами. Течеискатели часто можно встретить у работников жилищных управляющих компаний, которые проверяют герметичность подключения , и к трубам. Это компактные и легкие приборы, позволяющие осуществлять анализ воздуха на наличие примесей природного газа за считанные секунды.

Газоанализаторы в виде сигнализаторов осуществляют непрерывный анализ состава газовой среды. Они представлены стационарным оборудованием, которое закрепляется неподвижно. При получении данных с превышением допустимых показателей прибор сигнализирует об этом на пульт управлении, в результате чего осуществляется звуковой или световой сигнал. Пульт управления может автоматически перекрыть подачу газа или включить дополнительную вентиляцию.

Существуют анализаторы, которые оснащены собственным световым и звуковым оборудованием для сообщения об опасности. Отдельные устройства идут в комплекте с электроклапаном, который при срабатывании прибора перекрывает трубу. При этом автоматические процессы происходят без участия пульта управления, что позволяет отказаться от его использования.

Виды газов, на которые реагируют анализаторы

Газоанализатор может иметь разнообразную конструкцию, которая реагирует на любое газовое вещество. К самым востребованным устройствам относятся приборы, которые откалиброваны для измерения концентрации следующих видов газов:

Сероводород.
Пропан.
Метан.
Окись углерода.
Кислород.
Диоксид серы и пр.

Бытовой газоанализатор

Согласно требованиям законодательства, газоанализаторы устанавливаются в обязательном порядке на промышленных объектах, а также котельных. В помещениях, где работают отопительные системы, применяются приборы, которые анализируют концентрацию углекислоты, а также горючего газа. На производстве, где существует риск выброса других разновидностей газа, также устанавливаются анализаторы, реагирующие на подобные вещества. В бытовых помещениях наличие подобного оборудования необязательно. При этом использование газоанализаторов существенно повышает безопасность. Предлагаемое производителями оборудование для бытовых помещений не требует подключения к пульту управления. Это снижает затраты на оснащение помещения чувствительными датчиками и системами управления.

В домашних помещениях применяется два типа оборудования – для горючих и угарных газов. Приборы, которые реагируют на горючие смеси, устанавливаются в тех помещениях, где имеются потребители газа. Такие устройства являются стационарными. Они закрепляются на стене вблизи с возможным источником утечки, и с помощью проводов соединяются с электроклапаном, установленным на выходе газовой трубы или на выходе баллона. При превышении допустимой концентрации газа устройство подаст звуковой и световой сигнал, а также даст команду электроклапану перекрыть подачу.

Более распространенными являются бытовые устройства, реагирующие на угарный газ. Его образование происходит при горении обычного газа, дров, угля и любых других предметов. Подобные устройства при обнаружении превышения концентрации окиси углерода выдают звуковой и световой сигнал. При наличии принудительной вентиляции, прибор подсоединяется к ее управлению. Он включает вытяжку, что осуществляет обновление воздуха в помещении. Если устройство устанавливается в помещении с современным отопительным котлом, то срабатывание датчика приводит к перекрытию подачи кислорода в камеру сгорания. Это позволяет прекратить горение и предотвратить увеличение концентрации угарного газа.

Бытовые устройства работают непрерывно. Частота анализа воздуха в помещении осуществляется с периодичностью 5-60 секунд. Перед тем как концентрация опасных веществ в воздухе достигнет критического уровня, бытовой газоанализатор издает предупредительные сигналы, сообщающие о значительном увеличении опасных веществ. Это позволяет заранее среагировать и устранить проблему до того как сработает аварийный сигнал и последует запуск автоматических процессов.

Зачастую бытовой газоанализатор является комбинированным и имеет чувствительные датчики, которые реагируют на несколько веществ. Обычно это три компонента – метан, пропан-бутан и оксид углерода.

Подобные устройства будут уместными для установки в следующих помещениях:

В квартирах и домах.
Гаражах.
Котельных.
Хранилищах баллонов с газом.

Разновидности газоанализаторов в зависимости от физических принципов работы

В зависимости от физического принципа, по которому осуществляется анализ газовой среды для выявления отдельных компонентов, существует больше 10 разновидностей газоанализаторов. Не существует полностью универсальной конструкции, которая бы позволяла анализировать состав любых смесей. Для одних разновидностей газов используется один физический принцип, в то время как для других он не действенный или небезопасный.

Выделяют следующие популярные виды газоанализаторов:

Термокондуктометрические.
Пневматические.
Магнитные.
Инфракрасные.
Ионизационные.
Ультрафиолетовые.
Люминесцентные.

Термокондуктометрические реагируют на теплопроводность смеси. Данные устройства анализируют насколько эффективно осуществляется передача температуры в газовой среде. Подобное оборудование подходит в тех случаях, когда уровень теплопроводности у основного газа и примесей, которые нужно выявить, существенно отличается.

Пневматические анализируют вязкость смеси, которая присутствует в помещении. Данные приборы не имеют электрических компонентов, поэтому их можно использовать на взрывоопасных объектах. Механические элементы прибора не создают искру, поэтому риск воспламенения газа исключается.

Магнитный газоанализатор используется для анализа кислорода. Подобные приборы используются в различных высокотехнологических механизмах, в которых проводится подготовка газовой смеси для сжигания. По данному принципу работает лямбда-зонд, который монтируется в выхлопной системе современных автомобилей. Устройство определяет концентрацию кислорода в выхлопных газах, что позволяет оценить, насколько эффективно прогорело топливо.

Инфракрасные облучают газовую среду инфракрасными лучами, после чего чувствительные датчики реагируют на уровень поглощения молекулами вещества излучаемого света. Такие устройства имеют взрывозащищенный корпус, поэтому часто используются с взрывоопасными веществами. По данному принципу работает значительная доля лабораторного и промышленного оборудования.

Ионизационный газоанализатор проверяет электропроводимость и ионизованных газов. При наличии примесей электропроводимость отличается, что фиксируется прибором и отображается в процентном выражении концентрации. Подобные устройства могут работать только с теми газами, которые не могут воспламеняться.

Ультрафиолетовые работают по схожему принципу с инфракрасными, за тем исключением, что осуществляют облучение ультрафиолетовыми лучами. Данные приборы также анализируют интенсивность поглощения молекулами измеряемой среды направленных на них лучей.

Люминесцентный газоанализатор измеряет люминесцирующие свойства газов. Эти свойства отличаются в зависимости от концентрации определенных примесей. Данные устройства являются не столь распространенными, поскольку существуют намного более простые технологии производства оборудования, работающие по другому принципу, которые позволяют получить данные с такой же точностью, но с меньшими затратами на изготовление анализатора.

Бывает также прочее оборудование, работающее по другим физическим принципам. Оно является менее распространенным, поскольку затратное в производстве, или требует обслуживания. Зачастую подобные газоанализаторы работают по химическому принципу и требуют заправки приборов реагентами, которые после израсходования нужно доливать. Такие приборы применяются для специфических газов, которые другими способами не анализируются.