Методы измерения, применяемые в газоанализаторах

ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ - приборы, измеряющие содержание (концентрацию) одного или нескольких компонентов в газовых смесях.

В Едином государственном реестре средств измерений зарегистрировано 168 производителей газоаналитического оборудования, из них российские производители составляют 62% (104 производителя). Основная масса отечественных фирм – производителей это маленькие компании, работающие на свой регион или производящие приборы под одну – две больших местных компании – потребителя. На рынках практически всех регионах присутствуют несколько мировых лидеров по производству газоаналитической техники, такие как BW Technologies, Drager, MSA Auer, OLDHAM, Testo. Из отечественных производителей выделяется «Аналитприбор» - его присутствие и лидерство на рынке, на сегодня, неоспоримо. При рассмотрении более узких специализаций можно выделить другие Российские копании: анализ летучих органических соединений – «Хромдет – Экология», анализ отходящих газов – «ЭкоМон», анализаторы для газовых хозяйств – «Фармэк» (Белоруссия), приборы экологического мониторинга – «Оптэк» и так далее.

Как правило, при разработке газоанализатора производители ориентируются на специфические требования, выдвигаемые потребителями, а они разные и зависят от области применения газоанализатора. При этом некоторые типы газоанализаторов находят применения сразу в нескольких областях. Современная промышленность, насыщенная высокотехнологичными решениями, нуждается в максимально точном контроле, где обеспечение безопасности персонала – первоочередная задача. Для выполнения данной задачи применяются различные контроллеры, одним из видов которых являются газоанализаторы (газосигнализаторы). Эти приборы призваны измерять концентрацию определенных компонентов в газовых смесях.

Конструктивно, как правило, газоанализатор состоит из следующих основных элементов: первичный преобразователь (датчик чувствительности), который с помощью различных методов измерений преобразовывает газовую концентрацию в измеряемый электрический сигнал; измерительно-показывающий модуль, обрабатывающий полученный сигнал, сравнивающий его с определенными пороговыми значениями и затем выводящий результат на цифровой индикатор;

Приборы различаются по области применения и способу установки. Это зависит от условий и задач эксплуатации. Так, помимо общепромышленного использования, аппараты могут применяться в сфере повышенной взрывоопасности (бурение нефтегазовых скважин) и в специальных условиях (шахтовые, морские). Исходя из этого, газоанализаторы бывают стационарные и переносные (портативные). Первые (стационарные) ведут постоянное автоматическое отслеживание концентрации газов (паров) и в случае превышения заданного порога подают все виды сигналов, а также могут сами включить вентиляцию и другие системы безопасности. Вторые (переносные, персональные), прежде всего, обеспечивают личную безопасность. Они ведут непрерывное измерение содержания газовых смесей непосредственно на месте нахождения работника.

Методы измерения.

Термокаталитический - один из самых дешевых типов анализаторов. Принцип действия заключается в окислении углеводородов на каталитически активном элементе. Концентрация газа измеряется по пропорциональности выделяющегося тепла к содержанию углеводородов. Низкий диапазон стоимости.

Электрохимический - осуществляет измерение путем прохождения электрического тока через растворы электролитов, контактирующие с анализируемым газом. Основное предназначение – отличное обнаружение токсичных газов. Средний диапазон стоимости.

Полупроводниковый - работают по принципу изменения поверхностного сопротивления полупроводникового материала в результате воздействия на него газа. В качестве измерителя их использование малоэффективно, т. к. высока погрешность измерений. Тем не менее это отличный течеискатель горючих или токсичных газовых смесей. Низкий диапазон стоимости.

Оптический - имеет высокую чувствительность и точность измерения. Принцип действия основан на способности молекул газов избирательно поглощать инфракрасное излучение. Данные приборы работают в широком диапазоне газовых концентраций. Могут работать с перегрузками. Диапазон стоимости выше среднего.

Фотоколориметрический - действие указанных приборов основано на цветных избирательных реакциях между реактивом-индикатором в растворе, на ленте или специальном порошке и анализируемым компонентом газовоздушной смеси. При этом мерой концентрации определяемого компонента является интенсивность окраски образующихся продуктов реакции. Фотоколориметрические газоанализаторы обладают достаточно высокой чувствительностью и избирательностью, что достигается выбором характерного химического реактива, используемого для приготовления индикаторного средства.

Ионизационный - ионизационный способ газового анализа основан на зависимости ионного тока, возникающего в процессе ионизации исследуемого газа, от содержания, контролируемого компонента. Из известных способов ионизации газов (ионизация пламенем, тлеющим разрядом, радиоактивным излучением и облучением коротковолновым светом) при разработке газоанализаторов наиболее часто используют ионизацию пламенем и радиоактивное излучение.

Оптико-акустический. Оптико-акустический метод основывается на следующем физическом явлении. Если газ, способный поглощать инфракрасные лучи, поместить в закрытый объем, и подействовать влиянием потока инфракрасной энергии, то за некоторый промежуток времени газ нагревается до некоторой температуры, которая определяется условиями теплопередачи. Одновременно увеличивается также давление газа. Когда поток прерывается с некоторой частотой при помощи обтюратора, газ в закрытом объеме периодически нагревается и охлаждается, возникают колебания температуры и давления газа, которые могут быть восприняты чувствительным элементом газоанализатора.

Хемилюминесцентный и флуоресцентный. Принцип работы хемилюминесцентных газоанализаторов основан на измерении интенсивности люминесценции продуктов химической реакции определяемого компонента с реагентом, а флуоресцентных - на измерении интенсивности флуоресценции определяемого компонента под действием УФ-излучения.

Подвижность ионов. Принцип работы газоанализаторов основан на измерении подвижности ионов. Компоненты в анализируемой пробе могут быть предварительно разделены в хроматографической колонке, а затем молекулы пробы ионизируются и поступают в пролетный масс-спектрометр, в котором измеряется ионный ток разделенных во времени ионов по массе. Измеряемый ионный ток пропорционален концентрации каждого типа молекул в пробе.

В настоящее время в западных странах наблюдаются тенденции к миниатюризации переносных газоанализаторов. Методы измерения в основном оптический и полупроводниковый. Современные сенсоры (чувствительные элементы) приборов позволяют разместить их в любом гаджете (часы, смартфон и т.д.).