Barion Pixel

Villanyszerelők Lapja

Számítástechnika

A gázérzékelésről, a gázjelző rendszerekről II.

2005. március 1. | netadmin |  4216 | |

Az alábbi tartalom archív, 16 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A gázok koncentrációjának mérése A gázok egymástól jelentősen eltérő tulajdonságai miatt sokféle mérési eljárást vezettek be, elsősorban a félvezetőipar fejlődése és a fizikai kutatások eredményeként. Ennek köszönhetően ma már széles választékban állnak rendelkezésre mérőeszközök úgy mérési tartományukat, mint mérési elvüket és kivitelüket illetően. A különböző mérési feladatokban a gázok általában más-más koncentrációban vannak jelen, ezért az alkalmazott műszerek mérési tartománya, érzékenysége és a gáz fajtájától függően a mérés elve is más. A méréshez villamos mérőműszereket alkalmaznak. A koncentrációmérésnél használt érzékelőknek az a feladata, hogy a koncentrációval arányos villamos jelet szolgáltassanak, amelyet egy kiértékelő műszer fogad és leolvasható jelzéssé alakít, s adott esetben hang- és fényjelzés kísér. Érzékelési technika Az alábbi ábra a gázfajták jelzésére alkalmas érzékelők érzékelési tartományát szemlélteti. Éghető gőzök/gázok általában: hidrogén, metán, benzingőz, etilalkohol stb.Mérgező gázok: H2S, SOx, HCl, Cl, CO stb. 1.táblázat 2.táblázat A felsoroltakon kívül van még többfajta elven történő mérési eljárás (lángionizációs, infravörös stb.), azonban e helyen csak hármat részletezünk.1. Félvezetős érzékelők Az érzékelőelem nagy felületű hordozóra felvitt félvezető anyag. Ha ezen a felületen éghető, vagy bizonyos toxikus gázok adszorbeálódnak, akkor a félvezető vezetőképessége megváltozik. A folyamat sebességének növelése érdekében a felületet fűteni szükséges (200-400°C). Ez a közepes vagy jó érzékenységű érzékelőtípus kölcsönös keresztérzékenységet mutat valamennyi gázra. Nem lineáris jelleggörbéjét elektromos áramkör kompenzálja. A mutatott érték nagymértékben hőmérséklet- és légnedvességfüggő. Szerkezeti felépítése a következő: a mérőelemet az egyik homloklapján drótszövethálóval ellátott házban helyezik el. Maga az érzékelőelem általában alumínium hengeren lévő porkohászati eljárással (szinterezett) fémoxid (ón, cin vagy vas) filmből áll, amelyet körülvesz egy fűtőszál. Két aranyozott elektródát helyeznek az eloxált hengerek végéhez. A mérési eljárás feltalálója Taguchi a japán Figaro cégnél, ezért TGS-nek (Taguchi Gas Sensor) nevezik mind a mai napig ezt a fajtát. 1. ábra Félvezetős érzékelőelem 2. Katalitikus érzékelő Működési elve az éghető gáznak egy elektromosan fűtött katalitikus elem felületén történő elégetésén alapul. Ezt az érzékeny elemet bead-nek (gyöngy) vagy pellisztornak nevezzük. Az éghető gáz/gőz érzékelők jelentős része (és most már egyre inkább a kereskedelmi és háztartási hasznosítású is) ezen az alapelven működik. 2. ábraKatalitikus érzékelőelem Az érzékelő két spirális platina fűtőszálból áll, melyek mindegyike kerámia réteggel (alumíniumoxid) van bevonva, és ezek elektromosan hídban kapcsolódnak egymáshoz. A gyöngyök vagy pellisztorok egyikének bevonata speciális platina vagy palládium katalizátort tartalmaz, mely elősegíti az oxidációt (mérőelem), míg a másik nincs kezelve (referenciaelem). A pellisztor egy igen pici, nagy felületű szivacsként képzelhető el. Az áram keresztülhalad a spirálokon és így lehetővé teszi azon hőmérséklet elérését, amelyen a gáz oxidációja végbemegy (mintegy 500oC-s) láng nélküli égés formájában. Amikor az éghető gáz elég az érzékelőben, a felület kezelt pellisztor hőmérséklete megnő. A nem kezelt pellisztor hőmérséklete ugyanakkor nem változik, és ennek következtében a hídáramkör egyensúlya felbillen. Ezt az áramváltozást könnyen és pontosan lehet mérni, mivel az áramváltozás a gázkoncentrációval gyakorlatilag lineárisan arányos. A külső környezeti hatások, úgymint a hőmérséklet, páratartalom és nyomás változásai mind a két "gyöngyöt" (a szenzort és a referenciaelemet) egyaránt érik, ezáltal a hídban nem lesz kiegyenlítetlenség. Ez kölcsönzi ennek az érzékelő-típusnak azt a tulajdonságot, hogy pontos mérést tegyen lehetővé nagyon szélsőséges környezeti körülmények között is. A kész érzékelő-elemeket párba válogatva szerelik össze. Érdekességképpen megemlítendő, hogy a mai korszerű gyártástechnológiának köszönhetően már 4000 m2/g fajlagos felületű pellisztort is gyártanak. A katalitikus érzékelő az éghető gázok széles körének mérésére alkalmas az alsó robbanási határig terjedő koncentráció mellett, tekintve, hogy karakterisztikája 10%-100% ARH között lineáris. A válaszidő a mérendő gáz fajtájától függ: minél nagyobb a gázmolekula súlya vagy mérete, annál hosszabb a válaszidő. A gyártók jellemző adatként minden érzékelőhöz megadják annak T90-es értékét. Ez arra utal, hogy az érzékelő hány másodperc elteltével jelzi a tényleges koncentráció 90%-át. Amennyiben egy katalitikus érzékelőt a felső robbanási határ fölötti gázkoncentrációnak teszünk ki, érzékenységét elveszítve néhány perc után tönkre mehet. Célszerű ezért mindig az ajánlott koncentrációjú mintagázokat alkalmazni az időszakos karbantartás vagy üzembe helyezés során. Az idő előrehaladtával a legkiválóbb katalizátorok is fokozatosan elvesztik aktivitásukat. Ez bekövetkezhet a kerámia kristályszerkezetének módosulása által vagy az aktív felület csökkenése, a pórusok elzáródása következtében. Normál üzemi körülmények között azonban a pellisztoros érzékelő sok éven át működik (akár 5 éven túl is). Működése során folyamatosan veszít egy keveset érzékenységéből, jellegzetesen 10-20 %-t évente. Ezért ellenőrizendő és újra beállítandó minden 6-12 havi időszakos karbantartással. A katalitikus érzékelők alkalmazhatóságának azonban vannak korlátai. A katalitikus érzékelők jeladóképességét megváltoztathatja néhány anyag, amelyek befolyásolják élettartamukat és érzékenységüket is. Ezek két kategóriára oszthatók: gátló (inhibitor) anyagok és mérgek. A gátlóanyagok olyan vegyületek, amelyek az érzékelő átmeneti érzékenységvesztését okozzák. Az érzékenység részlegesen vagy teljes mértékben visszaállítható friss levegőn történő hosszabb-rövidebb üzemeltetéssel. A legismertebb gátlóanyagok közül megemlíthetjük a H2S-t, a klórt, a klór tartalmú szénhidrogéneket és általában a halogénes vegyületeket. A katalizátorméreg tartós érzékenység-csökkenést okozhat, sőt, az érzékelőt teljesen tönkre is teheti. Ezek közé tartoznak a szilikonvegyületek, fémtartalmú etilezett benzin és a pigmenttartalmú festékek. 3. Elektrokémiai cellás érzékelők Ez az érzékelőfajta toxikus gázok és oxigén koncentrációjának mérésére alkalmas, míg az éghető gázokkal kapcsolatban felhasználása korlátozott. A cella gázáteresztő membránt, elektródákat és a cellát kitöltő elektrolitot tartalmaz. Ez utóbbi lehet folyékony vagy gél állapotban, és újabban szilárd formában is (száraz cella). A belépő gáz, átdiffundálva a membránon, az elektródákra kapcsolt polarizáló feszültség hatására vegyi folyamatot indít el, mely a gázkoncentrációval egyenes arányban álló elektromos áramot hoz létre. Az ilyen érzékelőknek igen kicsiny feszültségre van szükségük és lineárisak, pontosak, szelektívek és nagyon érzékenyek, viszont a környezeti hatásokra általában kényesek. Képesek detektálni igen kicsiny, milliomod nagyságú értéket is általában 30-60 másodperc válaszidő mellett. Alacsony hőmérséklet vagy páratartalom csökkentheti a detektor érzékenységét. Kiválóan alkalmas hordozható műszerek számára. 2. ábraElektrokémiai cella Az elektrokémiai érzékelő élettartama általában 2-4 év. Nyilvánvaló, hogy az élettartam függ a mérendő gáz koncentrációjától, miután az elektródot vagy az elektrolitot a fent említett kémiai reakció elfogyasztja. Hidrogén és CO koncentrációt lehet vele mérni az ARH-ig és oxigént 25 térf.%-ig. A gyakorlatban az elektródok alkalmas megválasztásával minden mérgező gázhoz egyedi érzékelőt gyártanak. Érzékelőfajták, központok Maga az érzékelőelem kis méretű, sérülékeny, ezért azt egy alkalmas tokozatban helyezik el, amely a szükséges elektronikai áramkört is tartalmazza a bekötésre szolgáló sorkapoccsal együtt. A mérőrendszerek telepített vagy hordozható kivitelűek lehetnek. Célunk a továbbiakban a telepített berendezések ismertetése. Az előzőekben vázolt mérési eljárások felhasználásával a gyakorlatban olyan rendszerek terjedtek el, amelyeknél magában az érzékelőben 2 vagy 3 jelzési szint gyárilag előre be van állítva, és olyanok, amelyeknél az érzékelő a jelzőközpont számára 4-20 mA-s áramjelet szolgáltat. Terjednek a kompakt mérőkészülékek, főleg a szén-monoxid jelzés területén. Ezek a készülékek tulajdonképpen dózismérők, vagyis alacsony koncentráció megjelenése esetén hosszabb idő elteltével, ám növekvő koncentrációnál egyre rövidebb időn belül adnak riasztójelzést. Míg az előre beállított jelzési szintű érzékelőkkel működő rendszerek csak az adott szint meghaladása esetében jeleznek (előjelzés, riasztás), addig a 4-20 mA-s analóg jelet szolgáltató érzékelők szélesebb körű szolgáltatást nyújtanak. Ezek az előnyök: a méréshatáron belül beállítható több, szabadon megválasztható jelzési szint, ezekhez a szintekhez külön vezérlések rendelhetők, a központon több kijelzési tartomány jeleníthető meg. Egyes központok kezelői beavatkozást nem igénylő működésre is beprogramozhatók, ezáltal teljesen autonóm üzemmódban működtethetők. 2. ábraElektrokémiai cella A tűzjelző berendezés-gyártók forgalomba hoztak olyan modulokat, melyekkel gázérzékelőket lehet a tűzjelző hálózathoz csatlakoztatni, ily módon a gázjelzéssel kapcsolatos jelzési-vezérlési feladatokat is a tűzjelző központ látja el. Létesítés Érzékelőket kell felszerelni valamennyi olyan térségben, ahol veszélyes gázkoncentráció alakulhat ki. Egy helyhez kötött gázérzékelő rendszert olyan módon kell kialakítani, hogy felügyelni lehessen a létesítménynek azon részeit vagy térségeit, amelyekben veszélyes gázok gyűlhetnek fel és ekképpen egészségi kockázat vagy veszélyhelyzet áll elő. A rendszernek képesnek kell lennie arra, hogy hallható illetve látható (vagy mindkét) riasztó jelet szolgáltasson a gáz felgyülemlésének úgy jelenlétéről, mint elhelyezkedéséről oly módon, hogy automatikus üzemben az alábbi intézkedéseket lehessen megtenni: a szellőztetés vezérlése, az érintett térségek biztonságos kiürítése. Az építőipar területén gázjelző berendezések létesítése gázüzemű kazánházak (metán) és mélygarázsok (szén-monoxid) esetében kerül előtérbe. Gépkocsitárolók Mélygarázsokban szinte kivétel nélkül minden esetben kötelező szén-monoxid érzékelő berendezést felszerelni, miután a munkahelyek kémiai biztonságáról intézkedő, már idézett rendelet előírásait eme építmények esetében is alkalmazni kell. Többszintes, nyilvános garázsok esetében számításba kell venni, hogy az első szintet feltehetően sokkal többen fogják igénybe venni, mint a mélyebben lévőket. A gépi szellőztetést ventilátorok végzik. Építészeti, tűzvédelmi és áramlástechnikai okokból egy garázs esetenként több, független szellőztetési szakaszra van osztva. Normál esetben a szellőzés keresztirányú, mert ezzel a megoldással jó téröblítés érhető el. Az egyenletesen elosztott szellőzőnyílások azt a célt szolgálják, hogy a garázs egyetlen helyén se lépjen fel a megengedettnél nagyobb károsanyag-koncentráció. A szellőztetés vezérlésénél a légtechnikai rendszer kialakítását, működését, a térkapcsolatokat is figyelembe kell venni. Az elszívó berendezés célszerű okból nem csak a kipufogógázok, hanem tűz során keletkező égéstermékek eltávolítására is alkalmas lehet.Az érzékelők elhelyezése, beállítás A jelzőhálózat létesítése során gondoskodni kell a kábelek, vezetékek mechanikai védelméről. Ajánlott szerelési mód: páncélozott kábel szabadon szerelve, vagy MT jelű vezeték, ill. tűzjelző kábel szabadon szerelt vastag falú műanyag csőben elhelyezve. A rézvezető keresztmetszete legalább 1 mm2 legyen. Amennyiben egyazon jelzővonalon több érzékelőt kell működtetni, úgy a csatlakozásokat megfelelő védettséget adó műanyag elágazó dobozokban, sorkapocs felhasználásával kell elkészíteni. Tekintettel arra, hogy ez a levegőnél kevéssel kisebb sűrűségű (p=0,97) gáz belélegzés útján kerül a szervezetbe, az érzékelőket ezért "orrmagasságban", vagyis padlószint fölött 1,50 - 1,70 m magasságban, lehetőleg tartópilléren kell elhelyezni. Az egy érzékelő által felügyelhető terület 100-300 m2, mely a tér geometriájától, tagoltságától, szellőzöttségének állapotától, az érzékelő tulajdonságaitól függ. A gyárilag beállított előjelzési és riasztási szintek gyártmánytól függően lehetnek, pl.: 100 ppm és 200 ppm, vagy 50, 100, 200 ppm értékűek. Az analóg működésű érzékelők 4-20 mA kimenőjelet szolgáltatnak, ami a jelzőközpont segítségével igény szerinti szintbeállítást tesz lehetővé. Sok esetben az alacsony előjelzési és riasztási szint indokolatlan vészjelzést generál. 50 vagy 100 ppm koncentráció gyakran létrejön egy induló, vagy járó motorral álló gépkocsi környezetében. A helyi feldúsulás a kipufogócső környezetében olykor 800-1000 ppm-et is elérhet. A mérhető koncentráció időben és térben változó, és arra jelentős befolyással van a szellőzöttség állapota is. Arra való tekintettel, hogy a már idézett rendelet CO-gáz esetében csúcskoncentrációnak CK=132mg/m3 (113ppm) értéket határozott meg, úgy beállítható szintek lehetőségét felkínáló berendezés esetében előjelzésnek 100 ppm-et, riasztásjelzésnek 200-250 ppm-et válasszunk. A több jelzési szintet kínáló gázjelző berendezés nyújtotta szolgáltatást kétfokozatú szellőzőberendezés esetében lehet előnyösen kihasználni. Az ellenőrzött területen az érzékelők térbeli elrendezését a szellőztető berendezés befújó és elszívó nyílásainak helye, az építészeti kialakítás és a várható járműforgalom határozza meg. Az eredményes működés érdekében ezért az érzékelőket nem szabad szellőzőnyílások közelében, közvetlenül a parkolóhelyek mögött, vagy közvetlenül a fő közlekedési utak fölött elhelyezni. Riasztáskor fényjelzőket (villogó feliratú táblák) - és esetenként eldöntendően hangjelzőket - kell működtetni. A fényjelzőket a garázs területén legfeljebb 400m2-enként, a fő közlekedési utak fölött, vagy falfelületen, de bárhonnan jól láthatóan, a hangjelzőket a hallhatóság szem előtt tartásával (járó motorú gépkocsiban ember is tartózkodhat) kell elhelyezni. A fényjelzők felirata a következő tartalmú legyen: "CO-VESZÉLY! A GARÁZST GYORSAN ELHAGYNI! MOTORT LEÁLLÍTANI!". Riasztás-jelzéskor meg kell akadályozni a garázsba történő behajtást is (bejárati lámpa tilos jelzésre való állításával, sorompó zárásával, vagy blokkolásával). Az állandó garázsfelügyelet helyiségében is kell lennie figyelmeztető jelzésnek. Amennyiben az érzékelőket előzőleg már beszerelték, de a helyiségben átmenetileg az ott üzemszerűen folyó tevékenységtől eltérő munkák folynak (felújítás, festés, hegesztés, takarítás, stb.) úgy az érzékelőket kikapcsolás után le kell szerelni, vagy olyan módon megvédeni, amely lég- és vízmentes zárásukat teszi lehetővé a munkák alatti behatások elkerülésére. Ellenkező esetben az érzékelők tönkremehetnek! Egyértelműen jelölni kell, hogy üzemen kívül vannak. A vizsgálatot, beszabályozást és a rendszeres karbantartást erre a célra szolgáló hiteles gázmintákkal szabad csak végrehajtani! Az érzékelő méréstartományát meghaladó, tartós behatás ugyancsak működésképtelenséget eredményezhet! Kazánházak A gáz és olajtüzelésű berendezésekről a gázenergiáról szóló 1969. évi VII. törvény és a végrehajtására vonatkozó 1/1977 (IV. 6.) NIM és a 11/1982 (VII. 18.) IpM sz. rendelet intézkedik. A gázérzékelő berendezés a használt gáz alsó robbanási határértékének 20 tf%-án hallható és látható módon adjon jelzést, és egyidejűleg kapcsolja be a vész-szellőztető berendezést, alsó robbanási határértékének 40 tf%-án szüntesse meg a teljes berendezés gázellátását, valamint hajtsa végre a helyiség villamos szempontból való leválasztását, kivéve a vész-szellőzést és vészvilágítást. A gáztüzelő berendezés helyiségén kívül kell telepíteni a berendezés leválasztó főkapcsolóját, a vészszellőző berendezés kapcsolóját és a gázjelző berendezés által működtetett részleválasztó kapcsolót. Ha a gázjelző berendezésnek az ellenőrzött térben lévő villamos szerelvényei nem robbanásbiztos kivitelűek, akkor az automatikus részleválasztásnak ezekre is ki kell terjednie. Ennek elkerülése érdekében a gázérzékelő robbanásbiztos kivitelű kell, hogy legyen. A vezetékeket és tartozékaikat a lehetőség szerint úgy kell létesíteni, hogy ne legyenek kitéve mechanikai sérülésnek, korróziónak, vegyi hatásoknak és hő hatásának. Ha az ilyen jellegű hatások elkerülhetetlenek, akkor védőintézkedéseket kell alkalmazni (pl. védőcsőben kell szerelni), vagy a kábel- és vezetéktípust kell megfelelően megválasztani. A mechanikai sérülés veszélyének csökkentése céljából többek között páncélozott, árnyékolt kábel, vezeték használható. Elterjedt típus az SZRMKVM-J jelű kábel. Kábelek és vezetékek csatlakoztatását azok típusának megfelelő kábelbevezetővel kell végezni. A falban a kábelek, vagy védőcsövek átvezetésére szolgáló nyílásokat hatékonyan tömíteni kell. A kábeleket, vezetékeket lehetőleg megszakítás nélkül kell vezetni. Az érzékelő vezetéke csak a térségen kívül elhelyezett szekrényben, sorozatkapcsok felhasználásával csatlakoztatható a gázjelző központ specifikációjában megjelölt kábelhez vagy vezetékhez. Az érzékelőt mindenkor a gyártó által előírt pozícióban kell felszerelni, mert csak így biztosítható annak helyes működése (pl. úgy, hogy a szenzor "lefelé nézzen"). Földgáz (metán) érzékeléséhez a detektor a mennyezettől mérve legfeljebb 20-30 cm távolságban lehet. Ez a követelmény az alkalmazott szerelőidom használatakor automatikusan teljesül. Kazánházban a berendezés felszerelését végezheti villanyszerelő, de az üzembe helyezés (majd a karbantartás is!) minden esetben erre jogosult, szakvizsgával rendelkező szakember feladata. Ő ugyanis írásos nyilatkozatot tesz a berendezés szabványosságáról, a megfelelő működésről. Az üzemeltető a garanciát csak a szabályosan üzembe helyezett és karban tartott berendezésre érvényesítheti Érzékelők vizsgálata, karbantartás A berendezés időszakos ellenőrzésére és beállítására nagy gondot kell fordítani. Ez a művelet alapvető fontosságú a rendszer megbízhatóságának megőrzése érdekében. Az ellenőrzést valamennyi érzékelőnél hiteles koncentrációjú mintagázzal végezzük. Hagyjunk mindig megfelelő hosszúságú időt a jelzések megjelenésének, a vezérlés létrejöttének. A rendszer jellemzőivel, sajátosságaival, az alkatrészek élettartamával stb. kapcsolatos észrevételeket gondosan jegyezzük le. TILOS ÉS KÁROS, ezért kerülni kell azt a gyakorlatot, amelyben az érzékelők működőképességéről cigarettafüsttel vagy pl.: öngyújtóból kiáramló gázzal kívánnak meggyőződni. Ennek a teljesen szakszerűtlen beavatkozásnak eredményeként szinte biztosan számíthatunk az érzékelők használhatatlanná válására. Nem éri meg próbálkozással kockára tenni az érzékelők épségét! Gondoljunk arra, hogy a szén-monoxid érzékelő milliomod résznyi koncentrációt kell érzékeljen. Újonnan telepített rendszer üzembe helyezését követően az ellenőrzést, szükség esetén a beállítást a legtöbb gyártmány esetében nagyobb gyakorisággal kell végrehajtani. Katalitikus érzékelőknél a kezdeti időszakban 2-3 hetes időközökben szükséges a nullpontot ellenőrizni. Egy-egy üzemi periódus két ellenőrzés között pedig ne legyen 6 hónapnál hosszabb. Az az időintervallum, mely szerint az ellenőrzést el kell végezni, különböző tényezőktől függ, beleértve az alkalmazott érzékelési technikát, az üzemeltetés alatt fennálló környezeti körülményeket. Általános gyakorlat és a gyártók előírása szerint az újra beállítás gyakorisága 6 hónap. A korszerű érzékelőkben működő mikroprocesszor viszont folyamatos önellenőrzést (nullpontállítás, linearizálás), valamint digitális szűrést (analóg értékek integrálása) hajt végre, ezért ezeknél utánállítás nem szükséges, de egyeseknél nem is lehetséges. A vizsgálat ekkor csupán a jelzési szintek ellenőrzésére kell korlátozódjon.Végszó Cikksorozatunkban áttekintettük a gázok mibenlétét, röviden foglalkoztunk az éghető és a mérgező gázok tulajdonságaival, a jelzésükre alkalmas legelterjedtebb érzékelő-fajtákkal, és kitértünk a gázjelző berendezések létesítésével, szerelésével kapcsolatos kérdésekre. Csak egy szakszerűen felszerelt és üzembe helyezett, majd hosszú működése során megfelelően karbantartott berendezés szolgálja azt a biztonságot, amelynek elérése érdekében került sor felszerelésére.


A gázok koncentrációjának mérése
A gázok egymástól jelentősen eltérő tulajdonságai miatt sokféle mérési eljárást vezettek be, elsősorban a félvezetőipar fejlődése és a fizikai kutatások eredményeként. Ennek köszönhetően ma már széles választékban állnak rendelkezésre mérőeszközök úgy mérési tartományukat, mint mérési elvüket és kivitelüket illetően. A különböző mérési feladatokban a gázok általában más-más koncentrációban vannak jelen, ezért az alkalmazott műszerek mérési tartománya, érzékenysége és a gáz fajtájától függően a mérés elve is más. A méréshez villamos mérőműszereket alkalmaznak.
A koncentrációmérésnél használt érzékelőknek az a feladata, hogy a koncentrációval arányos villamos jelet szolgáltassanak, amelyet egy kiértékelő műszer fogad és leolvasható jelzéssé alakít, s adott esetben hang- és fényjelzés kísér.

Érzékelési technika
Az alábbi ábra a gázfajták jelzésére alkalmas érzékelők érzékelési tartományát szemlélteti.
Éghető gőzök/gázok általában: hidrogén, metán, benzingőz, etilalkohol stb.

Mérgező gázok: H2S, SOx, HCl, Cl, CO stb.




1.táblázat




2.táblázat


A felsoroltakon kívül van még többfajta elven történő mérési eljárás (lángionizációs, infravörös stb.), azonban e helyen csak hármat részletezünk.

1. Félvezetős érzékelők

Az érzékelőelem nagy felületű hordozóra felvitt félvezető anyag. Ha ezen a felületen éghető, vagy bizonyos toxikus gázok adszorbeálódnak, akkor a félvezető vezetőképessége megváltozik. A folyamat sebességének növelése érdekében a felületet fűteni szükséges (200-400°C). Ez a közepes vagy jó érzékenységű érzékelőtípus kölcsönös keresztérzékenységet mutat valamennyi gázra. Nem lineáris jelleggörbéjét elektromos áramkör kompenzálja. A mutatott érték nagymértékben hőmérséklet- és légnedvességfüggő.

Szerkezeti felépítése a következő: a mérőelemet az egyik homloklapján drótszövethálóval ellátott házban helyezik el. Maga az érzékelőelem általában alumínium hengeren lévő porkohászati eljárással (szinterezett) fémoxid (ón, cin vagy vas) filmből áll, amelyet körülvesz egy fűtőszál. Két aranyozott elektródát helyeznek az eloxált hengerek végéhez. A mérési eljárás feltalálója Taguchi a japán Figaro cégnél, ezért TGS-nek (Taguchi Gas Sensor) nevezik mind a mai napig ezt a fajtát.




1. ábra
Félvezetős érzékelőelem


2. Katalitikus érzékelő

Működési elve az éghető gáznak egy elektromosan fűtött katalitikus elem felületén történő elégetésén alapul. Ezt az érzékeny elemet bead-nek (gyöngy) vagy pellisztornak nevezzük. Az éghető gáz/gőz érzékelők jelentős része (és most már egyre inkább a kereskedelmi és háztartási hasznosítású is) ezen az alapelven működik.




2. ábra
Katalitikus érzékelőelem


Az érzékelő két spirális platina fűtőszálból áll, melyek mindegyike kerámia réteggel (alumíniumoxid) van bevonva, és ezek elektromosan hídban kapcsolódnak egymáshoz.

A gyöngyök vagy pellisztorok egyikének bevonata speciális platina vagy palládium katalizátort tartalmaz, mely elősegíti az oxidációt (mérőelem), míg a másik nincs kezelve (referenciaelem). A pellisztor egy igen pici, nagy felületű szivacsként képzelhető el. Az áram keresztülhalad a spirálokon és így lehetővé teszi azon hőmérséklet elérését, amelyen a gáz oxidációja végbemegy (mintegy 500oC-s) láng nélküli égés formájában. Amikor az éghető gáz elég az érzékelőben, a felület kezelt pellisztor hőmérséklete megnő. A nem kezelt pellisztor hőmérséklete ugyanakkor nem változik, és ennek következtében a hídáramkör egyensúlya felbillen. Ezt az áramváltozást könnyen és pontosan lehet mérni, mivel az áramváltozás a gázkoncentrációval gyakorlatilag lineárisan arányos.

A külső környezeti hatások, úgymint a hőmérséklet, páratartalom és nyomás változásai mind a két "gyöngyöt" (a szenzort és a referenciaelemet) egyaránt érik, ezáltal a hídban nem lesz kiegyenlítetlenség. Ez kölcsönzi ennek az érzékelő-típusnak azt a tulajdonságot, hogy pontos mérést tegyen lehetővé nagyon szélsőséges környezeti körülmények között is. A kész érzékelő-elemeket párba válogatva szerelik össze.

Érdekességképpen megemlítendő, hogy a mai korszerű gyártástechnológiának köszönhetően már 4000 m2/g fajlagos felületű pellisztort is gyártanak.

A katalitikus érzékelő az éghető gázok széles körének mérésére alkalmas az alsó robbanási határig terjedő koncentráció mellett, tekintve, hogy karakterisztikája 10%-100% ARH között lineáris. A válaszidő a mérendő gáz fajtájától függ: minél nagyobb a gázmolekula súlya vagy mérete, annál hosszabb a válaszidő. A gyártók jellemző adatként minden érzékelőhöz megadják annak T90-es értékét. Ez arra utal, hogy az érzékelő hány másodperc elteltével jelzi a tényleges koncentráció 90%-át.

Amennyiben egy katalitikus érzékelőt a felső robbanási határ fölötti gázkoncentrációnak teszünk ki, érzékenységét elveszítve néhány perc után tönkre mehet. Célszerű ezért mindig az ajánlott koncentrációjú mintagázokat alkalmazni az időszakos karbantartás vagy üzembe helyezés során.

Az idő előrehaladtával a legkiválóbb katalizátorok is fokozatosan elvesztik aktivitásukat. Ez bekövetkezhet a kerámia kristályszerkezetének módosulása által vagy az aktív felület csökkenése, a pórusok elzáródása következtében.

Normál üzemi körülmények között azonban a pellisztoros érzékelő sok éven át működik (akár 5 éven túl is). Működése során folyamatosan veszít egy keveset érzékenységéből, jellegzetesen 10-20 %-t évente. Ezért ellenőrizendő és újra beállítandó minden 6-12 havi időszakos karbantartással.

A katalitikus érzékelők alkalmazhatóságának azonban vannak korlátai. A katalitikus érzékelők jeladóképességét megváltoztathatja néhány anyag, amelyek befolyásolják élettartamukat és érzékenységüket is. Ezek két kategóriára oszthatók: gátló (inhibitor) anyagok és mérgek. A gátlóanyagok olyan vegyületek, amelyek az érzékelő átmeneti érzékenységvesztését okozzák. Az érzékenység részlegesen vagy teljes mértékben visszaállítható friss levegőn történő hosszabb-rövidebb üzemeltetéssel. A legismertebb gátlóanyagok közül megemlíthetjük a H2S-t, a klórt, a klór tartalmú szénhidrogéneket és általában a halogénes vegyületeket. A katalizátorméreg tartós érzékenység-csökkenést okozhat, sőt, az érzékelőt teljesen tönkre is teheti. Ezek közé tartoznak a szilikonvegyületek, fémtartalmú etilezett benzin és a pigmenttartalmú festékek.

3. Elektrokémiai cellás érzékelők

Ez az érzékelőfajta toxikus gázok és oxigén koncentrációjának mérésére alkalmas, míg az éghető gázokkal kapcsolatban felhasználása korlátozott. A cella gázáteresztő membránt, elektródákat és a cellát kitöltő elektrolitot tartalmaz. Ez utóbbi lehet folyékony vagy gél állapotban, és újabban szilárd formában is (száraz cella). A belépő gáz, átdiffundálva a membránon, az elektródákra kapcsolt polarizáló feszültség hatására vegyi folyamatot indít el, mely a gázkoncentrációval egyenes arányban álló elektromos áramot hoz létre.

Az ilyen érzékelőknek igen kicsiny feszültségre van szükségük és lineárisak, pontosak, szelektívek és nagyon érzékenyek, viszont a környezeti hatásokra általában kényesek. Képesek detektálni igen kicsiny, milliomod nagyságú értéket is általában 30-60 másodperc válaszidő mellett. Alacsony hőmérséklet vagy páratartalom csökkentheti a detektor érzékenységét. Kiválóan alkalmas hordozható műszerek számára.




2. ábra
Elektrokémiai cella


Az elektrokémiai érzékelő élettartama általában 2-4 év. Nyilvánvaló, hogy az élettartam függ a mérendő gáz koncentrációjától, miután az elektródot vagy az elektrolitot a fent említett kémiai reakció elfogyasztja.

Hidrogén és CO koncentrációt lehet vele mérni az ARH-ig és oxigént 25 térf.%-ig. A gyakorlatban az elektródok alkalmas megválasztásával minden mérgező gázhoz egyedi érzékelőt gyártanak.

Érzékelőfajták, központok

Maga az érzékelőelem kis méretű, sérülékeny, ezért azt egy alkalmas tokozatban helyezik el, amely a szükséges elektronikai áramkört is tartalmazza a bekötésre szolgáló sorkapoccsal együtt.

A mérőrendszerek telepített vagy hordozható kivitelűek lehetnek. Célunk a továbbiakban a telepített berendezések ismertetése. Az előzőekben vázolt mérési eljárások felhasználásával a gyakorlatban olyan rendszerek terjedtek el, amelyeknél magában az érzékelőben 2 vagy 3 jelzési szint gyárilag előre be van állítva, és olyanok, amelyeknél az érzékelő a jelzőközpont számára 4-20 mA-s áramjelet szolgáltat.

Terjednek a kompakt mérőkészülékek, főleg a szén-monoxid jelzés területén. Ezek a készülékek tulajdonképpen dózismérők, vagyis alacsony koncentráció megjelenése esetén hosszabb idő elteltével, ám növekvő koncentrációnál egyre rövidebb időn belül adnak riasztójelzést.

Míg az előre beállított jelzési szintű érzékelőkkel működő rendszerek csak az adott szint meghaladása esetében jeleznek (előjelzés, riasztás), addig a 4-20 mA-s analóg jelet szolgáltató érzékelők szélesebb körű szolgáltatást nyújtanak. Ezek az előnyök: a méréshatáron belül beállítható több, szabadon megválasztható jelzési szint, ezekhez a szintekhez külön vezérlések rendelhetők, a központon több kijelzési tartomány jeleníthető meg. Egyes központok kezelői beavatkozást nem igénylő működésre is beprogramozhatók, ezáltal teljesen autonóm üzemmódban működtethetők.




2. ábra
Elektrokémiai cella



A tűzjelző berendezés-gyártók forgalomba hoztak olyan modulokat, melyekkel gázérzékelőket lehet a tűzjelző hálózathoz csatlakoztatni, ily módon a gázjelzéssel kapcsolatos jelzési-vezérlési feladatokat is a tűzjelző központ látja el.

Létesítés

Érzékelőket kell felszerelni valamennyi olyan térségben, ahol veszélyes gázkoncentráció alakulhat ki. Egy helyhez kötött gázérzékelő rendszert olyan módon kell kialakítani, hogy felügyelni lehessen a létesítménynek azon részeit vagy térségeit, amelyekben veszélyes gázok gyűlhetnek fel és ekképpen egészségi kockázat vagy veszélyhelyzet áll elő. A rendszernek képesnek kell lennie arra, hogy hallható illetve látható (vagy mindkét) riasztó jelet szolgáltasson a gáz felgyülemlésének úgy jelenlétéről, mint elhelyezkedéséről oly módon, hogy automatikus üzemben az alábbi intézkedéseket lehessen megtenni:

  • a szellőztetés vezérlése,
  • az érintett térségek biztonságos kiürítése.

Az építőipar területén gázjelző berendezések létesítése gázüzemű kazánházak (metán) és mélygarázsok (szén-monoxid) esetében kerül előtérbe.

Gépkocsitárolók

Mélygarázsokban szinte kivétel nélkül minden esetben kötelező szén-monoxid érzékelő berendezést felszerelni, miután a munkahelyek kémiai biztonságáról intézkedő, már idézett rendelet előírásait eme építmények esetében is alkalmazni kell. Többszintes, nyilvános garázsok esetében számításba kell venni, hogy az első szintet feltehetően sokkal többen fogják igénybe venni, mint a mélyebben lévőket.

A gépi szellőztetést ventilátorok végzik. Építészeti, tűzvédelmi és áramlástechnikai okokból egy garázs esetenként több, független szellőztetési szakaszra van osztva. Normál esetben a szellőzés keresztirányú, mert ezzel a megoldással jó téröblítés érhető el. Az egyenletesen elosztott szellőzőnyílások azt a célt szolgálják, hogy a garázs egyetlen helyén se lépjen fel a megengedettnél nagyobb károsanyag-koncentráció. A szellőztetés vezérlésénél a légtechnikai rendszer kialakítását, működését, a térkapcsolatokat is figyelembe kell venni.

Az elszívó berendezés célszerű okból nem csak a kipufogógázok, hanem tűz során keletkező égéstermékek eltávolítására is alkalmas lehet.

Az érzékelők elhelyezése, beállítás

A jelzőhálózat létesítése során gondoskodni kell a kábelek, vezetékek mechanikai védelméről. Ajánlott szerelési mód: páncélozott kábel szabadon szerelve, vagy MT jelű vezeték, ill. tűzjelző kábel szabadon szerelt vastag falú műanyag csőben elhelyezve. A rézvezető keresztmetszete legalább 1 mm2 legyen. Amennyiben egyazon jelzővonalon több érzékelőt kell működtetni, úgy a csatlakozásokat megfelelő védettséget adó műanyag elágazó dobozokban, sorkapocs felhasználásával kell elkészíteni.

Tekintettel arra, hogy ez a levegőnél kevéssel kisebb sűrűségű (p=0,97) gáz belélegzés útján kerül a szervezetbe, az érzékelőket ezért "orrmagasságban", vagyis padlószint fölött 1,50 - 1,70 m magasságban, lehetőleg tartópilléren kell elhelyezni. Az egy érzékelő által felügyelhető terület 100-300 m2, mely a tér geometriájától, tagoltságától, szellőzöttségének állapotától, az érzékelő tulajdonságaitól függ. A gyárilag beállított előjelzési és riasztási szintek gyártmánytól függően lehetnek, pl.: 100 ppm és 200 ppm, vagy 50, 100, 200 ppm értékűek. Az analóg működésű érzékelők 4-20 mA kimenőjelet szolgáltatnak, ami a jelzőközpont segítségével igény szerinti szintbeállítást tesz lehetővé.

Sok esetben az alacsony előjelzési és riasztási szint indokolatlan vészjelzést generál. 50 vagy 100 ppm koncentráció gyakran létrejön egy induló, vagy járó motorral álló gépkocsi környezetében. A helyi feldúsulás a kipufogócső környezetében olykor 800-1000 ppm-et is elérhet. A mérhető koncentráció időben és térben változó, és arra jelentős befolyással van a szellőzöttség állapota is. Arra való tekintettel, hogy a már idézett rendelet CO-gáz esetében csúcskoncentrációnak CK=132mg/m3 (113ppm) értéket határozott meg, úgy beállítható szintek lehetőségét felkínáló berendezés esetében előjelzésnek 100 ppm-et, riasztásjelzésnek 200-250 ppm-et válasszunk. A több jelzési szintet kínáló gázjelző berendezés nyújtotta szolgáltatást kétfokozatú szellőzőberendezés esetében lehet előnyösen kihasználni.

Az ellenőrzött területen az érzékelők térbeli elrendezését a szellőztető berendezés befújó és elszívó nyílásainak helye, az építészeti kialakítás és a várható járműforgalom határozza meg. Az eredményes működés érdekében ezért az érzékelőket nem szabad szellőzőnyílások közelében, közvetlenül a parkolóhelyek mögött, vagy közvetlenül a fő közlekedési utak fölött elhelyezni. Riasztáskor fényjelzőket (villogó feliratú táblák) - és esetenként eldöntendően hangjelzőket - kell működtetni. A fényjelzőket a garázs területén legfeljebb 400m2-enként, a fő közlekedési utak fölött, vagy falfelületen, de bárhonnan jól láthatóan, a hangjelzőket a hallhatóság szem előtt tartásával (járó motorú gépkocsiban ember is tartózkodhat) kell elhelyezni. A fényjelzők felirata a következő tartalmú legyen: "CO-VESZÉLY! A GARÁZST GYORSAN ELHAGYNI! MOTORT LEÁLLÍTANI!". Riasztás-jelzéskor meg kell akadályozni a garázsba történő behajtást is (bejárati lámpa tilos jelzésre való állításával, sorompó zárásával, vagy blokkolásával). Az állandó garázsfelügyelet helyiségében is kell lennie figyelmeztető jelzésnek.

Amennyiben az érzékelőket előzőleg már beszerelték, de a helyiségben átmenetileg az ott üzemszerűen folyó tevékenységtől eltérő munkák folynak (felújítás, festés, hegesztés, takarítás, stb.) úgy az érzékelőket kikapcsolás után le kell szerelni, vagy olyan módon megvédeni, amely lég- és vízmentes zárásukat teszi lehetővé a munkák alatti behatások elkerülésére. Ellenkező esetben az érzékelők tönkremehetnek! Egyértelműen jelölni kell, hogy üzemen kívül vannak. A vizsgálatot, beszabályozást és a rendszeres karbantartást erre a célra szolgáló hiteles gázmintákkal szabad csak végrehajtani! Az érzékelő méréstartományát meghaladó, tartós behatás ugyancsak működésképtelenséget eredményezhet!

Kazánházak

A gáz és olajtüzelésű berendezésekről a gázenergiáról szóló 1969. évi VII. törvény és a végrehajtására vonatkozó 1/1977 (IV. 6.) NIM és a 11/1982 (VII. 18.) IpM sz. rendelet intézkedik.

A gázérzékelő berendezés a használt gáz

  • alsó robbanási határértékének 20 tf%-án hallható és látható módon adjon jelzést, és egyidejűleg kapcsolja be a vész-szellőztető berendezést,
  • alsó robbanási határértékének 40 tf%-án szüntesse meg a teljes berendezés gázellátását, valamint hajtsa végre a helyiség villamos szempontból való leválasztását, kivéve a vész-szellőzést és vészvilágítást.

A gáztüzelő berendezés helyiségén kívül kell telepíteni a berendezés leválasztó főkapcsolóját, a vészszellőző berendezés kapcsolóját és a gázjelző berendezés által működtetett részleválasztó kapcsolót. Ha a gázjelző berendezésnek az ellenőrzött térben lévő villamos szerelvényei nem robbanásbiztos kivitelűek, akkor az automatikus részleválasztásnak ezekre is ki kell terjednie. Ennek elkerülése érdekében a gázérzékelő robbanásbiztos kivitelű kell, hogy legyen.

A vezetékeket és tartozékaikat a lehetőség szerint úgy kell létesíteni, hogy ne legyenek kitéve mechanikai sérülésnek, korróziónak, vegyi hatásoknak és hő hatásának. Ha az ilyen jellegű hatások elkerülhetetlenek, akkor védőintézkedéseket kell alkalmazni (pl. védőcsőben kell szerelni), vagy a kábel- és vezetéktípust kell megfelelően megválasztani. A mechanikai sérülés veszélyének csökkentése céljából többek között páncélozott, árnyékolt kábel, vezeték használható. Elterjedt típus az SZRMKVM-J jelű kábel. Kábelek és vezetékek csatlakoztatását azok típusának megfelelő kábelbevezetővel kell végezni. A falban a kábelek, vagy védőcsövek átvezetésére szolgáló nyílásokat hatékonyan tömíteni kell.

A kábeleket, vezetékeket lehetőleg megszakítás nélkül kell vezetni. Az érzékelő vezetéke csak a térségen kívül elhelyezett szekrényben, sorozatkapcsok felhasználásával csatlakoztatható a gázjelző központ specifikációjában megjelölt kábelhez vagy vezetékhez.

Az érzékelőt mindenkor a gyártó által előírt pozícióban kell felszerelni, mert csak így biztosítható annak helyes működése (pl. úgy, hogy a szenzor "lefelé nézzen"). Földgáz (metán) érzékeléséhez a detektor a mennyezettől mérve legfeljebb 20-30 cm távolságban lehet. Ez a követelmény az alkalmazott szerelőidom használatakor automatikusan teljesül.

Kazánházban a berendezés felszerelését végezheti villanyszerelő, de az üzembe helyezés (majd a karbantartás is!) minden esetben erre jogosult, szakvizsgával rendelkező szakember feladata. Ő ugyanis írásos nyilatkozatot tesz a berendezés szabványosságáról, a megfelelő működésről. Az üzemeltető a garanciát csak a szabályosan üzembe helyezett és karban tartott berendezésre érvényesítheti

Érzékelők vizsgálata, karbantartás
A berendezés időszakos ellenőrzésére és beállítására nagy gondot kell fordítani.

Ez a művelet alapvető fontosságú a rendszer megbízhatóságának megőrzése érdekében. Az ellenőrzést valamennyi érzékelőnél hiteles koncentrációjú mintagázzal végezzük. Hagyjunk mindig megfelelő hosszúságú időt a jelzések megjelenésének, a vezérlés létrejöttének. A rendszer jellemzőivel, sajátosságaival, az alkatrészek élettartamával stb. kapcsolatos észrevételeket gondosan jegyezzük le.

TILOS ÉS KÁROS, ezért kerülni kell azt a gyakorlatot, amelyben az érzékelők működőképességéről cigarettafüsttel vagy pl.: öngyújtóból kiáramló gázzal kívánnak meggyőződni. Ennek a teljesen szakszerűtlen beavatkozásnak eredményeként szinte biztosan számíthatunk az érzékelők használhatatlanná válására. Nem éri meg próbálkozással kockára tenni az érzékelők épségét! Gondoljunk arra, hogy a szén-monoxid érzékelő milliomod résznyi koncentrációt kell érzékeljen.

Újonnan telepített rendszer üzembe helyezését követően az ellenőrzést, szükség esetén a beállítást a legtöbb gyártmány esetében nagyobb gyakorisággal kell végrehajtani. Katalitikus érzékelőknél a kezdeti időszakban 2-3 hetes időközökben szükséges a nullpontot ellenőrizni. Egy-egy üzemi periódus két ellenőrzés között pedig ne legyen 6 hónapnál hosszabb.

Az az időintervallum, mely szerint az ellenőrzést el kell végezni, különböző tényezőktől függ, beleértve az alkalmazott érzékelési technikát, az üzemeltetés alatt fennálló környezeti körülményeket. Általános gyakorlat és a gyártók előírása szerint az újra beállítás gyakorisága 6 hónap. A korszerű érzékelőkben működő mikroprocesszor viszont folyamatos önellenőrzést (nullpontállítás, linearizálás), valamint digitális szűrést (analóg értékek integrálása) hajt végre, ezért ezeknél utánállítás nem szükséges, de egyeseknél nem is lehetséges. A vizsgálat ekkor csupán a jelzési szintek ellenőrzésére kell korlátozódjon.

Végszó

Cikksorozatunkban áttekintettük a gázok mibenlétét, röviden foglalkoztunk az éghető és a mérgező gázok tulajdonságaival, a jelzésükre alkalmas legelterjedtebb érzékelő-fajtákkal, és kitértünk a gázjelző berendezések létesítésével, szerelésével kapcsolatos kérdésekre. Csak egy szakszerűen felszerelt és üzembe helyezett, majd hosszú működése során megfelelően karbantartott berendezés szolgálja azt a biztonságot, amelynek elérése érdekében került sor felszerelésére.


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem