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气体报警控制器的应用和前景

文章来源:上海兆度电子有限公司人气:237发表时间:2023-10-26

随着可燃性气体种类和应用范围的增加,其使用场所和贮气仓库内的泄漏、火灾爆炸事故日益增多。从安全、环保及经济上考虑,研制一种检测可燃性气体自动报警和自动打开排器装置的一种控制器是非常必要的。

本设计对可燃性气体泄漏报警、控制器进行了深入的研究,采用了“探测器+单片机控制电路”设计思路,具有检测误差小,反应速度快等优点。选用MQ2气体传感器对现场可燃性气体浓度进行检测,采用功能和性价比较高的STC89C52单片机作为中央处理单元,对浓度信号进行采集、数据处理、显示、报警及打开排气装置等工作

本设计的可燃性气体报警控制器可以检测空气中以烷类气体为主的多种可燃性气体的浓度,实时显示浓度值,当达到预先设定的上限报警设定值时,发出声音报警和控制信号,以提示操作人员采取安全对策或自动控制相关安全装置。该报警器可以实时、准确检测可燃性气体,并且可以长时间可靠无误的报警,具有很广泛的应用前景和推广价值1.1.1课题研究的目的和意义

随着石油化学工业的发展,易燃、易爆、有毒气体的种类和应用范围都有所增加。液化石油气、天然气、煤气等这些气体主要含有烷类、烃类、烯类、醇类、苯类以及氧化碳、氢等成分,是易燃、易爆、有毒、有害的气体。它们易流动、易燃烧,在生产、输送、贮存和使用这些气体的过程中,如违反操作规程或设备密封质量不好,都有可能发生可燃气体泄漏的现象。当与空气混合后的混合物达先进、可靠的安全监测仪表,严密监测环境中的可燃性气体的浓度,及早发现事故隐悲,采取有效措施,将事故消灭在酿成事故之前,才能确保安全生产,居民的人身财产安全才能有保证。

可燃性气体报警控制器属于《中华人民共和国强制检定的王作计量器具目录》中第46项,它归类于物理化学计量器具。《建筑设计防火规范》(GB16-87)10.3.2条明确规定:“散发可燃气体、可燃蒸汽的甲类场所,应设置可燃性气体浓度检测报警装置”。但现在国内使用的报警控制器,许多产品使用时间过长,产品老化严重,技术指标达不到标准,报警器的性能也不毛

有些是保养不当,如电池流水腐蚀仪器,或蓄电池损

坏使报警器不能上作:有些是因使用不当而到一定的浓度时,就是一种爆炸性混合物,遇火就会发生剧烈的化合反应,产生大量的热,会燃起大火,进而酿成火灾或爆炸事故,给国家和人民的生命财产造成损失。国内外均有不少这方面的报道,其教训是非常深刻的。为了防患于未然,只有采用造成故障,因此不能进行准确,安全的报警和控制。200312月,国家执行新的可燃性气体探测器标准GB15322-2003)《可燃气体探测器》。在200410月国家颁布《可燃气体检测报警器规程G693-20041.2可燃性气体报警控制器国内外现状

可燃性气体报警控制器在国外己经发展成为一种相当成熟的产品。日本是最早发明燃气报警器的因家,己有50多年的历史。无论在气体探测器的研制上,还是在报警器的性能上,均处于国际领先水平。日本政府和生产企业大力推广报警器的使用,使燃气泄漏和爆炸等事故的事故率远远低于欧美等发达国家。其中 FIGARO、理研都是专门研制、生产可燃性气体报警控制器的厂家,他们生产的产品以采用最先进的气敏传感器、响应速度快、性能可靠、寿命长而著称

我国在0年代初期开始研制可燃性气体报警控制器,生产型号多样、品种较齐全,应用范围也由单暂的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器,产品数量也在不断增加。但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上,又进行研究与开发,形成自己的特色。近年来,在气体选择性和产品稳定性上也有很大进步

工业可燃性气体报警控制器一般分为可燃性气体检漏仪(简称“检漏仪”)、可燃性气体报警控制器(简称“控制器”)、可燃性气体探测器(简称“探测器”)三大系列产品“检漏仪”的体积较小,可随身携带或手持,采用碱性电池或可充电电池供电,般可以连续工作近12小时。该仪器主要应用于燃气管道的査漏与巡线。若有燃气泄漏,检漏仪便会发出声光报警,同时显示气体浓度,以便及时采取安全措施,防止爆炸等恶性事故的发生。

“探测器+控制器 这是在工业装置上和生产过程中使用最多的检测仪器,可在

防爆现场长期监测气体的浓度。这种仪器大都装设在油库、乙炔站、液化气站和煤气站

等易燃易爆的危险场所探测器安装在防爆现场,控制器放在值班室等有人值守的地方,二者采用屏蔽电缆线连接。当在现场的探测器探测到燃气泄漏之后,通过屏蔽电缆线将信号传到控制器,控制器发出声光报警,同时启动排风装置或关闭电磁阀切断气源,以确保安全。

1.3本课题主要完成的任务第2章可燃性气体报警控制器的方案设计

2.1气体传感器的选型

可燃性气体传感器是一个气-电变换器,它的作用是把可燃性气体在空气中的含量(即浓度)变成电信号,进而由单片机采集信号、数据处理、浓度显示以便报警控制。传感器作为对可燃性气体的敏感元件,是各种类型(袖珍式、便携式、固定式)仪表的核心之一。因此,传感器的选型是非常重要的。

2.1.1气体传感器的种类

国外从30年代开始研究开发气体传感器。过去气体传感器主要用于煤气、液化石油气、天然气以及矿井中的瓦斯气体的检测与报警,日前需要检测的气体种类由原来的还原性气体(H2,CAH10,CHA)扩展到毒性气体(CO0,N02,H2S,NO,NH3,PH3)。气体传感器种类繁多,从原理上可以分为三大类(1)利用物理化学性质的气体传感器:如半导体、催化燃烧等。

(2)利用物理性质的气体传感器:如热导、光干涉、红外吸收等。

3)利用电化学性质的气体传感:如电流型、电势型等

下面对工业上常用的几种气体传感器作以简单介绍。

(1)半导体气体传感器

这类传感器主要使用半导体气敏材料,利用气敏元件的电阻、电流或电压随气体浓度变化的原理工作的。由于具有灵敏度高、响应快、输出信号强、耐久性强、结构简单、价格便宜等诸多优点,这类传感器得到了广泛的应用。目前,世界上许多国家开展了对半导体气敏材料的研究,其中日本、美国处十领先地位,我国也投入大量资金和人力进行研究,并取得一定成果。该传感器己成为世界上产量最大、使用最广的气体传感器之一

2)固体电解质气体传感器

这是一种产量仅次于半导体气体传感器的一类传感器。它使用固体电解质材料作为气敏元件。其原理是气敏材料在通过气体时产生离子,形成电动势,钡U量电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高,灵域度和选择性好,因而得到了广泛的应用,

3)接触燃烧式气体传感器

这类传感器可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式气体传感器。其工作原理是气敏材料在通电状态下,可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧,产生的热量使电热丝升温,从而使其电阻值发生变化,测量阻值变化从而测量气体浓度。接触燃烧式气体传感器在环境温度下非常稳定,并能对爆炸F限的绝大多数可燃性气体进行检测,普遍应用于石化工厂、造船厂、矿井隧道、浴室、厨房等处可燃性气体的监测和报警。这类传感器只能测量可燃性气体,对不可燃性气体不敏感。在燃气爆炸下限内输出为线性、只与燃气浓度成正比、温度和湿度的变化对其工作状态影响很小、选择性好、反映准确、精度高、再现性好。其不足的是催化剂寿命有限,当在可燃性气体与空气的混合物中有硫化氢等含硫物质的情况下,则有可能在无焰催化燃烧的同时,有些固态物质附着在催化元件表面,阻塞载体的微孔,从而引起响应缓慢,反应滞缓或中毒,使灵敏度降低。

(4)高分子气体传感器

利用高分子气敏材料制作的气体传感器近年来得到很大的发展。高分子气敏材料在遇到特定气体时,其电阻、介电常数、材料表面声波传播速度和频率、材料重量等物理A、,2,,

性能及生变化D21高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简单、常温选择性好、价格

低廉、易与微结构传感器和声表面波器件相结合,在毒性气体和食品鲜度等方面的检测

中具有重要作用。高分子气体传感器具有对特定气体分子灵敏度高,选择性好,且结构

简单,能在常温下使用,可以弥补其它气体传感器的不足。

5)电化学传感器

这类传感器由膜电极和电解液灌封而成。气体长度信号将电解液分解成阴阳带电离

子,通过电极将信号传出。它的优点是:反映速度快、准确、稳定性好、能够定量检测,

但寿命较短(大于等于两4)它主要适用于毒性气体的检测。目前国际上绝大部分毒气

检测采用该类型传感器。