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Katalytische Perlen (Pellistor)

Einführung

Seit ihrer Erfindung in den 1960er Jahren sind Pellistor-Sensoren die wichtigste Technologie zur Erkennung brennbarer Gase. Sie sind ein wertvolles Hilfsmittel für alle, die in brennbaren Umgebungen arbeiten.

Der Pellistor, auch als katalytischer Perlensensor bekannt, erkennt brennbare Gase oder Dämpfe, die unter den Explosionsbereich fallen, und warnt vor steigenden Gaskonzentrationen. Dazu verwendet er eine Spule aus Widerstandsdraht im Inneren einer kleinen aktiven Perle aus Zement und Platinkatalysator. Der Katalysator senkt die Temperatur, bei der sich das Gas um den Wulst herum entzündet, und sorgt dafür, dass das vorhandene brennbare Gas die Temperatur des Wulstes und den Widerstand der Spule ansteigen lässt, so dass durch den Vergleich der Spannung mit einem Referenzkreis ein Maß für die Entflammbarkeit entsteht. Häufig enthält der Referenzkreislauf eine zweite Perle, die der ersten ähnlich ist, deren Katalysator jedoch absichtlich vergiftet wurde. Die Vergiftung des Kompensationselements soll sicherstellen, dass keine katalytische Oxidation stattfindet. Es reagiert aber immer noch auf die gleiche Weise auf unerwünschte Signale, die von der lokalen Umgebung um die Kügelchen herum erzeugt werden, z. B. Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit oder Gasdurchsatz.

Wenn ein brennbares Gas vorhanden ist, steigen die Temperatur und der Widerstand der Perle im Verhältnis zum Widerstand der inerten Referenzperle. Der Widerstandsunterschied kann dann gemessen werden, was die Messung des vorhandenen Gases ermöglicht. Die beiden Kügelchen werden in einen Stromkreis geschaltet, der sie auf 230-250 °C erhitzt; eine Temperatur, bei der die Reaktion zu brennbaren Gasen erfolgt, wenn genügend Platinkatalysator vorhanden ist.

Als sie erfunden wurden, waren Pellistoren eine Lösung für die langwierigen Flammensicherheitslampen- und Kanarientechniken in Bergwerken. In jüngerer Zeit wurden katalytische Sensoren in industriellen Anwendungen wie Ölraffinerien und Ölplattformen eingesetzt. Pellistor-Sensoren sind in der Regel preiswerter als IR-Sensoren, da sie sich im Stand der Technik unterscheiden. Allerdings müssen sie unter Umständen häufiger ausgetauscht werden, da die Katalysatoren vergiftet werden oder die Perlen durch hohe Konzentrationen brennbarer Gase Risse bekommen, die zu Überhitzung führen.

Branchen

Wasseraufbereitung
Petrochemie
Bergbau
Tunnelbau
Ölraffinerien

Faktoren, die die Lebensdauer von Pellistor-Sensoren beeinflussen

Faktoren

Beschreibung

Hohe Gaskonzentrationen

Bei hohen Gaskonzentrationen nimmt die Funktionalität des Pellistors ab. Konzentrationen von >100%LEL können die Sensorleistung beeinträchtigen und einen Offset im Null-/Basisliniensignal erzeugen. Dies wird durch einen schnellen Temperaturanstieg an der Oberfläche der Perle verursacht, der zu einer ungleichmäßigen Ausdehnung führt. Die Außenseite der Perle löst sich von der Innenseite der Perle und es bilden sich Risse.

Vergiftungen

Eines der Hauptprobleme bei Pellistoren ist ihre Anfälligkeit für Vergiftungen oder Inhibierungen. Die Fähigkeit der Katalysatoroberfläche, das Gas zu oxidieren, wird drastisch reduziert, wenn sie vergiftet ist, wodurch die Funktionalität des Sensors verringert wird. Pellistoren mit höherer Leistung haben oft eine größere katalytische Aktivität und sind weniger anfällig für Vergiftungen. Porösere Kügelchen haben auch eine höhere katalytische Aktivität, da ihr Oberflächenvolumen, an das das Gas gelangen kann, größer ist. Ein vergifteter Pellistor bleibt zwar elektrisch funktionsfähig, reagiert aber möglicherweise nicht mehr auf Gas. Dies kann besonders problematisch sein, da es den Anschein erwecken kann, dass der Gasdetektor und das Kontrollsystem in Ordnung sind, obwohl sie in Wirklichkeit ein Leck in einem brennbaren Gas nicht erkennen würden. Dies ist ein nicht offengelegter Fehler.

Extreme mechanische Stöße oder Vibrationen

Ein weiteres Problem für diese Art von Sensoren sind extreme mechanische Stöße oder Vibrationen.

Kohlenstoffablagerungen

Unvollständige Verbrennungsergebnisse und Kohlenstoffablagerungen auf der Perle sind ebenfalls ein Problem für Pellistoren. Da der Kohlenstoff in den Poren "wächst", führt er zu mechanischen Schäden und verringert somit die Erkennungskapazitäten des Sensors, oder er kann einfach den Durchgang von Gas zum Katalysator blockieren, wodurch sich die Reaktion des Sensors verringert.

 

Bump-Test

Fehler können nur durch Bump-Tests vor jedem Gebrauch erkannt werden, um sicherzustellen, dass die Leistung nicht beeinträchtigt wird.

Verwendung von Styrol, Vinylchlorid oder anderen polymerisierenden Verbindungen

Ein letztes Problem tritt auf, wenn Styrol, Vinylchlorid oder andere polymerisierende Verbindungen verwendet werden. Die Wärme der Pellistorperlen kann dazu führen, dass das Gas bei der ersten Gasexposition einen ordentlichen "Plastiksack" um die Perlen bildet. Bei den nachfolgenden Expositionen kann das Gas die Perle nicht erreichen, da es nicht durch den "Plastiksack" hindurch kann, und wird daher nicht erkannt.

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