Detektory gazów są szeroko stosowane w wielu gałęziach przemysłu (m.in. w uzdatnianiu wody, przemyśle rafineryjnym, petrochemicznym, hutniczym i budowlanym ) do ochrony personelu i sprzętu przed niebezpiecznymi gazami i ich skutkami. Użytkownicy urządzeń przenośnych i stacjonarnych znają potencjalnie znaczące koszty związane z utrzymaniem bezpiecznej pracy przyrządów przez cały okres ich eksploatacji. Czujniki gazu służą do pomiaru stężenia interesujących nas analitów, takich jak CO (tlenek węgla), CO2 (dwutlenek węgla) lub NOx (tlenek azotu). W zastosowaniach przemysłowych najczęściej stosowane są dwa rodzaje czujników gazu: elektrochemiczne do gazów toksycznych i pomiaru tlenu oraz pelistorowe (lub katalityczne) do gazów palnych. W ostatnich latach wprowadzono na rynek zarówno Tlen i MPS (Molecular Property Spectrometer) pozwoliło na poprawę bezpieczeństwa.

Skąd mam wiedzieć, że mój czujnik uległ awarii?

W ciągu ostatnich kilku dekad powstało kilka patentów i technik stosowanych w detektorach gazu, które twierdzą, że są w stanie określić, kiedy czujnik elektrochemiczny uległ awarii. Większość z nich jednak tylko wnioskuje, że czujnik działa poprzez jakąś formę stymulacji elektrody i może dawać fałszywe poczucie bezpieczeństwa. Jedyną pewną metodą wykazania, że czujnik działa, jest zastosowanie gazu testowego i zmierzenie reakcji: test uderzeniowy lub pełna kalibracja.

Czujnik elektrochemiczny

Czujnikielektrochemiczne są najczęściej stosowane w trybie dyfuzyjnym, w którym gaz z otoczenia przedostaje się przez otwór w ściance komórki. Niektóre przyrządy wykorzystują pompę do dostarczania próbek powietrza lub gazu do czujnika. Aby zapobiec przedostawaniu się wody lub olejów do wnętrza komory, na otworze umieszcza się membranę z PTFE. Zakresy i czułości czujników mogą być zróżnicowane dzięki zastosowaniu otworów o różnych rozmiarach. Większe otwory zapewniają wyższą czułość i rozdzielczość, natomiast mniejsze otwory zmniejszają czułość i rozdzielczość, ale zwiększają zasięg.

Czynniki wpływające na żywotność czujnika elektrochemicznego

Istnieją trzy główne czynniki, które wpływają na żywotność czujnika, w tym temperatura, ekspozycja na ekstremalnie wysokie stężenia gazów i wilgotność. Inne czynniki obejmują elektrody czujnika oraz ekstremalne wibracje i wstrząsy mechaniczne.

Skrajne temperatury mogą wpływać na żywotność czujnika. Producent podaje zakres temperatur roboczych dla urządzenia: zazwyczaj od -30˚C do +50˚C. Czujniki wysokiej jakości będą jednak w stanie wytrzymać chwilowe przekroczenia tych limitów. Krótka (1-2 godziny) ekspozycja na temperaturę 60-65˚C w przypadku czujników H2S lub CO (na przykład) jest akceptowalna, ale powtarzające się incydenty spowodują odparowanie elektrolitu i przesunięcia w odczycie bazowym (zerowym) oraz spowolnienie reakcji.

Narażenie na działanie ekstremalnie wysokich stężeń gazu może również pogorszyć wydajność czujnika. Czujniki elektrochemiczne są zazwyczaj testowane poprzez wystawienie ich na działanie nawet dziesięciokrotnie wyższych stężeń niż te, na które zostały zaprojektowane. Czujniki skonstruowane przy użyciu wysokiej jakości materiału katalizatora powinny być w stanie wytrzymać takie narażenia bez zmian w składzie chemicznym lub długotrwałej utraty wydajności. Czujniki z mniejszym obciążeniem katalizatora mogą ulec uszkodzeniu.

Najbardziej znaczący wpływ na żywotność czujnika ma wilgotność. Idealne warunki środowiskowe dla czujników elektrochemicznych to 20˚C i 60% RH (wilgotności względnej). Gdy wilgotność otoczenia wzrasta powyżej 60% RH woda będzie absorbowana do elektrolitu powodując jego rozcieńczenie. W skrajnych przypadkach zawartość cieczy może wzrosnąć 2-3 krotnie, potencjalnie powodując wyciek z korpusu czujnika, a następnie przez styki. Poniżej 60%RH woda w elektrolicie zacznie się odwadniać. Czas odpowiedzi może ulec znacznemu wydłużeniu wraz z odwodnieniem elektrolitu. Elektrody czujników mogą w nietypowych warunkach zostać zatrute przez przeszkadzające gazy, które adsorbują się na katalizatorze lub reagują z nim tworząc produkty uboczne, które hamują działanie katalizatora.

Ekstremalne wibracje i wstrząsy mechaniczne mogą również uszkodzić czujniki poprzez pęknięcie spoin, które łączą ze sobą platynowe elektrody, paski łączące (lub druty w niektórych czujnikach) i styki.

Normalna" żywotność czujnika elektrochemicznego

Elektrochemiczne czujniki powszechnie występujących gazów, takich jak tlenek węgla czy siarkowodór, mają trwałość eksploatacyjną określaną zazwyczaj na 2-3 lata. W przypadku bardziej egzotycznych gazów, takich jak fluorowodór, żywotność czujnika może wynosić jedynie 12-18 miesięcy. W idealnych warunkach (stabilna temperatura i wilgotność w okolicach 20˚C i 60%RH), bez obecności zanieczyszczeń, czujniki elektrochemiczne mogą pracować ponad 4000 dni (11 lat). Okresowe wystawienie na działanie gazu docelowego nie ogranicza żywotności tych maleńkich ogniw paliwowych: wysokiej jakości czujniki posiadają dużą ilość materiału katalitycznego i wytrzymałe przewodniki, które nie ulegają wyczerpaniu w wyniku reakcji.

Czujnik pelistorowy

Czujnikipelistorowe składają się z dwóch dopasowanych cewek drucianych, z których każda jest osadzona w ceramicznej kulce. Przez cewki przepływa prąd, podgrzewając kulki do temperatury około 500˚C. Palny gaz spala się na kulce, a wytworzone dodatkowe ciepło powoduje wzrost rezystancji cewki, która jest mierzona przez urządzenie w celu wskazania stężenia gazu.

Czynniki wpływające na żywotność czujnika pellistorowego

Dwa główne czynniki, które wpływają na żywotność czujnika to ekspozycja na wysokie stężenie gazu oraz poising lub inhibicja czujnika. Ekstremalne wstrząsy mechaniczne lub wibracje mogą również wpłynąć na żywotność czujnika. Zdolność powierzchni katalizatora do utleniania gazu zmniejsza się, gdy został on zatruty lub zahamowany. Żywotność czujnika przekraczająca dziesięć lat jest powszechna w zastosowaniach, w których nie występują związki hamujące lub zatruwające. Pellistory o większej mocy mają większą aktywność katalityczną i są mniej podatne na zatrucie. Bardziej porowate kulki również mają większą aktywność katalityczną, ponieważ ich powierzchnia jest większa. Umiejętne wstępne projektowanie i wyrafinowane procesy produkcyjne zapewniają maksymalną porowatość perełek. Narażenie na wysokie stężenie gazu (>100%LEL) może również pogorszyć działanie czujnika i spowodować przesunięcie sygnału zerowego/linii bazowej. Niekompletne spalanie powoduje osadzanie się węgla na kulce: węgiel "rośnie" w porach i powoduje uszkodzenia mechaniczne. Węgiel może jednak z czasem ulec wypaleniu, odsłaniając miejsca katalityczne. Ekstremalne wstrząsy mechaniczne lub wibracje mogą w rzadkich przypadkach spowodować pęknięcie cewek pelistora. Problem ten jest bardziej powszechny w przenośnych niż stacjonarnych detektorach gazu, ponieważ są one bardziej narażone na upuszczenie, a stosowane pelistory są mniejszej mocy (aby zmaksymalizować żywotność baterii) i dlatego używają bardziej delikatnych cewek z cieńszego drutu.

Skąd mam wiedzieć, że mój czujnik uległ awarii?

Zatruty pelistor pozostaje sprawny elektrycznie, ale może nie reagować na gaz. W związku z tym detektor gazu i system sterowania mogą wydawać się być w dobrym stanie, ale wyciek gazu palnego może nie zostać wykryty.

Czujnik tlenu

Nasz nowy bezołowiowy, trwały czujnik tlenu nie posiada ściśniętych pasm ołowiu, przez które musi przenikać elektrolit, co pozwala na stosowanie gęstego elektrolitu, który oznacza brak wycieków, korozji spowodowanej wyciekiem i większe bezpieczeństwo. Dodatkowa wytrzymałość tego czujnika pozwala nam zaoferować 5-letnią gwarancję.

Czujniki tlenu odługiej żywotności mają 5-letni okres eksploatacji, charakteryzują się krótszym czasem przestojów, niższymi kosztami eksploatacji i mniejszym oddziaływaniem na środowisko. Precyzyjnie mierzą tlen w szerokim zakresie stężeń od 0 do 30% objętości i stanowią nową generację czujników do wykrywania gazu O2.

Czujnik MPS

MPS Czujnik oferuje zaawansowaną technologię, która eliminuje konieczność kalibracji i zapewnia "prawdziwy poziom LEL (dolnej granicy wybuchowości)" przy odczycie dla piętnastu gazów palnych, ale może wykrywać wszystkie gazy palne w środowisku wielogatunkowym, co skutkuje niższymi kosztami bieżącej konserwacji i mniejszą interakcją z urządzeniem. Zmniejsza to ryzyko dla personelu i pozwala uniknąć kosztownych przestojów. Czujnik MPS jest również odporny na zatrucie czujnika.  

Awaria czujnika spowodowana zatruciem może być frustrującym i kosztownym doświadczeniem. Technologia zastosowana w czujniku MPS™nie ulega wpływowi zanieczyszczeń znajdujących się w środowisku. Procesy, w których występują zanieczyszczenia, mają teraz dostęp do rozwiązania, które działa niezawodnie i jest wyposażone w konstrukcję zabezpieczającą przed awarią, która ostrzega operatora, zapewniając spokój personelowi i zasobom znajdującym się w niebezpiecznym środowisku. Obecnie możliwe jest wykrywanie wielu gazów palnych, nawet w trudnych warunkach środowiskowych, przy użyciu tylko jednego czujnika, który nie wymaga kalibracji i ma przewidywany okres eksploatacji wynoszący co najmniej 5 lat.