ROBEX Irányítástechnikai Kft.

1106 Budapest, Maglódi út 17.
C épület I. emelet 112.

E-mail: robex@robex.hu

Telefon: +36 1 431 0424

Fax: +36 1 431 0425

Társadalmi felelősségvállalás:

Gázérzékelés és légtér elemzés

Tisztelt Partnerünk!

Örömmel értesítjük, hogy elindítottuk a ROBEX Irányítástechnikai Kft. hírlevél rendszerét gázérzékelés és légtér elemzés témakörben.
Ennek segítségével szeretnénk Önt rendszeresen friss információkhoz juttatni. Terveink szerint megoldásokról, alkalmazási példákról, termékújdonságokról és az Életből vett hasznos tapasztalásokról fogunk írni.
A túlzottan marketing ízű, tolakodó hírleveleket mi sem szeretjük, így Önt sem fogjuk ilyenekkel bosszantani. Bízunk benne, hogy a jövőben hírlevelünkkel hasznos információkkal szolgálhatunk az Ön számára.
Amennyiben bármelyik hírlevelünk felkelti érdeklődését, vagy éppen valamilyen konkrét problémára szeretne megoldást találni, úgy forduljon hozzánk bizalommal elérhetőségeink bármelyikén.

Üdvözlettel: a ROBEX csapata



A katalitikus elégetésen (CC) alapuló gázérzékelés elve

2016.03.31.

Ahogy azt előző hírlevelünkben említettük, az elkövetkező hírlevelek során szeretnénk bemutatni a gázérzékelőkben alkalmazott különböző típusú érzékelők működési elvét, előnyeit, hátrányait, alkalmazási lehetőségeit. Bízunk benne, hogy ezzel is közelebb hozhatjuk a gázérzékelés elméletét Önhöz, és bemutathatjuk a GfG megoldásait a mindennapok kihívásaira.

Előző, "Az elektrokémiai (EC) gázérzékelés elve" című hírlevelünket itt találja.

 

A katalitikus elégetésen (CC) alapuló gázérzékelés elve

A legtöbb, gyúlékony gázok és gőzök érzékelésére és koncentrációjuk mérésére használt készülék a katalitikus elégetés elvén működik.

A katalitikus elégetés láng nélküli oxidációt jelent az adott anyag égési hőmérsékleténél alacsonyabb hőmérsékleten, melyet a katalizátor jelenléte biztosít. Mivel oxidációról van szó, ezért az érzékelők működésének elengedhetetlen feltétele az oxigén jelenléte. A pontos méréshez 8-10 %tf oxigén jelenléte szükséges.

A katalitikus elégetés elvén működő érzékelő alapja egy, a villanykörte izzószálához hasonlóan, spirálisan felcsévélt platina szál, melynek ellenállása a hőmérsékletváltozás hatására változik. A platinaszál 5-600°C hőmérsékletre van felhevítve, így amikor éghető gáz vagy gőz kerül az érzékelőbe, az katalitikusan, láng nélkül oxidálódik. A reakció során hő szabadul fel, ami a hőmérséklet, és így a platinaszál ellenállásának változását okozza. A platina ideális ehhez a mérési módszerhez, mivel a hőellenállási együtthatója az 500-1000°C-os tartományban lineáris. A platinaszál önmagában nem csak az érzékelést, de a katalizátor szerepét is be tudná tölteni, azonban 900°C felett már jelentős mértékben párolog, ami erősen befolyásolná a mérést.

A katalitikus elégetés egyik érzékeny pontja, hogy bizonyos anyagok reagálhatnak a katalizátorral, így elrontják annak katalitikus tulajdonságát. Ezek az úgynevezett katalizátormérgek, pl.: S, Pb, Hg, Cl, Si, halogénezett szénhidrogének. Utóbbiak ráadásul korrodálhatják is az érzékelőket.

A fenti hatások csökkentése érdekében a platina spirált egy alumínium-oxidból készült porózus kerámia „gyöngyben” vagy más néven pellisztorban helyezik el, melyet katalizátor anyagokkal (pl.: Pt, Pd, Th) kezelnek.

A porózus kialakítás nagy érintkezési felületet biztosít a gáz és a katalizátor számára, így kompaktabb érzékelők készíthetőek. Nem ritka a 4000 m2/g fajlagos felületű pellisztor sem. A katalizátormérgekkel szembeni ellenállóság növelése érdekében a pellisztort káliummal is kezelhetik.

A környezeti hatások (hőmérséklet, páratartalom, légnyomás és légáramlás) kompenzálása érdekében két pellisztor kerül beépítésre a katalitikus cellába. Az egyik a detektáló, vagyis katalitikusan aktív, míg a másik a kompenzáló vagy referencia, vagyis a katalitikusan inaktív pellisztor. Az inaktiválás részeként a benne lévő platinaszálat gyakran arannyal vonják be, míg a fémoxid pellisztort katalizátorméreggel (pl.: Cl2) kezelik.

A katalitikus elégetés egy elektroanalitikai mérési elv. A mérés egy kiegyenlített Wheatstone-hídkapcsolás segítségével történik az alábbi elrendezés szerint.

A híd alapesetben kiegyenlített, azaz a kimeneti feszültség nulla. Amikor az érzékelő cellába éghető gáz kerül, akkor a katalitikus elégetés következtében a detektáló érzékelő ellenállása megváltozik, így a hídon feszültség mérhető.

A kalibráció során egy ismert koncentrációjú kalibrálógázt vezetve az érzékelőre a hídfeszültség erősítése úgy lesz beállítva, hogy a kijelzett/távjelzett érték megegyezzen az érzékelőhöz vezetett kalibrálógáz koncentrációjával.

Ahhoz, hogy az érzékelő robbanásbiztos kialakítású legyen, Ex d (nyomásálló) védelmi módot alkalmaznak az érzékelő cella magas üzemi hőmérséklete miatt, a gáz pedig egy szinter tárcsán keresztül jut el a pellisztorokhoz. Az érzékelők ezen kívül további külső levegő páratartalom leválasztót és/vagy egyéb szűrőket tartalmazhatnak a szennyezőanyagok (pl.: szilikonvegyületek vagy H2S) eltávolítására.

A szinter tárcsa a gázmolekulák méretétől függően lassítja vagy akadályozza azok szabad diffúzióját az érzékelő cellába, így befolyásolja a gázérzékelő válaszidejét. A lenti ábrán jól megfigyelhető, hogyan alakul az úgynevezett t90 idő (a stabil végérték 90%-ának eléréséhez szükséges idő) különböző gázok esetében.

 

Az érzékelők gázspecifikus optimalizációja

A telepített gázérzékelőkben használt pellisztorok jóval nagyobb méretűek lehetnek, mint a hordozható készülékekben alkalmazottak, valamint tápellátásuk is egyszerűbben biztosítható, így lehetőség van az érzékelt gáztípusokhoz illeszkedő, optimalizált megoldások kialakítására.

Az alábbi lehetőségekkel tudnak élni a gyártók:

  • a szinter tárcsa karakterisztikájának módosítása annak érdekében, hogy pl. nagyobb molekulákat is könnyen áteresszen;
  • a belső és külső szűrők kihagyása vagy karakterisztikájuk módosítása;
  • a katalizátor változtatása;
  • a pellisztor porozitásának változtatása vagy
  • olyan érzékelő kialakítás alkalmazása, ami lehetővé teszi az oxidáció során keletkező molekulák könnyű távozását.

A nagy molekulák oxidációja során több vízmolekula jön létre, mint a kisméretű szénhidrogén molekulák oxidációja során. Az alábbiakban néhány tipikus oxidációs folyamatot mutatunk be.

Metán oxidációja: CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O

Pentán oxidációja: C5H12 + 8O2 -> 5CO2 + 6H2O

Nonán oxidációja: C9H2O + 14O2 -> 9CO2 + 10H2O

Jól látszik, hogy az oxidáció során szén-dioxid és vízgőz keletkezik. Ezek gyorsan eltávoznak a katalizátor felületéről, ezzel felhígítva a levegő sűrűségét a pellisztoron belül, ami hőveszteséget okoz. Emiatt az oxidáció melegítő hatása csökken, a kimeneti jel kisebb lesz.

Látható az is, hogy minél nagyobb molekulák oxidálódnak, annál több molekula keletkezik az oxidációban eredetileg részt vevők számához képest. (Pl.: metán esetében 3 molekula lép be az érzékelőbe és 3 is keletkezik, azonban nonán esetében már 15 lép be, de 19 hagyja el az érzékelőt.)

Nagyméretű molekulák esetében lehetőség van a pellisztor olyan kialakítására, hogy a molekuláknak hosszabb utat kelljen megtenniük az aktív felületekig, és onnan távozáskor is. A hosszabb csatornák megkönnyítik a molekulák mozgását a pellisztoron belül, ezáltal könnyebben távoznak, csökken a fent leírt hűtő hatás, az érzékelő pontosabb válaszreakciót ad.

 

Az érzékelést befolyásoló tényezők

A katalizátormérgek tartós érzékenységcsökkenést okozhatnak, vagy akár tönkre is tehetik az érzékelőcellákat. Ilyen anyagok a különböző szilikon, kén vagy nehézfém tartalmú vegyületek, vagy pedig a pigmenttartalmú anyagok.

Az érzékelő inhibitor, avagy gátló anyagok csak az érzékelő átmeneti érzékenység csökkenését okozzák. Az érzékelő képes a regenerációra, ha ezután hosszabb ideig (1-2 napig) friss levegőn üzemeltetjük. Ilyen anyagok a H2S, a Cl2 és a klór tartalmú, valamint a halogénezett szénhidrogének.

Az éghető gázok és gőzök katalitikus elégetés elvén történő érzékelése egy bevált módszer. Megbízható és kiszámítható, a mérési pontosság jellemzően ±5% körül van, viszonylag rugalmasan felhasználható különféle alkalmazásokban, és nem utolsó sorban az áruk is kedvező. Normál üzemi körülmények között egy katalitikus érzékelő akár 5 évig is működik.

Viszont nem szabad megfeledkezni az érzékelők rendszeres kalibrációjáról!

 

Milyen megoldásokat kínál a GfG?

Hordozható személyi gázérzékelők

 

Microtector II G450

(Ex zóna 1)

Microtector II G460

(Ex zóna 1)

 

Telepített gáztávadók

 

CC22

(normál kivitel)

CC28

(Ex zóna 1)

 

Forrás:

Fachartikel: Messprinzip Catalytic Combustion (CC)/Wärmetönung (WT), GfG Marketing, Carsten Schmidt

AP 1018: Understanding catalytic LEL combustible gas sensor performance, GfG Instrumentation, Application Notes

Jack Chou: Hazardous Gas Monitors - A Practical Guide to Selection, Operation and Applications

 

Tárgyi témában felmerülő kérdéseivel forduljon hozzánk bizalommal.



Hírlevél

A ROBEX Irányítástechnikai Kft. mindig nagy hangsúlyt fektetett arra, hogy naprakészen tartsa partnereit működési területein, mint pl.:

  • villám- és túlfeszültség-védelem;
  • fázisjavítás és energia-menedzsment;
  • földelésellenőrzés és sztatikai levezetés;
  • szenny- és ivóvíz méréstechnika;
  • gázérzékelés és légtér elemzés;
  • kábelátvezető rendszerek.

 

Erre az egyik legkézenfekvőbb megoldás a rendszeres információ átadás hírlevelek formájában.

 

Iratkozzon fel bátran, nem fogjuk felesleges levelekkel traktálni!