Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

Сравнительный анализ датчиков газовых извещателей для раннего обнаружения пожара

Аннотация

пожарный датчик извещатель

Цель данной статьи помочь разработчику пожарных извещателей выбрать датчик для канала углекислого газа (СО) в мультисенсорном пожарном извещателе. Если Вы ознакомитесь с монографиями по датчикам, то наверняка обнаружите много подходящих датчиков для анализа СО. Каждый из датчиков имеет свои преимущества и недостатки. Поэтому сделать выбор достаточно трудно. Мы, на основе своего многолетнего опыта по разработке и постановке на производство приборов газового анализа и пожарных извещателей предложим наиболее подходящие варианты.

В настоящее время для обнаружения пожара широко используются дымовые извещатели (часто с датчиком температуры). Однако они имеют ряд недостатков - не селективные по отношению к дыму (воспринимают как дым аэрозоли, пары воды, пары приготовления пищи, пыль). Пожарный извещатель СО свободен от этих недостатков, поскольку он является селективным по отношению к СО. Поэтому был разработан ряда перспективных Европейских стандартов и международных стандартов, которые предусматривают анализ СО для обнаружения пожара. Конечно, большие концентрации СО могут возникнуть и в помещениях, где курят, где есть отопительные приборы на твердом и газообразном топливе, в гаражах и подземных парковках. Мультисенсорные же извещатели, имеющие два канала раннего обнаружения пожара - СО и дымового, компенсирует недостатки каждого канала и при одновременном срабатывании обеих каналов можно с уверенностью утверждать, что мы имеем дело с пожаром на ранней стадии его развития, а не с пылью, парами воды, аэрозолями или просто большой концентрацией СО.

Для канала СО существующие стандарты рекомендуют использовать электрохимические датчики. В статье описаны технический параметры наиболее подходящих для контроля СО электрохимических датчиков - электролитических на основе кислотных электролитов и металл-оксидных полупроводников, а именно Nap-508 (505) и TGS2442. Описан также принцип действия и рекомендуемые схемы подключения. Эти датчики специально разрабатывались для создания на их основе пожарных извещателей газовых, прошли все испытания в соответствии с требованиями, предъявляемые к пожарным извещателям. Отмечено, что метал-оксидные датчики имеют более приемлемые эксплуатационные характеристики - более широкий рабочий диапазон температур, большой срок сохраняемости, отсутствие в своем составе агрессивных сред. К их недостаткам следует отнести сравнительно большое энергопотребление ~ 15 мВт.

Рассмотрены перспективы развития технологий изготовления металл-оксидных полупроводниковых датчиков. Указано, что применение микро и нано технологий при изготовлении этих датчиков решит вопрос уменьшение их энергопотребления до уровня, достаточного для изготовления автономных пожарных извещателей с питаний от батарейки. Уже сейчас фирма Фигаро разработала датчик TGS8410 со средним энергопотреблением 0,087 мВт.

Введение

Цель. Целью данной стати является раскрытие особенностей применения современных электрохимических датчиков в составе мультисенсорных пожарных извещателей.

Анализ окиси углерода как предвестника пожара становится все более актуальным в последнее время. Хотя сейчас для обнаружения пожара широко используются дымовые извещатели (часто с датчиком температуры), они имеют ряд недостатков - не селективные по отношению к дыму (воспринимают как дым аэрозоли, пары воды, пары приготовления пищи, пыль). Пожарный извещатель оксида углерода (СО) свободен от этих недостатков, он является селективным по отношению к СО и поэтому был разработан ряд Европейских стандартов (EN 54-26, EN 54-30, EN 54-31) [1-3] и международных стандартов (ISO 7240-6, ISO 7240-8, ISO 7240-27) [4-6], которые предусматривают анализ СО для обнаружения пожара. Конечно, большие концентрации СО могут возникнуть и в помещениях, где курят, где есть отопительные приборы на твердом и газообразном топливе, в гаражах и подземных парковках. Но эти помещения можно легко отсечь и не рекомендовать устанавливать в этих помещениях пожарные извещатели газовые (ПИГ). Извещатели СО чаще всего входят в состав мультисенсорных пожарных извещателей в качестве одного из каналов получения информации о пожароопасной ситуации. Каждый датчик мультисенсорного извещателя чувствителен к тому или иному типу пожара, а их совокупность позволяет однозначно идентифицировать пожар. Действительно, скажем СО извещатель, чувствителен к тлению углеродосодержащего материала (типы пожаров ТF2, TF3, TF9). Т.е. определяет пожар на начальной стадии его развития. Тепловой канал определяет пожар по повышению температуры в помещении (типы пожаров ТF1, TF5, TF6 - когда идет полноценное горение). Дымовой канал тоже чувствителен к пожарам типа ТF2, TF3, TF9, однако не чувствителен к СО. Это дает возможность отсечь варианты больших концентраций СО при отсутствии пожара. Т.е. сочетание двух каналов раннего обнаружения пожара - СО и дымового компенсирует недостатки каждого канала и при одновременном срабатывании обеих каналов можно утверждать, что мы имеем дело с пожаром на ранней стадии его развития, а не с пылью, парами воды, аэрозолями или большой концентрацией СО. Однако бывают случаи, когда помещение задымленное, есть небольшая концентрация СО, а пожара нет (например, при запуске котла на твердом топливе и отсутствии достаточной тяги). В этом случае, возможно, необходимо контролировать температуру в помещении. Конечно, температура срабатывания не должна быть большой или необходимо контролировать скорость нарастания температуры. Иначе, о каком раннем обнаружении пожара может идти речь? Т.е. для конкретных типов помещений и конкретных задач должны быть определены критерии оценки пожароопасных ситуаций с учетом вероятности разных событий и их корреляции. Именно этому варианту мультисенсорного извещателя (канал СО, дыма и тепла) и посвящены стандарты EN 54-31, ISO 7240-27.

С другой стороны, СО является токсичным газом и большие концентрации СО приводят к смертельным случаям. СО блокирует перенос кислорода кровью, возникает кислородное голодание и человек теряет ориентацию, сознание и умирает. Т.е. большие концентрации СО (больше 40 ppm) являются опасными и срабатывание извещателя СО говорит об опасности или пожара или отравления. Стандарт LPS 1282 [7] рекомендует в случае использования мультисенсорного пожарного извещателя с датчиками СО, дыма и, возможно, тепла, разделять сигналы пожара и загазованности помещений СО. Можно конечно утверждать, что нет необходимости разделять эти сигналы. Раз есть сигнал опасности, то надо просто покинуть помещение. Однако дело в том, какие в последующем предпринять шаги. Вызвать пожарных, проветрить помещение, или вызвать скорую помощь.

Датчики для канала СО. Все указанные выше стандарты оговаривают использования в канале СО электрохимических газовых датчиков. Электрохимические газовые датчики можно разделить на два больших класса:

· датчики, электрохимическая реакция в которых происходит на поверхности материала, чаще всего металл-оксидного полупроводника;

· датчики, электрохимическая реакция в которых происходят на электродах, помещенных в электролит.

Эти два класса можно разделить на различные типы, подтипы, но мы не будем утруждать читателей этой статьи сложной классификацией, а рекомендуем, в случае возникновения желания детально разобраться в вопросе, обратится к работам [8, 9].

Каждый класс имеет свои недостатки и преимущества. Сравнение их параметров приведено в Табл.1.

Таблица 1. Сравнение основных технических характеристик электрохимических датчиков

Параметр	Принцип детектирования
	Электрохимия объемная	Электрохимия поверхности
Линейность	Линейный	Логарифмический
Время отклика и восстановления	Быстрое	Очень быстрое
Селективность	Хорошая	Слабая
Влияние влаги	Не влияет	Незначительная
Механическая стойкость	Хорошая	Хорошая
Потребляемая мощность	Отсутствует	Незначительная

Как видно из Табл.1 электрохимические реакции при использовании электролита дают возможность получить более приемлемые технические характеристики датчиков. Однако эксплуатационные характеристики металл-оксидных датчиков несколько лучше - это полупроводниковые изделия, и, как и все подобные, имеют большой строк сохраняемости и службы. Для электролитических датчиков ситуация противоположенная. Действительно, кто может, например, гарантировать, что электролит не вытечет из ячейки? Если это произойдет, то пострадает весь прибор (аналогия батарейки на плате компьютера). Правда, в некоторых датчиках используют сгущенный электролит. Однако такие датчики не работают при высоких температурах и чувствительны к влаге. Кроме того, при достаточно больших фоновых концентраций СО постоянно идет электрохимическая реакция и, естественно, ресурс электролита не безграничен.

Чтобы оценить перспективы датчиков обоих типов нам придется рассмотреть их конструкцию и принцип их действия.

Рассмотрим сначала конструкцию, принцип действия и технические характеристики бытовых электролитических датчиков фирмы NEMOTO [10]. Это относительно недорогие, малогабаритные датчики с большим сроком службы NAP-505, NAP-508. Они по конструкции идентичны и отличаются сроком службы - более 7 и более 10 лет, соответственно. Возможно, отличие в сроке службы достигается за счет количества электролита.

Датчик NAP-508 ( NAP -505) состоит из трех пористых электродов с использованием благородных металлов, разделенных насыщенными парами водного раствора кислотного электролита, который находится в пределах пластикового корпуса. Газ поступает в электролитическую ячейку через газо-фазовый диффузный барьер (капилляр) и угольный фильтр, который удаляет нежелательные газы, мешающие работе датчика и приводящие к выдаче ложного сигнала. Резервуар с электролитом обеспечивает необходимое давление насыщенных паров электролита и датчик вентилируют, чтобы обеспечить равновесие внутреннего и внешнего давления датчика.

В процессе работы газ проникает в ячейку через капилляр и фильтр, и вступает в контакт с рабочим электродом. Присутствующая в газовой пробе окись углерода подвергается следующей химической реакции (окисления):

СО + Н₂О > СО₂ + 2H⁺ + 2е^- (1)

Генерируемый CO₂ отводится наружу из ячейки через капилляр, а ионы водорода (H⁺) мигрируют в электролите внутри ячейки. Электроны (е^-), генерируемые на рабочем электроде, поступают во внешнюю цепь через металлический контакт в виде небольшого (nA) электрического тока.

Реакция на рабочем электроде уравновешивается взаимной (восстановительной) реакцией на измерительном (счетном) электроде, с помощью кислорода из окружающей атмосферы:

ЅO₂ + 2H⁺ + 2e^- > H₂O. (2)

Электроны, используемые в этой реакции, протекают по внешней цепи через металлическую контактную полосу счетного электрода.

Рис.1. Конструкция электрохимического датчика NAP-508 [10]

Рис.2. Принцип действия датчика NAP-508 [10]

Таким образом, в то время как ионы водорода генерируются на рабочем электроде, вода потребляется. В это же время ионы водорода потребляются измерительным электродом, и вода воссоздается заново. Электрохимическая реакция на рабочем электроде генерирует электроны, в то же время реакция на измерительном электроде потребляет электроны. Соединив рабочий и измерительный электроды вместе с помощью специального контура, поток электронов между двумя электродами измеряется как уровень токового сигнала в nA, пропорциональный концентрации монооксида углерода.

Электрод сравнения сохраняет работоспособность ячейки. Он окружен электролитом, не контактирует с газом и ток не проходит через него. Его электрохимический потенциал, следовательно, всегда остается постоянным на уровне известного как "потенциал покоя воздуха", и он используется для регулирования потенциала рабочего электрода, независимо от тока, генерируемого во время его работы. Таким образом, использование электрода сравнения (трехэлектродное функционирование) помогает расширить рабочий диапазон датчика, улучшить линейность и дает ряд преимуществ по сравнению с похожими датчиками, работающими только с двумя электродами. Ниже приведены основные технические характеристика датчика NAP-508 [10].

Таблица 2. Основные технические характеристики электролитического датчика NAP-508

Характеристика	Значение
Детектируемый газ	Монооксид углерода
Диапазон детектируемых концентраций	0 .. 1000 ppm
Выходная чувствительность	20±5 nA/ppm
Смещение нуля при 20 єС	Эквивалентно 5 ppm
Время отклика (измерение Т90Т)	< 30 с
Точность измерения	±2%
Температурная зависимость	±15 ppm (в диапазоне -20..+50 єС)
Долговременный дрейф	< 3% в год
Ожидаемая продолжительность работы	> 10
Диапазон температур	-20 .. 50 єС
Диапазон влажности	15 .. 90 % RH
Давление	1±0,1 Атм
Рекомендуемая температура хранения	0 .. 20 єС
Рекомендуемое максимальное время хранения	10 месяцев
Вес	2,6 г

Рис.3. График чувствительности к разным газам [10]

Рис.4. Зависимость чувствительности от температуры [10]

Рис.5. Зависимость чувствительности от скорости ветра/воздушного потока [10] Fig.5. Wind / Flow Influences [10]	Рис.6. Долговременная стабильность [10] Fig.6. Long Term Stability [10]

Response	Response time (s)
	-20 єC	-10 єC	0 єC	20 єC	40 єC
T 60	6	Less than 5	Less than 5	Less than 5	Less than 5
T 90	52	30	18	12	9
T 95	112	60	36	21	12

Рис.7. Время отклика датчика при разных температурах [10]

Тестирующий газ	Относительная чувствительность (CO is 100)при 20 єC
CO	100
Водород	30
Метан	0
Изобутан	0
Углекислый газ	0
Сероуглерод	0
Сероводород	0
Оксид азота	0
Диоксид азота	< 5
Аммиак	0 ***
Этилацетат	0 ***
Дихлорметан	0 ***
Гептан	0 ***
Толуол	0 ***
Изопропиловый спирт	0 ***
Этиловый спирт	< 2 *
Гексаметилдисилоксан	0 **

Время воздействия: ^* 30 минут, ^** 40 минут, ^*** 2 часа.

Рис.8. Перекрестная чувствительность к разным газам [10]

Рекомендуемое основное схемное решение.

Приведенная ниже схема использует операционный усилитель OP97, легко доступный и имеющий малую мощность. Температурная зависимость NAP-508 компенсируется NTC термистором, имеющим константу в=3435K, изготовленным Ishizuka Denshi. Таким образом, полученная точность может быть в пределах ±10% в диапазоне от -10°C до 50°С. Также может быть использован и любой другой термистор с в-константой 3500К и значением сопротивления (R25) 10 кОм.

Температурная компенсация, приведенная в этой схеме, относится только к чувствительности. Смещение нуля от температуры не компенсируется в этом случае, но может применяться другой термистор, сложная терморезисторная матрица или компенсация программным обеспечением.



Рис.9. Рекомендуемое схемное решение [10]

Рис.10. Внешний вид автономного газосигнализатора СО ACO-10 (ПП «АРТОН») на основе датчика NAP-508.

Рассмотрим теперь электрохимические метал-оксидные датчики для анализа СО. Начнем с популярного объяснения принципа работы датчика. В чистом воздухе, донорные электроны в диоксиде олова притягиваются кислородом, который адсорбируется на поверхности чувствительного материала, предотвращая электрический ток.

Рис.11. Популярная демонстрация принципа работы металл-оксидного датчика [11]

В присутствии восстанавливающих газов, поверхностная плотность адсорбированного кислорода уменьшается, так как он реагирует с восстановительными газами. Электроны затем поступают в диоксид олова, позволяя току свободно протекать через датчик (кликните на ссылку для просмотра процесса в динамике).

Принцип действия. В случае, когда чувствительный слой материала датчика (как правило, диоксид олова [SnO_2-X]) нагревают до высокой температуры, такой как 400°С, и в случае отсутствия кислорода, электроны текут через контактирующие части (по границам зерен) кристалла диоксида олова. В чистом воздухе (около 21% О₂), кислород адсорбируется на поверхности оксида металла. Благодаря высокому сродству к электронам, адсорбированный кислород притягивает свободные электроны внутри оксида металла, образуя потенциальный барьер на границах зерен. Это потенциальный барьер препятствует потоку электронов, в результате чего наблюдается большое сопротивление датчика в чистом воздухе (см. Рис. 12А).

А	B	C

Рис. 12. Принцип работы металл-оксидного датчика [11]

Когда на датчик воздействует горючий или восстановительный газ (например, оксид углерода), на поверхности диоксида олова происходит реакция окисления этого газа адсорбированным кислородом (см. Рис. 12В). В результате, плотность адсорбированного кислорода на поверхности диоксида олова уменьшается, уменьшается также и высота потенциального барьера (см. Рис. 12С). Тогда электроны легко проходят через потенциальный барьер с уменьшенной высотой и сопротивление датчика уменьшается. Анализируемый газ в воздухе может быть обнаружен путем измерения изменения сопротивления газового датчика. Результат химической реакции газов и адсорбированного кислорода на поверхности диоксида олова зависит от реакционной способности анализируемых газов и рабочей температуры датчика.

Характеристики датчика для анализа СО TGS2442 фирмы Figaro (Япония). TGS2442 это новый тип толстопленочных металл-оксидных полупроводников, с трафаретной печатью, миниатюрный, с использованием импульсного нагрева для достижения низкого энергопотребления [12]. TGS2442 обладает высокой селективностью к окиси углерода вместе с уменьшенной зависимостью от влажности и хорошей долговечностью.

Рис.13. Конструкция TGS2442 [12]

На рисунке 13 показана конструкция TGS2442. В датчике используется многослойная структура. Слой стекла для тепловой изоляции наносится между нагревателем на основе оксида рутения (RuO₂) и подложки из оксида алюминия. Пара золотых электродов нагревателя наносятся на теплоизолятор. Газочувствительный слой на основе диоксида олова (SnO₂) наносится на электроизоляционный слой, который отделяет обогреватель. Пара Pt электродов для чувствительного слоя датчика наносятся на электрический изолятор. Активированный угольный фильтр используется с целью уменьшения влияние мешающих газовых компонентов.

На рисунке 14 показана базовая измерительная схема TGS2442 [12]. Напряжение (V_C) прикладывается к чувствительному слою, который имеет сопротивление (Rs) между двумя электродами датчика (контакты 2 и 3) и соединенным последовательно с ним нагрузочным резистором (R_L). Чувствительный элемент нагревается нагревателем, который подсоединяется с помощью контактов 1 и 4. Датчик требует применения 1 сек цикла нагревания, который достигается за счет периодического (1 секундный цикл) соединения нагревателя с цепью питания. Каждый цикл состоит из приложенного к нагревателю напряжения V_H 4,8 В в течении первых 14мс, с последующим падением напряжением до нуля в оставшиеся 986мс (см. Рис. 15) [12]. Цикл измерения состоит из напряжения Vс = 0 В в течении 995мс, а затем 5,0 В на протяжении 5 мс. Для достижения оптимальных характеристик анализа, полезный сигнал с датчика должен быть измерен в средней точке 5 мс импульса напряжения 5,0 В. Для иллюстрации циклов, приведена временная диаграмма на Рис. 15.

Рис.14. Электрическая схема [12]	Рис.15. Циклы нагревателя и схемы измерения [12]]

Таблица 3. Основные технические характеристики металл-оксидного датчика TGS2442 [12]

Параметр	Значение
Номер модели	TGS 2442
Тип чувствительного элемента	M1
Корпус	TO-5 металлический
Детектируемый газ	Монооксид углерода
Рабочий диапазон чувствительности	30 ~ 1000 ppm
Стандартные условия цепи	Напряжение нагревателя в цикле прогрева	VH	VHH=4.8V±0.2V DC, 14ms, VHL=0.0, 986ms
	Напряжение в измерительной цепи	VC	VC=0V на протяжении 995ms,
			VC=5.0V±0.2V DC на протяжении 5ms
	Сопротивление нагрузки	RL	изменяется (?10k?)
Электрические характеристики при стандартных условиях	Сопротивление нагревателя	RH	17 ± 2.5? при комнатной температуре
	Ток нагревателя	IH	Примерно 203 mA (при VHH)
	Мощность, потребляемая нагревателем	PH	примерно 14mW (среднее значение)
	Сопротивление сенсора	RS	13.3k? ~ 133k? в 100ppm монооксида углерода
	Чувствительность (изменение соотношения Rs)	в	0.13 ~ 0.31
Стандартные условия испытаний	Условия испытаний газа	Моноокись углерода в воздухе при 20±2?C, 65±5%RH
	Условия электрической цепи	Стандартные условиях цепи (см.выше)
	Время выдержки перед тестом	2 дня и более

В таблице 3 приведены основные технические характеристики металл-оксидного датчика TGS2442. Тут чувствительность в = Rs(CO, 300 ppm)/Rs(CO, 100 ppm), де Rs - сопротивление датчика при заданной концентрации СО.

Рис. 16. Относительная чувствительность датчика к различным газам [12]

На Рис.16 показана относительная чувствительность датчика к различным газам. По оси Y отложено соотношение величины сопротивление датчика к различным газам (R_S) к сопротивлению датчика при 100 ppm СО (Ro). Как видно из Рис. 16, TGS2442 демонстрирует очень хорошую чувствительность к СО, так как кривая сопротивления датчика CO резко падает при увеличении концентрации СО. Для сравнения, чувствительность к этанолу (C₂H₅OH) является очень низкой, о чем свидетельствует относительно малый наклон кривой чувствительности и ее высокое значение сопротивления. Плохая чувствительность датчика также и к Н₂. Что касается влияния сигаретного дыма на сопротивление датчика, то количество СО в сигаретном дыме эквивалентно примерно 20 ppm СО при 10 выкуренных сигаретах в комнате размером примерно 24м³. Т.е. влияние сигаретного дыма является недостаточным для срабатывания бытового пожарного извещателя (ПИ) СО на основе TGS2442, если он откалиброван при концентрации 60 ppm СО, что обычно и делают.

Рисунок 17 показывает изменение сопротивления датчика после подачи на него питания. Перед проведением данного теста, датчик хранился в отключенном состоянии в обычном воздухе в течение 40 дней после чего на него было подано напряжение. После подачи напряжения, сопротивление датчика достигает 90% от его конечного значения менее чем за одну минуту. Поэтому ПИГ, использующие TGS2442, должны иметь схему задержки, чтобы предотвратить активацию сигнала тревоги в течение этого периода.

Рис.17. Время прогрева датчика [12]	Рис.18. Влияние мешающих компонентов [12]

На рисунке 18 показаны результаты тестирования датчика TGS2442 на устойчивость к воздействию различных мешающих газов, указанных в Протоколе 1 испытаний GRI. Тест был проведен путем внесения датчика в каждый газ, указанный на Рис. 18 (начиная со 100 ppm CO) в течение двух часов, затем помещение датчика в чистый воздух на время один час, а затем установка датчика в следующий тестированный газ. Эту процедуру повторяли для получения полного спектра газов, показанных на рис. 18. Поскольку датчик подвергается последовательно влиянию каждого из тестированных газов, в какой-то незначительной степени эффект предыдущего испытуемого газа может повлиять на последующие результаты испытаний в течение короткого периода времени. Тем не менее, несмотря на короткий период времени, эффекты от таких газов следует учитывать. Не смотря на это датчик по-прежнему демонстрирует значительно меньшую чувствительность к каждому из тестируемых газов по сравнению с 100 ppm СО и чувствительность к СО остается неизменной.

Рис. 19. Долговременная стабильность датчика [12]

Рисунок 19 показывает результаты испытаний на долговременную стабильность TGS2442. Тестируемые образцы находились с включенным питанием и при стандартных условиях питания и чистоте воздуха. Измерения проводились для подтверждения параметров датчиков в стандартных условиях испытаний (20°C, относительная влажность 65%) на протяжении 350 дней. Первоначальное значение относительного изменения сопротивления было измерено через четыре дня после подключения датчика к сети при обычном воздухе и номинальном напряжении и при воздействии мешающих газовых компонентов. По оси Y отложено соотношение Rs/Ro между измеренной величиной сопротивления датчика и начальным значением (на 4 день) сопротивления при 100 ppm СО.

Чтобы продемонстрировать устойчивость TGS2442 против коррозии, образцы были подвергнуты условиям испытаний согласно UL2034, гл. 57 - Тест на коррозию. Датчик был поставлен на три недели в смесь из 100ppb H₂S, 20ppb Cl₂, и 200ppb NO₂ и был обеспечен воздухообмен 5 раз в час. По сравнению с первоначальными значениями Rs/Ro, когда образцы не подвергались воздействию этих агрессивных газов, не было замечено значительной разницы в значениях Rs/Ro (см. рис.20).

Рис. 20. Устойчивость к коррозии [12]	Рис.21. Испытания на влажность [12]

Рисунок 21 показывает сравнение сигналов опорных датчиков с теми, что подвергались воздействию воздуха при 52^оC и 95% относительной влажности в течение 168 часов, далее выдерживались при нормальных условиях в течение 2 дней, затем следуюющий цикл на протяжении 168 часов при 20°C и 10% относительной влажности (RH). Испытания проводились на датчиках подключеным к питанию в соответствии с тестом на влажность UL2034 п. 46A.1. Как показывают испытания (см. рис.21) датчики подвержены незначительному воздействию влаги, однако они быстро возвращаются в свое исходное состояния после прекращения воздействия.

Рис.22. Внешний вид пожарного извещателя ПП «Анализер» с использованием датчика TGS2442: 1 - светодиод; 2 - крышка с прорезями; 3 - металлическая сетка;

Подведение итогов. Анализируя результаты тестирования датчиков NAP-508 и TGS2442 можно утверждать, что на базе этих датчиков могут быть созданы ПИГ с хорошими параметрами. Среди преимуществ NAP-508 более высокая селективность, независимость от влажности, отсутствие энергопотребления. К недостаткам датчика следует отнести присутствие в его составе кислотного электролита, ограниченность рабочего диапазона температур 50єС, влияние скачков давления, небольшой срок сохраняемости, длительный период выхода на режим после хранения. В тоже время, датчик TGS2442 обладает более высокими эксплуатационными характеристиками (большой срок сохраняемости, более широкий температурный диапазон, меньшие габариты и вес, отсутствие агрессивной активной среды). Однако энергопотребление датчика достаточно большое - 14 мВт. Это основной недостаток датчика.

Однако фирма Figaro и другие производители металл-оксидных датчиков постоянно усовершенствуют технологию изготовления датчиков, применяют микро и нанотехнологии. Так серия датчиков TGS 8100 отличается миниатюрными размерами, а серия TGS 8410 мизерным энергопотреблением - 0,087 мВт.

Рис.23. Миниатюрный датчик TGS 8100 [13]

Выводы. Тенденция (применения нанотехнологий при изготовлении датчиков) дает уверенность, что проблема энергопотребления металл-оксидных датчиков будет решена. В этом случае эти датчики будут вне конкуренции при создании ПИГ или канала СО в мультисенсорном ПИ. К сожалению, в настоящее время не все производители могут себе позволить использовать нанотехнологии при изготовлении датчиков. Они достаточно дорогие и могут себя окупить при миллионных тиражах. Один лазерный пинцет (работает на принципе энергетической ямы в трехмерной стоячей волне и перемещение ее положения достигается за счет перестройки частоты лазера) стоит несусветно дорого. Кроме того, иногда присутствуют коммерческие соображения. Скажем, фирма Figaro в последнее время развивает выпуск электролитических датчиков, в том числе и датчиков СО. Получены хорошие результаты. То есть создание металл-оксидного датчика СО с мизерным энергопотреблением создало бы конкуренцию этому направлению. К сожалению, другие фирмы - производители металл-оксидных датчиков - не имеют таких технологических возможностей как Figaro.

Литература

1. BS EN 54-26:2015 Fire detection and fire alarm systems. -- Part 26: Carbon monoxide detectors. Point detectors

2. BS EN 54-30:2015 Fire detection and fire alarm systems. -- Part 30: Multi-sensor fire detectors. Point detectors using a combination of carbon monoxide and heat sensors

3. BS EN 54-31:2014 Fire detection and fire alarm system. -- Part 31: Multi-sensor fire detectors. Point detectors using a combination of smoke, carbon monoxide and optionally heat sensors

4. ISO 7240-6:2011 Fire detection and alarm systems -- Part 6: Carbon monoxide fire detectors using electro-chemical cells

5. ISO 7240-8:2014 Fire detection and alarm systems -- Part 8: Point-type fire detectors using a carbon monoxide sensor in combination with a heat sensor

6. ISO 7240-27:2009 Fire detection and alarm systems -- Part 27: Point-type fire detectors using a scattered-light, transmitted-light or ionization smoke sensor, an electrochemical-cell carbon-monoxide sensor and a heat sensor

7. Jacob Fraden Handbook of Modern Sensors. Physics, Designs, and Applications. Fourth Edition. Springer New York, 2010, р.663.

8. Chemical Sensors: Comprehensive Sensors Technologies. Volume 5: Electrochemical and Optical Sensors. Momentum Press, LLC, 2011, р.518.

9. LPS 1282: Issue 1.0 Requirements and Testing Procedures for Combined Domestic Smoke and Carbon Monoxide Detectors

10. http://www.nemoto.eu/restox.html

11. http://www.figaro.co.jp/en/technicalinfo/principle/mos-type.html

12. http://www.figaro.co.jp/en/topic/2007/07/updated-data-sheet-of-tgs2442.html

13. http://www.figaro.co.jp/en/product/feature/tgs8100.html

Размещено на Allbest.ru