Alarme de fuite de gaz domestique. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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La surveillance constante de la concentration de gaz explosifs dans l'air des locaux d'habitation et de travail est le moyen le plus efficace d'empêcher leur inflammation. Au fil du temps, la pertinence de la sécurité du gaz ne fait que croître. L'air qui nous entoure peut contenir non seulement la source de la vie - l'oxygène, mais également des substances dangereuses, telles que des gaz explosifs. Les détecteurs de gaz servent de dispositifs techniques de sécurité. Ils sont conçus pour détecter les concentrations excessives de gaz dangereux dans l’environnement.

Le gaz naturel - l'un des plus explosifs - est largement utilisé dans la vie quotidienne comme combustible bon marché pour le chauffage, l'eau chaude et la cuisine. Comme vous le savez, le principal composant du gaz naturel est le méthane (CH₄), il en contient de 70 à 98 %. Par conséquent, pour surveiller les fuites de gaz naturel, il est nécessaire d’utiliser un capteur qui réagit à la concentration de méthane dans l’air.

Limites de concentration de propagation de la flamme dans un mélange de méthane avec de l'air en pourcentage volumique : inférieure - 5, supérieure - 15 [1]. La limite inférieure de concentration de propagation de la flamme (LCPR) ou seuil inférieur d'explosivité (LIE) est la proportion minimale d'une substance combustible dans un mélange homogène avec un agent comburant (air, oxygène), à ​​laquelle la propagation de la flamme à travers le mélange est possible à à toute distance de la source d'inflammation (flamme extérieure nue, rang d'étincelle, etc.). Pour le méthane 100 % LIE (LIE) = 5 vol% = 50000 33500 ppm = XNUMX XNUMX mg/m³ [2].

En règle générale, la plupart des détecteurs de fuite de gaz disponibles dans le commerce sont réglés à un pour cent en volume. C'est à cette concentration qu'ils déclenchent une alarme, allument le système de ventilation de la pièce et, à l'aide d'une vanne électromagnétique, coupent l'alimentation en gaz du système d'alimentation en gaz d'un immeuble résidentiel ou d'un appartement.

Les capteurs à semi-conducteurs et catalytiques de type pellistor sont les mieux adaptés à la surveillance des fuites de gaz combustibles en raison de la simplicité de leur conception. Habituellement, les capteurs à semi-conducteurs sont utilisés uniquement pour signaler l'excès de la concentration admissible de méthane dans l'air, et s'il est nécessaire de mesurer la concentration de gaz, des capteurs catalytiques thermiques à deux pellistors sont utilisés. Ils contiennent deux pellistors - des spirales de fil de platine, chauffées par un courant les traversant jusqu'à une température d'environ 400°C. ^оC. Ils forment un diviseur de tension résistif classique (Fig. 1).

Riz. 1. Diviseur de tension résistif

Lorsqu'il n'y a pas de méthane dans l'air, les résistances des deux pellistors sont égales, donc la tension de sortie du diviseur est exactement la moitié de la tension d'alimentation U._fosse. Le pellistor actif étant recouvert d'une couche de catalyseur, à sa surface, en présence de méthane, ce gaz est oxydé par l'oxygène de l'air. La température du pellistor actif augmente et la résistance augmente. En incluant un tel capteur dans le pont de mesure, vous pouvez facilement mesurer la tension de déséquilibre du pont :

∆U=U_O - U_fosse/ 2,

puis déterminer la concentration du gaz.

Les capteurs catalytiques thermiques sont peu coûteux et faciles à utiliser, mais ils présentent un certain nombre d'inconvénients. Premièrement, à une concentration de gaz élevée, le capteur est sursaturé et tombe en panne. Deuxièmement, le catalyseur s'épuise avec le temps, ce qui entraîne une diminution de la sensibilité du capteur. Troisièmement, l'oxygène est nécessaire à la réaction chimique qui se déroule dans le capteur. Par conséquent, s'il est déficient, le capteur sous-estime considérablement les lectures. Enfin, le capteur thermique catalytique peut être « empoisonné » par certaines substances. Il est sensible par exemple à l'attaque des silicates ou aux fortes concentrations d'hydrogène sulfuré (H₂S). De plus, les capteurs catalytiques thermiques nécessitent un entretien. Des contrôles périodiques sont nécessaires pour garantir leur bon fonctionnement. La durée de vie du pellistor est au maximum d'un à trois ans.

Les capteurs infrarouges de gaz combustibles (capteurs NDIR) hautement fiables et pratiquement sans problème sont dépourvus de tous ces défauts. A l'aide de détecteurs de mesure et de normalisation, ils évaluent le degré d'absorption du rayonnement infrarouge par le gaz. Les détecteurs utilisent un rayonnement infrarouge de deux longueurs d'onde. L’un d’eux absorbe le gaz et le second non. Le capteur mesure le niveau de rayonnement absorbé et le compare au niveau de référence. Ces informations sont traitées selon un algorithme assez complexe, pour lequel presque tous les capteurs disposent d'un microprocesseur intégré.

Les capteurs numériques NDIR de la série PrimePell [3] peuvent remplacer ceux à pellistor. Au cœur des capteurs PrimePell se trouvent un capteur IR breveté et un microprocesseur ARM V7 qui contrôle le capteur, calcule la concentration de gaz et génère le résultat sous forme analogique et numérique. Le microcontrôleur surveille également l'état du capteur et enregistre les pannes de courant. Les informations numériques peuvent être reçues soit via le port série, soit via l'interface I²C, qui modifie également les modes de fonctionnement du capteur.

Avec la tension d'alimentation correcte, le capteur PrimePell peut remplacer le capteur thermique catalytique précédemment installé dans l'analyseur de gaz, et aucune modification de l'analyseur n'est requise pour cela.

Le schéma du détecteur de fuite de gaz domestique utilisant le capteur de méthane infrarouge PrimePell est illustré à la fig. 2. La sensibilité de ce capteur est de 100 mV à 100 % LIE. Les "pellistors" internes du capteur et les résistances R1-R3 forment un pont de mesure. Le signal prélevé sur la diagonale du pont amplifie l'amplificateur instrumental DA1 avec un gain fixe de 10. Sa tension de sortie de 1000 mV correspond à 100% LIE. Par conséquent, les lectures du voltmètre numérique intégré PV1 en dizaines de millivolts sont numériquement égales au pourcentage de LIE.

Riz. Fig. 2. Schéma de principe d'un détecteur de fuite de gaz domestique utilisant un capteur de méthane infrarouge PrimePell (cliquez pour agrandir)

Au Royaume-Uni (le pays de fabrication du capteur), 100 % LIE équivaut à 4,4 % v/v, et non à 5 % v/v dans notre pays. Sur cette base, le seuil de réponse du comparateur DA2, correspondant à un pour cent en volume, est fixé à 227 mV par une sélection de résistances R5 et R6. Une précision de réglage de seuil élevée n’est pas requise. Lorsque le comparateur est déclenché, l'émetteur piézo HA1 avec générateur intégré donne un signal d'alarme. De plus, le signal du comparateur via l'optocoupleur U1 va aux actionneurs - l'unité de commande du système de ventilation (impostes, ventilateurs d'extraction, etc.) et à la vanne de gaz électromagnétique qui coupe l'alimentation en gaz.

Le réglage de l'appareil se réduit à la mise à zéro des lectures du voltmètre numérique PV1 à l'aide d'une résistance variable R2 en l'absence de méthane dans l'air. La durée de vie garantie du capteur est d'au moins cinq ans. Il n’est souvent pas nécessaire de vérifier ses performances.

littérature

1. Norme d'État de l'URSS GOST 5542-87 "Gaz naturels combustibles à usage industriel et domestique. Spécifications". - URL : ukrgazkom.com. ua/assets/files/normative/5542-87.pdf.
2. Tableau des rapports de concentration pour les gaz combustibles et toxiques les plus courants (conditions normales). - URL : centros.ru/tablica-gazy.
3. Capteur de gaz infrarouge de remplacement PrimePell Pellistor. - URL : terraelectronica.ru/%2Fpdf%2FCLAIRAIR%2FPrimePell-datasheet-DES10-Iss4.pdf.

Auteur : A. Kornev

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