Пеллисторы появились ещё в 1960 году, и с тех пор, практически не изменяясь конструктивно, служат в качестве чувствительных элементов в датчиках различных газов. Пеллисторы недороги, однако из-за своей недолговечности и невозможности работать в бескислородной среде они проигрывают современным инфракрасным датчикам. Бывает так, что оборудование с пеллисторами заменить нельзя, и в то же время хочется пользоваться современными, более эффективными решениями. В такой ситуации помогут инфракрасные датчики газа PrimePell компании Clairair, которые умеют прикидываться пеллисторами.
Пеллистор устроен очень просто. Платиновая проволочка, свёрнутая в спираль, запечатывается в керамический материал, например, из оксида алюминия, а поверх него наносится вещество-катализатор. При работе пеллистор нагревается проходящим через него током до температуры более 400 °C. Смесь газа и кислорода, проходя сквозь мембрану корпуса датчика, реагирует с катализатором, чья температура ещё более повышается. Изменения температуры влияют на сопротивление платиновой проволоки. Для того, чтобы показания термокаталитического датчика не зависели от окружающей температуры, в его состав входят два пеллистора – измерительный и опорный, изолированный от окружающей среды. Пеллисторы включаются в цепь измерительного моста (рис. 1), изменение концентрации газа фиксируется как разница их сопротивлений.
 |
|
| Рис. 1. | Схема включения термокаталитического датчика. |
Столь несложная конструкция влечёт за собой существенные недостатки. Химический катализатор со временем истощается, и чувствительность датчика снижается. Для реакции катализа необходим кислород, поэтому при его отсутствии показания сильно занижаются. Наконец, термокаталитический датчик может быть «отравлен» некоторыми веществами.
Принцип работы инфракрасных датчиков газа (NDIR – Non-dispercive Infrared) основан на измерении поглощения ИК-излучения определённых длин волн в измеряемом газе. Интересно, что первые исследования методов ИК-анализа газов проводились ещё в 30-х годах ХХ века в рамках секретных программ создания систем ночного видения под эгидой Министерства обороны США. Основные элементы датчиков – узкополосные ИК-фильтры – были рассекречены только в 50-х годах. Спустя 10 лет появился первый коммерческий ИК-измеритель уровня углекислого газа, применявшийся в медицине и не отличавшийся ни высокой точностью, ни стабильностью. Появившиеся позднее приборы, в которых сравнивались поглощения ИК-излучения в исследуемом и эталонном газах, были гораздо точнее.
Современные двухсенсорные NDIR-датчики газа работают быстро, нечувствительны к внешним воздействиям и долговечны. По сравнению с устаревшими термокаталитическими все преимущества на их стороне. Однако замену термокаталитических датчиков на NDIR можно сравнить с заменой ламп в усилителе на транзисторы: без переделки всей схемы это не имеет смысла. На помощь приходят современные цифровые технологии, которые иной раз позволяют сделать почти невозможное. Компания Clairair предлагает цифровые NDIR-датчики серии PrimePell (рис. 2), которые могут работать в цепях пеллисторных анализаторов.
 |
|
| Рис. 2. | Датчики PrimePell. |
Основа датчиков PrimePell – запатентованный ИК-сенсор и микропроцессор на основе ядра ARM v7, который выполняет всю работу по управлению сенсором, вычислению концентрации газа, вывода её в аналоговом и цифровом форматах, а также отслеживанию внутренних неисправностей и сбоев питания. В зависимости от режима работы изменяются диапазон выходных напряжений датчика и функции аналоговых выводов. Информация может быть получена и через последовательный порт UART или I2C, с его же помощью выполняется настройка режима работы. Датчик PrimePell может заменить термокаталитический сенсор без вмешательства в схему газоанализатора при условии подходящего напряжения питания.
Характеристики датчиков Clairair PrimePell:
- напряжение питания: 3–5 В;
- ток потребления: 280 мВт (тип.);
- выходное напряжение: 0.4–2 В (обычный режим), 0–100 мВ (пеллисторный режим со средней точкой);
- время отклика: менее 30 с;
- время разогрева: до начала работы – менее 60 с, до выхода на заявленные характеристики – менее 3 мин;
- диапазоны измерений: 0–100% от предела воспламеняемости метана или углеводородов, 0–100% объёма метана;
- минимальное разрешение: менее 2% от диапазона измерения;
- повторяемость нулевой точки: ±1% от диапазона измерения;
- формат цифрового вывода данных: 8 бит данных, один стоп-бит, без бита чётности;
- скорость обмена данными: 9600, 38400 (по умолчанию), 19200 Бод;
- среднее время наработки на отказ: более 5 лет;
- виброустойчивость: соответствует EN61779-1;
- масса: 18 г;
- диапазон рабочих температур: –30…55 °С;
- диапазон рабочего давления: 700–1300 гПа;
- относительная влажность: до 95% без конденсата.
О компании
Компания Clairair (Великобритания) была основана в 2006 году как независимый поставщик датчиков и сенсорных технологий для производителей электроники всего мира. Девиз компании – «Предлагать независимые, профессиональные и инновационные решения в области сенсорных технологий». Головной офис компании находится в живописном городке Литл Бракстед, графство Эссекс, в 40 минутах езды от Лондона.
