ГОСТ Р 52350.29.2-2010 (МЭК 60079-29-2:2007) Взрывоопасные среды. Часть 29-2. Газоанализаторы. Требования к выбору, монтажу, применению и техническому обслуживанию газоанализаторов горючих газов и кислорода

     5.5 Электрохимические датчики

Принцип действия электрохимических датчиков основан на изменении электрических параметров электродов, находящихся в контакте с электролитом, в присутствии определяемого газа. Изменение электрических параметров является следствием окислительно-восстановительной реакции определяемого газа на поверхности электрода.

Датчики требуют регулярной градуировки через установленные интервалы времени в целях корректировки дрейфа нуля и чувствительности и, в конце концов, подлежат замене. Срок службы в благоприятных условиях обычно более 2 лет.

5.5.1 Область применения

Электрохимические ячейки не подходят для обнаружения многих углеводородов (например, алканов, метана, этана, пропана и т.д.). Однако существует ограниченное число применений данного типа датчиков для контроля взрывоопасных сред. Их применяют для измерения объемной доли водорода или оксида углерода вплоть до 100% НКПР и кислорода до 25%. Существуют также датчики для измерения объемной доли кислорода до 100%.

Кроме того, эти датчики широко применяют для измерения содержания токсичных газов, вплоть до нескольких миллионных долей. Носимые газоанализаторы горючих газов в диапазоне 0% - 100% НКПР, использующие какой-либо из типов датчиков, описанных в настоящем стандарте, часто изготовляют в многоканальном исполнении, включая в их состав электрохимические датчики токсичных газов и кислорода.

5.5.2 Ограничения по применению

Временная потеря чувствительности вследствие конденсации воды на мембране датчика наблюдается из-за перемещения холодного газоанализатора в более теплое место с повышенной влажностью. Это особенно заметно у кислородных датчиков, у которых по этой причине при нормальной объемной доле кислорода 20,9% показания могут снизиться и газоанализатор может выдавать аварийный сигнал в течение нескольких минут. Загрязнение нелетучими жидкостями или клейкими твердыми веществами может оказывать такое же воздействие, только постоянное.

Для прохождения электрохимической реакции необходим кислород. При работе датчика в обескислороженной среде кислород, растворенный в электролите, обеспечит ход химической реакции в течение непродолжительного времени в зависимости от датчика, но длительная работа датчика при отсутствии кислорода в анализируемой среде невозможна.

Изменения, происходящие в электролите, а также на поверхности одного или нескольких электродов, сокращают срок службы датчика. Чувствительность датчиков обычно падает со временем, приводя к необходимости периодической проверки чувствительности и градуировки.

В зависимости от типа датчика и определяемого компонента у датчика может сократиться срок службы или уменьшиться быстродействие, если содержание определяемого компонента превышает верхний предел диапазона измерений. Это характерно для кислородных датчиков, использующихся при высоком содержании кислорода, когда свинцовый электрод расходуется пропорционально объемной доле кислорода.

Срок службы многих типов электрохимических датчиков также зависит от времени воздействия других газов, которые приводят в негодность электролит. В частности, высокие концентрации диоксида углерода могут вызвать потерю чувствительности и сократить срок годности электролита в некоторых кислородных датчиках.

При низкой температуре или влажности может произойти снижение чувствительности и увеличиться время установления показаний датчика. Длительная работа при очень низких значениях влажности может привести к высыханию электролита. Однако для предотвращения высыхания некоторые датчики снабжены резервуаром для увлажнения.

Свойства электролита ограничивают минимальное (а в ряде случаев и максимальное) значение рабочей температуры; предельные значения указывают в руководстве по эксплуатации. Обычно минимальная температура ограничена значением минус 15 °С ввиду возможного замерзания электролита.

Время установления показаний (90) сравнительно велико, как правило, 30 с при переходе с меньших концентраций на большие и наоборот.

5.5.3 Влияние неопределяемых компонентов

Электрохимические ячейки могут реагировать на другие газы, выдавая как положительный, так и отрицательный сигнал.

За исключением кислородных датчиков, чувствительность к неопределяемым компонентам в некоторых случаях может быть выше, чем к определяемому.

Для некоторых типов электрохимических датчиков чувствительность пропорциональна атмосферному давлению. Для датчиков других типов перепады давления создают опасность повреждения, что должно быть указано в руководстве по эксплуатации.

Существуют частные случаи влияния неопределяемых компонентов на кислородные датчики при их использовании не в воздухе, а в газовых смесях при очень высоком содержании горючих газов, например:

- молекулярная масса газа в смеси, в которой измеряется содержание кислорода, может оказывать сильное влияние на чувствительность датчика, поэтому необходимо провести градуировку по ПГС, содержащей кислород в этом же газе;

- срок службы датчика может уменьшиться вследствие высокого содержания в пробе органических растворителей, вступающих в химическую реакцию с электролитом.

5.5.4 Отравление

На электролит или электроды датчиков могут влиять различные газы, содержащиеся в пробе, что может приводить к потере чувствительности датчиков, о чем должно быть указано в руководстве по эксплуатации.

Кроме случаев загрязнения, описанных выше, доступ кислорода к мембране датчика может постепенно уменьшаться и со временем быть полностью перекрыт продуктами реакции, например, гидролиза таких галогенсодержащих соединений, как фторид бора (III) (BF), тетрахлорсилан (SiCI) и т.д.

Некоторые кислородные датчики могут терять чувствительность из-за большого содержания СO в анализируемой среде, вступающего в реакцию с электролитом.