Gázérzékelés, gázjelző rendszerek I.

2005/3. lapszám | VGF&HKL online | 9608 |

Figylem! Ez a cikk 19 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Hétköznapi értelemben véve a gázoknak a környezetünkben való megjelenése nem kívánatos, az veszélyhelyzetet idézhet elő, ennél fogva mértékének csökkentése vagy megszüntetése érdekében megfelelő intézkedések megtétele szükséges. Ennek a cikknek az a célja, hogy áttekintést nyújtson a gázérzékelés legelterjedtebb módszereiről és az erre alkalmas eszközökről, berendezésekről részben az elmélet, de inkább a gyakorlat tükrében.

A gáz az anyagi rendszerek egyik lehetséges állapota, amelyben az alkotórészek közötti vonzerők kisebbek, mint a hőmozgás energiája, ezért a gázok a rendelkezésre álló teret teljesen kitöltik, önálló alakjuk és térfogatuk nincs. Úgy is fogalmazhatunk, hogy a gáz számtalan olyan kis részecske esetleges és kaotikus mozgása, melyek folyamatosan, másodpercenként milliószor kerülnek összeütközésbe egymással és az őket tartalmazó edény (térség) falával. A számos nyelven hasonló elnevezésű gáz név a görög káosz szóból eredeztethető.

A gázok tulajdonságai

A mindennapi életben gázokkal általános technikai körülmények között levegővel körülvett környezetünkben van dolgunk, ezért vizsgálódásunk fő szempontja a gázok viselkedése levegőben, hatásuk egymásra, kettőjük viszonya. Felvetődhet tehát a kérdés, hogyan terjednek a gázok? Erre többek között az egyik fontos tulajdonság ad választ, a relatív sűrűség. A gáz relatív sűrűsége egy szám, mely a gáznak a levegőhöz (sűrűség=1) viszonyított sűrűségi mértéke. Az egynél kisebb relatív sűrűséggel rendelkező gázok könnyebbek a levegőnél, ezért felfelé áramlanak, és könnyen szétterjednek, vagy valamilyen felső pontban felgyűlhetnek. Az egynél nagyobb relatív sűrűségű gázok a tér alsó részében gyűlnek össze, és a létező aknákban, mélyedésekben koncentrálódnak. Ebből következik, hogy a levegőéhez közeli sűrűségű gázok főként a térség középső sávjában terülnek meghatározhatatlan kontúrú felhő-alakzatban. A relatív sűrűség egyezményes jelölése: ? (ró).

A gázok gyorsan keverednek a levegővel, és amennyiben egy térségben akár csak egy kis mennyiségű gáz kerül is kibocsátásra, az viszonylag rövid idő, néhány másodperc alatt expandál az egész térben, miközben a levegővel elegyet alkotva felhígul. Ez a tulajdonság nem csak gáznemű anyagok, de azon gőzök jellemzője is, melyek éghető folyadékok elpárolgása folytán szabadulnak fel. A megfigyelni kívánt gáznemű anyagok többsége éghető és/vagy - sokszor már több nagyságrenddel az éghetőség határa alatti koncentrációban - mérgező is. (A gázok harmadik csoportját alkotó, ún. semleges gázokkal cikkünk nem foglalkozik.) Az éghetőség magában hordozza a robbanásveszélyt, mivel ismert, hogy tüzet és robbanást kizárólag a gáz/gőz-levegő elegy okozhat. Maga a folyadékfázisú éghető anyag szokásos körülmények között sem tüzet, sem pedig robbanást nem vált ki, viszont, ha finoman porlasztott cseppekben van jelen, a folyadék is tűz- és robbanásveszélyessé válik. Az éghető és a mérgező gázok lényegében csupán a környezetre kifejtett hatásaikban térnek el egymástól, ezért tulajdonságaikat csak az adott feladattal kapcsolatban kell figyelembe vennünk.

Előrebocsátjuk, hogy nem célunk a robbanásbiztosságot teljes részletességben ismertetni, mivel tervezés, szerelés és karbantartás ezen a területen csak bizonyítvánnyal igazolt jogosultsággal végezhető. Hogy azonban mégis képet nyerjünk az éghető gázok-gőzök tulajdonságairól és érzékeléséről, szükségesnek tartjuk néhány alapvető fogalom tárgyalását. A gázok számunkra másik legfontosabb jellemzője a koncentráció, mivel annak mértéke döntő a gáz megjelenését követő intézkedések meghozatalához. Hozzá térfogati mértékegység tartozik. Az éghető és robbanásveszélyes gázok/gőzök alsó és felső robbanási határral jellemezhetők és ezt térfogatszázalékban (tf%) fejezik ki. Alsó robbanási határ az éghető gáznak azon koncentrációja a levegőben, amely alatt a gázközeg nem robbanóképes. Felső robbanási határ az éghető gáznak azon koncentrációja a levegőben, amely fölött a gázközeg nem robbanóképes. A mérgező gázok/gőzök koncentrációja (K) egészségügyi határértékkel kapcsolatos, ezek legnagyobb megengedett értékeit ezért egészségügyi, munkavédelmi előírások szabják meg és milliomodrészben (ppm) fejezik ki. Az általánosan használatos alternatív mértékegység a milligramm anyag légköbméterenként (mg/m3). Megközelítő átszámítás ppm-ből mg/m3-re és vissza, elvégezhető a gáz 25 oC hőmérsékleten és 1 bar légköri nyomáson mért molekulasúlyát ismerve.

Vonatkozó képlet:
K (mg/m3) = K (ppm) x az anyag molekulasúlya (g) / 24
Mint látható, az általános gyakorlat szerint a koncentráció mértékegysége a gáz vagy a veszély fajtájától függ. Mindkét esetben tehát a veszélyeztetettségre jellemző koncentrációt, ill. határértéket szabtak meg, adott anyagnál ARH %-ot vagy ÁK-, ill. CK- (átlagos, ill. csúcskoncentráció) értéket.

Az éghető gázok

Ahhoz, hogy égés létre tudjon jönni, arra van szükség, hogy megfelelő arányban és egyidejűleg az alábbi három összetevő jelen legyen (az "égési háromszög" alkotóelemei):

gyújtási energia,
éghető anyag: gáz, gőz vagy por,
égéstápláló anyag: levegő vagy oxigén.

Az égés fogalma. Robbanás

Az égés éghető anyagoknak a levegő oxigénjével végbemenő reakciója hő leadása mellett. Jellegét tekintve az égés és a robbanás ugyanaz az oxidációs folyamat, a különbség a láng terjedési sebességében mutatkozik. Az égésnél ennek értéke m/s, a robbanásnál pedig 100 m/s tartományba esik. A legegyszerűbb éghető gázok azok a szerves vegyületek, amelyeket szénhidrogénként ismerünk, és amelyek a nyers kőolaj túlnyomó részét képviselik (pl. metán, hexán stb.). Amikor a szénhidrogének elégnek, az atmoszféra oxigénjével lépnek reakcióba CO2 (szén-dioxid) és víz képződése mellett, ha viszont az égés tökéletlen az oxigén elégtelensége miatt, akkor CO (szén-monoxid) keletkezik.

A veszély mértékére jellemző adatok

A relatív sűrűségről és a koncentrációról már korábban szó volt. Ám mik azok a további tulajdonságok, amelyeknek ismerete elengedhetetlen a gázok jelzéséhez?

Lobbanáspont: az a legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen valamely tűzveszélyes folyadékból annyi gőz keletkezik, hogy ez a körülötte lévő levegővel elegyedve, láng közelítésére az anyag egész felületére kiterjedően ellobban, majd a gyújtóforrás eltávolítása után az égés megszűnik. Tüzet és robbanást kizárólag a gáz/gőz- és levegő-elegy okozhat. Folyadék esetében tehát, ami ég és robban, az a folyadék gőze, ill. a gáz, amely a folyadéknak gáznemű halmazállapotba történő átalakulásakor keletkezik. A gőznyomás, és ennek következtében az illékonyság a hőmérséklettel növekszik, így a párolgás következtében nő a kibocsátás mértéke is.

Gyulladási hőmérséklet: az a legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen egy szilárd, cseppfolyós vagy légnemű anyag gyújtóforrás hatására levegő jelenlétében meggyullad és tovább ég. Robbanás következhet be, ha a gáz- vagy gőz-levegő keverék valamely forró felülettel való érintkezése következtében elér egy hőmérsékleti küszöbértéket. Ez a hőmérséklet anyagtól függően más és más. Ebből adódóan a villamos berendezés hőmérsékletét úgy kell korlátozni, hogy az ne érhesse el ezt a hőmérsékletet. A vonatkozó MSZ EN 60079-14:1999 szabvány szerint a villamos gyártmányok T1-T6 hőmérsékleti osztályba vannak sorolva.

Minimális gyújtási energia (Minimum Ignition Energy): valamennyi anyag esetében meghúzható egy olyan robbanási jelleggörbe, ami azt a koncentráció-energia küszöbértéket jelzi, amely alatt a keverék gyulladása nem következik be. A MIE az a legkisebb energia, ami ahhoz szükséges, hogy egy levegő-gáz keveréket a legkedvezőbb koncentrációban belobbantson. Ezen a tényezőn alapul a tűzjelzés területén is alkalmazott GYÚJTÓSZIKRAMENTES technika, melynek célja, hogy valamely elektromos áramkör által kibocsátott energia még rendellenes működési körülmények között is a gyújtási energia alatti értékre korlátozódjon.

A védelem alapelve robbanásveszélyes térségekben

A védelem alapelve vagy annak típusa valamely robbanásveszélyes közeg meggyulladásának megelőzéséhez választott módszer. Olyan esetekben, ahol robbanóképes gázközeg lehet jelen, a következőket kell tenni: meg kell szüntetni a robbanóképes gázközeg előfordulásának valószínűségét a gyújtóforrás körül, vagy meg kell szüntetni a gyújtóforrást. Ahol ez nem lehetséges, ott a védelmi intézkedéseket, a technológiai berendezéseket és az eljárást úgy kell kiválasztani és előkészíteni, hogy a gázközeg előfordulásának és gyújtóforrás jelenlétének valószínűsége elfogadhatóan kicsi legyen. A térségbe sorolás célja, hogy megkönnyítse az ilyen környezetben biztonságosan üzemeltethető villamos gyártmány kiválasztását és telepítését, figyelembe véve a gázcsoportokat és a hőmérsékleti osztályokat.

A robbanásveszélyes tereket az éghető gázok, gőzök előfordulásának valószínűsége alapján zónákba sorolják be. Erre vonatkozó előírásokat az MSZ EN 60079-10:1998 szabvány tartalmaz, míg villamos berendezéseknek a létesítéséről ezekben a terekben (bányák kivételével) az MSZ EN 60079-14:1999 szabvány intézkedik. A zóna kiterjedését többek között az anyag kémiai és fizikai jellemzői, maga a technológiai folyamat, a zóna klimatikus és topográfiai adottságai határozzák meg. Figyelembe kell venni, hogy az éghető anyag milyen körülmények között kerül(het) a környezetbe. Minél nagyobb a kibocsátás mértéke, annál nagyobb a zóna kiterjedése. A kibocsátás forrása az a technológiai hely vagy egy berendezésnek valamely része, ahol a veszélyes anyag a környezetbe kerül. A zóna kiterjedésére befolyással van még az anyag illékonysága (a lobbanásponttal vagy a gőznyomással és a párolgási hővel jellemezhető tulajdonság), továbbá hőmérséklete, alsó robbanási határa és relatív sűrűsége. A kibocsátott gáz vagy gőz a levegőben történő szétterjedés vagy diffúzió által oly mértékben felhígulhat, hogy koncentrációja az alsó robbanási határ alá csökken. Növekvő szellőzéssel tehát csökkenteni lehet a zóna kiterjedését. Megfelelő mértékű szellőzés megakadályozhatja a robbanóképes közeg kialakulását vagy fennmaradását, és ezáltal meg is változtathatja a zóna besorolását. A szellőzés természetes vagy mesterséges lehet.

Egy térség mesterséges szellőzése lehet általános vagy helyi. Bizonyos esetekben a szellőzés fokozata és üzembiztonságának szintje olyan nagy is lehet, hogy gyakorlatilag nem alakul ki robbanásveszélyes térség. A fentiek teljesülhetnek akkor, amikor a jelzőközpont beavatkozó jelére a mesterséges szellőzés bekapcsolódik. A robbanásveszélyes térségben alkalmazni kívánt villamos gyártmányok hőmérsékletét úgy kell korlátozni, hogy az ne érhesse el az adott gáz öngyulladási hőmérsékletét. Másként fogalmazva a gáz valós öngyulladási hőmérsékletének a T1-T6 hőmérsékleti osztályra meghatározott hőmérséklet felett kell lennie. Robbanásveszélyes térségekben történő alkalmazáshoz a villamos eszközök csoportokba, ill. alcsoportokba (I - IIA - IIB - IIC) vannak sorolva. Mindezek összevetésével valamely gyártmányon jól látható helyen van feltüntetve, hogy az adott védelmi mód mellett milyen tanúsított feltételek mellett alkalmazható.

A mérgező gázok

Sok gáz rendelkezhet nagyon veszélyes vagy halálos fiziológiai hatással még kis koncentrációban is. A mérgező gázok legtöbbje egyúttal éghető is, ám e két tulajdonság között több nagyságrendű koncentrációbeli különbség van. Mérgező gázokkal főképpen az iparban lehet kapcsolatba kerülni, de nem szabad megfeledkezni arról, hogy az emberi szervezetre veszélyes gázok hétköznapi környezetünkben is előfordulhatnak. Elég az, ha csak egy borospincére vagy rosszul szellőztetett, túlzsúfolt előadóteremre, biogáz-telepre, zárt garázsra, uszodára vagy egyszerűen csak városi utcai környezetünkre gondolunk. Ezeken a helyeken rendre szén-dioxid, kénhidrogén, szén-monoxid, klórgáz, valamint nitrogén-oxid szabadul fel. Túlzsúfolt, szinte állandó forgalmi dugókkal megtűzdelt nagyvárosokban rendszeresen mérik egyebek mellett a kén- és nitrogénszármazékok koncentrációját.

Magyarországon a munkahelyek kémiai biztonságáról a 25/2000 (IX. 30.) EüM-SZCSM együttes rendelet intézkedik. A rendelet táblázatos formában ismerteti a veszélyes anyagok munkahelyi levegőben megengedett átlagos (ÁK), csúcs- (CK) vagy maximális (MK) koncentráció-értékeit.

A szén-monoxid

Nem kétséges, hogy a szén-monoxid, lévén színtelen és szagtalan, az - úgymond hétköznapi - mérgező gázok közül a legveszélyesebb. Inhalációs méreg, amely a légutakon át felszívódva fejti ki hatását. A szén-monoxid a levegőhöz hasonló sűrűséggel rendelkezik, így könnyen belélegezhető. A közúti forgalomban részt vevő gépjárművek rendszerint olyan hajtással rendelkeznek, amelyekben folyékony - esetenként gázalakú - üzemanyagok energiatartalmát használják fel. A kipufogógáz a termokémiai reakciók során keletkező szénhidrogén-vegyületekből, nitrogén-oxidációs (NOx) termékekből, tökéletlenül, vagy egyáltalán el nem égett üzemanyag-alkotórészekből és koromszemcsékből áll. Ezen anyagok közül a leghatározottabban mérgezők vagy egészségkárosítók a szén-monoxid és a karcinogén (rákkeltő) hatású pirének.

Az egyes komponensek megoszlása lényegesen függ az üzemanyag minőségétől, az üzemanyag-adagoló berendezés (befecskendező-, porlasztó) beállításától, a motor üzemállapotától (hidegindítás, túlhevülés) és az üzemmód fajtájától. A szén-monoxid mérgező hatása abban áll, hogy belégzés során CO-hemoglobin (COHb) keletkezik, és ezzel a vérben oxigénszállító-kapacitást köt le. A CO affinitása a vér hemoglobinjához kb. 300-szor nagyobb a tiszta oxigénéhez képest, tehát már igen csekély CO-koncentráció is jelentősen csökkenti a vér oxigénfelvételét. Ez pedig gátolja a test lényeges részeinek, első sorban az agynak oxigénnel való ellátását, ami belső fulladáshoz, eszméletvesztéshez vezethet. A mérgezés kisebb mennyiség tartós belégzése esetében éppúgy létrejöhet, mint nagyobb CO-mennyiség rövid idő alatt történő behatása során. A CO és a hemoglobin kölcsönhatása az egyén fizikai terhelésétől is függ, miután nagyobb oxigénszükséglet esetén nagyobb ventilációs térfogat halad át a tüdőn. Az egészséges felnőttek ellenállóbbak, mint a kisgyermekek vagy vérszegénységben, keringési betegségben szenvedő emberek.

A környezet megítélésének alapja a vérben lévő CO-hemoglobinhányad, ami a belélegzett levegő CO-koncentrációjától, a behatási időtől és a tevékenység fajtájától (testi terhelésből adódó pulzus, légzésszám) függ. Minden részletre kiterjedő kutatások során bebizonyosodott, hogy garázsok, közúti alagutak esetében a szén-monoxidot kell vonatkoztatási közegként tekinteni a környezeti levegő egészségügyi normaértékeinek betartása érdekében, egyrészt, mert hatása sokszorosan veszélyesebb a kipufogógázok egyéb alkotóelemeinek összességénél, másrészt, mert a belélegzett levegő szükséges mértékű hígításával az összes többi mérgező és egészségkárosító összetevő ekkor már biztonsággal csak elhanyagolható koncentrációban van jelen. Ráadásul, éppen ez a veszélyes gáz már csekély koncentráció esetén is mérhető. A vér regenerálódása, vagyis a megkötött CO-gáz kiöblítése hosszú ideig tartó, olykor több órát is igénybe vevő folyamat. Időben elhúzódó, többszöri CO-terhelés hatása bizonyos körülmények között additív, vagyis halmozódó lehet.

A vizsgálatok egybehangzóan kimutatták, hogy az alábbi ? a teljesség igénye nélkül felsorolt ? élettani jelenségek mutatkoznak a gáz belélegzése során:

400 ppm környezetben 2 óra belélegzés: fejfájás, hányinger, kellemetlen közérzet,
2000 ppm környezetben 0,5 óra belélegzés: ájulás, eszméletvesztés.

Ezen a helyen utalunk rá, hogy a CO nem tévesztendő össze a szén-dioxiddal. Ez utóbbi más körülmények között keletkezik, és más élettani hatásai vannak.

A gázok koncentrációjának mérése

A gázok egymástól jelentősen eltérő tulajdonságai miatt sokféle mérési eljárást vezettek be, elsősorban a félvezetőipar fejlődése és a fizikai kutatások eredményeként. Ennek köszönhetően ma már széles választékban állnak rendelkezésre mérőeszközök úgy mérési tartományukat, mint mérési elvüket és kivitelüket illetően. A különböző mérési feladatokban a gázok általában más-más koncentrációban vannak jelen, ezért az alkalmazott műszerek mérési tartománya, érzékenysége, és a gáz fajtájától függően a mérés elve is más. A méréshez villamos mérőműszereket alkalmaznak. A koncentrációmérésnél használt érzékelőknek az a feladata, hogy a koncentrációval arányos villamos jelet szolgáltassanak, amelyet egy kiértékelő műszer fogad és leolvasható jelzéssé alakít, s adott esetben hang- és fényjelzés kísér.

Érzékelési technika

Az 1. és 2. táblázat a gázfajták jelzésére alkalmas érzékelők érzékelési tartományát szemlélteti (éghető gőzök/gázok általában: hidrogén, metán, benzingőz, etilalkohol stb.; mérgező gázok: H2S, SOx, HCl, Cl, CO stb.). A felsoroltakon kívül van még többfajta elven történő mérési eljárás (lángionizációs, infravörös stb.), azonban e helyen csak hármat részletezünk.

Félvezetős érzékelők

Az érzékelőelem nagy felületű hordozóra felvitt félvezető anyag. Ha ezen a felületen éghető vagy bizonyos toxikus gázok adszorbeálódnak, akkor a félvezető vezetőképessége megváltozik. A folyamat sebességének növelése érdekében a felületet fűteni szükséges (200-400 °C). Ez a közepes vagy jó érzékenységű érzékelőtípus kölcsönös keresztérzékenységet mutat valamennyi gázra. Nem lineáris jelleggörbéjét elektromos áramkör kompenzálja. A mutatott érték nagymértékben hőmérséklet- és légnedvesség-függő. Szerkezeti felépítése a következő: a mérőelemet az egyik homloklapján drótszövethálóval ellátott házban helyezik el. Maga az érzékelőelem általában alumínium hengeren lévő porkohászati eljárással (szinterezett) fémoxid (ón, cin vagy vas) filmből áll, amelyet körülvesz egy fűtőszál. Két aranyozott elektródát helyeznek az eloxált hengerek végéhez. A mérési eljárás feltalálója Taguchi a japán Figaro cégnél, ezért TGS-nek (Taguchi Gas Sensor) nevezik mind a mai napig ezt a fajtát.

Katalitikus érzékelő

Működési elve az éghető gáznak egy elektromosan fűtött katalitikus elem felületén történő elégetésén alapul. Ezt az érzékeny elemet bead-nek (gyöngy) vagy pellisztornak nevezzük. Az éghető gáz/gőz érzékelők jelentős része (és most már egyre inkább a kereskedelmi és háztartási hasznosítású is) ezen az alapelven működik. Az érzékelő két spirális platina fűtőszálból áll, melyek mindegyike kerámiaréteggel (alumínium-oxid) van bevonva, és ezek elektromosan hídban kapcsolódnak egymáshoz. A gyöngyök vagy pellisztorok egyikének bevonata speciális platina vagy palládium katalizátort tartalmaz, amely elősegíti az oxidációt (mérőelem), míg a másik nincs kezelve (referenciaelem). A pellisztor egy igen pici, nagy felületű szivacsként képzelhető el. Az áram keresztülhalad a spirálokon, és így lehetővé teszi azon hőmérséklet elérését, amelyen a gáz oxidációja végbemegy (mintegy 500 oC) láng nélküli égés formájában. Amikor az éghető gáz elég az érzékelőben, a felületkezelt pellisztor hőmérséklete megnő. A nem kezelt pellisztor hőmérséklete ugyanakkor nem változik, és ennek következtében a hídáramkör egyensúlya felbillen. Ezt az áramváltozást könnyen és pontosan lehet mérni, mivel az áramváltozás a gázkoncentrációval gyakorlatilag lineárisan arányos.

A külső környezeti hatások, úgymint a hőmérséklet, páratartalom és nyomás változásai mind a két "gyöngyöt" (a szenzort és a referenciaelemet) egyaránt érik, ezáltal a hídban nem lesz kiegyenlítetlenség. Ez kölcsönzi ennek az érzékelőtípusnak azt a tulajdonságot, hogy pontos mérést tegyen lehetővé nagyon szélsőséges környezeti körülmények között is. A kész érzékelőelemeket párba válogatva szerelik össze. Érdekességképpen megemlítendő, hogy a mai korszerű gyártástechnológiának köszönhetően már 4000 m2/g fajlagos felületű pellisztort is gyártanak.

A katalitikus érzékelő az éghető gázok széles körének mérésére alkalmas az alsó robbanási határig terjedő koncentráció mellett, tekintve, hogy karakterisztikája 10-100% ARH között lineáris. A válaszidő a mérendő gáz fajtájától függ: minél nagyobb a gázmolekula súlya vagy mérete, annál hosszabb a válaszidő. A gyártók jellemző adatként minden érzékelőhöz megadják annak T90-es értékét. Ez arra utal, hogy az érzékelő hány másodperc elteltével jelzi a tényleges koncentráció 90%-át. Amennyiben egy katalitikus érzékelőt a felső robbanási határ fölötti gázkoncentrációnak teszünk ki, érzékenységét elveszítve néhány perc után tönkremehet. Célszerű ezért mindig az ajánlott koncentrációjú mintagázokat alkalmazni az időszakos karbantartás vagy üzembe helyezés során.

Az idő előrehaladtával a legkiválóbb katalizátorok is fokozatosan elvesztik aktivitásukat. Ez bekövetkezhet a kerámia kristályszerkezetének módosulása által, vagy az aktív felület csökkenése, a pórusok elzáródása következtében. Normál üzemi körülmények között azonban a pellisztoros érzékelő sok éven át működik (akár 5 éven túl is). Működése során folyamatosan veszít egy keveset érzékenységéből, jellegzetesen 10-20%-ot évente. Ezért ellenőrizendő és újra beállítandó 6-12 havi időszakos karbantartással.

A katalitikus érzékelők alkalmazhatóságának azonban vannak korlátai. A katalitikus érzékelők jeladó-képességét megváltoztathatja néhány anyag, amelyek befolyásolják élettartamukat és érzékenységüket is. Ezek két kategóriára oszthatók: gátló (inhibitor) anyagok és mérgek. A gátló anyagok olyan vegyületek, amelyek az érzékelő átmeneti érzékenységvesztését okozzák. Az érzékenység részlegesen vagy teljes mértékben visszaállítható friss levegőn történő hosszabb-rövidebb üzemeltetéssel. A legismertebb gátló anyagok közül megemlíthetjük a H2S-t, a klórt, a klórtartalmú szénhidrogéneket és általában a halogénes vegyületeket. A katalizátorméreg tartós érzékenység-csökkenést okozhat, sőt, az érzékelőt teljesen tönkre is teheti. Ezek közé tartoznak a szilikonvegyületek, fémtartalmú etilezett benzin és a pigmenttartalmú festékek.

Elektrokémiai cellás érzékelők

Ez az érzékelőfajta toxikus gázok és oxigén koncentrációjának mérésére alkalmas, míg az éghető gázokkal kapcsolatban felhasználása korlátozott. A cella gázáteresztő membránt, elektródákat és a cellát kitöltő elektrolitot tartalmaz. Ez utóbbi lehet folyékony vagy gél állapotban, és újabban szilárd formában is (száraz cella). A belépő gáz, átdiffundálva a membránon, az elektródákra kapcsolt polarizáló feszültség hatására vegyi folyamatot indít el, mely a gázkoncentrációval egyenes arányban álló elektromos áramot hoz létre. Az ilyen érzékelőknek igen kicsiny feszültségre van szükségük, és lineárisak, pontosak, szelektívek, valamint nagyon érzékenyek, viszont a környezeti hatásokra általában kényesek. Képesek detektálni igen kicsiny, milliomod nagyságú értéket is általában 30-60 másodperc válaszidő mellett. Alacsony hőmérséklet vagy páratartalom csökkentheti a detektor érzékenységét. Kiválóan alkalmas hordozható műszerek számára.

Az elektrokémiai érzékelő élettartama általában 2-4 év. Nyilvánvaló, hogy az élettartam függ a mérendő gáz koncentrációjától, miután az elektródot vagy az elektrolitot a fent említett kémiai reakció elfogyasztja. Hidrogén- és CO-koncentrációt lehet vele mérni az ARH-ig és oxigént 25 térf.%-ig. A gyakorlatban az elektródok alkalmas megválasztásával minden mérgező gázhoz egyedi érzékelőt gyártanak.

Érzékelőfajták, központok

Maga az érzékelő elem kis méretű, sérülékeny, ezért azt egy alkalmas tokozatban helyezik el, amely a szükséges elektronikai áramkört is tartalmazza a bekötésre szolgáló sorkapoccsal együtt. A mérőrendszerek telepített vagy hordozható kivitelűek lehetnek. Célunk a továbbiakban a telepített berendezések ismertetése. Az előzőekben vázolt mérési eljárások felhasználásával a gyakorlatban olyan rendszerek terjedtek el, amelyeknél magában az érzékelőben 2 vagy 3 jelzési szint gyárilag előre be van állítva, és olyanok, amelyeknél az érzékelő a jelzőközpont számára 4-20 mA-es áramjelet szolgáltat. Terjednek a kompakt mérőkészülékek, főleg a szén-monoxid-jelzés területén. Ezek a készülékek tulajdonképpen dózismérők, vagyis alacsony koncentráció megjelenése esetén hosszabb idő elteltével, ám növekvő koncentrációnál egyre rövidebb időn belül adnak riasztójelzést.

Míg az előre beállított jelzési szintű érzékelőkkel működő rendszerek csak az adott szint meghaladása esetében jeleznek (előjelzés, riasztás), addig a 4-20 mA-es analóg jelet szolgáltató érzékelők szélesebb körű szolgáltatást nyújtanak. Ezek az előnyök: a méréshatáron belül beállítható több, szabadon megválasztható jelzési szint, ezekhez a szintekhez külön vezérlések rendelhetők, a központon több kijelzési tartomány jeleníthető meg. Egyes központok kezelői beavatkozást nem igénylő működésre is beprogramozhatók, ezáltal teljesen autonóm üzemmódban működtethetők. A tűzjelző berendezés-gyártók forgalomba hoztak olyan modulokat, melyekkel gázérzékelőket lehet a tűzjelző hálózathoz csatlakoztatni, ily módon a gázjelzéssel kapcsolatos jelzési-vezérlési feladatokat is a tűzjelző központ látja el.

Létesítés

Érzékelőket kell felszerelni valamennyi olyan térségben, ahol veszélyes gázkoncentráció alakulhat ki. Egy helyhez kötött gázérzékelő rendszert olyan módon kell kialakítani, hogy felügyelni lehessen a létesítménynek azon részeit vagy térségeit, amelyekben veszélyes gázok gyűlhetnek fel, és ekképpen egészségi kockázat vagy veszélyhelyzet áll elő. A rendszernek képesnek kell lennie arra, hogy hallható, illetve látható (vagy mindkét) riasztó jelet szolgáltasson a gáz felgyülemlésének úgy jelenlétéről, mint elhelyezkedéséről oly módon, hogy automatikus üzemben a következő intézkedéseket lehessen megtenni: a szellőztetés vezérlése, illetve az érintett térségek biztonságos kiürítése. Az építőipar területén gázjelző berendezések létesítése gázüzemű kazánházak (metán) és mélygarázsok (szén-monoxid) esetében kerül előtérbe.

Gépkocsitárolók

Mélygarázsokban szinte kivétel nélkül minden esetben kötelező szén-monoxid-érzékelő berendezést felszerelni, miután a munkahelyek kémiai biztonságáról intézkedő, már idézett rendelet előírásait eme építmények esetében is alkalmazni kell. Többszintes, nyilvános garázsok esetében számításba kell venni, hogy az első szintet feltehetően sokkal többen fogják igénybe venni, mint a mélyebben lévőket. A gépi szellőztetést ventilátorok végzik. Építészeti, tűzvédelmi és áramlástechnikai okokból egy garázs esetenként több, független szellőztetési szakaszra van osztva. Normál esetben a szellőzés keresztirányú, mert ezzel a megoldással jó téröblítés érhető el. Az egyenletesen elosztott szellőzőnyílások azt a célt szolgálják, hogy a garázs egyetlen helyén se lépjen fel a megengedettnél nagyobb károsanyag-koncentráció. A szellőztetés vezérlésénél a légtechnikai rendszer kialakítását, működését, a térkapcsolatokat is figyelembe kell venni.

Az elszívó berendezés célszerű okból nem csak a kipufogógázok, hanem tűz során keletkező égéstermékek eltávolítására is alkalmas lehet.

>Az érzékelők elhelyezése, beállítás

A jelzőhálózat létesítése során gondoskodni kell a kábelek, vezetékek mechanikai védelméről. Ajánlott szerelési mód: páncélozott kábel szabadon szerelve, vagy MT jelű vezeték, ill. tűzjelző kábel szabadon szerelt vastag falú műanyag csőben elhelyezve. A rézvezető keresztmetszete legalább 1 mm2 legyen. Amennyiben egyazon jelzővonalon több érzékelőt kell működtetni, úgy a csatlakozásokat megfelelő védettséget adó műanyag elágazó dobozokban, sorkapocs felhasználásával kell elkészíteni. Tekintettel arra, hogy ez a levegőnél kevéssel kisebb sűrűségű (?=0,97) gáz belélegzés útján kerül a szervezetbe, az érzékelőket ezért "orrmagasságban", vagyis padlószint fölött 1,5-1,7 m magasságban, lehetőleg tartópilléren kell elhelyezni. Az egy érzékelő által felügyelhető terület 100-300 m2, mely a tér geometriájától, tagoltságától, szellőzöttségének állapotától, az érzékelő tulajdonságaitól függ. A gyárilag beállított előjelzési és riasztási szintek gyártmánytól függően lehetnek pl. 100 ppm és 200 ppm, vagy 50, 100, 200 ppm értékűek. Az analóg működésű érzékelők 4-20 mA kimenőjelet szolgáltatnak, ami a jelzőközpont segítségével igény szerinti szintbeállítást tesz lehetővé.

Sok esetben az alacsony előjelzési és riasztási szint indokolatlan vészjelzést generál. 50 vagy 100 ppm koncentráció gyakran létrejön egy induló vagy járó motorral álló gépkocsi környezetében. A helyi feldúsulás a kipufogócső környezetében olykor 800-1000 ppm-et is elérhet. A mérhető koncentráció időben és térben változó, és arra jelentős befolyással van a szellőzöttség állapota is. Arra való tekintettel, hogy a már idézett rendelet CO-gáz esetében csúcskoncentrációnak CK=132 mg/m3 (113 ppm) értéket határozott meg, úgy beállítható szintek lehetőségét felkínáló berendezés esetében előjelzésnek 100 ppm-et, riasztásjelzésnek 200-250 ppm-et válasszunk. A több jelzési szintet kínáló gázjelző berendezés nyújtotta szolgáltatást kétfokozatú szellőző berendezés esetében lehet előnyösen kihasználni.

Az ellenőrzött területen az érzékelők térbeli elrendezését a szellőztető berendezés befújó és elszívó nyílásainak helye, az építészeti kialakítás és a várható járműforgalom határozza meg. Az eredményes működés érdekében ezért az érzékelőket nem szabad szellőzőnyílások közelében, közvetlenül a parkolóhelyek mögött vagy közvetlenül a fő közlekedési utak fölött elhelyezni. Riasztáskor fényjelzőket (villogó feliratú táblák) és esetenként eldöntendően hangjelzőket kell működtetni. A fényjelzőket a garázs területén legfeljebb 400 m2-enként, a fő közlekedési utak fölött vagy falfelületen, de bárhonnan jól láthatóan, a hangjelzőket a hallhatóság szem előtt tartásával (járó motorú gépkocsiban ember is tartózkodhat) kell elhelyezni. A fényjelzők felirata a következő tartalmú legyen: "CO-VESZÉLY! A GARÁZST GYORSAN ELHAGYNI! MOTORT LEÁLLÍTANI!". Riasztás-jelzéskor meg kell akadályozni a garázsba történő behajtást is (bejárati lámpa tilos jelzésre való állításával, sorompó zárásával vagy blokkolásával). Az állandó garázsfelügyelet helyiségében is kell lennie figyelmeztető jelzésnek.

Amennyiben az érzékelőket előzőleg már beszerelték, de a helyiségben átmenetileg az ott üzemszerűen folyó tevékenységtől eltérő munkák folynak (felújítás, festés, hegesztés, takarítás stb.), úgy az érzékelőket kikapcsolás után le kell szerelni, vagy olyan módon megvédeni, amely lég- és vízmentes zárásukat teszi lehetővé a munkák alatti behatások elkerülésére. Ellenkező esetben az érzékelők tönkremehetnek! Egyértelműen jelölni kell, hogy üzemen kívül vannak. A vizsgálatot, beszabályozást és a rendszeres karbantartást erre a célra szolgáló hiteles gázmintákkal szabad csak végrehajtani! Az érzékelő méréstartományát meghaladó, tartós behatás ugyancsak működésképtelenséget eredményezhet!

Kazánházak

A gáz és olajtüzelésű berendezésekről a gázenergiáról szóló 1969. évi VII. törvény és a végrehajtására vonatkozó 1/1977. (IV. 6.) NIM és a 11/1982 (VII. 18.) IpM sz. rendelet intézkedik.

A gázérzékelő berendezés a használt gáz

alsó robbanási határértékének 20 tf%-án hallható és látható módon adjon jelzést, és egyidejűleg kapcsolja be a vészszellőztető berendezést,
alsó robbanási határértékének 40 tf%-án szüntesse meg a teljes berendezés gázellátását, valamint hajtsa végre a helyiség villamos szempontból való leválasztását, kivéve a vész-szellőzést és vészvilágítást.

A gáztüzelő berendezés helyiségén kívül kell telepíteni a berendezés leválasztó főkapcsolóját, a vészszellőző berendezés kapcsolóját és a gázjelző berendezés által működtetett részleválasztó kapcsolót. Ha a gázjelző berendezésnek az ellenőrzött térben lévő villamos szerelvényei nem robbanásbiztos kivitelűek, akkor az automatikus részleválasztásnak ezekre is ki kell terjednie. Ennek elkerülése érdekében a gázérzékelő robbanásbiztos kivitelű kell, hogy legyen. A vezetékeket és tartozékaikat a lehetőség szerint úgy kell létesíteni, hogy ne legyenek kitéve mechanikai sérülésnek, korróziónak, vegyi- és hőhatásoknak. Ha az ilyen jellegű hatások elkerülhetetlenek, akkor védőintézkedéseket kell alkalmazni (pl. védőcsőben kell szerelni), vagy a kábel- és vezetéktípust kell megfelelően megválasztani. A mechanikai sérülés veszélyének csökkentése céljából többek között páncélozott, árnyékolt kábel, vezeték használható. Elterjedt típus az SZRMKVM-J jelű kábel. Kábelek és vezetékek csatlakoztatását azok típusának megfelelő kábelbevezetővel kell végezni. A falban a kábelek vagy védőcsövek átvezetésére szolgáló nyílásokat hatékonyan tömíteni kell.

A kábeleket, vezetékeket lehetőleg megszakítás nélkül kell vezetni. Az érzékelő vezetéke csak a térségen kívül elhelyezett szekrényben, sorozatkapcsok felhasználásával csatlakoztatható a gázjelző központ specifikációjában megjelölt kábelhez vagy vezetékhez. Az érzékelőt mindenkor a gyártó által előírt pozícióban kell felszerelni, mert csak így biztosítható annak helyes működése (pl. úgy, hogy a szenzor "lefelé nézzen"). Földgáz (metán) érzékeléséhez a detektor a mennyezettől mérve legfeljebb 20-30 cm távolságban lehet. Ez a követelmény az alkalmazott szerelőidom használatakor automatikusan teljesül. Kazánházban a berendezés felszerelését végezheti villanyszerelő, de az üzembe helyezés (majd a karbantartás is!) minden esetben erre jogosult, szakvizsgával rendelkező szakember feladata. Ő ugyanis írásos nyilatkozatot tesz a berendezés szabványosságáról, a megfelelő működésről. Az üzemeltető a garanciát csak a szabályosan üzembe helyezett és karban tartott berendezésre érvényesítheti.

Érzékelők vizsgálata, karbantartás

A berendezés időszakos ellenőrzésére és beállítására nagy gondot kell fordítani. Ez a művelet alapvető fontosságú a rendszer megbízhatóságának megőrzése érdekében. Az ellenőrzést valamennyi érzékelőnél hiteles koncentrációjú mintagázzal végezzük. Hagyjunk mindig megfelelő hosszúságú időt a jelzések megjelenésének, a vezérlés létrejöttének. A rendszer jellemzőivel, sajátosságaival, az alkatrészek élettartamával stb. kapcsolatos észrevételeket gondosan jegyezzük le. TILOS ÉS KÁROS, ezért kerülni kell azt a gyakorlatot, amelyben az érzékelők működőképességéről cigarettafüsttel vagy pl. öngyújtóból kiáramló gázzal kívánnak meggyőződni. Ennek a teljesen szakszerűtlen beavatkozásnak eredményeként szinte biztosan számíthatunk az érzékelők használhatatlanná válására. Nem éri meg próbálkozással kockára tenni az érzékelők épségét! Gondoljunk arra, hogy a szén-monoxid-érzékelő milliomod résznyi koncentrációt kell érzékeljen.

Újonnan telepített rendszer üzembe helyezését követően az ellenőrzést, szükség esetén a beállítást a legtöbb gyártmány esetében nagyobb gyakorisággal kell végrehajtani. Katalitikus érzékelőknél a kezdeti időszakban 2-3 hetes időközökben szükséges a nullpontot ellenőrizni. Egy-egy üzemi periódus két ellenőrzés között pedig ne legyen 6 hónapnál hosszabb. Az az időintervallum, mely szerint az ellenőrzést el kell végezni, különböző tényezőktől függ, beleértve az alkalmazott érzékelési technikát, az üzemeltetés alatt fennálló környezeti körülményeket. Általános gyakorlat és a gyártók előírása szerint az újra beállítás gyakorisága 6 hónap. A korszerű érzékelőkben működő mikroprocesszor viszont folyamatos önellenőrzést (nullpontállítás, linearizálás), valamint digitális szűrést (analóg értékek integrálása) hajt végre, ezért ezeknél utánállítás nem szükséges, de egyeseknél nem is lehetséges. A vizsgálat ekkor csupán a jelzési szintek ellenőrzésére kell korlátozódjon.

VGF&HKL szaklap