Пол
Назначение, принцип работы и типы газоанализаторов. Что такое газоанализатор и как его выбрать? Газоанализаторы устройство и принцип работы

Назначение, принцип работы и типы газоанализаторов. Что такое газоанализатор и как его выбрать? Газоанализаторы устройство и принцип работы

Введение

В сознании многих газоанализатор прочно ассоциируется с определением токсичности выхлопных газов автомобиля. Это, действительно, так. Контроль токсичности - одна из основных функций газоанализатора, но не единственная. Газоанализатор решает широкий круг задач по исследованию состояния двигателя и его систем. Именно с помощью газоанализатора начинается диагностика двигателя с целью определения нормативных значений содержания в отработавших газах автомобилей оксида углерода (СО), углеводородов (СН) и нормативное значение коэффициента избытка воздуха (лямбда параметр) при оценке технического состояния систем автомобиля, двигателя и при выявлении отклонений от требуемых значений, их настройка и регулировка. Именно после проверки газоанализатором заканчивается ремонт и диагностика двигателя при соответствии его выше указанным параметрам.

Общие сведения

Требования к двигателю и его системам в эксплуатации

Газоанализатор является необходимым компонентом диагностического комплекса, поскольку только с его помощью можно судить о соответствии выходных параметров работы двигателя установленным нормам.

Основные требования к бензиновым двигателям автотранспортных средств изложены в ГОСТ Р 52033-2003 «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нор-мы и методы контроля при оценке технического состояния» и ГОСТ Р 51709-2001 «Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки».

Основным является соответствие требованиям содержания загрязняющих веществ в отработавших газах.

Значение коэффициента избытка воздуха λ в режиме холостого хода на n пов у автомобилей, оборудованных трехкомпонентной системой нейтрализации отработавших газов, должно быть в пределах данных предприятия-изготовителя. Если данные предприятия-изготовителя отсутствуют или не указаны, значение коэффициента избытка воздуха λ должно быть от 0,97 до 1,03.

Протекания и каплепадение топлива в системе питания бензиновых двигателей и дизелей не допускаются. Запорные устройства топливных баков и устройства перекрытия топлива должны быть работоспособны. Крышки топливных баков должны фиксироваться в закрытом положении, повреждения уплотняющих элементов крышек не допускаются.

В соединениях и элементах системы выпуска отработавших газов не должно быть утечек.

Рассоединение трубок в системе вентиляции картера двигателя не допускается.

Уровень шума выпуска двигателя АТС - по ГОСТ Р 52231.

Примечания

1) В эксплуатационных документах автомобиля предприятие-изготовитель указывает штатную комплектацию автомобиля оборудованием для снижения выбросов загрязняющих веществ (далее – вредные выбросы); предельно допустимое содержание оксида углерода, углеводородов и допустимый диапазон значений коэффициента избытка воздуха.

2) Для автомобилей с пробегом до 3000 км нормативное значение содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах установлено технологическими нормами предприятия-изготовителя.

Устройство и принцип работы газоанализатора

2.1 Назначение

Газоанализаторы Инфракар М предназначены для измерения объем-ной доли оксида углерода (СО), углеродов (в пересчёте на гексан), диоксида углерода (СО2), кислорода (О2) в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. В газоанализаторе имеется канал для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателей автомобилей, осуществляется расчёт коэффициента избытка воздуха λ.

Тахометр предназначен для измерения и отображения и цифровом виде частоты вращения коленчатого вала двух или четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания, с бесконтактной и контактной одноискровой системой зажигания с высоковольтным распределением.

2.2 Устройство и принцип работы

Прибор состоит из системы пробоотбора и пробоподготовки, блока измерительного (БИ) и блока электронного (БЭ). Система пробоотбора и пробоподготовки газоанализатора включает газозаборный зонд, пробоотборный шланг, бензиновый фильтр, тройник, пневмосопротивление, 2 насоса, каплеотбойник, фильтр тонкой очистки.

Принцип действия датчиков объемной доли (СО, СО2, углеводородов) – оптико-абсорбционный. Принцип действия датчика измерения кон-центрации кислорода – электрохимический. Принцип действия датчика частоты вращения коленчатого вала основан на индуктивном методе определения частоты импульсов тока в системе зажигания.

Блок измерительный содержит оптический блок, в котором имеются излучатель, измерительная кювета, 4 пироэлектрических приёмника излучения, перед которым размещены 4 интерференционных фильтра. Излучение модулируется обтюратором.

Блок электронный предназначен для измерения выходных сигналов первичных преобразователей газоанализаторов ИФРАКАР М, обработки и представления результатов измерения.

Газоанализатор ИНФРАКАР М содержит:

Комбинированный блок питания от постоянного тока напряжением (12 +2.8-1.2) В и переменного тока напряжением (220±22/-33) В, частотой (50±1) Гц;

Микропроцессорный контроллер, в том числе выполняющий функцию измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя;

6 светодиодных индикаторов;

Клавиатуру;

Датчик температуры;

Цифровой выход для связи с компьютером через разъем RS 232.

При определении концентрации веществ анализируемый газ прокачивается побудителем расхода через газозаборный зонд, фильтр Ф1 и поступает в сборник конденсата СК1, где происходит отделение влаги от газа. Затем анализируемый газ поступает в измерительную кювету, где определяемые компоненты, взаимодействуя с излучением, вызывают его поглощение в соответствующих спектральных диапазонах. Электрохимический датчик при взаимодействии с кислородом выдаёт сигнал, пропорциональный концентрации кислорода. Величина λ вычисляется автоматически по измеренным СО, CH, CO2 и O2.

2.3 Порядок работы

Установить прибор на горизонтальной поверхности. В зависимости от источника электрического питания к разъему на задней панели подключить кабель питания 220 В или кабель питания 12 В из комплекта принадлежностей.

К гнезду на задней панели подключить кабель с датчиком тахометра, датчик подсоединить к высоковольтному проводу 1-й свечи.

Работа прибора начинается с его включения выключателем Сеть на задней стенке прибора.

После включения прибора в течении 5 мин. Происходит предвари-тельный прогрев, при этом на индикаторах высвечивается (-----). Если прибор был включён на короткий промежуток времени, для выхода в ра-бочее состояние до истечения 5 мин. Необходимо нажать кнопку 0◄.

Процесс выхода прибора на режим завершается включением авто-продувки нуля. Далее, если насос прибора выключен, каждые 30 мин. про-исходит автопродувка. Если сигналы меньше минимально допустимого уровня на индикаторах высвечивается “ЗАГР”. При этом информация о загрязнении опорного канала выводиться на индикаторе “ λ ”.

Перед началом работы необходимо убедится, что система отвода от-работавших газов автомобиля на всём протяжении герметична, иначе в показания прибора будут внесены искажения за счёт подсоса воздуха из атмосферы.

Установить пробозаборник прибора в выхлопную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм от среза (до упора) и зафиксировать её зажимом. На некоторых автомобилях установлены специальные заборники на выхлопном коллекторе для отбора проб отработавших газов. В таком случае целесообразно подключать газоанализатор к ним, так как в этом случае на показания прибора не будет влиять работа каталитического нейтрализатора. Если таких заборников нет, то тогда отбор производится из выхлоп-ной трубы.

Нажатие и удерживание кнопки 4/2 такта позволяет установить в тахометре тип двигателя, к которому подключён прибор. Короткое нажатие на кнопку 4/2 такта позволяет проконтролировать тип двигателя, установленный в тахометре.

Для изменения уровня чувствительности тахометра необходимо одновременно нажать кнопки Печать и 4/2 такта. При этом на индикаторе “λ” появиться значение установленного уровня чувствительности. Нажатием на кнопки Печать(-) и 4/2 такта(+) можно установить требуемый уровень чувствительности тахометра для устойчивого измерения частоты оборотов коленчатого вала для данного автомобиля. При завышении показаний тахометра и при его неустойчивой работе необходимо понизить чувствительность, при занижении показаний - повысить чувствительность тахометра.

Запоминание установленного уровня производится нажатием кнопки ( 0◄) (Ввод). Выход без запоминания нажатием кнопки Насос(Выход). При изменении частоты вращения коленчатого вала в двигателях с 2-х искровой системой зажигания в тахометре устанавливается режим точно также, как и в 2-х тактном двигателе.

Включить Насос нажатием кнопки. Газоанализатор готов к работе.

После окончания режима настройки нуля (чувствительности – по каналу О2) газоанализатор переходит в режим измерения концентраций всех каналов, а также частоты вращения коленчатого вала двигателя, производится расчёт коэффициента λ.

Переключение режимов вычисления параметра λ для различных видов топлива осуществляется нажатием и удерживанием более 4 сек кнопки СО корр (Топливо). На индикаторе λ будут высвечиваться названия режимов в порядке “БЕНЗ”, “ПРОП”, “П,ГАЗ”. “БЕНЗ”- для бензина, “ПРОП”- для смеси пропан-бутан, “П,ГАЗ”- для метана(природный газ).

Автоматическая подстройка нуля производиться через 30 мин., время подстройки – 30 с. В процессе измерения (при нажатой кнопке Насос(Выход) автоподстройка не происходит.

Показания следует фиксировать через 40-60 сек после начала измерения.

Нажатием кнопки ПЕЧАТЬ производиться распечатка измеренных данных величин с указанием реального времени и информации о владельце прибора.

По окончании работы с автомобилем или при перерыве в работе выключить побудитель расхода газа нажатием кнопки НАСОС. Вынуть пробозаборник из выхлопной трубы автомобиля, отсоединить тахометр. Выключить питание прибора.

Газоанализатор – это измерительный прибор, предназначенный для определения концентрации определенных компонентов в газовых смесях. Он может работать в ручном или автоматическом режиме. Результат измерений выражается в процентном соотношении концентрации или просто сообщается о критическом превышении установленной нормы определенного вещества в воздухе или другой газовой среде. Устройство предназначено для измерения содержания отдельного компонента и не может реагировать на превышение концентрации другого.

Разновидности устройств по функциональным возможностям

Газоанализаторы разделяют на несколько видов в зависимости от их функционального предназначения. Они производятся в виде:

Индикатора.
Течеискателя.
Сигнализатора.

Приборы индикаторного типа предназначены для кратковременного измерения с целью определения концентрации определенного компонента в газовой среде. Такие устройства зачастую представлены переносными портативными моделями.

Газоанализаторы в виде течеискателей также являются портативными. Они предназначены для поиска течи в газовых трубах. С помощью такого устройства можно точно определить поврежденный участок, через который осуществляется утечка в атмосферу. Прибор работает практически по принципу индикатора, но анализирует не общий объем газа в помещении, а охватывает ограниченное пространство вокруг чувствительного элемента. Прикладывая прибор к трубе, осуществляется сканирование газа вокруг ее стенок с целью выявления участка, где превышение концентрации будет максимальным.

Зачастую такие приборы оснащаются взрывозащищенным корпусом, что исключает образование искры способной воспламенить среду, если идет анализ повреждения труб с горючими газами. Течеискатели часто можно встретить у работников жилищных управляющих компаний, которые проверяют герметичность подключения , и к трубам. Это компактные и легкие приборы, позволяющие осуществлять анализ воздуха на наличие примесей природного газа за считанные секунды.

Газоанализаторы в виде сигнализаторов осуществляют непрерывный анализ состава газовой среды. Они представлены стационарным оборудованием, которое закрепляется неподвижно. При получении данных с превышением допустимых показателей прибор сигнализирует об этом на пульт управлении, в результате чего осуществляется звуковой или световой сигнал. Пульт управления может автоматически перекрыть подачу газа или включить дополнительную вентиляцию.

Существуют анализаторы, которые оснащены собственным световым и звуковым оборудованием для сообщения об опасности. Отдельные устройства идут в комплекте с электроклапаном, который при срабатывании прибора перекрывает трубу. При этом автоматические процессы происходят без участия пульта управления, что позволяет отказаться от его использования.

Виды газов, на которые реагируют анализаторы

Газоанализатор может иметь разнообразную конструкцию, которая реагирует на любое газовое вещество. К самым востребованным устройствам относятся приборы, которые откалиброваны для измерения концентрации следующих видов газов:

Сероводород.
Пропан.
Метан.
Окись углерода.
Кислород.
Диоксид серы и пр.

Бытовой газоанализатор

Согласно требованиям законодательства, газоанализаторы устанавливаются в обязательном порядке на промышленных объектах, а также котельных. В помещениях, где работают отопительные системы, применяются приборы, которые анализируют концентрацию углекислоты, а также горючего газа. На производстве, где существует риск выброса других разновидностей газа, также устанавливаются анализаторы, реагирующие на подобные вещества. В бытовых помещениях наличие подобного оборудования необязательно. При этом использование газоанализаторов существенно повышает безопасность. Предлагаемое производителями оборудование для бытовых помещений не требует подключения к пульту управления. Это снижает затраты на оснащение помещения чувствительными датчиками и системами управления.

В домашних помещениях применяется два типа оборудования – для горючих и угарных газов. Приборы, которые реагируют на горючие смеси, устанавливаются в тех помещениях, где имеются потребители газа. Такие устройства являются стационарными. Они закрепляются на стене вблизи с возможным источником утечки, и с помощью проводов соединяются с электроклапаном, установленным на выходе газовой трубы или на выходе баллона. При превышении допустимой концентрации газа устройство подаст звуковой и световой сигнал, а также даст команду электроклапану перекрыть подачу.

Более распространенными являются бытовые устройства, реагирующие на угарный газ. Его образование происходит при горении обычного газа, дров, угля и любых других предметов. Подобные устройства при обнаружении превышения концентрации окиси углерода выдают звуковой и световой сигнал. При наличии принудительной вентиляции, прибор подсоединяется к ее управлению. Он включает вытяжку, что осуществляет обновление воздуха в помещении. Если устройство устанавливается в помещении с современным отопительным котлом, то срабатывание датчика приводит к перекрытию подачи кислорода в камеру сгорания. Это позволяет прекратить горение и предотвратить увеличение концентрации угарного газа.

Бытовые устройства работают непрерывно. Частота анализа воздуха в помещении осуществляется с периодичностью 5-60 секунд. Перед тем как концентрация опасных веществ в воздухе достигнет критического уровня, бытовой газоанализатор издает предупредительные сигналы, сообщающие о значительном увеличении опасных веществ. Это позволяет заранее среагировать и устранить проблему до того как сработает аварийный сигнал и последует запуск автоматических процессов.

Зачастую бытовой газоанализатор является комбинированным и имеет чувствительные датчики, которые реагируют на несколько веществ. Обычно это три компонента – метан, пропан-бутан и оксид углерода.

Подобные устройства будут уместными для установки в следующих помещениях:

В квартирах и домах.
Гаражах.
Котельных.
Хранилищах баллонов с газом.

Разновидности газоанализаторов в зависимости от физических принципов работы

В зависимости от физического принципа, по которому осуществляется анализ газовой среды для выявления отдельных компонентов, существует больше 10 разновидностей газоанализаторов. Не существует полностью универсальной конструкции, которая бы позволяла анализировать состав любых смесей. Для одних разновидностей газов используется один физический принцип, в то время как для других он не действенный или небезопасный.

Выделяют следующие популярные виды газоанализаторов:

Термокондуктометрические.
Пневматические.
Магнитные.
Инфракрасные.
Ионизационные.
Ультрафиолетовые.
Люминесцентные.

Термокондуктометрические реагируют на теплопроводность смеси. Данные устройства анализируют насколько эффективно осуществляется передача температуры в газовой среде. Подобное оборудование подходит в тех случаях, когда уровень теплопроводности у основного газа и примесей, которые нужно выявить, существенно отличается.

Пневматические анализируют вязкость смеси, которая присутствует в помещении. Данные приборы не имеют электрических компонентов, поэтому их можно использовать на взрывоопасных объектах. Механические элементы прибора не создают искру, поэтому риск воспламенения газа исключается.

Магнитный газоанализатор используется для анализа кислорода. Подобные приборы используются в различных высокотехнологических механизмах, в которых проводится подготовка газовой смеси для сжигания. По данному принципу работает лямбда-зонд, который монтируется в выхлопной системе современных автомобилей. Устройство определяет концентрацию кислорода в выхлопных газах, что позволяет оценить, насколько эффективно прогорело топливо.

Инфракрасные облучают газовую среду инфракрасными лучами, после чего чувствительные датчики реагируют на уровень поглощения молекулами вещества излучаемого света. Такие устройства имеют взрывозащищенный корпус, поэтому часто используются с взрывоопасными веществами. По данному принципу работает значительная доля лабораторного и промышленного оборудования.

Ионизационный газоанализатор проверяет электропроводимость и ионизованных газов. При наличии примесей электропроводимость отличается, что фиксируется прибором и отображается в процентном выражении концентрации. Подобные устройства могут работать только с теми газами, которые не могут воспламеняться.

Ультрафиолетовые работают по схожему принципу с инфракрасными, за тем исключением, что осуществляют облучение ультрафиолетовыми лучами. Данные приборы также анализируют интенсивность поглощения молекулами измеряемой среды направленных на них лучей.

Люминесцентный газоанализатор измеряет люминесцирующие свойства газов. Эти свойства отличаются в зависимости от концентрации определенных примесей. Данные устройства являются не столь распространенными, поскольку существуют намного более простые технологии производства оборудования, работающие по другому принципу, которые позволяют получить данные с такой же точностью, но с меньшими затратами на изготовление анализатора.

Бывает также прочее оборудование, работающее по другим физическим принципам. Оно является менее распространенным, поскольку затратное в производстве, или требует обслуживания. Зачастую подобные газоанализаторы работают по химическому принципу и требуют заправки приборов реагентами, которые после израсходования нужно доливать. Такие приборы применяются для специфических газов, которые другими способами не анализируются.

На современном диагностическом участке газоанализатор является одним из базовых приборов.

Назначение газоанализатора

К сожалению, в сознании многих специалистов автосервиса газоанализатор по-прежнему ассоциируется с регулировкой карбюратора. Это не так.

Конечно, контроль токсичности отработанных газов (ОГ) - важная функция автомобильного газоанализатора, но, тем не менее, далеко не единственная.

Прибор способен решать широкий круг задач по исследованию состояния двигателя и его систем, являясь богатейшим источником диагностической информации. Можно с уверенностью утверждать, что газоанализатор - один из основных инструментов диагноста.

Как врачу для постановки диагноза необходимы анализы пациента, так и диагносту нужны данные "анализа", чтобы выявить "болезни" двигателя, ведь состав ОГ напрямую зависит от его состояния.

Эволюция газоанализатора

Первые образцы газоанализаторов, применявшиеся для регулировки двигателя, из всей совокупности компонентов ОГ измеряли только концентрацию оксида углерода СО. Приборы были однокомпонентными.

Анализ концентрации СО позволял сделать вывод о качественном соотношении топливно-воздушной смеси и применялся в основном при регулировке карбюраторов. Такие газоанализаторы имели стрелочное отображение результатов анализа и работали на принципе измерения электрической проводимости платиновой спирали в среде оксида углерода.

К 70-м годам прошлого века остро встал вопрос необходимости контроля автомобильных токсичных выбросов. Уровень развития техники тех лет позволил создать двухкомпонентные автомобильные газоанализаторы, способные измерить концентрацию еще одного вредного компонента - несгоревшего топлива, обозначаемого СН. Эти приборы работали на принципе спектрометрирования исследуемых газов в инфракрасном диапазоне, который используется по настоящее время.

Дальнейшее развитие автомобильных газоанализаторов привело к появлению трех-, четырех- и даже пятикомпонентных приборов, позволяющих измерить концентрацию не только названных выше оксида углерода СО и углеводородов СН, но и диоксида углерода СО 2 , кислорода О 2 и оксидов азота NО x , а также рассчитать соотношение воздух-топливо в исходной топливно-воздушной смеси.

Спектрометрический блок газоанализатора: принцип действия

Принцип действия спектрометрического блока газоанализатора основан на эффекте частичного поглощения энергии светового потока, проходящего через газ.

Молекулы каждого газа представляют собой колебательную систему, способную поглощать инфракрасное излучение в строго определенном диапазоне волн. Если через колбу с газом пропустить стабильный инфракрасный поток, то часть его будет газом поглощена. Более того, будет поглощена в основном только некоторая часть спектра потока, называемая абсорбционным максимумом данного газа. Чем выше концентрация газа в колбе, тем большее будет наблюдаться поглощение.

Тот факт, что разные газы обладают разными абсорбционными максимумами, позволяет измерить концентрацию газов в смеси, измеряя поглощение соответствующей длины волны. Иначе говоря, определить концентрацию каждого из газов в ОГ можно, анализируя снижение интенсивности светового потока в части спектра, соответствующей абсорбционному максимуму данного газа.

Спектрометрический блок прибора устроен следующим образом

Через измерительную кювету, представляющую собой трубку с закрытыми оптическим стеклом концами, прокачиваются предварительно отфильтрованные отработанные газы. С одной стороны трубки расположен излучатель. Он представляет собой нагреваемую электрическим током спираль, температура которой строго стабилизируется. Излучатель генерирует стабильный поток инфракрасного излучения.

С противоположной стороны трубки устанавливаются светофильтры, которые из всего потока выделяют необходимые длины волн, соответствующие абсорбционным максимумам исследуемых газов.

После прохождения светофильтров поток попадает в приемник инфракрасного излучения. Приемник измеряет интенсивность потока и вырабатывает информацию о концентрации газов в смеси.

Таким способом определяется концентрация СО, СН и СО 2 . В дальнейшем смесь газов из измерительной кюветы поступает последовательно в датчики электрохимического типа, вырабатывающие электрический сигнал, напряжение которого пропорционально концентрации кислорода О 2 и оксидов азота NО x .

В современном приборе замер концентрации СО, СН и СО 2 выполняется описанным спектрометрическим методом, а концентрации кислорода O 2 и оксидов азота NO x - электрохимическими датчиками.

Обработка сигналов датчиков и спектрометрического блока в современном газоанализаторе выполняется электронной схемой, построенной на базе микропроцессора.

На дисплей прибора информация о содержании СО, CO 2 и O 2 выводится в процентах, а СН и NO x - в так называемых ppm (parts per million), «частей на миллион». Такое обозначение связано с крайне низкой концентрацией названных компонентов в ОГ и неудобством использования процентов для обозначения их количества. Соотношение между процентами и ppm выглядит следующим образом:

10 000 ppm = 1%

Поэтому количество, например, СН в ОГ типичного двигателя составляло бы около 0.001%-0.01%. Оперировать в работе такими цифрами сложно, в результате принято использовать именно ppm.

Газоанализатор - прибор сложный, и его качество определяется точностью и надежностью компонентов, в первую очередь спектрометрического блока.

Конструктивно и технологически спектрометрический блок настолько сложен и специфичен, что его производство на должном с точки зрения качества уровне освоено лишь несколькими фирмами во всем мире.

Производители непосредственно газоанализаторов используют уже готовые спектрометрические блоки, встраивая их в свои приборы. Такой подход себя оправдывает, и в приборе, произведенном в России, Италии или Корее можно обнаружить спектрометрический блок, сделанный в Японии или Америке.

Спектрометрический блок - дорогое устройство, составляющее заметную часть в стоимости прибора.

При эксплуатации очень важно обеспечить его долговечность. Механические частицы, сажа и влага, оседая на стенках блока, приводят к значительному дрейфу его показаний и даже к его полной неработоспособности.

Поэтому, прежде чем попасть в измерительный блок, отработанные газы проходят подготовку, которая производится, как правило, в несколько этапов:

грубая очистка отработанных газов. Выполняется фильтром, установленным на входе в прибор либо в ручке зонда забора пробы. Отфильтровываются крупные механические частицы и сажа.
отделитель влаги. Он может быть самых разнообразных конструкций. Назначение - отделить от потока газов капли влаги, конденсирующиеся на внутренних поверхностях зонда и соединительного шланга и удалить их. Удаление производится автоматически либо вручную оператором путем периодического слива конденсата из накопителя.
фильтр тонкой очистки. С его помощью производится окончательная фильтрация от мельчайших механических частиц. Фильтров может быть установлено несколько, последовательно друг за другом.

Что нужно знать при эксплуатации газоанализаторов

Особенность конструкции прибора накладывает отпечаток на его эксплуатацию и рекомендации по уходу за ним. Как правило, эксплуатация автомобильного газоанализатора не представляет большой сложности и выполняется одним оператором.

Перед выполнением измерений необходимо произвести коррекцию нуля прибора, для чего нажать на лицевой панели соответствующую кнопку. Часть газоанализаторов выполняют коррекцию нуля автоматически через заданный промежуток времени, в этом случае вмешательство оператора не требуется.

Для снятия показаний нужно установить зонд в выхлопную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм и зафиксировать его зажимом. Столь значительная глубина требуется для того, чтобы исключить подсос в зонд атмосферного воздуха и получение недостоверных показаний.

Далее необходимо запустить измерение и дождаться установившихся показаний на табло прибора. Длительность процесса установки показаний обычно составляет от 15 до 45 секунд и зависит от длины шланга и конструкции пневматического тракта, которая может значительно различаться у приборов разных производителей.

Основываясь на многолетней практике эксплуатации газоанализаторов, можно дать следующую рекомендацию.

После каждого замера следует отключить шланг с зондом от прибора и продуть его в обратную сторону сжатым воздухом с целью удаления конденсата. Чаще всего при этом наблюдается весьма значительное выделение влаги. Конечно, встроенный отделитель влаги свою функцию выполняет, но, тем не менее, следование данной рекомендации представляется как мера, повышающая вероятность безотказной работы прибора.

Обслуживание газоанализатора сводится в основном к периодической замене фильтров тонкой и грубой очистки. Рекомендации по их замене приводятся в руководстве по эксплуатации конкретного прибора.

Очень важно обратить внимание на следующий момент: фильтры тонкой очистки, применяемые в газоанализаторах, отличаются от бензиновых фильтров и использование последних в газоанализаторах недопустимо.

Также важно следить за тем, чтобы фильтры были сухими. Намокшие фильтры необходимо либо просушить подачей воздуха в направлении против нанесенной на корпус стрелки, либо заменить.

Анализ состава отработанных газов

Самый главный тезис, который необходимо озвучить перед изложением методики анализа состава отработанных газов, заключается в следующем.

Для грамотного и правильного анализа требуется абсолютное понимание того, откуда в составе ОГ появляется тот или иной компонент.

Нужно четко представлять течение процессов в цилиндрах и выпускном тракте двигателя, происходящие при этом химические превращения и базироваться на этом понимании.

При таком подходе диагност начинает думать и грамотно анализировать состав ОГ, видя причинно-следственные связи. Подход типа «если состав ОГ такой-то - то имеет место дефект такой-то» не представляется конструктивным и рассматриваться не будет.

Прежде всего, вспомним из школьного курса химии состав атмосферного воздуха. Это потребуется для правильного понимания происходящих в цилиндрах и в выпускном тракте двигателя процессов.

Остальные газы, в основном инертные, присутствуют в малых количествах и в нашем случае большой роли не играют, как, впрочем, и аргон. Цифры, очень близкие к приведенным, можно увидеть на табло газоанализатора, если запустить измерение «на свежем воздухе».

Итак, в цилиндрах двигателя сгорает рабочая смесь.Реакция окисления углеводородов топлива происходит по следующей схеме:

СН + О 2 => СО 2 + Н 2 О.

Напомним, что состав смеси принято оценивать коэффициентом избытка воздуха λ. Он представляет собой отношение реального количества воздуха, поступившего в цилиндры, к теоретическому количеству, необходимому для полного сгорания топлива. Смеси, в которых количество воздуха совпадает с теоретически необходимым, называются стехиометрическими. В этом случае λ=1. Если количество воздуха больше необходимого, то смесь принято называть бедной, и коэффициент находится в диапазоне λ=1.0...1.3. Более бедная смесь перестает воспламеняться. Если же воздуха меньше необходимого, то смесь называют богатой. Такая смесь характеризуется значением λ=0.8...1.0.

Казалось бы, при сгорании стехиометрической смеси отработанные газы должны состоять из углекислого газа СО 2 , водяного пара Н 2 О и азота N 2 . Но на практике все происходит иначе. Под действием высокой температуры в цилиндре двигателя азот и кислород вступают в реакцию, в результате которой образуются оксиды азота. Совокупность этих оксидов обозначается NO x и отображается пятикомпонентными газоанализаторами. Образование NO x сильно увеличивается с ростом температуры газов и концентрации кислорода. Основным компонентом в смеси оксидов азота является монооксид NO. Покинув цилиндры двигателя, он окисляется в атмосфере до диоксида NО 2 , который гораздо более токсичен и, соединяясь в атмосфере с водяным паром, образует кислотные дожди.

Кроме того, в ОГ всегда содержатся углеводороды СН. Они представляют собой исходные или распавшиеся молекулы топлива, которые не принимали участия в сгорании, а также продукты распада моторного масла. Углеводороды появляются в ОГ вследствие гашения пламени вблизи относительно холодных стенок камеры сгорания, в защемленных объемах вроде пространства между поршнем и цилиндром над верхним компрессионным кольцом.

Часть СН выбрасывается в результате того, что на тактах впуска и сжатия горючей смеси пары топлива поглощаются масляной пленкой на стенках цилиндров. На такте рабочего хода и выпуска происходит их выделение из пленки. Аналогичный эффект поглощения паров топлива наблюдается и на нагаре, покрывающем стенки камеры сгорания.

Далее, в ОГ обязательно присутствует продукт неполного сгорания топлива — оксид углерода СО (угарный газ). Он образуется в основном во время реакции сгорания при недостатке кислорода, поэтому основное влияние на образование СО в бензиновых двигателях оказывает состав смеси: чем она богаче, тем выше концентрация СО.

Следует отметить, что данный компонент является, пожалуй, самым опасным с точки зрения воздействия на человеческий организм. Угарный газ не имеет цвета и запаха, но при вдыхании соединяется с гемоглобином крови и при высокой концентрации может вызвать смертельный исход.

Конечно же, в составе ОГ неизбежно окажется и не вступивший в реакцию кислород. Следует отметить, что кислород может оказаться в составе ОГ не из цилиндров двигателя, а из атмосферного воздуха, поступающего через места нарушения герметичности выпускного тракта.

Каталитический нейтрализатор

Многочисленные исследования показали, что улучшение процесса сгорания, оптимизация управления составом смеси и углом опережения зажигания не позволяют снизить токсичность ОГ хотя бы до уровня, обеспечивающего выполнение норм Евро II, не говоря о более высоких требованиях.

Для решения проблемы было предложено использование дополнительной обработки ОГ в выпускном тракте двигателя. Устройства, выполняющие такую обработку, называются каталитическими нейтрализаторами.

Основными частями каталитического нейтрализатора являются:

корпус из жаропрочной нержавеющей стали
блок-носитель, представляющий собой сотовую структуру из керамики или гофрированной фольги толщиной 0.1..0.5 мм
прослойка с пористой структурой из оксида алюминия
активный каталитический слой

Блок-носитель состоит из нескольких тысяч тонких каналов, сквозь которые протекают отработанные газы. Каналы керамического или металлического блока-носителя покрыты очень пористой прослойкой. Благодаря этому полезная площадь поверхности каталитического нейтрализатора увеличивается приблизительно в 7 000 раз, что обеспечивает необходимый массоперенос между ОГ и активным катализатором. На прослойку наносится каталитически активный слой.

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор имеет каталитически активный слой из платины (Pt), родия (Rd) и палладия (Pd). Название «трехкомпонентный каталитический нейтрализатор» говорит о том, что в одном корпусе одновременно и параллельно протекают три химические реакции превращения.

Для нормального течения этих реакций в нейтрализаторе необходимо поддерживать высокую температуру в пределах 400…800°С. При более низких температурах эффективность нейтрализатора невелика, а при температуре свыше 1000°С наступает термическое разрушение активного слоя и даже спекание сот блока-носителя.

Не вдаваясь в подробности протекающих на поверхности активного слоя химических реакций, можно привести лишь упрощенные окончательные их результаты:

NO x восстанавливаются до чистого азота N 2 с выделением при этом свободного кислорода O 2
СО окисляется до СO 2 , при этом расходуется кислород O 2
углеводороды СН окисляются до СO 2 и Н 2 О, при этом тоже расходуется кислород O 2

Отличительной особенностью трехкомпонентного каталитического нейтрализатора является то, что для его полноценной работы необходима работа двигателя на стехиометрической топливно-воздушной смеси. Объясняется это следующим. Только при λ = 1 получается состав ОГ, в котором свободного кислорода, выделившегося при восстановлении оксидов азота, достаточно для полного окисления СО и СН до СO 2 и Н 2 О.

Этот факт настолько важен, что его следует повторить: полноценное функционирование каталитического нейтрализатора возможно только в том случае, если двигатель работает на стехиометрической смеси.

В литературе даже используется термин «окно катализации», под которым подразумевается диапазон значений λ, при которых нейтрализатор способен выполнять свою функцию. Строго говоря, этот диапазон смещен от стехиометрии в сторону богатой смеси, и находится примерно в пределах λ = 0.98..0.99. Поддержание состава смеси в заданном диапазоне возложено на систему управления двигателем, для чего в ее состав введен датчик концентрации кислорода в ОГ.

Также необходимо упомянуть о двигателях с непосредственным впрыском топлива. Такие двигатели в некоторых режимах могут работать на сверхбедных смесях, что ведет к значительному повышению доли оксидов азота NO x . Поэтому для нейтрализации NO x в выпускной тракт устанавливается еще один катализатор, так называемого накопительного типа.

Для более полного понимания работы каталитического нейтрализатора был проведен следующий эксперимент.

Был взят автомобиль ВАЗ 2112, оснащенный ЭБУ VS5.1 с прошивкой V5D07X09, поддерживающей регулировку подачи топлива с диагностического оборудования.

Нейтрализатор присутствует. Были зафиксированы показания СО, CO 2 , O 2 , СН и λ при изменении регулировочного коэффициента в диапазоне от −0.250 до +0.250.
Вместо нейтрализатора установлена труба-вставка, и измерения проведены повторно.

Результаты отображены на графиках. Сплошная линия соответствует замеру с нейтрализатором, прерывистая — без него.

Графики строились вручную, с небольшой интерполяцией. Следует отметить один нюанс — по какой-то причине прибор показал неверное значения CO 2 при измерении с нейтрализатором. Вероятно, это произошло из-за длительной работы двигателя при низкой частоте вращения и, соответственно, снижения температуры нейтрализатора. С этой оговоркой можно обратить внимание на полученные результаты и проанализировать их:

Первое, что бросается в глаза, — значение λ в обоих случаях практически совпало.

В диапазоне богатых смесей точки вообще образовали одну линию, в диапазоне бедных смесей наблюдается расхождение на уровне погрешности измерения. И лишь на самых бедных смесях разница заметна, но, вероятно, в том диапазоне просто невозможно корректное вычисление λ.

Вывод: независимо от наличия или отсутствия нейтрализатора рассчитанное значение λ остается одним и тем же. Собственно, по-другому и не могло быть, ведь значение λ характеризует только работу двигателя, неважно, с нейтрализатором или без него.

Очень любопытно ведет себя значение СН. Без нейтрализатора наблюдается классическая зависимость. С нейтрализатором картина интереснее. Он сильно влияет в диапазоне бедной смеси. Около стехиометрии наблюдается характерная впадина, соответствующая окну катализации. Причем при небольшом обогащении смеси относительно стехиометрии происходит очень резкий скачок значения СН, и далее оно почти сравнивается со значением, полученным без нейтрализатора.

То же самое можно сказать и о графиках СО. Совершенно четко прослеживается диапазон в районе стехиометрии, где эффективность работы нейтрализатора максимальна, и графики соответственно максимально разнятся.

Графики CO 2 тоже имеют академический вид. Количество CO 2 в составе ОГ в случае с нейтрализатором больше. Объясняется это тем, что последний превращает в CO 2 содержащиеся в ОГ углеводороды и угарный газ. При отклонении от стехиометрии как в сторону обеднения, так и в сторону обогащения смеси, количество CO 2 уменьшается.

Это очень важный момент: максимальное количество CO 2 в составе ОГ приблизительно соответствует стехиометрической смеси .

Расчетный коэффициент λ

Отдельного разговора заслуживает коэффициент избытка воздуха λ. Следует четко понимать, что значение λ, отображаемое на дисплее прибора, представляет собой не реальный, а расчетный коэффициент. Он вычисляется процессором газоанализатора исходя из количества различных компонентов в составе ОГ. Вычисление производится по так называемой формуле Бертшнайдера:

Формула приведена в качестве справочного материала и подробно разбираться нами не будет.

Расчетное значение λ будет соответствовать реальному значению только в случае, если выпускной тракт двигателя полностью герметичен, а измерительные элементы газоанализатора откалиброваны. В том случае, если выпускной тракт негерметичен (имеются подсосы атмосферного воздуха), то расчетное значение λ может оказаться не только неверным, но и превышающем все разумные пределы. Объясняется это тем, что в формуле Бертшнайдера используется содержание кислорода в ОГ, и любое появление лишнего кислорода приводит к значительной погрешности вычисления этого коэффициента.

Состав ОГ исправного двигателя

Учитывая все вышесказанное, необходимо озвучить состав отработанных газов исправного двигателя. Следует заранее оговориться, что в дальнейшем речь пойдет о работе с четырехкомпонентным прибором, так как пятикомпонентные, отображающие помимо прочего количество NO x , на участках диагностики практически не применяются из-за высокой цены. Цифры, которые будут приведены ниже, получены из многолетнего опыта применения газоанализаторов.

Прежде чем назвать их, заострим внимание на следующем моменте.

Подавляющее большинство современных бензиновых двигателей оснащено каталитическим нейтрализатором отработанных газов. Поэтому составы ОГ такого двигателя и двигателя, не оснащенного нейтрализатором, будут значительно отличаться. Исходя из этого соображения, представляется наиболее правильным рассматривать состав ОГ в выпускном тракте до нейтрализатора и после него. Эти цифры - эталон, от которого делаются все последующие выводы, можно сказать, это основа газоанализа. Их нужно запомнить и постоянно держать в голове. Итак,

Состав ОГ исправного, прогретого до рабочей температуры, работающего на стехиометрической смеси двигателя в выпускном тракте до каталитического нейтрализатора выглядит следующим образом: (табл.1)

Состав ОГ исправного, прогретого до рабочей температуры, работающего на стехиометрической смеси двигателя, при исправном и прогретом каталитическом нейтрализаторе, в выпускном тракте после нейтрализатора выглядит следующим образом: (табл.2)

Более низкие значения СО и СН во втором случае объясняются течением химических реакций в нейтрализаторе. Процентное содержание кислорода также снизилось вследствие его расходования в реакциях окисления. Количество же диоксида углерода CO 2 возросло вследствие окисления СО.

Здесь мы не видим оксидов азота NO x , но нельзя забывать, что в нейтрализаторе они восстановились до чистого азота и утратили вредное влияние на окружающую среду. Обратите внимание на то, что значение λ в обоих случаях равно 1.

Рассмотренные параметры газоанализа - эталонные, это то, что будет на табло прибора при полностью исправном, прогретом двигателе, работающем на стехиометрической смеси. Теперь поговорим об отклонениях, которые встречаются на практике и об анализе состава ОГ в этих случаях.

Негерметичность выпускного тракта

Не следует забывать, что движение газов в выпускном тракте носит сложный волновой характер, и зоны давления чередуются с зонами разрежения.

Когда место негерметичности тракта оказывается в зоне давления, отработанные газы вырываются наружу с характерным звуком (тракт «подсекает»), а когда в зоне разрежения - в выпускной тракт поступает атмосферный воздух. А теперь вспомним его состав. Даже если подсос незначителен, то содержание O 2 в ОГ увеличится очень сильно, ведь в воздухе его почти 21%, а в ОГ около 0.5%. В то же время CO 2 в воздухе мало, и количество этого газа в составе ОГ изменится не так значительно. То же самое можно сказать о содержании СО и СН.

В случае подсоса воздуха в выпускной тракт имеет место неестественно большое количество O 2 в составе ОГ. Можно утверждать, что первый параметр, который необходимо оценить при анализе состава отработанных газов, - это именно содержание кислорода . Если оно превышает 1.5..2%, то присутствует подсос атмосферного воздуха в выпускной тракт.

Дальнейший анализ не имеет смысла без устранения дефектов тракта. Нужно оговориться, что большое количество кислорода в составе ОГ будет наблюдаться и при пропусках воспламенения, но для них характерно большое количество несгоревшего топлива, и спутать две этих ситуации практически невозможно.

Конечно, при наличии подсоса анализировать остальные параметры состава ОГ попросту бессмысленно. Отметим лишь, что расчетный коэффициент λ в такой ситуации приобретает запредельные значения. Косвенно они тоже указывают на описываемый дефект.

Богатая смесь

В этом случае λ ‹ 1, воздуха в смеси меньше необходимого для полного сгорания. Несложно прийти к выводу о том, что при недостатке кислорода сгорание происходит не полностью и в ОГ содержится больше СН, чем при стехиометрической смеси. Содержание СО возрастет по этой же причине. Количество CO 2 станет меньше, чем при работе на стехиометрической смеси, ведь топливо сгорело неоптимальным образом. Поэтому состав ОГ двигателя, работающего на обогащенной смеси без нейтрализатора, выглядит приблизительно так: (табл.3)

Нужно отметить, что при наличии каталитического нейтрализатора незначительное обогащение смеси по составу ОГ можно и не обнаружить, но любое серьезное отклонение приведет к выходу из окна катализации и явному уходу состава ОГ от нормы. В этом случае цифры на табло прибора будут похожими на приведенные выше.

Применительно к современным двигателям в качестве причин богатой смеси можно назвать повышенное давление топлива, дрейф характеристики ДМРВ, поступление топлива через неплотную мембрану вакуумного регулятора давления (на системах с обратным сливом топлива).

Причиной может быть и неисправный ДТОЖ, подобный дефект легко обнаруживается по показаниям сканера. Отдельно следует упомянуть такой хитрый дефект, как подсос воздуха в выпускной тракт перед сигнальным датчиком кислорода. В такой ситуации атмосферный кислород регистрируется датчиком, что приводит к значительному обогащению смеси и даже возникновению соответствующего кода неисправности.

Еще один источник лишнего топлива в смеси - моторное масло.

Здесь следует сделать небольшое отступление. Дело в том, что масляная пленка на зеркале цилиндра играет далеко не последнюю роль в формировании рабочей смеси и процессах, происходящих в камере сгорания. Если по какой-либо причине двигатель долго работал на слишком богатой смеси либо просто запустился не с первого раза, что очень часто бывает зимой, то в масло попадает бензин.

Можно предположить, что несгоревший бензин стекает по стенкам цилиндров или просто проникает через замки поршневых колец. Так или иначе, но бензин в масло попадает, и надо принять это как реальность. Какими путями он поступает в дальнейшем в камеры сгорания - есть два предположения. Пары бензина вместе с картерными газами движутся по системе вентиляции картера и смешиваются во впускном коллекторе с воздухом. Но, как показывает практика, если отсоединить шланги вентиляции картера от впускного коллектора, то смесь обедняется незначительно. Однако после замены моторного масла все приходит в норму.

Отсюда становится возможным сделать вывод: молекулы топлива попадают в камеру сгорания из масляной пленки на стенках цилиндров. Ведь стенки смазываются разбрызгиванием, и при каждом ходе поршня пленка масла обновляется. Описанное явление ни в коем случае не должно вводить диагноста в заблуждение: если после неудачной попытки зимнего запуска наблюдается богатая смесь либо заниженный коэффициент коррекции подачи топлива, то это абсолютно нормальное явление. В такой ситуации есть смысл рекомендовать замену моторного масла во избежание повышенного механического износа двигателя и снижения рабочих свойств самого масла.

Бедная смесь

Такая смесь характеризуется значением λ › 1 и избыточным количеством воздуха. Несложно прийти к выводу, что при избытке в смеси воздуха количество остаточного кислорода в ОГ возрастет. Количество СН изменится незначительно, ведь одна из причин появления паров топлива в ОГ заключается в гашении пламени в защемленных объемах, и это не зависит от состава смеси. Заметно снизится значение СО. Связано это прежде всего с избытком кислорода и окислением СО до CO 2 . Несмотря на это, процент CO 2 относительно стехиометрической смеси снизится вследствие общего увеличения количества газов. Конечно же, расчетный коэффициент λ окажется выше 1. Состав ОГ двигателя, работающего на обедненной смеси и не оснащенного нейтрализатором, приведен ниже (табл.4):

В качестве причин бедной смеси современного двигателя можно назвать, прежде всего, подсос воздуха в задроссельное пространство. Путей много: это и вакуумный усилитель тормозов, и разрушение уплотняющих прокладок впускного коллектора, износ пары ось-втулка дроссельной заслонки, старение резиновых уплотнений форсунок и регулятора холостого хода. Локализовать место подобного дефекта можно с использованием генератора дыма.

Помимо подсоса воздуха, причиной обеднения смеси могут являться пониженное давление топлива вследствие износа бензонасоса или засорения топливного фильтра и магистрали, снижение производительности форсунок, неверные показания ДМРВ.

Обнаружить работу на бедной смеси двигателя, оснащенного каталитическим нейтрализатором, довольно сложно. Дело в том, что при выходе из окна катализации в сторону обеднения нейтрализатор продолжает оказывать значительное влияние на состав ОГ. В этом случае необходимо воспользоваться значением CO 2 и оценить эффективность сгорания в целом.

Высокое содержание СН

У двигателя без нейтрализатора нормальное значение этого параметра - 100..200 ppm. Если на табло прибора видим СН, равный 300..400 и более, это повод искать причину, по которой бензин попросту не сгорает, другими словами, имеют место пропуски воспламенения.

Причин таких пропусков можно назвать много. Изношенные или неисправные свечи, высоковольтные провода, дефектный модуль зажигания, не отрегулированные тепловые зазоры клапанов, пониженная компрессия, неисправная форсунка. Причем все это — как в одном, так и в нескольких цилиндрах. Еще одна причина повышенного содержания в ОГ паров топлива — неплотный или начинающий прогорать выпускной клапан. В этом случае на такте сжатия часть топливного заряда попросту выталкивается в выпускной тракт. Двигатель при этом может работать вполне нормально, и остальные параметры газоанализа будут в норме. Приведенная ниже таблица содержит пример состава ОГ реального двигателя без нейтрализатора, имеющего дефектные свечи (табл.5):

Все остальные системы двигателя заведомо в полном порядке. Проанализируем полученные данные.

Повышенное содержание в ОГ паров топлива говорит о том, что последнее попросту не сгорает.

Высокое содержание кислорода вкупе с высоким же количеством СН позволяет сделать предположение о пропусках. Откуда появляется кислород? Из цилиндров двигателя, которые при пропусках попросту выбрасывают атмосферный воздух, смешанный с парами топлива. СО 2 ниже нормы, что тоже говорит о ненормальном сгорании. Ну и расчетный коэффициент λ — прибор рассчитывает его, исходя помимо прочего и из содержания кислорода. Именно пропуски воспламенения и наблюдались на исследуемом двигателе, они были хорошо слышны у среза выхлопной трубы.

В случае двигателя без нейтрализатора при возникновении пропусков особых проблем, кроме повышенного выброса токсичных веществ, нет. Но на двигателях, оснащенных нейтрализатором, пропуски воспламенения приводят к его недопустимому разогреву. Несгоревшие пары топлива в смеси с кислородом воздуха вступают на поверхности блока-носителя в реакцию, вызывая выделение большого количества теплоты. Температура блока-носителя и корпуса нейтрализатора повышаются до значений 1000°С и более. Это явление очень опасно и может привести, например, к возгоранию сухой травы под днищем автомобиля либо к повреждению прилегающих к нейтрализатору элементов.

На практике неоднократно наблюдалось расплавление шумоизоляции салона, разрушение изоляции прилегающих к кузову электрических проводов и короткое замыкание в них.

Но в первую очередь пропуски воспламенения и последующий перегрев нейтрализатора приводят к разрушению последнего. В керамическом блоке-носителе происходит спекание сот, вызывая при этом повышение газодинамического сопротивления выпускного тракта.

Если блок-носитель выполнен из стальной фольги, как правило, его спекания не происходит, но разрушается каталитический активный слой, и нейтрализатор перестает выполнять свою функцию. Так или иначе, но пропуски воспламенения в двигателе, оснащенном нейтрализатором, представляют собой очень опасное явление.

В связи с этим современная система управления двигателем ведет мониторинг пропусков и при их обнаружении отключает неисправный цилиндр.

Анализ количества СО 2

Как уже упоминалось выше, этот компонент ОГ представляет собой продукт самого полного сгорания топлива. Чем лучше сгорело топливо в цилиндрах двигателя (и «догорело» в нейтрализаторе), тем выше будет количество СО 2 в составе ОГ.

Данное утверждение может оказаться несправедливым применительно к двигателю с непосредственным впрыском бензина в цилиндры при работе на сверхбедной смеси. Но в настоящий момент речь идет о более массовых двигателях с впрыском в коллектор. У исправного двигателя, не оснащенного нейтрализатором, в ОГ содержится примерно 14% СО 2 , у оснащенного - 16%. Называя эти цифры, сложно утверждать, что именно их вы увидите на табло своего прибора. Лучше всего посмотреть, каковы будут показания у того прибора, который вы используете, и оперировать в своей работе именно ими. Но общий принцип анализа от этого не изменится.

Получив значение СО 2 , следует его оценить

Если оно примерно совпадает со значением, максимально достижимым для данного типа двигателей (см. табл. 1,2), то можно сделать вывод, что проблем с подачей топлива и формированием топливно-воздушной смеси нет. Напротив, снижение количества СО 2 должно насторожить, ибо это признак проблемы.

Конечно, газоанализатор не укажет на неисправный датчик или элемент, но он подскажет направление поиска дефекта или хотя бы укажет на его наличие.

В практике автора были случаи, когда по всем параметрам работа двигателя вроде бы укладывалась в норму, но количество СО 2 в ОГ говорило о наличии проблемы. В итоге дефект обнаруживался, и принимались меры к его устранению. Именно этот критерий позволяет оценивать работу двигателя, оснащенного нейтрализатором, не обращаясь к значениям СО и СН, которые в этом случае близки к нулю и не несут информации.

Контроль состояния каталитического нейтрализатора

Современные электронные блоки управления двигателем контролируют состояние нейтрализатора и выставляют в случае снижения его эффективности соответствующий код неисправности. Однако приговаривать весьма дорогостоящий узел к замене на основании только выставленного блоком кода не представляется разумным.

Необходимо убедиться в правильности диагноза, и в этом случае газоанализатор - единственный прибор, способный вам помочь. Методика оценки работоспособности нейтрализатора основана на принципе его работы. Так как свою функцию он начинает выполнять только при достаточно высокой температуре и работе двигателя на стехиометрической смеси, необходимо прогреть двигатель до включения вентилятора и при помощи сканера убедиться в том, что петля обратной связи по датчику кислорода замкнута. Затем производится анализ состава ОГ.

В первую очередь выполняется проверка состава ОГ при работе двигателя на частоте вращения холостого хода. Если нейтрализатор исправен, состав ОГ будет соответствовать приведенному выше эталонному для двигателя с нейтрализатором (табл. 2). В том случае, если наблюдается увеличенное содержание СО (0.1%...0.6%) и СН (50…200 ppm), а также сниженное количество СО 2 , нейтрализатор утратил свою работоспособность.

Если же никаких проблем нет и цифры на табло соответствуют эталону, следует увеличить частоту вращения примерно до 4000 rpm и повторно снять показания газоанализатора.

Идея методики такова. При малом потоке ОГ, характерном для низкой частоты вращения, нейтрализатор успевает полноценно обработать вредные компоненты. При большом потоке на высокой частоте вращения его эффективности может не хватить. Поэтому критерием исправности нейтрализатора может считаться его способность обеспечить эталонные параметры состава ОГ при высокой частоте вращения.

Ради интереса можно провести следующий эксперимент. Подключаем газоанализатор к выхлопной трубе холодного двигателя, запускаем двигатель и следим за составом ОГ. Можно четко отследить первоначальную работу двигателя на обогащенной смеси, затем постепенное изменение параметров в сторону стехиометрической смеси и, наконец, смещение параметров к эталонным для двигателя с нейтрализатором.

Такие эксперименты очень полезны, так как они наглядно связывают теорию работы двигателя и системы управления с практическими результатами его работы, наблюдаемыми с помощью приборов.

Газоанализ и диагностика: краткие итоги

В работе с газоанализатором необходим творческий подход.

Здесь нельзя пользоваться никакими алгоритмами. Нужно критически оценивать цифры на табло прибора и размышлять о том, почему они именно такие, откуда появился тот или иной компонент.

Самые основные, базовые моменты анализа состава ОГ были нами рассмотрены, теперь дело за практикой и наработкой вашего собственного опыта.

Газоанализаторы - это специальные приборы, которые служат, чтобы точно измерять качественный и количественный состав газов. Исходя из их предназначения и принципа эксплуатации, они могут быть ручными и автоматическими. Один из наиболее распространенных типов ручных приборов – это абсорбционные анализаторы.

Принцип действия газоанализатора этого вида основан на том, что составляющие вещества поглощаются в определенной последовательности особыми реагентами. Стационарное оборудование с автоматическим принципом действия производит измерения постоянно, то есть - без перерыва. Оно точно фиксирует все физико-химические показатели изучаемой газовой смеси. Подобные приборы дают возможность получать максимально точные итоги измерений при взаимодействии не только с самим веществом, но и с его отдельными компонентами.

Газоизмерительное оборудование бывает множества разновидностей и наименований. Некоторые из них функционируют на основе физических методов измерения, включающих в себя и применение вспомогательной химической реакции. Подобные приборы называются объёмно-монометрическими. Они позволяют предельно точно обнаруживать любые из изменений объема и давления, происходящие в наблюдаемой среде. Прибор сразу же фиксирует все реакции, в которые вступают отдельные составляющие газовой смеси.

Принцип работы газоанализатора может быть основан и на химических способах анализа наблюдаемой среды. Такие приборы могут отслеживать дополнительные термохимические, хроматографические, электрохимические и фотоколориметрические процессы, что зависит от сферы их применения и характеристик эксплуатации. Принцип действия оборудования также отличается. Например, термохимические приборы измеряют уровень тепла в процессе сгорания газа.

Наиболее часто подобное оборудование применяется тогда, когда нужно отслеживать окись водорода в воздушной среде при подозрениях на ее взрывоопасную концентрацию. Как правило, подобная работа производится с горючими газами, приборы термохимического типа при этом очень помогают.

Множество стационарных газоанализаторов работает только на физических принципах исследования. К данной группе приборов относятся анализаторы, которые функционируют при помощи магнитных и оптических способов измерения.

ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ, приборы, измеряющие содержание (концентрацию) одного или неск. компонентов в газовых смесях (см. также Газовый анализ). Каждый газоанализатор предназначен для измерения концентрации только определенных компонентов на фоне конкретной газовой смеси в нормиров. условиях. Наряду с использованием отдельных газоанализаторов создаются системы газового контроля, объединяющие десятки таких приборов. В большинстве случаев работа газоанализатора невозможна без ряда вспомогат. устройств, обеспечивающих создание необходимых т-ры и давления, очистку газовой смеси от пыли и смол, а в ряде случаев и от нек-рых мешающих измерениям компонентов и агрессивных в-в. Газоанализаторы классифицируют по принципу действия на пневматические, магнитные, электрохимические, полупроводниковые и др. Ниже излагаются физ. основы и области применения Наиб. распространенных газоанализаторов.

Термокондуктометрические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости теплопроводности газовой смеси от ее состава. Для большинства практически важных случаев справедливо ур-ние:

где-теплопроводность смеси, - теплопроводность i - того компонента, Ci - eгo концентрация, n-число компонентов.

Термокондуктометрич. газоанализаторы не обладают высокой избирательностью и используются, если контролируемый компонент по теплопроводности существенно отличается от остальных, напр. для определения концентраций Н2, Не, Аг, СО2 в газовых смесях, содержащих N2, О2 и др. Диапазон измерения - от единиц до десятков процентов по объему.

Изменение состава газовой смеси приводит к изменению ее теплопроводности и, как следствие, т-ры и электрич. сопротивления нагреваемого током металлич. или полупроводникового терморезистора, размещенного в камере, через к-рую пропускается смесь. При этом:

где a-конструктивный параметр камеры, R1 и R2- сопротивление терморезистора в случае пропускания через него тока I при теплопроводности газовой среды соотв. и,-температурный коэф. электрич. сопротивления терморезистора.

Термохимические газоанализаторы. В этих приборах измеряют тепловой эффект хим. р-ции, в к-рой участвует определяемый компонент. В большинстве случаев используется окисление компонента кислородом воздуха; катализаторы - марганцевомедный (гопкалит) или мелкодисперсная Pt, нанесенная на пов-сть пористого носителя. Изменение т-рыпри окислении измеряют с помощью металлич. или полупроводникового терморезистора. В ряде случаев пов-сть платинового терморезистора используют как катализатор. Величинасвязана с числом молей М окислившегося компонента и тепловым эффектомсоотношением: , где k-коэф., учитывающий потери тепла, зависящие от конструкции прибора.

Большинство термохим. газоанализаторов используют в кач-ве газосигнализаторов горючих газов и паров (Н2, углеводороды и др.) в воздухе при содержании 20% от их ниж. КПВ, а также при электролизе воды для определения примесей водорода в кислороде (диапазон измерения 0,02-2%) и кислорода в водороде (0,01-1%).

Магнитные газоанализаторы. Применяют для определения О2. Их действие основано на зависимости магн. восприимчивости газовой смеси от концентрации О2, объемная магн. восприимчивость к-рого на два порядка больше, чем у большинства остальных газов. Такие газоанализаторы позволяют избирательно определять О2 в сложных газовых смесях. Диапазон измеряемых концентраций 10-2 - 100%. Наиб. распространены магнитомех. и термомагн. газоанализаторы.

В магнитомеханических газоанализаторах (рис. 3) измеряют силы, действующие в неоднородном магн. поле на помещенное в анализируемую смесь тело (обычно ротор). Сила F, выталкивающая тело из магн. поля, определяется выражением:

гдеи-объемная магн. восприимчивость соотв. анализируемой смеси и тела, помещенного в газ, V-объем тела, H-напряженность магн. поля. Обычно мерой концентрации компонента служит вращающий момент, находимый по углу поворота ротора. Показания магнитомех. газоанализатора определяются магн. св-вами анализируемой газовой смеси и зависят от т-ры и давления, поскольку последние влияют на объемную магн. восприимчивость газа.

Более точны газоанализаторы, выполненные по компенсац. схеме. В них момент вращения ротора, функционально связанный с концентрацией О2 в анализируемой смеси, уравновешивается известным моментом, для создания к-рого используются магнитоэлектрич. или электростатич. системы. Роторные газоанализаторы ненадежны в промышленных условиях, их сложно юстировать.

Действие термомагнитных газоанализаторов основано на термомагн. конвекции газовой смеси, содержащей О2, в неоднородных магнитном и температурном полях. Часто применяют приборы с кольцевой камерой, к-рая представляет собой полое металлич. кольцо. Вдоль его диаметра установлена тонкостенная стеклянная трубка, на к-рую намотана платиновая спираль, нагреваемая электрич. током. Спираль состоит из двух секций - R1 и R2, первая из к-рых помещается между полюсами магнита. При наличии в газовой смеси О2 часть потока направляется через диаметральный канал, охлаждая первую секцию платиновой спирали и отдавая часть тепла второй. Изменение сопротивлений R1 и R2 вызывает изменение выходного напряжения U, пропорциональное содержанию О2 в анализируемой смеси.

Пневматические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости плотности и вязкостигазовой смеси от ее состава. Изменения плотности и вязкости определяют измеряя гидромех. параметры потока. Распространены пневматич. газоанализаторы трех типов.

Газоанализаторы с дроссельными преобразователями измеряют гидравлич. сопротивление дросселя (капилляра) при пропускании через него анализируемого газа. При постоянном расходе газа перепад давления на дросселе - ф-ция плотности (турбулентный дроссель), вязкости (ламинарный дроссель) или того и другого параметра одновременно.

Струйные газоанализаторы измеряют динамич. напор струи газа, вытекающего из сопла. Содержат два струйных элемента типа "сопло-приемный канал". Для подачи анализируемого и сравнит. газов служит эжектор 2. Давление на выходе из элементов поддерживается регулятором 4. Равенство давлений газов на входе в элементы обеспечивается соединит. каналом 5 и настройкой вентиля 6. Разница динамич. давлений (напоров), воспринимаемых трубками 1б,- ф-ция отношения и мера концентрации определяемого компонента газовой смеси. Струйные газоанализаторы используют, напр., в азотной пром-сти для измерения содержания Н2 в азоте (диапазон измерения 0-50%), в хлорной пром-сти - для определения С12 (0-50 и 50-100%). Время установления показаний этих газоанализаторов не превышает неск. секунд, поэтому их применяют также в газосигнализаторах довзрывных концентраций газов и паров нек-рых в-в (напр., дихлорэтана, винилхлорида) в воздухе пром. помещений.

Пневмоакустические газоанализаторы содержат два свистка с близкими частотами (3-5 кГц), через один из к-рых проходит анализируемый газ, через второй - сравнительный. Частота биений звуковых колебаний в смесителе частот зависит от плотности анализируемого газа. Биения (частота до 120 Гц) усиливаются и преобразуются в пневматич. колебания усилителем. Для получения выходного сигнала (давления) служит частотно-аналоговый преобразователь.

Пневматич. газоанализаторы не обладают высокой избирательностью. Они пригодны для анализа смесей, в к-рых изменяется концентрация только одного из компонентов, а соотношение между концентрациями других остается постоянным. Диапазон измерения - от единиц до десятков процентов. Пневматич. газоанализаторы не содержат электрич. элементов и поэтому могут использоваться в помещениях любой категории пожаро- и взрывоопасности. Элементы схемы, контактирующие с газами, выполнены из стекла и фторопласта, что позволяет анализировать весьма агрессивные газы (хлор-, серосодержащие и др.).

Инфракрасные газоанализаторы. Их действие основано на избйрат. поглощении молекулами газов и паров ИК-излучения в диапазоне 1-15 мкм. Это излучение поглощают все газы, молекулы к-рых состоят не менее чем из двух разл. атомов. Высокая специфичность молекулярных спектров поглощения разл. газов обусловливает высокую избирательность таких газоанализаторов и их широкое применение в лабораториях и пром-сти. Диапазон измеряемых концентраций 10-3 -100%. В дисперсионных газоанализаторах используют излучение одной длины волны, полученное с помощью монохроматоров (призмы, дифракц. решетки). В недисперсионных газоанализаторах, благодаря особенностям оптич. схемы прибора (применению светофильтров, спец. приемников излучения и т.д.), используют немонохроматич. излучение. В кач-ве примера на рис. 7 приведена Наиб. распространенная схема такого газоанализатора. Излучение от источника последовательно проходит через светофильтр и рабочую кювету, в к-рую подается анализируемая смесь, и попадает в спец. приемник. Если в анализируемой смеси присутствует определяемый компонент, то в зависимости от концентрации он поглощает часть излучения, и регистрируемый сигнал пропорционально изменяется. Источником излучения обычно служит нагретая спираль с широким спектром излучения, реже - ИК-лазер или светодиод, испускающие излучение в узкой области спектра. Если используется источник немонохроматич. излучения, избирательность определения достигается с помощью селективного приемника.

Наиб. распространены газоанализаторы с газонаполненным оптико-акустическим приемником. Последний представляет собой герметичную камеру с окном, заполненную именно тем газом, содержание к-рого нужно измерить. Этот газ, поглощая из потока излучения определенную часть с характерным для данного газа набором спектральных линий, нагревается, вследствие чего давление в камере увеличивается. Посредством мех. модулятора поток излучения прерывается с определ. частотой. В результате с этой же частотой пульсирует давление газа в приемнике. Амплитуда пульсации давления - мера интенсивности поглощенного газом излучения, зависящая от того, какая часть характерного излучения поглощается тем же газом в рабочей кювете. Др. компоненты смеси излучение на этих длинах волн не поглощают. Т. обр., амплитуда пульсации давления в приемнике излучения - мера кол-ва определяемого компонента в анализируемой смеси, проходящей через рабочую кювету. Изменение давления измеряют обычно конденсаторным микрофоном или микроанемометром (датчиком расхода газа). Заменяя газ в приемнике излучения оптико-акустич. газоанализатора, можно избирательно измерять содержание разл. компонентов смесей.

В инфракрасных газоанализаторах используют также неселективные приемники излучения - болометры, термобатареи, полупроводниковые элементы. Тогда в случае источников с широким спектром излучения избирательность определения обеспечивают применением интерференционных и газовых фильтров. Для повышения точности и стабильности измерения часть потока излучения обычно пропускают через сравнит. кювету, заполненную газом, не поглощающим регистрируемое излучение, и измеряют разность или отношение сигналов, полученных в результате прохождения излучения через рабочую и сравнит. кюветы.

Инфракрасные газоанализаторы широко используют для контроля кач-ва продукции, анализа отходящих газов, воздуха помещений. С их помощью определяют, напр., СО, СО2, NH3, СН4 в технол. газах произ-ва синтетич. аммиака, пары ряда р-рителей в воздухе пром. помещений, оксиды азота, SO2, СО и углеводороды в выхлопных газах автомобилей и т.д.

Ультрафиолетовые газоанализаторы. Принцип их действия основан на избират. поглощении молекулами газов и паров излучения в диапазоне 200-450 нм. Избирательность определения одноатомных газов весьма велика. Двух- и многоатомные газы имеют в УФ-области сплошной спектр поглощения, что снижает избирательность их определения. Однако отсутствие УФ-спектра поглощения у N2, O2, СО2 и паров воды позволяет во многих практически важных случаях проводить достаточно селективные измерения в присут. этих компонентов. Диапазон определяемых концентраций обычно 10-2-100% (для паров Hg ниж. граница диапазона 2,5-10-6%).

Схема ультрафиолетового газоанализатора аналогична схеме, приведенной на рис. 7. Имеются также приборы с двумя детекторами излучения без модулятора, в к-рых световые потоки не прерываются. В кач-ве источников излучения обычно применяют ртутные лампы низкого (= 253,7 нм) и высокого (спектр с большим набором линий) давлений, газоразрядные лампы с парами др. металлов (=280, 310 и 360 нм), лампы накаливания с вольфрамовой нитью, водородные и дейтериевые газоразрядные лампы. Приемники излучения - фотоэлементы и фотоумножители. При использовании неселективного источника излучения избирательность измерения в большинстве приборов обеспечивают с помощью оптич. фильтров (стеклянных или интерференционных).

Ультрафиолетовые газоанализаторы применяют гл. обр. для автоматич. контроля содержания С12, О3, SO2, NO2, H2S, C1O2, дихлорэтана, в частности в выбросах пром. предприятий, а также для обнаружения паров Hg, реже Ni (СО)4, в воздухе пром. помещений.

Люминесцентные газоанализаторы . В хемилюминесцентных газоанализаторах измеряют интенсивность люминесценции, возбужденной благодаря хим. р-ции контролируемого компонента с реагентом в твердой, жидкой или газообразной фазе. Пример - взаимод. NO с О3, используемое для определения оксидов азота:

N0 + 03 -> N02+ + 02 -> N02 + hv + 02

Анализируемая смесь и реагент через дроссели поступают в реакц. камеру. Побудитель расхода (насос) обеспечивает необходимое давление в камере. При наличии в смеси определяемого компонента излучение, сопровождающее хемилюминесцентную р-цию, через светофильтр подается на катод фотоумножителя, к-рый расположен в непосредств. близости к реакц. камере. Электрич. сигнал с фотоумножителя, пропорциональный концентрации контролируемого компонента, после усиления поступает на вторичный прибор. При измерении слабых световых потоков, возникающих при малых концентрациях определяемого компонента, фотокатод охлаждают электрич. микрохолодильниками с целью уменьшения темнового (фонового) тока.

Для измерения содержания NO2 в приборе предусмотрен конвертер, где NO2 превращается в NO, после чего анализируемая смесь направляется в реакц. камеру. При этом выходной сигнал пропорционален суммарному содержанию NO и NO2. Если же смесь поступает, минуя конвертер, то по выходному сигналу находят концентрацию только NO. По разности этих сигналов судят о содержании NO 2 в смеси.

Высокая избирательность хемилюминесцентных газоанализаторов обусловлена специфичностью выбранной р-ции, однако сопутствующие компоненты в смеси могут изменять чувствительность прибора. Такие газоанализаторы применяют для определения NO, NO2, NH3, O3 в воздухе в диапазоне 10-7-1%.

В флуоресцентных газоанализаторах измеряют интенсивность флуоресценции (длина волны), возникающей при воздействии на контролируемый компонент УФ-излучения (с частотой v1). В кач-ве примера на рис. 9 представлена схема такого газоанализатора для определения SO2 в воздухе. Анализируемая смесь поступает в детекторную камеру, к-рая отделена от импульсного источника УФ-излучения и от фотоумножителя светофильтрами 3 и 4, пропускающими излучение с длинами волн соотв. и. Фотоумножитель, расположенный под углом 90° к источнику излучения, регистрирует импульсы флуоресценции, амплитуда к-рых пропорциональна концентрации определяемого компонента в камере. Электрич. сигнал с фотоумножителя после усиления и обработки поступает на вторичный прибор. Газоанализаторы для определения SO2 характеризуются высокой чувствительностью и избирательностью. Они используются в автоматич. станциях контроля окружающей среды.

Для удаления паров воды, влияющих на показания люминесцентных газоанализаторов, применяют спец. фильтры (типа молекулярного сита) на входе потока газа в камеру.

Фотоколориметрические газоанализаторы. Эти приборы измеряют интенсивность окраски продуктов избират. р-ции между определяемым компонентом и специально подобранным реагентом. Р-цию осуществляют, как правило, в р-ре (жидкостные газоанализаторы) или на твердом носителе в виде ленты, таблетки, порошка (соотв. ленточные, таблеточные, порошковые газоанализаторы).

Принципиальная схема жидкостного газоанализатора представлена на рис. 10. Излучение от источника проходит через рабочую и сравнит. кюветы и поступает на соответствующие приемники излучения. Индикаторный р-р протекает с постоянной скоростью через обе кюветы и абсорбер. Навстречу потоку р-ра через абсорбер барботирует анализируемый газ. Определяемый компонент, присутствующий в газе, взаимод. с реагентом в р-ре, вызывая изменение оптич. плотности в рабочей кювете, пропорциональное концентрации компонента. В результате интенсивность излучения через одну из кювет изменяется, а через другую-нет. Разность (или отношение) сигналов рабочего и сравнит. каналов - мера концентрации определяемого компонента в анализируемой смеси.

Подача р-ра может быть как непрерывной, так и периодической. При периодич. подаче анализируемый газ пропускают в течение нек-рого времени через одну и ту же порцию р-ра, что позволяет повысить чувствительность определения. Такие газоанализаторы дают возможность измерить среднюю концентрацию определяемого компонента за заданный промежуток времени, напр. при установлении среднесменных или среднесуточных концентраций токсичных примесей в воздухе.

В ленточных газоанализаторах анализируемый газ поступает в газовую камеру, через к-рую непрерывно или с заданной периодичностью протягивается лента с нанесенным на нее реактивом. В результате р-ции с определяемым компонентом на ленте образуется цветовое пятно, интенсивность окраски к-рого пропорциональна концентрации компонента. Разность (или отношение) световых потоков, отраженных от окраш. и неокраш. участков ленты, - мера концентрации контролируемого компонента в смеси. Иногда используют индикаторную ленту с жидким реактивом. В этом случае реактив наносится на ленту из капельницы непосредственно перед ее контактом с газом.

Принцип действия таблеточных и порошковых газоанализаторов такой же, как у ленточных, но эти приборы, как правило, циклич. действия. Для получения чистой пов-сти перед каждым циклом измерения срезается верх. окраш. слой таблетки или заменяется порция порошка.

Время работы ленточных и таблеточных газоанализаторов без замены ленты или таблетки достигает 30 сут и более. Источники излучения в фотоколориметрич. газоанализаторах-обычно лампы накаливания и полупроводниковые светодиоды, фотоприемники - фотоумножители, фотоэлементы, фотодиоды и фототранзисторы. Эти приборы позволяют с высокой избирательностью определять разл. газообразные (парообразные) в-ва в диапазоне концентраций 10-5-1%. Особенно высока чувствительность у газоанализаторов периодич. действия; их недостаток - некрое запаздывание показаний.

Фотоколориметрич. газоанализаторы применяют гл. обр. для измерения концентраций токсичных примесей (напр., оксидов азота, О2, С12, CS2, O3, H2S, NH3, HF, фосгена, ряда орг. соед.) в атмосфере пром. зон и в воздухе пром. помещений. При контроле загрязнений воздуха широко используют переносные приборы периодич. действия. Значит. число фотоколориметрич. газоанализаторов применяют в качестве газосигнализаторов.

Электрохимические газоанализаторы. Их действие основано на зависимости между параметром электрохим. системы и составом анализируемой смеси, поступающей в эту систему.

В кондуктометрических газоанализаторах измеряется электропроводность р-ра при селективном поглощении им определяемого компонента. Обычно схема прибора включает элек-трич. мост постоянного или переменного тока с двумя кондуктометрич. ячейками, через к-рые протекает электролит. В одну из ячеек электролит поступает после контакта с потоком анализируемого газа. Выходной сигнал пропорционален разности электропроводностей р-ра до и после контакта с контролируемой смесью. Эта разность зависит от концентрации растворенного в электролите определяемого компонента. Изменяя расходы электролита и анализируемой смеси, можно в широких пределах изменять диапазон определяемых концентрации. Недостатки этих газоанализаторов-низкая избирательность и длительность установления показаний при измерении малых концентраций. Кондуктометрич. газоанализаторы широко применяют для определения О2, СО, SO2, H2S, NH3 и др.

Действие потенциометрических газоанализаторов основано на зависимости потенциала Е индикаторного электрода от активности а электрохимически активных ионов, образовавшихся при растворении определяемого компонента:

где E°-стандартный электродный потенциал, R- универсальная газовая постоянная, Т - абс. т-ра, F- число Фарадея, n-число электронов, участвующих в электрохим. р-ции. Измеряемое значение Е пропорционально концентрации контролируемого компонента, растворенного в электролите. Эти газоанализаторы применяют для определения СО2, H2S, HF, NH3, SO2 и др.

Большое распространение получили потенциометрич. газоанализаторы с твердым электролитом для измерения содержания О2. Керамич. пластина на основе СаО и ZrO2 при высокой т-ре начинает проводить ионы кислорода, т.е. ведет себя как электролит. На пов-сть такой пластины с обеих сторон наносят тонкие слои пористой платины (платиновые электроды). С одной стороны пластины подают анализируемую газовую смесь, с другой - сравнительный газ. Разность потенциалов между электродами - мера содержания О2. Термостат поддерживает т-ру электрохим. ячейки в нужном диапазоне. С помощью таких газоанализаторов определяют О2 в широком диапазоне концентраций (10-4-100% по объему). Присутствие углеводородов в анализируемой смеси приводит к искажению результатов из-за их окисления при высокой т-ре.

Действие амперометрических газоанализаторов основано на зависимости между электрич. током и кол-вом определяемого компонента, прореагировавшим на индикаторном электроде. Если контролируемый компонент полностью вступает в электрохим. р-цию, то выполняется закон Фарадея: I = = nFQC, где I-ток, Q- расход газа, С-концентрация определяемого компонента, F-число Фарадея, n-число электронов, участвующих в р-ции.

Электрохим. превращение данного компонента газовой смеси со 100%-ным выходом по току (т.е. отсутствие побочных электродных р-ций) обеспечивается выбором индикаторного электрода и его потенциала. Необходимое постоянное значение разности потенциалов поддерживается благодаря тому, что сравнит. и индикаторный электроды выполняют из двух разных специально подобранных металлов, напр. из Аи и Zn, Au и Pb, Ni и Cd (ячейки гальванич. типа). Разность потенциалов можно стабилизировать и посредством электронной системы с использованием третьего вспомогат. электрода (ячейки потенциостатич. типа).

Амперометрич. газоанализаторы применяют для определения газов, обладающих окислит.-восстановит. св-вами, напр. SO2, NO2, H2S, О2, С12, О3. В газоанализаторах для измерения содержания SO2 в воздухе (рис. 12) анализируемый газ поступает на измерит. электрод 3 электрохим. ячейки и по газовому каналу - в камеру с запасным электролитом 9, в к-рый помещен электрод сравнения 5. Вспомогат. электрод 2 расположен в отдельной камере, к-рая, как и камера 9, соединена с камерой измерит. электрода электролитич. каналом. Достоинства амперометрич. газоанализаторов-высокая чувствительность и избирательность.

Кроме рассмотренной выше конструкции электрохим. ячейки барботажного типа (с непосредств. продуванием смеси через электролит) широкое применение находят ячейки с т. наз. газодиффузионными электродами, где газ отделен от электролита пористой газопроницаемой полимерной мембраной. Со стороны, контактирующей с электролитом, на мембрану наносят мелкодисперсный электродный материал (Pt, Pd, Au). Такие системы отличаются более высокой чувствительностью и стабильностью характеристик.

В основе кулонометрических газоанализаторов компенсац. типа лежит метод кулонометрич. титрования, к-рый заключается в электрохим. получении (генерировании) реагента-титранта, способного быстро взаимод. с определяемым компонентом газовой смеси, растворенным в электролите. Этот газоанализатор включает цепи генерирования и индикации. Электрохим. ячейка содержит соотв. две пары электродев - катод и анод, на к-рых идет электролиз и генерируется титрант, а также индикаторный электрод и электрод сравнения. Ток электролиза автоматически поддерживается постоянным. После того как все контролируемое в-во полностью прореагирует с электрогенерированным титрантом, окислит.-восстановит. потенциал системы резко изменяется, что обнаруживается по скачку потенциала индикаторного электрода. Кол-во электричества, прошедшее через ячейку до завершения р-ции, эквивалентно концентрации определяемого компонента.

Ионизационные газоанализаторы. Их действие основано на зависимости электрич. проводимости ионизов. газов от их состава. Появление в газе примесей оказывает дополнит. воздействие на процесс образования ионов или на их подвижность и, следовательно, рекомбинацию. Возникающее при этом изменение проводимости пропорционально содержанию примесей.

Все ионизац. газоанализаторы содержат проточную ионизац. камеру (как на рис. 13), на электроды к-рой налагают определенную разность потенциалов. Эти приборы широко применяют для контроля микропримесей в воздухе, а также в кач-ве детекторов в газовых хроматографах. Ниже рассмотрены Наиб. распространенные типы ионизац. газоанализаторов, используемые без предварительного хроматографич. разделения пробы.

К радиоизотопным газоанализаторам, в к-рых ионизацию газов осуществляют радиоактивным излучением, относятся приборы на основе сечения ионизации, электронно-захватные и аэрозольно-ионизационные. В первых используют разницу в сечениях (вероятности) ионизации компонентов смеси. Ионизацию осуществляют обычноизлучением 90Sr, 3H, 63Ni, 147Pm. Эти Газоанализаторы не избирательны, их применяют для анализа смесей H2-N2, N2-CO2, Н2 - этилен, Н2-СН4, H2-CH3SiCl3, H2-BC13 и т.п.; диапазон измерения 0,01-100%; время установления показаний - до 0,1 с.

Действие электронно-захватных газоанализаторов основано на способности молекул ряда в-в (О2, Н2О, галогены, галогенсодержащие орг. соед., ароматич. углеводороды, спирты, карбонильные соед. и др.) захватывать своб. электроны, возникающие при ионизации газов, и превращаться при этом в ионы. Последние имеют меньшую подвижность, чем электроны, в результате чего ионизац. ток падает пропорционально концентрации в-ва. Электронно-захватные газоанализаторы применяют для контроля примесей (в частности, галогенов при их концентрации 10-3-104%) в чистых газах и воздухе. При определении примесей в воздухе на входе в газоанализаторы обычно помещают полимерные мембраны, задерживающие О2.

В основе действия аэрозольно-ионизационных газоанализаторов лежит зависимость ионизац. тока от концентрации аэрозольных частиц, образующихся после предварительного избират. перевода определяемого компонента смеси в аэрозоль. Этот перевод осуществляют обычно хим. р-цией с соответствующим реагентом или фотохим. р-цией в газовой фазе, пиролизом исследуемого в-ва, а также сочетанием пиролиза с послед. хим. р-цией с реагентом. Напр., при определении NH3 в кач-ве реагента можно использовать пары соляной к-ты; в результате образуется аэрозоль NH4C1. Размер аэрозольных частиц 10-7-10-4 см. Концентрации анализируемых компонентов 10-5-10-3%. Аэрозольно-иониза-ционный газоанализатор используют, в частности, для определения микропримесей NH3, аминов, НС1, HF, NO2, паров HNO3, карбонилов Ni и Со, фосгена и ряда др. соед. в воздухе пром. помещений.

В пламенно-ионизационных газоанализаторах анализируемые орг. соед. ионизуют в водородном пламени. Эффективность ионизации пропорциональна числу атомов С, поступающих в пламя в единицу времени, но зависит также от наличия в молекуле в-ва атомов др. элементов. Схема такого прибора представлена на рис. 14. Горелка служит одним из электродов ионизац. камеры. Второй электрод ("коллекторный") - тонкостенный цилиндр или кольцо. Эти газоанализаторы используют для определения орг. в-в в воздухе и технол. газах. При совместном присутствии ряда орг. компонентов находят либо их сумму, либо концентрацию компонентов со значительно большей эффективностью ионизации. С помощью пламенно-ионизационных газоанализаторов контролируют изменения суммарного содержания углеводородов в атмосфере и токсичные примеси в воздухе пром. помещений, чистоту выхлопных газов автомобилей, утечки газов из трубопроводов и подземных коммуникаций. Диапазон измеряемых концентраций 10-5-1%. Имеется непосредств. взаимосвязь между эффективностью ионизации орг. газов и паров и степенью взрывоопасности их смесей с воздухом. Это позволяет контролировать довзрывные концентрации орг. в-в в пром. помещениях, шахтах, туннелях.

В поверхностно-ионизационных газоанализаторах образуются положит. ионы при адсорбции газов на нагретых пов-стях металлов или их оксидов. Ионизоваться могут компоненты с достаточно низкими потенциалами ионизации, сравнимыми по величине с работой выхода электронов из нагретой пов-сти (эмиттера). Обычно ионизуются не контролируемые компоненты смеси, а продукты их р-ций на каталитически активной пов-сти. В кач-ве эмиттеров применяют, напр., нагреваемые током спирали из Pt, оксидов Мо или W. Нагретый эмиттер одновременно служит одним из электродов ионизац. камеры. Второй ("коллекторный") электрод выполняют в виде наружного цилиндра. Т-ру нагрева эмиттера изменяют от 350 до 850 °С. С помощью таких газоанализаторов определяют фенол, уксусную и муравьиную к-ты, а также (с высокой избирательностью) азотсодержащие орг. соед., в частности анилин, амины, гидразины. Созданы приборы для контроля ряда аминов (диэтиламин, триэтиламин и др.) в воздухе пром. помещений. Диапазон измеряемых концентраций 10-5-10-2%.

В т. наз. "галогенных" газоанализаторах на пов-сти платины, нагретой до 800-850 °С, ионизуются щелочные металлы (обычно Na и К), добавляемые в виде солей в зону нагрева и ионизации. Эмиссия щелочных ионов зависит от содержания в окружающем воздухе галогенов и их соединений. Эти приборы позволяют определять галогены (С1, Вг) в воздухе пром. помещений, хладоны при контроле герметичности холодильных установок и бытовых аэрозольных баллончиков с пределами обнаружения ок. 10-4%.

В фотоионизационных газоанализаторах молекулы определяемого компонента ионизуются УФ-излучением. Это возможно, если энергия фотонов не ниже потенциала ионизации молекул. В кач-ве источников излучения используют лампы, генерирующие фотоны с энергиями 9,5, 10, 10,2, 10,9 и 11,7 эВ. Осн. компоненты воздуха (О2, N2, CO, СО2, Н2О), а также СН4 имеют потенциалы ионизации в диапазоне 12-20 эВ и такими фотонами не ионизуются. Фотоионизац. газоанализаторы применяют для контроля примесей ароматич. и непредельных углеводородов, альдегидов, кетонов, спиртов и других орг. соед. в воздухе с пределами обнаружения 10-5 -10-4%. Подбирая излучение с подходящей энергией, можно избирательно определять, напр., ароматич. соединения в присут. алканов и кислородсодержащих орг. соед., меркаптаны в присут. H2S.

Полупроводниковые газоанализаторы. Их действие основано на изменении сопротивления полупроводника (пленки или монокристалла) при воздействии анализируемого компонента смеси. В основе работы полупроводниковых окисных газоанализаторов лежит изменение проводимости чувствит. слоя (смеси оксидов металлов) при хемосорбции на его пов-сти молекул химически активных газов (рис. 15). Такие газоанализаторы применяют для определения горючих газов (в частности, Н2, СН4, пропана), а также О2, СО2 и др. Селективность анализа достигается варьированием состава чувствит. слоя и его т-ры (при помощи встроенного нагревателя). Диапазон измеряемых концентраций горючих газов 0,01-1% по объему.

В полупроводниковых газоанализаторах с кристаллическими чувствит. элементами измеряют проводимость монокристалла или более сложной полупроводниковой структуры с р-n-переходами при изменении зарядового состояния пов-сти, т.е. концентрации или распределения зарядов на ней. Напр., для определения Н2 используют чувствит. элементы в виде системы слоев металл - диэлектрик - полупроводник (канальные транзисторы), причем верх. металлич. слой получают из Pd или его сплавов. Изменение зарядового состояния пов-сти достигается изменением контактной разности потенциалов между полупроводником и Pd при растворении в последнем Н2, присутствующего в анализируемой смеси. Диапазон измеряемых концентраций Н2 в инертных газах 10-5-10-3%.

Для серийного произ-ва полупроводниковых газоанализаторов применяют совр. технологию микроэлектроники, что позволяет создавать измерит. преобразователь, включающий чувствит. элемент, систему термостатирования и усилитель электрич. сигнала в виде отдельного микромодуля.

Устройство, функционально построенное на принципах измерения газовых смесей, позволяет своевременно определить превышение опасных токсинов. Газовый анализатор – небольшой по размерам прибор предупредит об опасности, связанной с несанкционированным выбросом вредных летучих веществ и о появлении протечки в трубопроводе.

Мы расскажем о всех применяемых на практике видах анализаторов газовой смеси. В представленной нами статье подробно описаны их конструктивные особенности и принцип действия. С учетом наших рекомендаций вы сможете выбрать наиболее подходящий прибор.

С точки зрения исполнения, существуют газоанализаторы ручные и автоматические. К ручным анализаторам относятся абсорбционные модели, где используется технология поглощения газовой среды реагентами. Приборы, действующие автоматически, обычно действуют по технологии построения физико-химической характеристики вещества.

Практически все устройства анализа газовой среды, поддерживающие автоматическое измерение, с точки зрения методологии условно делятся на три группы:

Анализаторы химических реакций.
Анализаторы физико-химических процессов.
Анализаторы физических процессов.

Первыми поддерживаются физические методы анализа, выполняемого с помощью химических реакций. Здесь, как правило, ассортимент приборов составляют объёмно-манометрические, а также химические аппараты.

С помощью мобильных приборов измеряется объём или давление смеси газа.

Газоанализатор – одна из многочисленных моделей подобных приборов, которые широко применяются в самых разных отраслях народного хозяйства. Такие устройства позволяют вести всеобъемлющий контроль окружающей среды

Второй группой устройств тоже поддерживается физическая методология, но при дополнении физико-химическим процессом.

Среди таких процессов могут иметь место:

электрохимия;
термическая химия;
фотоколориметрия;
фотоионизация;
хроматография.

Естественно, в зависимости от конкретного процесса, результат получают разным способом. К примеру, электрохимией определяют концентрацию газовой смеси, основываясь на её электрической проводимости. Или же, измеряя тепловую отдачу реакции каталитических окислений, получают степень концентрации горючих газов.

Пример устройства, поддерживающего технологию фотоионизационного анализа. Модель из серии приборов «Колион» относится к разряду переносных конструкций, отличается удобством применения и качеством выдаваемых результатов

Третья группа газоанализаторов, построенная исключительно на физической методике, представлена магнитными, оптическими, денсиметрическими и другими устройствами. В эту группу входят, к примеру, термокондуктометрические приборы анализа газовых смесей, благодаря которым получают результат, измеряя степень теплопроводности веществ.

Основной принцип работы и устройство газоанализаторов позволяет выполнять анализ многокомпонентных смесей, измеряя уровень концентрации одного компонента, присутствующего в составе смеси.

Принципы классификации газовых анализаторов

Все существующие на данный момент анализирующие устройства классифицируются, исходя из конструктивных и технологических деталей. Классификацией характеризуются конкретные функциональные возможности приборов газового анализа.

Например, индикатор и сигнализатор могут быть чем-то схожи, но классифицируются как разные измерители. То же самое следует по отношению к течеискателям и газовым анализаторам.

Малогабаритный удобный в применении течеискатель – конструкция, имеющая прямое отношение к анализаторам газовой среды. Использование подобных устройств является актуальным для различных условий промышленного производства и бытовой сферы

Классификация конструктивного исполнения определяет такие свойства, как мобильность и портативность. Способности приборов измерять определённое количество компонентов классифицируются признаками однокомпонентного или многокомпонентного устройства.

Аналогично с числом каналов измерения, где существует классификация по одноканальным или многоканальным газоанализаторам.

Наконец, есть ещё один критерий, показывающий конкретное назначение приборов. К примеру, имеются газоанализаторы мониторинга выхлопных газов автомобилей, и есть устройства, контролирующие технологические процессы.

Самые распространённые приборы

Наиболее распространёнными устройствами, входящими в состав трёх отмеченных групп, выделяются оптические и электрохимические модели. Их привлекательность обусловлена возможностью производства измерений в состоянии режима реального времени.

При этом технологически приборы поддерживают многокомпонентный анализ с возможностью сохранения результатов в микросхеме памяти.

Пример из группы оптических газоанализаторов – приборов, получивших наибольшее распространение в самых разных областях. Оптические анализаторы газовой среды обладают высокой точностью измерений

Для промышленной сферы подобные устройства являются незаменимым оборудованием. Особенно там, где требуется постоянный контроль выбросов или анализ технологических процессов.

В таких случаях газоанализаторы нередко выступают как системы непрерывного мониторинга процесса промышленного производства, используются в исследованиях экологической обстановки. Для выбора под применение в бытовой среде газоанализаторы указанных типов тоже предпочтительны.

Выбор прибора для анализа загазованности

Пытаясь сделать выбор устройства, желательно определиться, какая задача будет возложена на прибор. Исходя из намеченных задач, проще подыскать требуемую комплектацию. К тому же денежный вопрос при точном подборе комплектации решится в пользу покупателя. Чем меньше деталей комплекта, тем ниже стоимость.

Вниманию при выборе обычно подлежат следующие рабочие критерии:

список поддерживаемых газов;
граничные значения измерения концентраций;
возможности анализа объёмных и массовых долей;
время непрерывной работы;
возможность ведения измерений сразу в нескольких точках.

Конечно же, определённую роль в процессе подбора оборудования играет внешнее исполнение. Наличие защитных свойств, таких как влагозащищённый корпус, блокировка проникновения пыли и сажи – всё это также важно, если рассчитывать на долговечность анализатора.

Мобильная модель газового анализатора, привлекательная помимо удобства использования ещё и тем, что заключена в надёжный влагонепроницаемый корпус. Плотное исполнение корпуса защищает также от попадания внутрь пыли

Учитывая насыщенность российского рынка газовыми анализаторами иностранного производства, приходится выбирать с оглядкой на адаптацию к отечественным условиям. Понятно, если информационная часть устройства на иностранном языке, пользоваться таким прибором сложнее. Правда со временем можно-таки привыкнуть.

Любой газоанализатор оснащается рабочими сенсорами (датчиками). По мере эксплуатации эти элементы утрачивают свои свойства, теряют чувствительность и подлежат замене.

Насколько частыми должны быть замены и как обстоят дела с приобретением запасных комплектующих – это тоже вопрос выбора, требующий внимательного подхода. Да и срок гарантии не последняя деталь, на которую следует обратить внимание.

Обзор производителей газоанализаторов

Среди зарубежных компаний, чья продукция снискала популярность на отечественном рынке, выделяется немецкая компания Testo AG. Выпускает широчайший ассортимент контрольно-измерительной аппаратуры, включая газоанализаторы разного вида.

Компания существует больше полвека и за этот период времени научилась создавать действительно качественную, добротную во всех отношениях технику.

Конкретно по газовым анализаторам: фирмой Testo AG поставляются на рынок устройства, способные измерять, анализировать, выдавать характеристики различных дымовых газов, формируемых .

Одна из популярных моделей анализатора, отмеченного известным брендом Testo AG. Измерительные и контрольные приборы компания поставляет в широком ассортименте, пользовательский выбор многообразный

Вполне достойный выбор газовых анализаторов обеспечивает также отечественная компания Политехформ-М. Это один из крупных производителей контрольно-измерительных приборов и аналитической техники. На базе предприятия действует собственная экспериментально-лабораторная база, чем обеспечивается удачная разработка современных устройств.

Ассортимент Политехформ-М представляют модели газовых сигнализаторов из серии «Сигнал» и «Сигма», включая многоканальные конструкции. Также предприятием выпускается серия детекторов «ДМГ» и прочее оборудование. Среди конкретных примеров можно отметить: «Сигнал-033», «Сигма 1М», «ДМГ-3».

Продукт российской компании Политехформ-М – многоканальный газовый анализатор, функционально обеспечивающий всеобъемлющий контроль газовой среды. Приборы компании ценятся не только за функциональность, но также за надёжность

Питерская компания Информаналитика разработала и выпускает серию устройств под маркой «Хоббит». Серия «Хоббит-Т» охватывает широкий диапазон веществ, с которыми приборы могут работать и выполнять анализ.

Эффективный прибор российской компании из Санкт-Петербурга. Устройство носит интересное название «Хоббит-Т». Возможно компания «Информаналитика» решила таким образом привлечь к разработке, но прибор явно не нуждается в лишней рекламе

Практически все виды газов, используемых в промышленном производстве и бытовой сфере, подаются анализу с помощью прибора, разработанного компанией из Санкт-Петербурга. Правда, «Хоббит-Т» – оборудование, которое относится к разряду стационарных устройств. Этот фактор несколько ограничивает пользовательский выбор.

Ещё одна немецкая компания «Фёссен» через своё дочернее предприятие WITT поставляет быстрые, точные, многофункциональные газоанализаторы. Причём выбор для потребителя практически не ограничен по конструктивному исполнению приборов.

Ассортимент WITT наполнен стационарными и мобильными приборами, рассчитанными на производство выборочного или поточного контроля. Все виды газов доступно анализировать техникой WITT, а область возможного применения начинается с пищевой сферы и завершается металлургией.

Интересными для выбора отмечаются приборы компании Промэкоприбор. Относительно молодая российская фирма (2009 год) разрабатывает и продвигает на отечественном рынке современную аналитическую технику экологического назначения.

Интересными эффективными и продуктивными приборами снабжает отечественный рынок российская компания «Промэкоприбор». Компания выпускает изделия промышленного назначения, но есть также отдельные разработки, пригодные для быта

Примечательно, что выпускаемая компанией продукция полностью соответствует нормативной документации для отечественного применения. Список продуктов компании возглавляют приборы серии «Полар» и «Тест». Это переносные многокомпонентные анализаторы газа, предназначенные под системы контроля промышленных процессов.

Удобные в применении приборы бытового назначения поставляет в Россию итальянская компания Seitron s.r.l. На российском рынке итальянцы работают более 15 лет и за это время успели поставить более 450 наименований контрольно-измерительной аппаратуры.

Для бытовой сферы интерес может представлять, к примеру, разработка «Seitron RGDMETMP1» – сигнализатор загазованности природным газом, поставляемым .

Снискавший популярность в России итальянский газовый анализатор RGDMETMP1 – продукт компании «Seitron s.r.l». Идеально подходит для применения в условиях домашнего хозяйства. Вместе с тем ассортимент компании рассчитан на широкую аудиторию потребителей

Это всего лишь один отдельно взятый пример итальянского оборудования. В целом же техника Seitron способна покрыть спрос в широком диапазоне потребностей. Здесь найдутся, к примеру, мобильные газоанализаторы режимной наладки газовых и и стационарные сигнализаторы загазованности помещений.

Анализатор газа – электронный прибор, который всё чаще становится нужным аксессуаром для многих моментов современной жизни. Научно-технический прогресс дал людям множество полезных вещей и продуктов, но вместе с тем принёс массу вредных технологий производства и условий эксплуатации.

Выводы и полезное видео по теме

На примере мобильной модели можно понять принцип работы газового анализатора:

Точный анализ окружающей среды позволяет обезопасить природу, сделать чистыми места проживания людей. Анализаторы раскрывают полностью картину состояния окружающей атмосферы, дают возможность оценить обстановку и незамедлительно принимать меры, если есть отклонения от стандартизированных норм.

Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке, задавайте вопросы и публикуйте фото. Расскажите о собственном опыте в использовании газоанализатора. Не исключено, что ваши рекомендации будут полезны посетителям сайта.