Analýza spalin

Analyzátor spalin je dnes nepostradatelným nástrojem každého servisního technika a to nejen pro zajištění profesionálního servisu kotlů, ale i pro efektivní kontrolu celé otopné soustavy.

Aby bylo možné zaručit optimálně fungující otopné zařízení, musí se u plynových, olejových, a také u zařízení na tuhá paliva, provádět jak při uvedení do provozu, tak také v pravidelně se opakujících intervalech, kontroly funkčnosti, seřizování a měření.

Požadavky na přenosné měřicí přístroje pro analýzu spalin jsou pro každého výrobce měřicích přístrojů výzvou. Drsné okolní prostředí a provádění měření nezávislých na síti vyžadují nejvyšší míru technického know-how a design přizpůsobený zákazníkovi. Přístroje musí být lehké, praktické při manipulaci a musí se snadno ovládat. Rychlá disponibilita naměřených hodnot, nízká spotřeba energie a nenáročná údržba, to jsou další atributy pro splnění předepsané zkoušky způsobilosti analyzátorů spalin.

Senzory

Požadavky kladené na měřicí přístroje mají přímý vliv na výběr senzorů pro zjišťování koncentrací plynů. V praxi se proto osvědčily elektrochemické senzory plynů. Vynikajícími výhodami těchto senzorů je rychlá disponibilita naměřených hodnot a malé požadavky na místo. V oblasti výzkumu a vývoje je neustále vynakládáno úsilí, aby se například optimalizovaly cesty plynu a správný výpočet křížových citlivostí a rovněž aby se ideálně umožnila bezproblémová výměna senzorů uživatelem.

Způsob fungování chemického dvou / tří elektrodového senzoru

K určení koncentrace toxických plynů se používají dvouelektrodové nebo tříelektrodové senzory. Funkce tříelektrodového senzoru je objasňována na základě senzoru kysličníku uhelnatého (CO). Typický dvou­elektrodový senzor je kyslíkový senzor (O₂).

Způsob fungování chemického dvouelektrodového senzoru

Funkce senzoru je založena na dvou elektrodách, mezi kterými je elektrické napětí a elektrický proud mezi elektrodami může procházet jen přes elektrolytickou kapalinu uzavřenou pod plynopropustnou membránou.

• Molekuly O₂ z měřeného plynu (vzduchu, spalin aj.) se dostanou skrz plynopropustnou membránu ke katodě.
• Na katodě proběhne chemická reakce: vzniknou ionty OH (ionty = nabité částice).
• Ionty putují skrz elektrolytickou kapalinu k anodě.
• Tento pohyb iontů způsobuje tok proudu v proudovém okruhu proporcionálně ke koncentraci O₂.
• Tzn. čím vyšší je koncentrace 0₂, tím více je iontů OH, tím větší je proud a vetší pokles napětí mezi elektrodami.
• Pokles napětí se měří a elektronicky dále zpracovává.
• Integrovaný odpor se záporným teplotním koeficientem kompenzuje teplotní vlivy a zajišťuje teplotně stabilní chování.
• Životnost kyslíkového senzoru je cca 3 roky – u senzorů LongLife firmy Testo je životnost až 6 let.

Chemické rovnice

Katoda: O₂ + 2H₂O + 4e^– => 4OH^–

Anoda: 2Pb + 4OH^– => 2PbO + 2H₂O + 4e^–

Výsledek: 2Pb + O₂ => 2PbO

Způsob fungování chemického tříelektrodového senzoru pro toxické plyny

Způsob fungování tříelektrodového senzoru
(na příkladu senzoru CO):

• Molekuly CO se dostanou skrz membránu k pracovní elektrodě.
• Chemická reakce: vzniknou ionty H⁺.
• Ionty putují k protielektrodě.
• Druhá chemická reakce pomocí O₂ z čistého vzduchu: tok proudu ve vnějším proudovém okruhu.
• Reference slouží ke stabilizaci signálu senzoru.
• Životnost senzoru oxidu uhelnatého je cca 2 roky – u senzorů LongLife firmy Testo je životnost až 5 let.

Chemické rovnice

Anoda: CO + H₂O => CO₂ + 2H⁺ + 2e^–

Katoda: O₂ + 4H⁺ + 4e^– => 2H₂O

Elektronika

Trend vývoje a výroby směřuje stále k menším měřicím přístrojům. Výroba elektronických tištěných spojů na minimálním prostoru je možná pouze s počítačově podporovaným designem a automatizovanou výrobou. Tištěné spoje jsou vyráběny vícevrstvou technologií, osazovány elektronickými součástkami nejmodernější technologií osazování (SMD) včetně jejich elektronicky plně řízeným zapájením. Testovací počítač (In-Circuit-Tester) kontroluje osazené tištěné spoje a již v přípravném stádiu zjišťuje eventuální chyby. Vadné tištěné spoje je možné s nízkými náklady přepracovat a vrátit zpět do výrobního cyklu. Po montáži tištěného spoje a měřicího senzoru do konstrukčně optimalizovaného pouzdra se kontroluje funkčnost na počítačem podporovaném testeru a kalibruje se zkušebním plynem. Certifikát podle DIN ISO 9001 zaručuje konstantní kvalitu, která je zastřešena kompetentním servisem. Pouze tak se dají vyrábět měřicí přístroje, které odpovídají požadavkům moderní analýzy spalin.

Konstrukce

Při konstrukci přenosných analyzátorů spalin patří mimořádný význam návrhu a konstrukčnímu provedení cest plynu. Jelikož netěsnosti zkreslují výsledek měření, musí být spoje cesty plynu absolutně těsné. Místa, na kterých se sráží kondenzát, je třeba eliminovat, protože ten poškozuje senzory. Analyzátory spalin jsou proto vybaveny jímkou kondenzátu, která vzniklý kondenzát zachycuje a tím chrání senzory. Spaliny jsou nasávány odběrovou sondou pomocí čerpadla. Termočlánek integrovaný do špičky odběrové sondy slouží k měření teploty spalin. Jímka kondenzátu a vestavěné filtry „vysušují“ odebraný vzorek spalin a brání vniknutí částeček prachu a sazí. Vzorek plynu projde čerpadlem a je kapilárou (zúžením cesty plynu) vtlačen do předkomůrky, která tlumí tlakové rázy vytvářené membránovým čerpadlem. Plyn, který má být měřen, se dostane z předkomůrky k senzorům, které podle provedení měří koncentraci O₂, CO, NO, NO₂ a SO₂. Pro měření komínového tahu se spaliny nenasávají. Spaliny se dostávají přímo z odběrové sondy vlastní cestou plynu do tlakového senzoru analyzátoru spalin. Tam se měří komínový tah. Teplota nasávaného (spalovacího) vzduchu se měří teplotním čidlem, které je přímo propojené s měřicím přístrojem.

---

Více na: www.testo.cz