Прежде чем привести описание и технические характеристики электрохимических датчиков кислорода производства ЗАО "ИНСОВТ", кратко рассмотрим и сравним существующие способы измерения содержания кислорода в газовых смесях. Физические, химические и конструктивные подробности в рамках данного сайта приведены не будут. За таковыми подробностями следует обратиться к специальной литературе.
Наибольшую точность при измерении газового состава даёт метод хромотографии. Однако, этод способ требует достаточно громоздкой и дорогой аппаратуры. Время, необходимое для такого анализа, для многих задач неприемлемо велико, поэтому рекомендовать подобную методику можно лишь в качестве образцового средства измерения.
Для оперативных измерений применяют термомагнитный или электрохимические методы.
Термомагнитные датчики (сенсоры) кислорода основаны на изменении магнитных свойств молекул кислорода в зависимости от температуры. Датчики этого типа хороши своим длительным ресурсом работы, отсутствием необходимости в калибровке (по крайней мере, потребность в подстройке чувствительности может возникнуть очень редко). К недостаткам можно отнести меньшую, чем у электрохимических сенсоров кислорода, селективность, сравнительно высокое энергопотребление, связанное с необходимостью нагрева газовой смеси. Наконец, конструктивные особенности датчиков таковы, что вырабатываемый ими электрический сигнал зависит от положения в пространстве. Перечисленные недостатки, к которым можно также добавить и большую массу датчика, ограничивают область применения сенсоров стационарными газоанализаторами.
Электрохимические датчики кислорода подразделяются на твёрдоэлектролитные, полярографические и гальванические.
В твёрдоэлектролитном датчике в качестве электролита применяется керамический диоксид циркония. Электролитные свойства диоксида циркония проявляются при весьма высоких температурах (порядка
Наилучшей селективностью обладают электрохимические датчики кислорода с жидким электролитом. Такие датчики подразделяются на полярографические и гальванические. Достоинство полярографического датчика - это малые размеры рабочего электрода, и следовательно, возможность создания сенсора с весьма малыми габаритами. Однако следует учесть, что чем меньше размеры датчика, тем чаще требуется замена электролита в процессе эксплуатации. Другой недостаток полярографического датчика кислорода заключается в необходимости точного поддержания напряжения потенциостатом.
Гальванические датчики кислорода, обладая высокой селективностью, не нуждаются во внешнем источнике питания. Выходной сигнал датчика кислорода гальванического типа прямо пропорционален парциальному давлению кислорода, поэтому для обработки такого сигнала не требуются сложные преобразователи. В простейшем случае для измерения концентрации кислорода можно непосредственно к датчику подключить микроамперметр. Зафиксировав показания такого "газоанализатора" на атмосферном воздухе, объёмная доля кислорода в котором примерно равна 21%, нетрудно по показаниям микроамперметра рассчитать концентрацию кислорода в любой другой газовой смеси. Достоинствами электрохимических сенсоров кислорода гальванического типа являются также их малые габариты и независимость выходного сигнала от положения в пространстве, что наряду с отсутствием энергопотребления делает их незаменимыми в портативных газоанализаторах, предназначенных для работы в труднодоступных местах (шахтах, колодцах), а также во взрыво- и пожароопасных помещениях.
|
|
|
|
|
| ДК-16 | ДК-21 | ДК-28 | ДК-30 | ДК-32 |
ЗАО "ИНСОВТ" выпускает несколько моделей электрохимических сенсоров кислорода гальванического типа, которые различаются габаритными размерами, ресурсом работы и конструктивным исполнением. Имеются модели, специально разработанные для замены импортных сенсоров в аппаратах ингаляционного наркоза (ИН) и искусственной вентиляции лёгких (ИВЛ) зарубежного производства. Будучи полностью взаимозаменяемыми и имея аналогичные характеристики, датчики производства ЗАО "ИНСОВТ" существенно дешевле импортных.
| Условия эксплуатации | |
|---|---|
| Температура, °С | -20 ÷ +50 |
| Относительная влажность, % | 0-100 |
| Абс. давление, кПа ДК-16, ДК-21, ДК-28, ДК-30 ДК-32 |
66-106,7 66-9800 |
Датчики кислорода, по требованию заказчика, могут выпускаться в различных исполнениях: по виду электролита, по диапазону измерения, по виду электрических выводов, по диапазону термокомпенсации, по быстродействию и др. параметрам.
| Технические характеристики | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Наименование | ДК-16 | ДК-21 | ДК-28 | ДК-30 | ДК-32 |
| Диапазоны измерения рО2, кПа | 0-30 0-100 - |
0-30 0-100 - |
0-100 - - |
0-100 - - |
0-30 0-100 0-250 |
| Основная приведённая погрешность, %: - при давлении от 66 до 106,7 кПа - при давлении от 66 до 9800 кПа |
±1 - |
±1 - |
±1 - |
±1 - |
±1 ±2,5 |
| Выходное напряжение на воздухе, мВ: - для диапазона 0-30 кПа - для диапазона 0-100 кПа - для диапазона 0-250 кПа |
15-45 3-15 - |
15-45 3-15 - |
- - - |
- 8-20 - |
15-45 3-15 2,5-6 |
| Чувствительность нетермокомпенсированных датчиков, мкА/кПа | 0,2-1,3 | 0,2-1,3 | 3,0-5,0 | 0,2-1,3 | 0,2-1,3 |
| Время установления выходного сигнала Т90 (при 20 °С), с | 7-15 | 7-15 | 7-15 | 7-15 | 15-30 |
| Габаритные размеры, мм, не более | 16х30 | 21х40 | 30х40 | 28х22 | 32х26 |
| Масса, г, не более | 15 | 30 | 25 | 40 | 40 |
| Средний ресурс работы на воздухе, мес. | 18 | 36 | 18 | 18 | 36 |
| Срок гарантии, лет | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
На рис.1 показана рекомендуемая схема включения датчиков кислорода ДК-16, ДК-21, ДК-28, ДК-30, ДК-32.
 |
 |
| рис.1 | рис.2 |
Uвых - требуемое напряжение на выходе усилителя A1;
Uд - напряжение на контактах датчика кислорода B1 (см. технические характеристики).
Операционный усилитель A1 должен иметь малый входной ток и малое напряжение смещения нуля. В устройствах с автономным питанием для снижения потребляемой мощности сопротивление резисторов R1 и R2 может быть увеличено в 10-50 раз, хотя при этом возможно возрастание дрейфа напряжения смещения.
Не рекомендуется использовать инвертирующее включение операционного усилителя (см. рис. 2), т.к. при таком включении через датчик кислорода протекает ток, равный по величине собственному току датчика, что может привести к его нестабильной работе и снижению ресурса.
При использовании электрохимических датчиков кислорода следует иметь ввиду, что они являются датчиками парциального давления кислорода. Их сигнал зависит не только от объёмного содержания кислорода, но и от абсолютного давления. Это значит, что если необходимо получать информацию об объёмном содержании кислорода в условиях, когда давление в анализируемой газовой среде может существенно изменяться, следует вводить соответсвующую коррекцию. Такая автоматическая коррекция осуществляется в газоанализаторах ЗАО "ИНСОВТ".
Информацию о стоимости датчиков можно найти на сайтах фирмы: http://www.insovt.ru
