ДАТЧИК КОНЦЕНТРАЦИИ АММИАКА

Область техники
Полезная модель относится к области контроля оборудования технически сложных и потенциально опасных объектов и, в частности, может быть использовано в приборах и системах, предназначенных для обнаружения, локализации и определения величины утечек теплоносителя из трубопроводов и оборудования главного циркуляционного контура ядерных энергетических установок с водяным теплоносителем.
Уровень техники
Из современного уровня техники известны различные датчики и устройства измерения концентрации аммиака [1, 2]. Перечень этих датчиков и устройств, выполненных в одно и многоканальном вариантах, переносных и стационарных, разработанных отечественными и зарубежными производителями, большой и все они выполнены для решения конкретных задач промышленности.
Однако всем им присущ один недостаток - все они разработаны без учета особенности работы в условиях, имеющих место на АЭС. К таким особенностям относится: широкий диапазон изменения параметров воздуха в гермо-оболочке АЭС по температуре, давлению и влажности. Кроме того, действует еще дополнительный фактор - радиационное излучение высокой интенсивности. Это означает, что датчик аммиака, в частности, должен быть спроектирован с учетом устойчивости к этому фактору, при этом должны быть решены вопросы его дезактивации в случае загрязнения. Требование устойчивости измерительных устройств к воздействию сейсмических и механических факторов, прежде всего к интенсивным вибрациям, также должно быть соблюдено. Размещение датчиков в необслуживаемых помещениях требует повышенной надежности устройств и применения технических средств и способов их дистанционной проверки технического состояния (работоспособности). Поэтому все аналоги без дополнительной доработки не могут быть использованы для контроля длительных технологических циклов на АЭС.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому датчику концентрации аммиака является датчик СИГМА-03 ДП [3], предназначенный для измерения довзрывных концентраций паров аммиака в атмосфере взрывоопасных зон, производственных помещений и наружных установок. Датчик предназначен для работы в составе газоанализатора универсального СИГМА-03 или со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, работающей от стандартного выходного сигнала (4…20) мА постоянного тока. Датчики предназначены для работы при температуре контролируемой среды от -40°С до +40°С.
Датчик концентрации аммиака имеет корпус, образующий воздухопроницаемый объем, в котором размещен сенсор аммиака, имеющий резистивный чувствительный элемент и нагреватель. Сенсор имеет защитный колпачок с микроотверстиями, которые обеспечивают доступ анализируемой среды к чувствительному элементу и механическую защиту от контакта с пылью и водой. В этом же корпусе датчика размещен электронный преобразователь величины сопротивления чувствительного элемента в сигнал прямо пропорциональный концентрации паров аммиака в воздухе. Подача контролируемой среды к сенсору датчика осуществляется конвекцией через поры защитного металлокерамического колпачка сенсора. При взаимодействии аммиака с подогретым чувствительным элементом сенсора происходит адсорбция на его поверхности молекул аммиака. При этом электрическое сопротивление чувствительного элемента сенсора уменьшается нелинейно с увеличением концентрации паров аммиака в воздухе. Сенсор включен в мостовую схему электрического преобразователя величины сопротивления чувствительного элемента сенсора в электрический сигнал. Сигнал разбаланса моста, вызванный появлением аммиака, усиливается и преобразуется в электрический сигнал, величина которого прямо пропорциональна концентрации паров аммиака в воздухе.
Основным недостатком датчика-прототипа, применительно к использованию его на ядерных энергетических установках, является его техническая реализация, так как в условиях высоких температур и воздействия радиационного излучения электронное оборудование, в данном случае преобразователь сопротивления чувствительного элемента сенсора в электрический сигнал, становится неработоспособным.
Вторым существенным недостатком прототипа является отсутствия в нем технических средств дистанционной проверки его технического состояния (работоспособности), что снижает его показатели надежности. В качестве недостатка можно указать также на недостаточную устойчивость датчика к длительному воздействию механических факторов, коррозионных процессов и отсутствие защиты от дезактивирующих растворов.
Раскрытие полезной модели
Основной задачей, на которое направлено техническое решение, является адаптация датчика к условиям эксплуатации, характеризующимися повышенной температурой и воздействием радиационного излучения, оснащение датчика техническими средствами дистанционного контроля его работоспособности.
Таким образом, технический результат полезной модели заключается в повышении эксплуатационной надежности предлагаемого датчика концентрации аммиака.
Указанный технический результат достигается тем, что в датчике концентрации аммиака, содержащего корпус, образующий воздухопроницаемый объем, внутри которого размещены сенсор аммиака, имеющий резистивный чувствительный элемент и нагреватель, согласно полезной модели, корпусу придана форма, образующая дополнительный закрытый и воздухонепроницаемый объем. В месте сопряжения объемов установлен герметично разделяющий объемы изолятор, в котором имеются электрические проходки из одного объема в другой. В воздухопроницаемом объеме размещен сенсор аммиака. В закрытом объеме размещена электрическая схема с возможностью реализации дистанционной проверки работоспособности сенсора и измерительного канала. Закрытый объем заполнен температуростойким герметиком.
Кроме того, предусмотрено, что электрическая схема может содержать эталонный резистор контроля работоспособности сенсора, эталонный резистор контроля работоспособности измерительного канала и реле с двумя группами нормальнозамкнутых и нормальноразомкнутых контактов. При этом контакты катушки реле подключены к проводам линии управления реле, первый контакт нагревателя сенсора подключен к одному проводу линии питания нагревателя, второй контакт подключен к другому проводу линии питания через первый нормальнозамкнутый контакт реле, первый и второй контакты эталонного резистора контроля работоспособности сенсора подключены соответственно к первому нормальноразомкнутому и первому нормкальнозамкнутому контактам реле. Первый контакт чувствительного элемента сенсора подключен к кабельной линии питания через второй нормальнозамкнутый контакт реле, второй контакт подключен к кабельной сигнальной линии и к первому контакту эталонного резистора контроля работоспособности измерительного канала, его второй контакт подключен ко второму нормальноразормкнутому контакту реле. Краткое описание фигур чертежей
На чертеже показана электрическая схема датчика концентрации аммиака. На чертеже (фиг.) приняты следующие обозначения:
1 - воздухопроницаемый объем датчика; 2 - закрытый объем датчика; 3 - изолятор; 4 - электрические гермопроходки; 5 - сенсор аммиака; 6 - чувствительный элемент сенсора; 7 - нагреватель сенсора; 8 - реле; 9 - первый нормальнозамкнутый контакт реле; 10 - второй нормальнозамкнутый контакт реле; 11 - первый нормальноразомкнутый контакт реле; 12 - второй нормальноразомкнутый контакт реле; 13 - эталонный резистор контроля работоспособности сенсора; 14 - эталонный резистор контроля работоспособности измерительного канала; 15 - линия управления реле; 16 - кабельная линия подачи питания; 17 - кабельная сигнальная линия; 18 - линия подачи питания на нагреватель; 19 - экраны кабелей чувствительного элемента сенсора и эталонного резистора контроля работоспособности измерительного канала.
Осуществление полезной модели
c
сэ
кэ
Датчик концентрации аммиака содержит воздухопроницаемый объем (1), в котором расположен сенсор аммиака (5), имеющий чувствительный резистивный элемент R (6), нагреватель R7, электрические выводы которых подключены к электрическим гермопроходнам (4), расположенных в изоляторе (3), герметично разделяющего воздухопроницаемый (1) и закрытый (2) объемы датчика. В закрытом объеме датчика расположены: реле (8) с двумя группами нормальнозамкнутых (9, 10) и нормальноразомкнутых контактов (11,12), эталонный резистор контроля работоспособности сенсора К (13) и эталонный резистор контроля работоспособности измерительного канала R.
c
Работа сенсора аммиака (5) основана на изменении проводимости подогреваемого нагревателем R7 резистивного чувствительного элемента R (6) при адсорбции на его поверхности молекул аммиака. При этом электрическое сопротивление чувствительного элемента сенсора уменьшается нелинейно с увеличением концентрации паров аммиака в воздухе. Подача питания на нагреватель (18) сенсора осуществляется через первый нормальнозамкнутый контакт реле (9) и две гермопроходки (4). Подключение чувствительного элемента Re (6) сенсора (5) во внешнюю электрическую цепь осуществляется проводами (16, 17), которые имеют экраны (19), через второй нормальнозамкнутый контакт реле и две гермопроходки (4) в изоляторе (3).
c
кэ
кэ
c
кэ
1
сэ
се
2
0
2
1
1
0
i
0
i
0
Дистанционная проверка работоспособности сенсора датчика и измерительного канала осуществляется совместно с измерительным каналом. На реле (8) датчика по линии управления реле (15) от источника питания реле, размещенного в измерительном канале, подается напряжение. При этом второй нормальнозамкнутый контакт (10) реле (8) обеспечивает отключение чувствительного элемента R (6) сенсора (5) от электрической цепи сенсора, а второй нормальноразомкнутый контакт (12) обеспечивает подключение эталоннбого резистора контроля работоспособности измерительного канала R (14) в электрическую цепь сенсора. Сопротивление эталонного резистора R должно быть выбрано меньшим, допустим на 50%, чем сопротивление чувствительного элемента R при отсутствии в воздухе паров аммиака. Критерием работоспособности измерительного канала в этом случае будет показания концентрации аммиака соответствующее выбранному сопротивлению R. При проведении дистанционной проверки работоспособности сенсора датчика фиксируется показание измерительного канала U. Затем по линии управления реле (15) на реле (8) подается напряжение в течение определенного промежутка времени, при этом первый нормальноразомкнутый контакт (11) обеспечивает последовательное подключение эталонного резистора R к нагревателю R. После истечения заданного времени подключения эталонного резистора R в цепь нагревателя R напряжение с реле снимают и регистрируют новое показание вторичной аппаратуры U. Вычисляют и запоминают величину ΔU=U-U. Описанные операции периодически повторяют в процессе эксплуатации датчика, каждый раз сравнивая текущие значения ΔU с первоначальным значением ΔU, полученный в начале эксплуатации, когда датчик и вторичная аппаратура прошла метрологические процедуры. Сравнение текущих значений ΔU с исходной величиной ΔU проводятся использованием статистического метода сравнения двух величин имеющих погрешности. Принимается, что сенсор сохранил первоначальную чувствительность, если с заданной (выбранной) вероятностью Р текущее значение ΔU равно первоначальной величине ΔU.
Техническая реализация предложения не вызывает сомнения. Описанное техническое решение является промышленно применимым и может найти использование в приборах и системах для контроля технологических процессов во многих отраслях промышленности и энергетике, включая АЭС.
Источники информации
1. Электрохимический датчик загазованности ДАХ-М. ФГУП «Смоленское производственное объединение «Аналитприбор»»;
htt://www.analitpribor-smolensk.ru
2. Газоанализаторы MAT-6, МАГ-:П, МАГ-6П-В, МАГ-6С, МАГ-6С-Х. Производства АО «ПРАКТИК-НЦ»: Москва. НИИ «Научный центр»;
www:http//www.pnc.ru.
3. Датчик СИГМА-03.ΔП. ООО «Промприбор-Р», Руководство по эксплуатации ГПСК07.13.00.00 РЭ, Москва 2007; www:office@prompribor. - r.ru.