Датчики газовой колонки: как работают
Газовая колонка работает на основе потенциально опасного топлива. Поэтому производители снабжают ее системой безопасности. При неисправности и угрозе аварийной ситуации срабатывает защита и блокирует работу техники. Датчики газовой колонки расположены в разных частях агрегата и следят за работой системы. Какими они бывают и для чего предназначены, должен знать каждый пользователь.
Разновидности и принцип работы датчиков
Чтобы понять, как работает отопительный прибор, нужно разобраться в его составляющих. В публикации «Устройство газовой колонки» мы подробно описывали, из каких деталей состоит агрегат. Сейчас расскажем о назначении сенсоров.
Датчик тяги
Располагается в связующей части дымохода и корпуса. Его главная задача — определять наличие вентиляции (тяги) в дымоходе.
При нормальной тяге продукты сгорания выводятся на улицу через дымоотводную шахту. Если же вентиляция нарушена, тогда может возникнуть обратная тяга, что приводит к гашению горелки и попаданию угарного газа в помещение.
Нарушение вентиляции происходит по разным причинам: засор или повреждение дымохода, скопление сажи на стенках, неправильный монтаж шахты. Для выявления нарушений и устанавливается сенсор. Когда он срабатывает, колонка прекращает работу.
В зависимости от типа газового котла или колонки камера сгорания может быть открытой и закрытой. От этого зависит разновидность сенсора и принцип его работы.
Приборы с открытой камерой предусматривают атмосферный тип горелки. Пламя поддерживается за счет вентиляции в помещении, а тяга — за счет правильного диаметра дымоотвода.
Защитный сенсор в таких агрегатах представляет собой металлическую пластину с отходящим контактом. Она реагирует на повышение температуры. Отводящие газы имеют температуру 120–140 градусов.
Когда они нормально выводятся, значения не превышают норму. Но когда случается неполадка, газы скапливаются и температура повышается. От этого расширяется металл на пластине, контакт отходит и закрывает клапан подачи газа.
Как только работа приходит в норму, пластина возвращается в исходное положение.
В турбированных колонках камера сгорания закрытого типа. Приток чистого воздуха, как и отвод дыма, происходит через коаксиальный канал с помощью вентилятора. В таких устройствах система защиты выполнена в виде пневмореле с мембраной. Устройство отслеживает скорость отвода газов вентилятором.
При нормальном потоке мембрана находится в изогнутом состоянии, контакты замкнуты. Как только поток ослабевает, мембрана возвращается в нормальное положение и контакты размыкаются. Тогда газовый клапан закрывается.
Поэтому при срабатывании защиты не игнорируйте поломку, а попытайтесь сразу же устранить.
Датчик перегрева
Элемент устанавливается на трубках теплообменника и отслеживает температуру воды. При нагреве свыше 85 градусов он срабатывает и блокирует работу. Защиту от перегрева также называют термореле или термостатом. Если бы термореле не срабатывало вовремя, то жидкость закипала бы в теплообменнике. Это может привести к сгоранию радиатора и поломке самой колонки.
Термостат нагрева изготавливают на основе биметаллических пластин или терморезисторов. При повышении значений его контакт размыкается, отчего техника выключается. Когда он срабатывает:
- при чрезмерном нагреве воды;
- при неисправности самого сенсора, нарушении проводки;
- при плохом контакте с местом установки.
При поломке термореле на дисплее котла или колонки может высветиться код ошибки.
Датчики пламени и ионизации
Сенсор пламени или горения представляет собой термопару, которая нагревается от пламени. При постоянном нагреве давление внутри элемента повышается, поэтому клапан подачи топлива остается открытым. Как только горелка гаснет и элемент остывает, клапан закрывается. Его также можно назвать датчиком газа, поскольку он предохраняет технику от утечки топлива во время отключения горелки.
Ионизационный элемент находится в контакте с пламенем горелки. В результате сгорания вырабатываются ионы, которые притягиваются к датчику и вырабатывают ток. Если фиксируется достаточное количество ионов — техника продолжает работу. Если количество снижается — прибор прекращает функционировать.
Когда он может сработать:
- при нарушении в подаче воздух-топливо;
- при засоре клапана или электрода;
- при загрязнении элементов розжига.
Датчик протока воды
Контролирует мощность протока воды через колонку. Нужен для того, чтобы отключить работу устройства при выключении смесителя.
Также есть сенсор, который фиксирует силу напора воды. Он не даст колонке включиться до тех пор, пока сила напора не достигнет нормы.
Как проверить и отключить сенсоры
Если вы хотите, чтобы техника нормально функционировала, тогда отключать защиту нельзя. Когда прибор отключается через некоторое время после нагрева, это уже говорит о том, что датчики исправно работают. Другое дело, когда на табло высвечивает код ошибки с указанием проверить деталь. Тогда контакты отключаются, а защитное устройство прозванивается мультиметром.
Чтобы техника и ее системы безопасности нормально работали, прочищайте узлы и детали от засора и накипи. Так, обрастание теплообменника накипью приводит к несвоевременному срабатыванию термореле. Поэтому используйте реагенты для его очистки.
Система безопасности для газового оборудования очень важна. Поэтому перед покупкой изучите комплектующие колонки, обычно они указываются в документации техники.
Датчики тяги, перегрева, температуры, пламени, протока воды и ионизации в газовых колонках
Современная газовая колонка является надежным устройством, которое можно использовать без опаски за здоровье людей, находящихся в одном помещении с аппаратом. Это обусловлено наличием особой системы безопасности, включающей специальные датчики, контролирующие работу оборудования.
Виды и их назначение
Система защиты газовых колонок включает следующие элементы.
Пламени
Данную деталь также называют датчиком горения. Его основной функцией является контроль наличия пламени. Пока горелка работает, внутри датчика, представляющего собой термопару, вследствие нагрева повышается давление, которое передается на клапан, отвечающий за подачу топлива. Если пламя исчезает, температура понижается, что приводит к перекрытию подачи газа.
В некоторых колонках имеется также датчик ионизации, реагирующий на ионы пламени. Он представлен электродом ионизации, расположенным прямо внутри пламени, и будет срабатывать при неожиданном исчезновении пламени, отключая горелку.
Тяги
Он расположен в верхней части устройства, связывающей колонку с дымоходом. Главной функцией данной детали является определение достаточной вентиляции. Если этот датчик не будет функционировать, колонка не включится и не начнет нагревать воду, что предотвратит попадание продуктов сгорания в помещение.
Перегрева (термореле)
Данная деталь расположена на трубах теплообменника, чтобы не допустить нагрева воды свыше допустимой температуры. Если он зафиксирует излишне высокую температуру воды, колонка автоматически отключится, чтобы уберечь трубы теплообменника от повреждения. Чаще всего такой датчик рассчитан на температуру до +85ºС.
Потока
Он контролирует открытие крана горячей воды – если кран закрыт, датчик потока отключит колонку.
Пониженного напора воды
Датчик давления воды препятствует включению оборудования, если давление воды слишком мало.
Предохранительный клапан для сброса давления
Данная деталь будет защищать трубы от разрыва в случае повышения напора воды в трубах.
В следующем видео канала «Теплосервис ОВК» можно узнать еще больше полезной и интересной информации о датчиках газовых колонок.
А следующее видео подробно расскажет о том, что такое датчик тяги, для чего он нужен и как устроен.
Можно ли установить дополнительно?
Если нужный датчик в приобретенной колонке отсутствует, возможна дополнительная его установка. Обычно такой вопрос касается датчика тяги, которого может не быть в некоторых китайских колонках. Его наличие очень важно для безопасности использования оборудования, поэтому лучше всего при покупке убедиться, что выбранная колонка оснащена данной деталью.
Если же отсутствие датчика обнаружили уже дома после совершения покупки, его можно вставить в аппарат отдельно, хоть это и будут дополнительные траты и на сам элемент, и на работы по его установке.
Контроль температуры газового хроматографа на основе методов системы переключения с задержкой
На этой странице
АннотацияВведениеЗаключениеСсылкиАвторское правоСтатьи по теме
Мы рассматриваем проблему контроля температуры газового хроматографа. Мы моделируем систему контроля температуры газового хроматографа в виде переключаемой системы с задержкой и анализируем стабильность с помощью обычного функционального метода Ляпунова. Параметры ПИ-регулятора могут быть заданы на основе предложенного условия линейных матричных неравенств (LMI), а разработанный контроллер может заставить температуру газового хроматографа асимптотически отслеживать эталонный сигнал. Приведен эксперимент, иллюстрирующий эффективность критерия устойчивости.
1. Введение
Газовый хроматограф позволяет разделить смесь с помощью хроматографической колонки, а затем можно качественно проанализировать компоненты смеси. В настоящее время газовый хроматограф нашел широкое применение в медицине, пищевой промышленности, нефтехимии [1], экологии [2] и многих других областях.
Однако при использовании газового хроматографа для анализа процессов [3], проверки качества [4], онлайн-мониторинга окружающей среды [5] и мониторинга внезапных аварийных ситуаций возникает противоречие между измерением не в реальном времени и потребностью в реальном времени. измерения в различных областях становятся все более и более очевидными. Поэтому применение газового хроматографа в области измерения ограничено. В последнее время противоречие частично решается за счет повышения скорости программирования температуры хроматографической колонки или за счет увеличения скорости потока в колонке, а также за счет уменьшения внутреннего диаметра хроматографической колонки [6]. Среди этих подходов более эффективным представляется первый способ, т. е. за счет повышения скорости программирования температуры хроматографической колонки. Как показано в статье [7], время анализа можно сократить до 10% за счет повышения скорости программирования температуры. Поскольку температура хроматографической колонки напрямую влияет на эффективность газовой хроматографической колонки, селективность разделения, а также на чувствительность и стабильность детектора, то точный контроль температуры термостатируемой печи очень важен и находится в центре нашего внимания в этой статье. Как правило, термостатированная печь работает при температуре от 0°C до 400°C. Поскольку процесс нагрева термостатируемой печи по существу представляет собой процесс теплопередачи, явления временной задержки неизбежны. В то же время параметры модели системы термостатируемой печи изменяются с изменением температуры. Таким образом, проектирование регулятора и анализ устойчивости для такой системы чрезвычайно сложны, и, насколько известно авторам, в существующей литературе до сих пор имеется мало работ. В данной работе для отслеживания эталонного сигнала температуры вводится переключающий контроллер, параметры которого могут изменяться при изменении температуры. Мы моделируем систему контроля температуры как переключаемую систему с запаздыванием [8]. На основе такой модели переключаемой системы с запаздыванием стабильность газового хроматографа можно анализировать с помощью общего функционала Ляпунова [9].], а параметры ПИ-регулятора могут быть заданы таким образом, чтобы температура газового хроматографа асимптотически следовала за эталонным сигналом. Дан эксперимент, иллюстрирующий эффективность стабильности.
2. Моделирование на основе переключаемой системы замедленного действия
Газовый хроматограф состоит из нескольких частей, как показано на рисунке 1. Детектируемая смесь сначала газифицируется, а затем через инжектор поступает в хроматографическую колонку. Программирование температуры термостатируемой печи осуществляется с помощью электрического управляющего оборудования.
Передаточная функция всей системы может быть представлена следующим образом: Пусть и , где – промежуточная переменная; тогда у нас есть Установить и ; тогда уравнение пространства состояний системы можно записать следующим образом: где и – состояние системы. Обозначим и ; тогда (5) можно переформулировать следующим образом:
Набор . Пусть , где ; тогда у нас есть
Когда температура термостатируемой печи изменяется от 0°C до 120°C, модель системы выглядит следующим образом: Соответствующие параметры ПИ-регулятора: и . Полученная подсистема контроля температуры имеет вид:
Когда температура термостатируемой духовки изменяется от 120°C до 260°C, параметры термостатируемой температурной системы духовки составляют и . Соответствующие параметры ПИ-регулятора: и . Полученная подсистема контроля температуры имеет вид:
Когда температура термостатируемой печи изменяется от 260°C до 400°C, параметры температурной системы равны и , а параметры соответствующего ПИ-регулятора равны и . Уравнение пространства состояний для подсистемы регулирования температуры можно записать следующим образом:
Мы моделируем всю систему контроля температуры как систему с задержкой переключения следующим образом: где состояние, задержка, , , и . Коммутируемая система с задержкой состоит из трех подсистем. Обозначим непрерывное функциональное пространство от до через . Пусть , , и < . Система (12) переходит в подсистему при , где определяется как .
3. Анализ устойчивости
Далее приведем теорему, гарантирующую равномерно глобально асимптотическую устойчивость системы (12).
Теорема 1. Система с переключением с запаздыванием (12) равномерно глобально асимптотически устойчива при любом большом запаздывании и любом переключающем сигнале, если существуют положительно определенные матрицы и такие, что для всех выполняется ЛМН:
Доказательство. Выбрать функционал Ляпунова . Взятие производной вдоль решения системы (12) приводит к куда . Таким образом, как . Гарантируется равномерно глобально асимптотическая устойчивость.
Следствие 2. Если параметры регулятора и выбраны так, что выполняется условие теоремы 1, то выход системы регулирования температуры (рис. 4) может асимптотически отслеживать опорный сигнал.
Теорема 1 дает достаточное условие, гарантирующее устойчивость системы (12) по общему функционалу Ляпунова, а полученное условие ЛМН не зависит от запаздывания, что обычно является консервативным. Далее мы дадим условие LMI в зависимости от запаздывания, которое гарантирует устойчивость системы (1).
Теорема 3. Система с запаздыванием с переключением (12) асимптотически устойчива, если существуют симметричные положительно определенные матрицы , и , симметричная полуположительно определенная матрица и любые матрицы подходящей размерности и такие, что для всех выполняются следующие ЛМН:
Доказательство. Основной аргумент основан на теореме 2 из [10]. Выберем функционал Ляпунова следующим образом: Комбинируя теорему 2 из [10] и условия теоремы 3, получаем, что это общий функционал Ляпунова для системы с запаздыванием с переключением (12). Таким образом, система (12) асимптотически устойчива.
Следствие 4. Если параметры регулятора и выбраны так, чтобы выполнялось условие теоремы 3, то выход системы регулирования температуры (рис. 4) может асимптотически отслеживать опорный сигнал.
4. Эксперимент
Рис. 4 иллюстрирует эксперимент. Методом восходящей кривой измеряют параметры температурной системы термостатируемой печи: , , , , , . Соответствующие параметры ПИ-регулятора выбираются как , , , , и .
Тогда имеем Применяя следствие 4, делаем вывод, что система с переключением с запаздыванием устойчива. На рис. 5 показана практическая кривая отслеживания системы контроля температуры термостатируемой печи. Из рисунка 5 видно, что система контроля температуры может точно отслеживать уставку.
5. Заключение
В этой статье мы рассматриваем проблему отслеживания температуры газового хроматографа. Мы моделируем систему контроля температуры как переключаемую систему с задержкой. С помощью обычного функционального метода Ляпунова определяется устойчивость системы регулирования температуры, и параметры ПИ-регулятора могут быть заданы на основе условий LMI. Приведен эксперимент, иллюстрирующий эффективность предложенного критерия.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.
Благодарность
Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая в рамках гранта №. 61174058 и 61325014.
Ссылки
A. B. Littlewood, Gas Chromatography: Principles, Techniquesm and Applications , Academic Press, New York, NY, USA, 1962.
Ф. Дж. Сантос и М. Т. Галсеран, «Применение газовой хроматографии к анализу окружающей среды», TrAC: Trends in Analytical Chemistry , vol. 21, нет. 9–10, стр. 672–685, 2002.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Ю. Лю, Н. Гринберг, К. С. Томпсон и др., «Оценка гибридной стационарной фазы C18 с использованием высокотемпературной хроматографии», Analytica Chimica Acta , vol. 554, нет. 1-2, стр. 144–151, 2005.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Д. Н. Тхань, С. Л. Бьюнг, Р. Л. Бо, М. Л. Дэ и Г.-Х. Lee, «Многоостаточный метод определения 109 пестицидов в рисе с использованием метода пробоподготовки Quick Easy Cheap Effective Rugged and Safe (QuEChERS) и газовой хроматографии/масс-спектрометрии с контролем температуры и вакуумной концентрацией», Rapid Communications in Mass Spectrometry , том. 21, нет. 18, стр. 3115–3122, 2007.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
П. А. Смит, «Персональная газовая хроматография: работа с программой быстрой температуры за счет резистивного нагрева колонок с изначально низкими тепловыми массовыми свойствами», Journal of Chromatography A , vol. 1261, стр. 37–45, 2012 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
M. van Deursen, J. Beens, C.A. Cramers и H.-G. Янссен, «Возможности и ограничения быстрого температурного программирования как пути к быстрому ГХ», Журнал хроматографии высокого разрешения , том. 22, нет. 9, стр. 509–513, 1999.
Посмотреть по адресу:
Google Scholar
М. ван Лисхаут, Р. Деркс, Х.-Г. Janssen и C. A. Cramers, «Быстрая капиллярная газовая хроматография: сравнение различных подходов», Journal of High Resolution Chromatography , vol. 21, нет. 11, pp. 583–586, 1998.
Посмотреть по адресу:
Google Scholar
X.-M. Сан, Дж. Чжао и Д. Дж. Хилл, «Анализ стабильности и усиления L2 для систем с переключаемой задержкой: метод, зависящий от задержки», Автоматика , том. 42, нет. 10, стр. 1769–1774, 2006.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
J. Hale and S.V. Lunel, Introduction to Functional Differential Equations , Springer, New York, NY, USA, 1993.
M. Wu, Y. He, J.-H. Она и Г.-П. Лю, «Зависящие от задержки критерии устойчивой устойчивости систем с изменяющейся во времени задержкой», Automatica , vol. 40, нет. 8, стр. 1435–1439, 2004.
Просмотр:
Сайт издателя | Google Scholar
Copyright
Copyright © 2014 Xiao-Liang Wang et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.
Газовая хроматография
Газовая хроматографияВведение
Газовая хроматография, особенно газожидкостная хроматография, включает испарение образца и введение его в верхнюю часть хроматографической колонки. Проба транспортируется через колонку потоком инертной газообразной подвижной фазы. Сама колонка содержит жидкую неподвижную фазу, адсорбированную на поверхности инертного твердого вещества.
Взгляните на эту принципиальную схему газового хроматографа:
Компоненты приборов
Газ-носитель Газ-носитель должен быть химически инертным. Обычно используемые газы включают азот, гелий, аргон и углекислый газ. Выбор газа-носителя часто зависит от типа используемого детектора. Система газа-носителя также содержит молекулярное сито для удаления воды и других примесей. Порт ввода пробыДля достижения оптимальной эффективности колонки образец не должен быть слишком большим и должен вводиться в колонку в виде «заглушки» пара — медленное введение больших образцов вызывает уширение полосы и потерю разрешения. Наиболее распространенный метод введения – это использование микрошприца для введения образца через резиновую перегородку в порт мгновенного испарителя в головной части колонки. Температура порта пробы обычно примерно на 50°С выше, чем точка кипения наименее летучего компонента пробы. Для насадочных колонок размер образца колеблется от десятых долей микролитра до 20 микролитров. С другой стороны, для капиллярных колонок требуется гораздо меньше образца, обычно около 10 -3 мл. Для капиллярной ГХ используется раздельный/неразделенный ввод. Взгляните на эту диаграмму разделенного/неразделенного инжектора;
Инжектор может использоваться в одном из двух режимов; сплит или без сплита. Инжектор содержит обогреваемую камеру со стеклянным вкладышем, в который через перегородку впрыскивается образец. Газ-носитель поступает в камеру и может выходить тремя путями (когда инжектор находится в разделенном режиме). Образец испаряется, образуя смесь газа-носителя, испарившегося растворителя и испарившихся растворенных веществ. Часть этой смеси поступает в колонку, но большая часть выходит через разделенное выпускное отверстие. Выпускное отверстие для продувки септы предотвращает попадание в колонку компонентов, вытекающих из септы.
Колонны
Существует два основных типа колонок: набивная и капиллярная (также известная как открытая трубчатая ). Набивные колонки содержат мелкоизмельченный инертный твердый материал носителя (обычно на основе диатомовой земли ), покрытый жидкой стационарной фазой. Большинство насадочных колонок имеют длину 1,5–10 м и внутренний диаметр 2–4 мм.
Капиллярные колонки имеют внутренний диаметр в несколько десятых долей миллиметра. Они могут быть одного из двух типов; открытая трубка с покрытием (WCOT) или открытая труба с покрытием (SCOT). Колонки со стенками состоят из капиллярной трубки, стенки которой покрыты жидкой неподвижной фазой. В колонках с опорным покрытием внутренняя стенка капилляра покрыта тонким слоем поддерживающего материала, такого как диатомовая земля, на котором адсорбирована стационарная фаза. Колонки SCOT обычно менее эффективны, чем колонки WCOT. Оба типа капиллярных колонок более эффективны, чем насадочные колонки.
В 1979 году был разработан новый тип колонки WCOT — колонка из плавленого кварца с открытой трубкой (FSOT);
У них гораздо более тонкие стенки, чем у стеклянных капиллярных колонок, а прочность обеспечивается полиимидным покрытием. Эти колонки гибкие и могут быть смотаны в катушки. Они обладают преимуществами физической силы, гибкости и низкой реактивности.
Температура колонки
Для точной работы температура колонки должна контролироваться с точностью до десятых долей градуса. Оптимальная температура колонки зависит от температуры кипения образца. Как правило, при температуре немного выше средней точки кипения образца время элюирования составляет от 2 до 30 минут. Минимальные температуры дают хорошее разрешение, но увеличивают время элюирования. Если образец имеет широкий диапазон температур кипения, может оказаться полезным программирование температуры. Температура колонки повышается (непрерывно или ступенчато) по мере прохождения разделения.
Детекторы
Существует множество детекторов, которые можно использовать в газовой хроматографии. Различные детекторы дают разные типы селективности. Неселективный детектор реагирует на все соединения, кроме газа-носителя, селективный детектор реагирует на ряд соединений с общими физическими или химическими свойствами, а специальный детектор реагирует на одно химическое соединение. Детекторы также можно сгруппировать в детекторов, зависящих от концентрации и детекторы, зависящие от массового расхода . Сигнал от детектора, зависящего от концентрации, связан с концентрацией растворенного вещества в детекторе и обычно не разрушает образец. Разбавление добавочным газом снизит отклик детектора. Детекторы, зависящие от массового расхода, обычно разрушают образец, а сигнал зависит от скорости, с которой молекулы растворенного вещества попадают в детектор. Реакция датчика, зависящего от массового расхода, не зависит от подпиточного газа. Взгляните на эту табличную сводку распространенных детекторов ГХ:
Detector | Type | Support gases | Selectivity | Detectability | Dynamic range | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Flame ionization (FID) | Mass flow | Hydrogen and air | Most organic cpds. | 100 PG | 10 7 | |||
Теплопроводность (TCD) | Концентрация | . 0202 7 | ||||||
Electron capture (ECD) | Concentration | Make-up | Halides, nitrates, nitriles, peroxides, anhydrides, organometallics | 50 fg | 10 5 | |||
Nitrogen-phosphorus | Массовый расход | Водород и воздух | Азот, фосфор | 10 пг | 10 6 | |||
Пламенный фотометрический (2FPD)0276 | Hydrogen and air possibly oxygen | Sulphur, phosphorus, tin, boron, arsenic, germanium, selenium, chromium | 100 pg | 10 3 | ||||
Photo-ionization (PID) | Concentration | Make -up | Алифатические соединения, ароматические соединения, кетоны, сложные эфиры, альдегиды, амины, гетероциклы, сероорганические соединения, некоторые металлоорганические соединения0276 | Массовый расход | Водород, кислород | Галогениды, азот, нитрозамины, сера |
Выходящий поток из колонны смешивается с водородом и воздухом и поджигается.