Рекомендации по настройке параметров газоанализатора Комета при проведении ремонта и поверки

В статье рассмотрены некоторые аспекты при ремонте и поверке снятого с производства газоанализатора Комета. Подробно описаны методы настройки каналов по различным газам и приведена общая информация по конструкции материнской платы и плат расширения на газы.

ГАЗОАНАЛИЗАТОР «КОМЕТА»
Инструкция по настройке и проверке параметров

  • 1. Общие сведения о газосигнализаторах «Комета»
    Газосигнализаторы (ГС) «Комета» серии ИГС-98 представляют собой переносные мультигазовые приборы для измерения концентрации от 1 до 4 различных газов с сигнализацией о превышении заданных порогов. За период с 2001 г. выпущено и выпускается большое число различных модификаций ГС «Комета», различающихся по следующим признакам:
    По количеству и видам контролируемых газов – горючих (метан, бутан-пропан, суммарные углеводороды, водород), токсичных (аммиак, хлор, сероводород, моноксид углерода, диоксид азота, диоксид серы, формальдегид, пары этанола), а также кислорода.
    По программе работы – с автокалибровкой по всем газам (постоянной или принудительной), без автокалибровки или с частичной автокалибровкой с кнопочным включением (выпуска до 2004 г.), с ручной калибровкой по кислороду и выключателем питания (выпуска до 2003 г.). Выпускаются также ГС со встроенной памятью и схемой связи с компьютером.
    По конструктивному исполнению – со встроенным насосом (электрическим или ручным) или без насоса (диффузионные).
  • 2. Устройство ГС «Комета» и расположение органов настройки
    • 2.1. Каждый ГС содержит плату с электронной схемой, газочувствительные сенсоры и аккумулятор, а также насос (за исключением диффузионных). Для токсичных газов и кислорода применяются электрохимические сенсоры (2-электродные или 3-электродные), для горючих газов – термокаталитические или полупроводниковые.
      В большинстве ГС имеется общая (материнская) плата с микроконтроллером, индикатором, схемами питания и включения насоса и одна или две платы аналоговых каналов, соединяемых с материнской с помощью разъемов.
    • 2.2. Выпускается в основном 3 вида вставных плат аналоговых каналов:
      Плата «О2 – СН4 – СО» - для одного парного термокаталитического сенсора, одного сенсора кислорода и одного 3-электродного электрохимического (возможно также подсоединение 2-электродного). Принципиальная схема – рис.1, расположение элементов – рис.1а.
      Плата «СО – Н2S» - для двух 3-электродных электрохимических сенсоров (возможно подсоединение 2-электродного). Принципиальная схема – рис.2, расположение элементов – рис. 2а.
      Плата «СО – СL – NH3» - для одного 3-электродного и двух 2-электродных электрохимических сенсоров. Принципиальная схема – рис.3, расположение элементов – рис. 3а.
      Названия плат, маркированные на них, отражают наиболее распространенные сочетания газов, фактически же подсоединенные к ним сенсоры могут быть на другие газы.
      Имеются также платы для полупроводниковых сенсоров и некоторые другие типы плат, встречающиеся редко и выпущенные в единичном числе экземпляров.
    • 2.3. ГС выпуска до 2003 г. с выключателем питания и ручной калибровкой по кислороду имеют единую плату (без материнской и вставных) с каналами: одним для полупроводникового сенсора, одним для кислородного и двумя для электрохимических 3-электродных (возможно подключение 2-электродных). Расположение элементов показано на рис.4.
    • 2.4. Каждая вставная плата аналоговых каналов имеет с одной стороны группы контактных площадок для присоединения сенсоров и 4-штырьковый разъем для подачи питания (контакты 1 – 4), с другой стороны – 5-штырьковый разъем для вывода аналоговых сигналов и подачи импульсов нагрева (контакты 5 – 9).
    • 2.5. Контакты 4-штырькового разъема питания для всех плат одинаковы:
      1 – отрицательное нестабилизированное напряжение –(3…4)В, подаваемое постоянно (даже при выключенном ГС);
      2 – положительное стабилизированное напряжение 5 В, также подаваемое постоянно;
      3 – положительное стабилизированное напряжение 5 В, подаваемое только при включении ГС;
      4 – общий (корпус).
      Постоянная подача напряжения питания необходима для электрохимических сенсоров, так как они требуют длительного времени для выхода на режим при включении питания.
    • 2.6. Контакты 5-штырькового выходного разъема для платы « О2 – СН4 – СО» (рис.1а):
      5 – выход канала термокаталитического сенсора;
      6 – выход канала кислорода;
      7 – обычно не задействован;
      8 – выход канала электрохимического сенсора;
      9 – вход импульсов нагрева термокаталитического сенсора.
    • 2.7. Контакты 5-штырькового выходного разъема для платы «СО – Н2S» (рис.2а):
      7 – выход канала 1;
      8 – выход канала 2, остальные не задействованы.
    • 2.8. Контакты 5-штырькового выходного разъема для платы «CO – CL – NH3» (рис.3а) с 5 по 8 могут быть соединены с выводом любого канала с помощью матричной схемы (R33 – R44), расположенной рядом с разъемом, контакт 9 не задействован.
    • 2.9. Органами настройки на каждой плате являются переменные резисторы типа POZ3.
      На материнской плате имеется только один переменный резистор, он служит для регулировки контрастности дисплея.
    • 2.10. На вставных платах аналоговых каналов переменные резисторы имеют следующие назначения:
      На плате «О2 – СН4 – СО» (рис.1а):
      R2 – установка нуля грубо, R15 – установка нуля точно, R17 – установка чувствительности канала термокаталитического сенсора;
      R11 – установка коэффициента усиления канала кислорода;
      R23 – установка чувствительности, R25 – установка нуля канала электрохимического сенсора.
      На плате «СО – H2S» (рис.2а):
      R13 – установка чувствительности, R23 – установка нуля канала 1;
      R14 – установка чувствительности, R24 – установка нуля канала 2.
      Внимание! Резисторы установки нуля и чувствительности каналов на данной плате расположены «крест-накрест» по разным сторонам платы.
      На плате «СО – CL2 – NH3» (рис.3а):
      R17 – установка чувствительности, R27 – установка нуля канала 1;
      R12 - установка чувствительности, R24 – установка нуля канала 2;
      R13 – установка чувствительности, R25 – установка нуля канала 3.
    • 2.11. На универсальной плате ГС с выключателем до 2003 г. выпуска:
      R5 – установка напряжения нагревателя, R21 – установка чувствительности, R22 – установка нуля канала полупроводникового сенсора;
      R17 – установка коэффициента усиления канала кислорода;
      Резистор без номера – установка чувствительности, R54 – установка нуля канала электрохимического сенсора №1;
      R33 – установка чувствительности, R53 – установка нуля канала электрохимического сенсора №2;
      R52 – установка контрастности дисплея.
  • 3. Общие указания по настойке и проверке
    • 3.1. Все операции должны производиться при нормальных атмосферных условиях при заведомом отсутствии в атмосфере контролируемых и недопустимых газов.
    • 3.2. Перед началом настройки необходимо зарядить аккумулятор ГС, если он разряжен; при подозрении на наличие остатков газа в сенсорной камере продуть камеру чистым воздухом с помощью насоса.
    • 3.3. Снять переднюю панель ГС, отвернув 4 крепежных винта, при этом следить, чтобы не отсоединились разъемы вставных плат; для ГС с встроенным насосом отсоединить шланг насоса от штуцера сенсорной камеры.
    • 3.4. Определить, какие сенсоры к каким каналам аналоговых плат подсоединены (все сенсоры, кроме термокаталитических и полупроводниковых, имеют маркировку с видом контролируемого газа и соединяются проводами с контактными площадками входов аналоговых плат), соответственно определить органы настройки каждого канала в соответствии с п. 2.10 или 2.11 и рисунками плат.
    • 3.5. Для настройки необходимо применять часовую отвертку соответствующего размера, желательно с изолированной ручкой; условные положения движка резисторов POZ3 показаны на рис.5.
    • 3.6. В случае недостаточной или чрезмерной контрастности дисплея отрегулировать ее с помощью резистора на материнской плате.
    • 3.7. Подача поверочных газовых смесей на сенсоры производится для ГС с встроенным насосом через шланг, подсоединенный к штуцеру сенсорной камеры при отсоединенном насосе, для диффузионных ГС – через специальную насадку на отверстия соответствующего сенсора на передней панели ГС.
  • 4. Настройка и проверка канала кислорода
    • 4.1. Для ГС с автокалибровкой по кислороду необходимо измерить выходное напряжение канала О2 (контакт 6 разъема платы рис.1а) с помощью вольтметра (мультиметра) относительно корпуса; оно должно быть в пределах 1,5…3 В. В случае выхода за эти пределы подстроить с помощью резистора R11, после чего выключить и вновь включить ГС, дождавшись установления показания 21%.
    • 4.2. Для ГС с ручной калибровкой по О2 показание после включения с вопросительным знаком должно быть в пределах 19…22%, в противном случае подстроить с помощью резистора R17.
    • 4.3. Напряжение порядка 3,7 В по п.4.1 или показание 23,7-23,8% по п.4.2, не изменяемые подстройкой, а также явная нестабильность показаний свидетельствуют о выходе из строя сенсора О2.
    • 4.4. Вышеуказанных операций, как правило, достаточно для настройки и проверки канала О2; при более жестких требованиях к точности измерения необходимо подать на сенсор О2 поверочную смесь с концентрацией О2 ниже порога срабатывания и зафиксировать установившееся показание; превышение допустимой погрешности указывает на потерю линейности сенсора, что не может быть устранено подстройкой и требует его замены.
  • 5. Настройка и проверка каналов электрохимических сенсоров
    • 5.1. Настройка любого канала с электрохимическим сенсором (2- или 3-электродным) состоит из операций установки нуля и установки чувствительности при подаче поверочной газовой смеси, за исключением канала с 2-электродным сенсором СО производства фирмы Sixth Sense, где не требуется установки нуля.
    • 5.2. Для ГС без автокалибровки требуется точная установка нуля, для чего при включенном ГС необходимо вращением соответствующего регулировочного резистора (см. п. 2.10, 2.11) зафиксировать момент перехода показания дисплея от минимального значения к нулевому. Если показание равно нулю при любом положении регулировочного резистора, необходимо измерить напряжение на соответствующем выходе аналогового канала (см. п. 2.7 – 2.8) и установить его как можно более близким к нулю, не допуская больших отрицательных значений.
    • 5.3. Для ГС с автокалибровкой установка нуля производится автоматически при включении ГС, однако требуется предварительная установка начального линейного участка характеристики, то есть небольшого положительного напряжения на выходе канала (порядка 10 – 30 мВ). При невозможности установки такого напряжения допускается напряжение от -20 мВ до положительного, соответствующего порогу срабатывания. Измерение и регулировку можно проводить при выключенном ГС, гак как каналы с электрохимическими сенсорами имеют постоянное питание.
    • 5.4. Установка чувствительности производится при подаче на сенсор поверочной газовой смеси после включения ГС и окончания процесса автокалибровки для соответствующих ГС. Дождавшись установившегося показания дисплея, необходимо установить его равным концентрации смеси вращением соответствующего резистора (см. п. 2.10, 2.11). В случае невозможности этого допускается увеличение или уменьшение путем перепайки постоянного резистора, включенного последовательно с регулировочным переменным (см. соответствующую принципиальную схему). Перепайку производить только при выключенном ГС и вынутой из разъемов материнской платы аналоговой плате.
    • 5.5. В случае невозможности установки нуля (чрезмерно высокое положительное или отрицательное напряжение на выходе) или значительной (более чем в 2 раза) потере чувствительности сенсор подлежит замене.
  • 6. Настройка и проверка канала с термокаталитическим сенсором
    • 6.1. Настройка данного канала является наиболее сложной, так как, во-первых, требуется точная установка рабочей точки в начало линейного участка характеристики в два этапа (грубая и точная), во-вторых, данный канал работает в импульсном режиме с периодом около 6 с, из-за чего изменение показания происходит не сразу после подстройки, а через некоторое время.
    • 6.2. Общая методика настройки данного канала такова: после поворота резистора на небольшой угол дожидаться изменения показания дисплея и затем повторять операцию несколько раз до установления требуемого показания.
    • 6.3. Для установки нуля данного канала служат два переменных резистора: для грубой установки R2 (баланс моста), для точной – R15 (смещение усилителя); для установки чувствительности – R17 (коэффициент усиления).
    • 6.4. Если при проверке параметров нет сомнений в правильности установки нуля, достаточно только отрегулировать чувствительность при подаче поверочной газовой смеси, в противном случае следует произвести полную настройку канала следующим образом (как для ГС без автокалибровки, так и с автокалибровкой):
    • 6.5. Перед началом настройки установить движки резисторов в следующие положения: R2 – в крайнее правое, R15 и R17 – в среднее.
    • 6.6. Включить ГС (для ГС с принудительной автокалибровкой – в режиме автокалибровки) и дождаться показания концентрации; оно должно быть нулевым.
    • 6.7. Установить резистор R15 в положение, соответствующее заземлению его движка (для разных модификаций платы оно может быть крайним правым или крайним левым), при этом показание концентрации должно стать ненулевым (от 0,06 до 0,4 в зависимости от коэффициента усиления).
    • 6.8. Вращением резистора R2 добиться увеличения показания примерно в 1,5 раза.
    • 6.9. Для ГС без автокалибровки: вращением резистора R15 постепенно установить нулевое показание, зафиксировав его переход в нуль от минимального значения.
    • 6.10. Для ГС с автокалибровкой: вращением резистора R15 уменьшить показание примерно до значения 0,1 – 0,2, после чего выключить ГС и вновь включить его в режиме автокалибровки, дождавшись нулевого показания.
      Примечание: В ряде случаев, особенно для высокочувствительных ГС с индикацией концентрации в г/м3, показание после автокалибровки может быть ненулевым, в пределах 0,05.
    • 6.11. Подать на сенсор поверочную газовую смесь, после установления стабильного показания установить вращением резистора R17 его значение, равное концентрации смеси.
    • 6.12. Прекратить подачу газовой смеси и дождаться установления начального показания, для ГС со встроенным насосом – продуть камеру чистым воздухом.
    • 6.13. В случае невозможности выполнения операций по пп. 6.7, 6.8 необходимо измерить напряжение на среднем выводе термокаталитического сенсора относительно корпуса (измерять непосредственно после включения ГС); в норме оно должно быть порядка 1,4 – 1,5 В. Если напряжение нулевое, это означает перегорание активной части сенсора, если оно равно около 3,5 В – перегорание пассивной части; в обоих случаях сенсор подлежит замене. Если напряжение в норме, но показания слишком малы или велики, возможна подстройка баланса моста путем изменения постоянных резисторов R1 или R3 (см. принципиальную схему рис.1) на небольшую величину путем подпайки к ним параллельно резисторов порядка 47 кОм (для индикации в %) или 220 кОм (для индикации в г/м3).
    • 6.14. В случае невозможности установки требуемой чувствительности по п. 6.11 возможно изменение резистора R16, однако при сильной потере чувствительности (более чем в 2 раза) необходима замена сенсора.
  • 7. Настройка и проверка канала с полупроводниковым сенсором
    • 7.1. Полупроводниковые сенсоры применялись для каналов метана и углеводородов в ГС выпуска до 2003 г., для ГС более поздних выпусков с автокалибровкой они применяются, как правило, только для паров этанола или в отдельных случаях для метана малой концентрации или в сочетании с каналом углеводородов.
    • 7.2. Ниже описана процедура настройки канала метана ГС с выключателем с универсальной платой по рис.4. Настройку проводить с учетом указаний п. 6.2.
    • 7.3. Перед началом настройки необходимо измерить омметром сопротивление нагревателя сенсора; в ряде случаев оно маркировано на корпусе сенсора и составляет от 9 до 16 Ом.
    • 7.4. Включить ГС и непосредственно после включения измерить напряжение на нагревателе; оно должно соответствовать прилагаемому графику рис.6 с допуском 0,1 В. При необходимости подстроить вращением резистора R5.
    • 7.5. Вращением резистора R22 установить нулевое показание, зафиксировав момент перехода в нуль из минимального значения.
    • 7.6. Подать на сенсор поверочную газовую смесь и после установления стабильного показания установить его значение, равное концентрации смеси, вращением резистора R21.
    • 7.7. Прекратить подачу смеси и дождаться возврата нулевого показания.
    • 7.8. В случае невозможности установления требуемых показаний (перегорание нагревателя или потеря чувствительности сенсора) сенсор подлежит замене.
  • 8. Дополнительные замечания по настройке и проверке
    • 8.1. Для ГС со встроенным насосом после окончания настройки и проверки каналов необходимо проверить работу насоса и надеть его шланг на штуцер сенсорной камеры, после чего установить на место переднюю панель и завернуть крепежные винты.
    • 8.2. В случае индикации нулевого заряда аккумулятора при заведомо нормальном заряде для ГС с автокалибровкой это может означать наличие высокого отрицательного напряжения (более -370 мВ) на каком-либо выходе аналогового канала, что может происходить как при выходе сенсора из строя, так и при вынимании и обратном вставлении платы в разъемы; в последнем случае это явление временное и следует дождаться возврата напряжения в норму.
    • 8.3. Если ГС не включается и на дисплее при нажатии кнопки включения появляется ряд черных квадратов, это может означать выход из строя кварцевого резонатора с необходимостью его замены.