Systèmes de détection de gaz et de fumée

1. capteurs à chauffage catalytique (GX-SE, GX-CFC, GX-B...)

Une plaquette d'oxyde d'étain chauffée à un peu plus de 300°C constitue la partie supérieure d'un diviseur de tension. Lorsque des molécules de gaz entrent en contact avec elle, la résistance diminue et la tension du capteur augmente. Pendant la phase de chauffage, la tension du capteur oscille autour de valeurs significatives, c'est pourquoi les dispositifs d'alerte ignorent toutes les tensions entrantes pendant les 3 à 5 premières minutes. Pendant cette période, un courant plus élevé est également nécessaire. Les appareils avec écran affichent "preheating".

2. capteurs infrarouges NDIR (lampes CO2, GX-D...)
Un capteur infrarouge non dispersif détecte le dioxyde de carbone CO2 par un procédé optique. Le CO2 a la propriété d'assombrir la lumière infrarouge d'une longueur d'onde bien précise (~4μm). Dans le capteur, une LED infrarouge rayonne à travers un filtre en verre, puis cette lumière traverse la chambre de mesure pour atteindre un capteur de luminosité IR. Moins la lumière parvient à ce capteur, plus il y a de CO2 dans la chambre de mesure, qui est reliée à l'air extérieur par une membrane repoussant l'humidité. Les capteurs à deux faisceaux utilisés par Schabus mesurent en outre la puissance lumineuse émise par la LED IR afin de compenser les erreurs de mesure dues au vieillissement des sources lumineuses. Un μcontrôleur performant gère le processus et délivre soit une tension de capteur correspondant à la teneur en CO2, soit une modulation de largeur d'impulsion (GX-D250), soit directement des UART qui évaluent et affichent les différents dispositifs d'alerte et réagissent par une alarme sonore et/ou un circuit de relais.

3. capteurs électrochimiques (GX-C1pro, GX-C...)
Un capteur électrochimique détecte le monoxyde de carbone CO par une réaction chimique avec de l'eau pure. Le capteur se compose principalement de son réservoir d'eau, qui est relié à l'air extérieur par un disque de charbon actif et un tout petit trou. La réaction du CO avec H2O produit du CO2, de l'hydrogène et deux électrons libres. Le nombre d'électrons constitue donc une mesure directe de la concentration en CO et peut être mesuré par ampérométrie. Le courant d'électrons se situe dans la plage inférieure du nA, environ 1,5 nA / ppm CO. Il n'est donc pas possible de raccorder directement un tel capteur à un appareil d'avertissement, l'électronique de mesure doit être placée tout près du capteur et être conçue de manière extrêmement sensible et précise. Des amplificateurs opérationnels assurent la conversion en une tension calibrée, l'évaluation se fait ensuite via ADC dans un contrôleur 32bit-μ. Elektrotechnik Schabus a fait vérifier le succès de ce développement complexe de la cellule de mesure par le TÜV Süd selon la norme DIN 50291. La stabilité et la précision du système ont été certifiées et tous les appareils de détection de CO proposés portent cette cellule de mesure avec le capteur électrochimique.

Commençons par le gaz de ville, qui n'existe plus du tout. Il est issu de la gazéification du charbon et contient un taux assez élevé de monoxyde de carbone toxique, voir page 74. Le gaz de ville a existé jusqu'à la fin des années 70 environ, et à Berlin-Ouest jusqu'au milieu des années 90. Il a été progressivement remplacé par le gaz naturel, qui n'est pas aussi toxique. Pour cela, les installations de combustion ont dû être modifiées, il a fallu changer les joints et les vannes. Mais le nom "gaz de ville" est toujours présent dans l'esprit de la population, c'est pourquoi nous appelons toujours notre capteur de gaz inflammable "capteur de gaz de ville et de gaz naturel" (SE). Le gaz naturel, le gaz que nous fournissent aujourd'hui nos services municipaux et nos fournisseurs de gaz pour le chauffage, la production d'eau chaude et la cuisine, est un gaz naturel qui est principalement un sous-produit de l'extraction du pétrole, mais qui provient également de gisements de gaz naturel pur qui ne fournissent pas de pétrole. Le principal composant du gaz naturel est le méthane, un gaz très inflammable qui représente jusqu'à 90 % du volume. Les autres substances sont, outre le butane et le propane, différentes traces de composés soufrés, de l'éthane, du CO2, des gaz rares, de l'azote et de la vapeur d'eau. Une fois extrait, le gaz naturel est purifié des substances toxiques et inutiles telles que l'eau, le sulfure d'hydrogène et le dioxyde de carbone, puis injecté dans notre système d'approvisionnement en gaz, non sans avoir été à nouveau mélangé à des composés soufrés tels que le thioéther ou l'alcanethiol, afin de conférer au gaz son odeur typique, que nous percevons tout naturellement comme une odeur de gaz. Sans ces additifs, le gaz naturel n'aurait aucune odeur. Tout gaz combustible vendu doit être mélangé à ces substances pour produire une odeur. Nous portons donc déjà le meilleur capteur de gaz en plein visage : notre nez. Heureusement, notre nez ne se trouve pas toujours à l'endroit exact où le gaz pourrait s'échapper involontairement. Aux différents raccords de notre conduite de gaz, au point de livraison, au robinet de gaz, au compteur et directement au chauffage, à la cuisinière ou à la chaudière. C'est ici, le plus souvent dans les pièces dites de chauffage et de service (HWR), mais aussi dans la cuisine, directement sur la cuisinière à gaz, qu'interviennent les "détecteurs de gaz naturel et de ville" d'Elektrotechnik Schabus. Ils détectent immédiatement toute fuite de gaz et avertissent d'un fort son perçant d'un défaut dans la conduite et, si nécessaire, coupent une électrovanne d'arrêt raccordée, de sorte que le gaz ne puisse plus s'écouler. Le gaz naturel étant composé en grande partie de méthane, un gaz très léger, il est plus léger que l'air et se volatilise immédiatement vers le haut en cas de fuite. Un capteur GX-SE doit donc être placé en haut de la pièce pour détecter immédiatement le gaz. Mais pas tout en haut, mais à environ 30 cm en dessous du plafond, car il y a ce qu'on appelle la formation d'espaces morts dans les coins. L'air qui se trouve dans les coins et les bords au plafond ne peut pas s'échapper et déplace le gaz. Le gaz des bouteilles (butane/propane) est plus lourd que l'air, il faut donc placer le capteur 15 à 30 cm au-dessus du sol.

Il existe la désignation "limite inférieure d'explosivité", elle est abrégée LIE et exprimée en pourcentage. Un mélange de gaz et d'air ne devient explosif que lorsqu'il atteint 100 %. Il faut savoir que ce n'est pas la simple quantité de gaz qui s'échappe qui est déterminante, comme par exemple pour le CO, facilement exprimé en ppm, mais que d'autres grandeurs jouent toujours un rôle. Que ce soit la température, l'humidité de l'air ou la teneur en oxygène, car toute combustion a impérativement besoin d'oxygène, sinon rien ne brûle. Si l'humidité de l'air est plus élevée, il y a moins d'oxygène, si la température est plus élevée, il y a globalement moins de particules dans la pièce qui peuvent réagir entre elles. Ces trois grandeurs sont prises en compte par nos capteurs SE et transformées en une tension qui est enregistrée par les appareils d'alerte. Il serait possible de donner l'alerte dès qu'une seule molécule est détectée ou, de manière plus réaliste, dès que la LIE atteint par exemple 3%, mais aucun client n'accepterait un tel comportement à long terme. Jusqu'à 5% LIE, une fausse alarme présumée est plus fréquente qu'on ne pourrait l'associer à un défaut de la conduite de gaz. Les capteurs pourraient déjà le faire, mais qui veut un avertissement lorsque des boîtes de peinture ou de vernis ouvertes dégagent du gaz ou que quelqu'un passe devant le capteur avec des ongles fraîchement vernis ou du parfum fraîchement appliqué ? Les solvants, parmi de nombreuses autres substances courantes dans les ménages, sont en effet très similaires aux hydrocarbures du gaz de ville et du gaz naturel et sont tout aussi bien détectés par les capteurs. Parmi les nombreuses normes DIN qui traitent de la détection du gaz naturel dans les habitations, certaines recommandent un avertissement au plus tard lorsque la limite de 20 % de LIE est atteinte. Comme nos capteurs détectent tout autant le gaz liquide (GPL à forte teneur en butane et en propane), nous avons convenu d'un niveau d'alerte précoce de 12% LIE. Toujours à temps pour que cela ne devienne pas dangereux, mais suffisamment tolérant pour éviter les fausses alertes fréquentes. Et bien sûr, dans les limites de la norme.

Le monoxyde de carbone n'est pas fourni. Il se forme lors de chaque combustion où l'oxygène n'est pas disponible en quantité suffisante. Chaque molécule de gaz (par exemple CH4 = méthane) a besoin de deux molécules d'oxygène (O2) pour être complètement brûlée, il se forme alors, en plus de deux molécules d'eau (H2O), une molécule de dioxyde de carbone (CO2), qui n'est pas du tout aussi dangereuse qu'une molécule de monoxyde de carbone (CO). Le gaz est puissant et veut absolument brûler. S'il n'y a pas assez d'oxygène disponible, deux molécules de gaz se partagent une molécule d'oxygène et il se forme justement, en plus de l'hydrogène, du monoxyde de carbone.

CH4 + 2 O2 -----> CO2 + 2 H2O (complet)
ou
2 CH4 + O2 -----> 2 CO + 4 H2 (incomplet)

Il doit y avoir suffisamment d'oxygène sur le lieu de la combustion et non pas n'importe où dans la pièce. Cela explique facilement pourquoi du CO se forme dans chaque installation de combustion (thermes, chauffage, ...). Il suffit d'une buse obstruée par de la poussière. Ou une maison isolée ultérieurement de manière étanche. Cela se voit bien en cas de combustion visuelle, lorsque vous voyez une partie jaune dans la flamme. Une combustion complète avec suffisamment d'oxygène apparaît toujours en bleu, bien qu'il ne soit pas toujours facile d'y déceler une part jaune. D'ailleurs, le gaz méthane n'est cité ici qu'à titre d'exemple, mais il en va bien sûr de même pour toutes les autres combustions, comme le butane, le propane, l'huile, le papier, le carton, le bois et les pellets. Toutes les combustions nécessitent suffisamment d'oxygène !

Chaque cellule de notre corps brûle également de l'oxygène pour pouvoir fonctionner correctement. Pour cela, nous respirons de l'oxygène qui se fixe à l'hémoglobine (globules rouges) dans les alvéoles pulmonaires et est transporté vers les cellules par la circulation sanguine. C'est là que s'effectue la combustion : La molécule d'oxygène est retirée du globule sanguin et la molécule de dioxyde de carbone CO2 issue de la combustion (complète) est à nouveau fixée au globule sanguin pour être évacuée, ce dernier la transportant vers les poumons pour l'expiration. Mais si nous respirons du CO dans le mélange d'air, la situation devient critique. L'hémoglobine ne reconnaît que la particule d'oxygène O dans le CO et la fixe environ 300 fois plus fortement que l'oxygène pur. Mais la cellule ne peut rien faire avec le CO et le renvoie dans les poumons pour l'expirer. Il n'y a toutefois pas d'échange, car l'oxygène O est déjà fortement fixé à l'hémoglobine, nous n'expirons donc pas le CO aussi facilement. Cela ne se produit en moyenne qu'au bout d'environ 20 minutes, le CO s'accumule dans le sang à chaque respiration, et il y a en même temps de moins en moins de globules sanguins qui peuvent encore absorber l'oxygène. C'est ce qui fait la toxicité du monoxyde de carbone. Le manque d'oxygène stoppe le travail des cellules, surtout celui du SNC, du cœur et du cerveau, on se fatigue, on s'endort et, dans le pire des cas, on meurt. Par asphyxie malgré la respiration. En cas d'intoxication aiguë au CO, seul l'oxygène pur, idéalement dans un caisson de pression, peut aider.