Detektor dwutlenku azotu (NO₂)
Czujnik ditlenku azotu (NO₂)

Detektor dwutlenku azotu (NO₂) to urządzenie bezpieczeństwa, którego zadaniem jest ciągłe monitorowanie stężenia tego gazu w powietrzu oraz natychmiastowe ostrzeganie o przekroczeniu wartości granicznych. Obecność dwutlenku azotu w wielu środowiskach pracy stanowi realne zagrożenie dla zdrowia ludzi, dlatego czujniki ditlenku NO₂ są powszechnie stosowane zarówno w formie stacjonarnych systemów detekcji, jak i przenośnych mierników noszonych przez pracowników.

Charakterystyka dwutlenku azotu (NO₂)

Dwutlenek azotu to gaz o brunatno-czerwonej barwie, ostrym, duszącym zapachu i silnym działaniu drażniącym. Należy do grupy tlenków azotu, a jego numer CAS to 10102-44-0. (NO₂) jest gazem cięższym od powietrza i ma skłonność do gromadzenia się przy podłożu, szczególnie w pomieszczeniach zamkniętych o słabej wentylacji.

Pod względem toksykologicznym dwutlenek azotu jest wyjątkowo niebezpieczny działa silnie drażniąco na drogi oddechowe i błony śluzowe, a przy wysokich stężeniach może powodować obrzęk płuc i ostre zatrucie prowadzące do śmierci. Gaz ten wchodzi w reakcje w organizmie człowieka, powodując powstawanie kwasów azotowych uszkadzających tkanki.

Regulacje prawne dla detektorów dwutlenku azotu (NO₂)

Zgodnie z obowiązującymi przepisami BHP oraz wytycznymi Centralnego Instytutu Ochrony Pracy (CIOP), dla dwutlenku azotu określono konkretne wartości graniczne ekspozycji. Najwyższe dopuszczalne stężenie średnie (NDS), odnoszące się do ośmiogodzinnego dnia pracy, wynosi 0,67 mg/m³, co odpowiada około 0,35 ppm.

Z kolei najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe (NDSCh), definiowane jako średnia z piętnastominutowego okresu, to 1,3 mg/m³, czyli około 0,7 ppm. W praktyce oznacza to, że nawet niewielkie przekroczenie tych wartości może być niebezpieczne, a kilkukrotne ich przewyższenie prowadzi często do wystąpienia ostrych objawów zatrucia, takich jak duszności, kaszel czy ból w klatce piersiowej.

W dokumentach międzynarodowych można znaleźć także parametr IDLH (Immediately Dangerous to Life or Health), który w przypadku (NO₂) ustalono na poziomie 20 ppm. Jest to wartość graniczna, powyżej której przebywanie w atmosferze zanieczyszczonej dwutlenkiem azotu staje się natychmiastowym zagrożeniem dla życia i zdrowia.

Warto przy tym podkreślić, że próg wyczuwalności zapachu (NO₂) wynosi około 1 ppm, a więc gaz staje się wyczuwalny dopiero przy stężeniu przekraczającym dopuszczalne normy. To sprawia, że zmysły człowieka nie są wystarczającym zabezpieczeniem jedynym skutecznym rozwiązaniem pozostaje stosowanie precyzyjnych czujników dwutlenku azotu.

Budowa detektora dwutlenku azotu (NO₂)

Konstrukcja detektora ditlenku azotu uzależniona jest od jego przeznaczenia. W obiektach przemysłowych, garażach podziemnych, tunelach komunikacyjnych czy laboratoriach najczęściej stosuje się urządzenia stacjonarne. Standardem w tego typu konstrukcjach jest wysoki stopień ochrony, najczęściej IP65 lub IP66, gwarantujący pyło- i wodoszczelność. Wbudowane wyjścia przekaźnikowe pozwalają na automatyczne sterowanie wentylacją, sygnalizatorami czy innymi elementami systemu zabezpieczeń, a dzięki odpowiednim interfejsom możliwa jest pełna integracja z centralą detekcji gazów. Często stosuje się również wyświetlacze, które oprócz prezentacji wartości pomiarowych pełnią funkcję sygnalizacji optycznej zmieniają kolor w zależności od aktualnego poziomu stężenia (NO₂), co ułatwia szybką ocenę sytuacji.

Inne wymagania stawiane są urządzeniom przenośnym, które służą przede wszystkim pracownikom narażonym na kontakt z gazem w różnych lokalizacjach. W tym przypadku kluczowe znaczenie ma kompaktowa, ale jednocześnie wytrzymała obudowa, często o klasie szczelności IP67, odporna na zapylenie i krótkotrwałe zanurzenie w wodzie. Sygnalizacja w takich miernikach opiera się na kilku kanałach ostrzegania. Użytkownik informowany jest o zagrożeniu za pomocą głośnych alarmów dźwiękowych, intensywnych sygnałów świetlnych LED oraz alarmu wibracyjnego. Wyświetlacz LCD z podświetleniem zapewnia czytelność wyników nawet w trudnych warunkach oświetleniowych, a dodatkowe funkcje umożliwiają integrację z systemami bezpieczeństwa dla osób pracujących w pojedynkę. Nowoczesne przenośne detektory ditlenku (NO₂) oferują także możliwość zapisu danych w pamięci wewnętrznej lub ich bieżącej transmisji do centralnego systemu nadzoru, co znacząco podnosi poziom bezpieczeństwa i pozwala na pełną analizę zagrożeń w czasie rzeczywistym.

Rozmieszczenie czujników dwutlenku azotu (NO₂)

Dwutlenek azotu, jako gaz cięższy od powietrza, ma naturalną tendencję do gromadzenia się w dolnych partiach pomieszczeń. Z tego powodu czujniki ditlenku (NO₂) zazwyczaj instaluje się na wysokości około 20–30 centymetrów nad podłogą, co pozwala na szybkie wykrycie zagrożenia w miejscu, gdzie gaz koncentruje się najłatwiej. W obiektach wyposażonych w wentylację mechaniczną, takich jak garaże podziemne, tunele komunikacyjne czy hale przemysłowe, rozmieszczenie detektorów ditlenku azotu wymaga jednak dodatkowej analizy. Strumienie powietrza wywoływane przez nawiewy i wyciągi mogą wpływać na sposób przemieszczania się gazu, podobnie jak przeciągi powstające w wyniku otwierania bram czy drzwi.

Na prawidłową lokalizację detektorów dwutlenku azotu oddziałują również fizyczne przeszkody np. maszyny, ściany działowe, regały czy składowane materiały. Mogą one kierować strumień gazu w określone rejony albo tworzyć strefy, do których (NO₂) dociera z opóźnieniem. Dlatego przy projektowaniu systemu detekcji należy uwzględnić zarówno rozmieszczenie źródeł emisji, jak i czynniki wpływające na cyrkulację powietrza.

Każdy obiekt powinien być analizowany indywidualnie, ponieważ optymalne rozmieszczenie czujników dwutlenku azotu zależy od jego specyfiki. W szczególności dotyczy to miejsc o zmiennych warunkach atmosferycznych, takich jak tunele czy garaże, gdzie intensywność ruchu pojazdów oraz zmieniające się warunki wentylacyjne mogą powodować duże wahania stężenia gazu. Rozmieszczenie detektorów dwutlenku azotu powinno być wykonywane przez wykwalifikowanego projektanta posiadającego praktykę w projektowaniu systemów detekcji gazów.

Zakres pomiarowy i progi alarmowe detektora dwutlenku azotu (NO₂)

W przypadku dwutlenku azotu niezwykle istotne jest właściwe zaprojektowanie progów alarmowych, które powinny odzwierciedlać zarówno przepisy BHP, jak i wymagania wynikające ze specyfiki danego obiektu. Zgodnie z obowiązującymi regulacjami najwyższe dopuszczalne stężenie średnie (NDS) ustalone zostało na poziomie około 0,36 ppm, natomiast najwyższe dopuszczalne stężenie chwilowe (NDSCh) wynosi 0,78 ppm. Oba te parametry odnoszą się do wartości średnich ważonych AV (Average Value). W praktyce oznacza to, że czujnik dwutlenku azotu musi mieć możliwość przeliczania średnich stężeń w zadanych interwałach czasowych, a progi alarmowe powinny być konfigurowane nie tylko na podstawie wartości chwilowych, ale również na podstawie wartości uśrednionych. Takie rozwiązanie ma kluczowe znaczenie, ponieważ ogranicza liczbę fałszywych alarmów spowodowanych krótkotrwałymi skokami stężenia gazu lub oddziaływaniem innych substancji, które mogłyby chwilowo zakłócić pracę sensora.

W typowych systemach stacjonarnych przyjmuje się wielopoziomowe alarmowanie, które pozwala rozróżnić sytuacje wymagające jedynie zwiększenia wentylacji od tych, które obligują do natychmiastowej ewakuacji. Pierwszy próg, ustawiony w okolicy wartości NDS, powoduje zwykle uruchomienie dodatkowego biegu wentylacji i powiadomienie obsługi technicznej. Kolejny, odpowiadający wartości NDSCh, aktywuje sygnalizację świetlną oraz zwiększa wydajność systemu wentylacyjnego. Wyższe progi, ustalane na poziomie kilku ppm, wiążą się natomiast z uruchomieniem sygnalizacji akustycznej, powiadomieniem systemu BMS oraz wdrożeniem procedur ewakuacyjnych.

Odrębne wymagania definiuje norma PN-EN 50545, która odnosi się do garaży podziemnych i tuneli. W tym przypadku czujniki dwutlenku azotu muszą być dostosowane do progów alarmowych określonych w tej normie.

Poniżej przedstawiono przykładową konfigurację:

Wymagany zakres pomiarowy detektora dwutlenu azotu wg normy PN-EN 5054 (0-30 ppm)

Progi NO2 wg normy PN-EN 50545
3 ppm	(średnia ważona za 15min.)
6 ppm	(średnia ważona za 15min.)
15 ppm	(średnia ważona za 15min.)

Na podstawie powyższych progów projektuje się systemy detekcji gazu współpracujące z wentylacją mechaniczną.

Poniżej przedstawiono przykład dla wentylacji kanałowej:

Poziom stężenia gazu (NO2) w ppm	Rodzaj pomiaru gazu	Próg alarmowy czujników	Rodzaj alarmu	Powiadomienie BMS	System detekcji gazu z wentylacją kanałową i systemem wskazywania wolnych miejsc
3 ppm	średnia ważona AV z ostatnich 15 min.	PRÓG 1	brak alarmu	√	włączenie wentylacji na I bieg
6 ppm	średnia ważona AV z ostatnich 15 min.	PRÓG 2	brak alarmu	√	włączenie wentylacji na II bieg
15 ppm	średnia ważona AV z ostatnich 5 min.	PRÓG 3	alarm optyczny	√	włączenie sygnalizacji optycznej Przekierowanie pojazdów w bezpieczne miejsce parkingowe za pomocą systemu wskazywania wolnych miejsc MSR-Traffic, który jest połączony z system detekcji gazów.
30 ppm	wartość bieżąca CV - (ang. Current Value)	PRÓG 4	alarm akustyczny	√	włączenie sygnalizacji akustycznej

Dodatkowo systemy tego typu mogą współpracować z rozwiązaniami takimi jak MSR-Traffic, które na podstawie danych z detektorów gazów sterują systemem wskazywania wolnych miejsc i w razie zagrożenia przekierowują pojazdy do bezpiecznych stref parkingowych.

Podobne zasady obowiązują w przypadku wentylacji strumieniowej, jednak w tym rozwiązaniu progi alarmowe są bezpośrednio powiązane z procentową wydajnością pracy wentylatorów.

Poziom stężenia gazu (NO2) w ppm	Rodzaj pomiaru gazu	Próg alarmowy czujników	Rodzaj alarmu	Powiadomienie BMS	System detekcji gazu z wentylacją strumieniową i systemem wskazywania wolnych miejsc
3 ppm	średnia ważona AV	PRÓG 1	brak alarmu	√	włączenie wentylacji na 25%
6 ppm	średnia ważona AV	PRÓG 2	brak alarmu	√	włączenie wentylacji 50%
15 ppm	średnia ważona AV	PRÓG 3	alarm optyczny	√	włączenie wentylacji na 75% Przekierowanie pojazdów w bezpieczne miejsce parkingowe za pomocą systemu wskazywania wolnych miejsc MSR-Traffic, który jest połączony z system detekcji gazów.
30 ppm	wartość bieżąca CV	PRÓG 4	alarm akustyczny	√	włączenie sygnalizacji optycznej i akustycznej włączenie wentylacji na 100%

Jak widać, w obu przypadkach czujnik dtilenku azotu pełni centralną rolę w sterowaniu systemem wentylacyjnym, a odpowiednia konfiguracja progów alarmowych umożliwia płynne dostosowanie reakcji systemu do rosnącego zagrożenia.

Typowe zakresy pomiarowe detektorów dwutlenku azotu zależą od rodzaju urządzenia. W przypadku detektorów stacjonarnych standardem są przedziały 0–10 ppm lub 0–20 ppm, podczas gdy przenośne mierniki dwutlenku azotu pracują zazwyczaj w zakresie 0–50 ppm. W urządzeniach osobistych stosuje się ponadto progi alarmowe oparte na parametrach TWA (Time Weighted Average – średnia ważona w czasie) oraz STEL (Short Term Exposure Limit – dopuszczalne stężenie krótkookresowe). Dzięki temu możliwe jest monitorowanie zarówno chwilowej, jak i długotrwałej ekspozycji pracownika na gaz.

Technologie pomiarowe detektorów ditlenku azotu (NO₂)

Najczęściej wykorzystywaną technologią pomiarową w detektorach dwutlenku azotu jest technologia elektrochemiczna, która charakteryzuje się dużą precyzją i selektywnością. Zasada działania sensorów elektrochemicznych opiera się na procesie elektrochemicznym zachodzącym wewnątrz sensora. Gaz przedostaje się do wnętrza urządzenia przez specjalną membranę i trafia do komory z elektrolitem, gdzie dochodzi do reakcji chemicznej. W jej wyniku powstaje prąd elektryczny, którego wartość jest wprost proporcjonalna do stężenia dwutlenku azotu w powietrzu. Układ elektroniczny wzmacnia i przetwarza ten sygnał, a następnie prezentuje wynik w postaci czytelnej wartości pomiarowej.

Czujnik ditlenku azotu wyposażony w sensor elektrochemiczny reaguje głównie na jeden, określony gaz, dzięki czemu minimalizowane jest ryzyko fałszywych alarmów. Wyniki pomiarów cechują się liniowością, co oznacza, że zmiana sygnału elektrycznego jest proporcjonalna do zmiany stężenia gazu, co ułatwia precyzyjną interpretację danych. Dodatkowo urządzenia te pobierają niewielką ilość energii i zapewniają dobrą powtarzalność wyników pomiarowych.

Zastosowania detektorów dwutlenku azotu (NO₂)

Czujniki ditlenku azotu znajdują szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu oraz w przestrzeniach publicznych, w których występuje ryzyko emisji tego gazu. Jednym z najczęstszych miejsc ich wykorzystania są garaże podziemne i tunele, gdzie odpowiadają za monitoring spalin samochodowych, ponieważ NO₂ powstaje w procesach spalania paliw i może osiągać stężenia niebezpieczne dla zdrowia. Równie istotne znaczenie mają w energetyce i przemyśle chemicznym, gdzie służą do kontroli atmosfery w procesach spalania, magazynowania i syntezy różnego rodzaju chemikaliów.

W branży metalurgicznej czujniki dwutlenku azotu stosuje się podczas spawania, lutowania i obróbki metali, gdyż w tych procesach mogą pojawiać się znaczne ilości tlenków azotu. Z kolei w laboratoriach pełnią rolę zabezpieczenia personelu pracującego z próbami chemicznymi, które mogą wydzielać NO₂ w trakcie reakcji. W rolnictwie wykorzystuje się je do kontroli powietrza w silosach i magazynach, ponieważ gaz ten może gromadzić się tam w wyniku procesów fermentacji i stanowić poważne zagrożenie dla ludzi pracujących w zamkniętych przestrzeniach.

Szerzej opisane przykłady systemów wykorzystujących detektory dwutlenku azotu (NO₂) można znaleźć w opisach branż poniżej.