Газовый анализатор (варианты)

Авторы патента:

Полезная модель относится к области аналитического приборостроения и может быть использована при контроле различных групп опасных химических веществ, в частности, для обнаружения и идентифицирования в воздухе токсичных веществ неорганической и органической природы.

Технический результат полезной модели заключается в повышении селективности устройства, снижении вероятности ложного срабатывания и увеличении быстродействия.

Газовый анализатор представляет собой многоканальное устройство, содержащее измерительные каналы, каждый из которых состоит из блока концентрации, с электронагревателем и средством охлаждения, блок концентрации соединен с сенсорным блоком, измерительный датчик которого подключен к входу микропроцессорного блока, электронагреватель сенсорного блока подключен к терморегулятору, выходы измерительных каналов подключены к побудителю расхода, который может содержать один или несколько насосов, вход и выход сенсорного блока соединены между собой через электромагнитный клапан, управляющие входы электромагнитного клапана, терморегулятора сенсорного блока, электронагревателя и средства охлаждения блока концентрации, а также управляющий вход побудителя расхода подключены к соответствующим выходам блока формирователей управляющих сигналов, вход которого соединен с выходом микропроцессорного блока. Газовый анализатор может дополнительно содержать блок сепарации, с которым соединяются входы блоков концентрации измерительных каналов через соответствующие электромагнитные переключатели газового потока, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам блока формирователей управляющих сигналов.

Известен газоанализатор, содержащий датчик концентрации измеряемого компонента, выполненный в виде электрохимического сенсора с расходуемым в процессе работы электролитом, сообщающийся с контролируемым газом, и устройство для обработки сигнала датчика и управления его работой, включающее блок питания датчика, усилитель сигнала датчика и микроконтроллер, содержащий центральное процессорное устройство, элемент памяти программ, аналого-цифровой преобразователь, соединенный с усилителем сигнала датчика, и таймер, соединенный с генератором частоты и обеспечивающий задание временного режима работы микроконтроллера, при этом датчик снабжен элементом памяти, закрепленным на корпусе датчика и электрически соединенным через интерфейс, представляющий собой устройство последовательной передачи данных, с центральным процессорным устройством микроконтроллера, обеспечивающим интегрирование величины сигнала датчика и периодическую запись величины интегрального сигнала в элемент памяти датчика и считывание этого значения из элемента памяти, причем в элементе памяти программ микроконтроллера введено предельное значение интегрального сигнала датчика, соответствующее ресурсу работы датчика, с которым периодически сравнивается текущее значение интегрального сигнала, считываемое из элемента памяти датчика, а устройство для обработки сигнала датчика и управления его работой снабжено элементом сигнализации, срабатывающим в момент, когда текущее значение интегрального сигнала становится равным предельной величине интегрального сигнала датчика (RU 2260181, G 01 N 27/416, 10.09.05).

К недостаткам известного газоанализатора следует отнести относительно невысокую селективность сенсорного детектора и возможность его ложного срабатывания.

В качестве прототипа принят газовый анализатор, включающий газовую систему в виде блока подготовки воздуха, переключателей газовых потоков и элемента отбора проб (дозы), блок колонок, блок детектирования, термостат, блок управления и обработки сигналов, при этом блок колонок выполнен в виде поглотительной и ряда параллельно соединенных разделительных колонок, блок детектирования содержит ряд газовых детекторов, число которых соответствует числу разделительных колонок, причем блок подготовки воздуха, элемент отбора проб (доза), блоки колонок и детектирования помещены в термостат, переключатели газовых потоков выполнены в виде переключающих одноканальных электроклапанов, а блок управления и обработки сигналов выполнен в виде микропроцессорного устройства (RU 2141656, G 01 N 30/00, 20.11.99).

Недостатком газового анализатора, как и вышеприведенного аналога, является недостаточно высокая селективность сенсорного детектора и возможность его ложного срабатывания. Кроме того, газовый анализатор имеет недостаточно высокое быстродействие, обусловленное конструктивным выполнением и алгоритмом его функционирования.

Технический результат по первому варианту достигается тем, что в газовом анализаторе, содержащем измерительные каналы, каждый из которых состоит из сенсорного блока с измерительным датчиком и электронагревателем, подключенным к терморегулятору, выходы измерительных каналов подключены к побудителю расхода, а выходы измерительных датчиков сенсорных блоков соединены с соответствующими входами микропроцессорного блока, в каждом измерительном канале на

входе сенсорного блока установлен блок концентрации, снабженный электронагревателем и средством охлаждения, а вход и выход сенсорного блока соединены между собой через электромагнитный клапан, при этом управляющие входы электромагнитного клапана, терморегулятора сенсорного блока, электронагревателя и средства охлаждения блока концентрации, а также управляющий вход побудителя расхода подключены к соответствующим выходам блока формирователей управляющих сигналов, вход которого соединен с выходом микропроцессорного блока. Побудитель расхода может содержать один или несколько насосов.

Устройство с вышеперечисленной совокупностью признаков обладает высоким быстродействием за счет противофазной работы его каналов, с циклическим двухфазным режимом работы каждого канала, высокой селективностью и минимальной вероятностью ложного срабатывания.

Технический результат по второму варианту достигается тем, что в газовом анализаторе, содержащем измерительные каналы, каждый из которых состоит из сенсорного блока с измерительным датчиком и электронагревателем, подключенным к терморегулятору, выходы измерительных каналов подключены к побудителю расхода, а выходы измерительных датчиков сенсорных блоков соединены с соответствующими входами микропроцессорного блока, введен блок сепарации, в каждом измерительном канале на входе сенсорного блока установлен блок концентрации, снабженный электронагревателем и средством охлаждения, а вход и выход сенсорного блока соединены между собой через электромагнитный клапан, при этом управляющие входы электромагнитного клапана, терморегулятора сенсорного блока, электронагревателя и средства охлаждения блока концентрации, а также управляющий вход побудителя расхода подключены к соответствующим выходам блока формирователей управляющих сигналов, вход которого соединен с выходом микропроцессорного блока, входы блоков концентрации измерительных каналов соединены с блоком сепарации через соответствующие

электромагнитные переключатели газового потока, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам блока формирователей управляющих сигналов. Как и в первом варианте исполнения газового анализатора, побудитель расхода может содержать один или несколько насосов.

На чертеже (рис.1) приведена функциональная схема предлагаемого газового анализатора по первому варианту. На рис.2 приведена функциональная схема второго варианта предлагаемого газового анализатора.

Газовый анализатор представляет собой многоканальное устройство, содержащее измерительные каналы (1, 2), каждый из которых состоит из блока 3 концентрации, с электронагревателем 4 и средством 5 охлаждения, блок 3 концентрации соединен с сенсорным блоком 6, измерительный датчик 7 которого подключен к входу микропроцессорного блока 8, электронагреватель 9 сенсорного блока 6 подключен к терморегулятору 10, выходы измерительных каналов 1, 2 соединены с побудителем 11 расхода, вход и выход сенсорного блока 6 соединены между собой через электромагнитный клапан 12, управляющие входы электромагнитного клапана 12, терморегулятора 10 сенсорного блока, электронагревателя 4 и средства 5 охлаждения блока 3 концентрации, а также управляющий вход побудителя 11 расхода подключены к соответствующим выходам блока 13 формирователей управляющих сигналов, вход которого соединен с выходом микропроцессорного блока 8.

Во втором варианте выполнения газовый анализатор дополнительно содержит блок 14 сепарации, с которым соединены входы блоков 3 концентрации измерительных каналов 1, 2 через соответствующие электромагнитные переключатели газового потока 15, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам блока 13 формирователей управляющих сигналов.

Газовый анализатор работает следующим образом.

При поступлении сигнала (с блока 13 формирователей) на управляющий вход побудителя 11 расхода происходит включение побудителя 11 расхода, который может содержать один насос, обеспечивающий прокачку заданного объема воздуха. В случае если побудитель 11 расхода состоит из нескольких насосов, то каждый насос соединяют с соответствующим измерительным каналом, через который он обеспечивает прокачку заданного объема воздуха. Воздушный поток, проходящий через сенсорный блок 6 регулируется электромагнитным клапаном 12. В режиме накопления скорость воздушного потока должна быть максимальна, что позволяет прокачать большой объем воздуха и, следовательно, накопить больше вещества. В этом режиме на управляющий вход электромагнитного клапана 12 с блока 13 формирователей управляющих сигналов поступает сигнал, под воздействием которого электромагнитный клапан 12 открывается и через него по образованному дополнительному каналу в обход сенсорного блока 6 проходит большая часть воздуха. Перед измерением электромагнитный клапан 12 закрывается под воздействием поступающего на его управляющий вход сигнала с блока 13. В режиме измерения скорость воздушного потока минимальна, что позволяет повысить точность измерения концентрации. Воздушный поток вначале проходит через блок 3 концентрации, который может быть выполнен в виде стеклянной или кварцевой тонкостенной трубки, заполненной сорбентом. Блок 3 концентрации имеет три рабочие температуры, которые задаются с помощью электронагревателя 4 и средства 5 для охлаждения. При температуре 30°-100°С происходит адсорбция определяемого вещества, т.е. его накопление. При температуре 100°-150°С происходит десорбция (выброс) легколетучих веществ (спирты, ацетон, ацетонитрил) в воздушный тракт. При температуре 150°-350°С происходит резкая десорбция (выброс) определяемых веществ в сенсорный блок 6. За счет блока 3 концентрации существенно увеличивается пороговые определяемые концентрации и возможность детектирования веществ в присутствии легколетучих примесей.

Нагреватель 4 блока 3 концентрации обеспечивает быстрый нагрев до 400°С за 1-2 мин. Средство (5) охлаждения может быть выполнено в виде внешнего вентилятора либо воздушной рубашки. Газовый анализатор может содержать до восьми измерительных каналов. Управление работой газоанализатора осуществляется микропроцессорным блоком 8, обеспечивающим противофазную работу его измерительных каналов 1, 2, с циклическим двухфазным режимом работы каждого канала. С микропроцессорного блока 8 поступает информационный сигнал на блок 13 формирователей, который в соответствии с заданной микропроцессорным блоком 8 программой осуществляет формирование управляющих сигналов, необходимых для управления блоками газоанализатора. Обработка информации, поступающей с измерительных датчиков 7 сенсорных блоков 6, осуществляется микропроцессорным блоком 8.

При втором варианте выполнения газового анализатора (см. рис.2) в режиме измерения воздушный поток вначале проходит через блок 14 сепарации, который, может быть выполнен в виде картриджа, заполненного специальным сорбентом. Использование воздуха, прошедшего через блок сепарации, и соответственно очищенного от примесей существенно увеличивает точность детектирования и уменьшает число ложных срабатываний при наличии в атмосфере примесей, влияющих на процесс десорбции и измерения. Подключение измерительных каналов 1, 2 к блоку 14 сепарации и отключение этих каналов от блока сепарации осуществляется с помощью электромагнитных переключателей газового потока 15, установленных между блоком 14 сепарации и входами соответствующих блоков 3 концентрации. При отключении измерительных каналов 1, 2 от блока 14 сепарации воздушный поток поступает непосредственно в измерительные каналы 1, 2 (минуя блок 14 сепарации). Далее функционирование газоанализатора осуществляется так же, как и при его реализации по первому варианту.

1. Газовый анализатор, содержащий измерительные каналы, каждый из которых состоит из сенсорного блока с измерительным датчиком и электронагревателем, подключенным к терморегулятору, выходы измерительных каналов подключены к побудителю расхода, а выходы измерительных датчиков сенсорных блоков соединены с соответствующими входами микропроцессорного блока, отличающийся тем, что в каждом измерительном канале на входе сенсорного блока установлен блок концентрации, снабженный электронагревателем и средством охлаждения, а вход и выход сенсорного блока соединены между собой через электромагнитный клапан, при этом управляющие входы электромагнитного клапана, терморегулятора сенсорного блока, электронагревателя и средства охлаждения блока концентрации, а также управляющий вход побудителя расхода подключены к соответствующим выходам блока формирователей управляющих сигналов, вход которого соединен с выходом микропроцессорного блока.

2. Газовый анализатор по п.1, отличающийся тем, что побудитель расхода содержит один насос.

3. Газовый анализатор по п.1, отличающийся тем, что побудитель расхода содержит несколько насосов.

4. Газовый анализатор, содержащий измерительные каналы, каждый из которых состоит из сенсорного блока с измерительным датчиком и электронагревателем, подключенным к терморегулятору, выходы измерительных каналов подключены к побудителю расхода, а выходы измерительных датчиков сенсорных блоков соединены с соответствующими входами микропроцессорного блока, отличающийся тем, что в него введен блок сепарации, в каждом измерительном канале на входе сенсорного блока установлен блок концентрации, снабженный электронагревателем и средством охлаждения, а вход и выход сенсорного блока соединены между собой через электромагнитный клапан, при этом управляющие входы электромагнитного клапана, терморегулятора сенсорного блока, электронагревателя и средства охлаждения блока концентрации, а также управляющий вход побудителя расхода подключены к соответствующим выходам блока формирователей управляющих сигналов, вход которого соединен с выходом микропроцессорного блока, входы блоков концентрации измерительных каналов соединены с блоком сепарации через соответствующие электромагнитные переключатели газового потока, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам блока формирователей управляющих сигналов.

5. Газовый анализатор по п.4, отличающийся тем, что побудитель расхода содержит один насос.

6. Газовый анализатор по п.4, отличающийся тем, что побудитель расхода содержит несколько насосов.