ГАЗОВЫЙ СИГНАЛИЗАТОР ПОВЫШЕННОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ

Полезная модель относится к измерительной технике - устройствам анализа газа в окружающей среде, а именно к устройству газоаналитических приборов. Может быть использовано для количественного определения содержания газа в окружающем воздухе и сигнализации в случае достижения его предельных значений.
Известен газоанализатор (патент 2094794 от 27.09.1997, МПК G01N 27/407). Он содержит источник напряжения, твердоэлектролитный чувствительный элемент с электродами и нагревателем, подключенным к выходу регулятора температуры, усилитель, блок индикации и мультиплексор, он снабжен также двумя сумматорами, блоком деления, блоком памяти, блоком управления и блоком линеаризации. Недостаткам такого газоанализатора является использование его только для количественного определения одного вещества - фтора.
Известен газоанализатор (патент №2091781 от 27.09.1997, МПК G01N 27/00, G01N 27/12). Он содержит сенсорную головку, включающую чувствительный элемент, и измерительную схему, нагрузочный резистор и шины питания и измерительно-сигнализирующее устройство, содержащее измерительную схему, шины питания, преобразователь ток-напряжение и компенсирующий каскад. Данное устройство использовано при разработке газоанализаторов сероводорода 666 ЭХ 15, 666 ЭХ16, двуокиси серы, окиси углерода, метана 604 ЭХ07, аммиака 342 ЭХ03, 342 ЭХ04, 342 ЭХ05, хлора 662 ЭХ05. Недостаткам такого газоанализатора является низкая чувствительность определяемых веществ.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является «Газоанализатор» (патент РФ на изобретение №2209419, G01N 27/00). Газоанализатор содержит собственно датчик газа, дроссель потока, побудитель расхода газа, блок обработки информации, аналогово-цифровой преобразователь, цифровой индикатор содержания газа, световую сигнализацию предельных содержаний, звуковой зуммер предельных содержаний. Работает газоанализатор следующим образом. Входной поток окружающего газа побудителем расхода протягивается через собственно датчик
определенного газа и дроссель потока газа и выбрасывается выходящим потоком в окружающую среду. Выходная информация датчика газа поступает на блок обработки информации и через аналогово-цифровой преобразователь поступает на цифровой индикатор содержания газа, а также на сигнализацию предельных содержаний газа световую и звуковую. Однако для данного газоанализатора также характерна низкая чувствительность определяемых веществ, находящихся в окружающем воздухе.
Задачей полезной модели является повышение чувствительности определения вредных веществ.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в ведении в газосигнализатор накопителя с термонагревательным элементом, создающих микроконцентрацию вредных веществ для ее дальнейшего анализа.
Поставленная задача достигается тем, что газовый сигнализатор повышенной чувствительности содержит пневматический насос, поликапиллярную газохроматографическую колонку, детектор газа, базу данных определяемых вредных веществ, блок обработки информации, аналогово-цифровой преобразователь и средства индикации и сигнализации. При этом устройство отличается тем, что в него добавлен накопитель, размещенный на входе поликапиллярной газохроматографической колонки таким образом, что между его входом и выходом пневматического насоса образованы две параллельные воздушные ветви, в одной из которых установлен фильтр и дроссель газового потока, а в другой - управляемый дроссель газового потока, причем выходы дросселей через нормально закрытые электропневмоклапаны соединены с входом накопителя, выход которого через нормально закрытый электропневмоклапан соединен как с поликапиллярной газохроматографической колонкой, так и с дросселем газового потока.
Газовый сигнализатор представлен на рисунке,
где: 1 - пневматический насос;
2 - фильтр;
3 - управляемый дроссель газового потока;
4 - дроссель газового потока;
5, 6, 9 и 10 - электропневмоклапаны;
7 - накопитель;
8 - термонагревательный элемент;
11 - поликапиллярная газохроматографическая колонка;
12 - детектор газа;
13 - аналого-цифровой преобразователь;
14 - устройство базы данных определяемых вредных веществ;
15 - устройство обработки информации (микропроцессор);
16 - цифровой индикатор содержания определяемого газа в воздушной среде;
17 - световая сигнализация содержания вредного газа;
18 - звуковая сигнализация содержания вредного газа;
19 - таймер.
Газовый сигнализатор можно представить в виде двух блоков: измерительного А и сигнализации Б, а также пневматического насоса 1.
Блок измерительный А предназначен для передачи служебную информацию на блок сигнализации Б, который ее отображает.
Блок измерительный А может находиться в следующих режимах:
- режим подготовки;
- рабочий режим;
- режим диагностики;
- режим тренировки;
В дальнейшем будут рассмотрены только первые два режима.
В режиме подготовки производится прогрев, термостатирование узлов и подстройка параметров.
В рабочем режиме происходит ввод, анализ и идентификация исследуемого воздуха в соответствии с таблицей измеряемых компонентов и дальнейшую сигнализацию и индикацию параметров.
Блок измерительный А состоит из насоса 1; фильтра 2; управляемого дросселя газового потока 3; дросселя газового потока 4; электропневмоклапанов 5, 6, 9 и 10, 7; накопителя 7 с термонагревательным элементом 8; поликапиллярной газохроматографической колонки 11; детектора газа 12; аналого-цифрового преобразователя 13 и устройства базы данных определяемых вредных веществ 14.
Блок сигнализации Б предназначен для:
- вывода световых сигналов ОПАСНО, ГОТОВ, НЕИСПРАВНО и ВВОД и СЕТЬ;
- выдачи звукового сигнала;
- изменения режимов работы прибора;
- отображения текущего режима работы прибора:
- вывода кода неисправности самодиагностики прибора;
- отображения служебной информации при техническом обслуживании прибора;
- контроля связи с блоком измерительным.
Блок сигнализации Б состоит из устройства обработки информации (микропроцессора) 15; цифрового индикатора содержания определяемого газа в воздушной среде 16; световой сигнализации содержания вредного газа 17; звуковой сигнализации содержания вредного газа 18 и таймера 19.
Устройство работает следующим образом.
Режим подготовки к работе.
При подготовке к работе окружающая воздушная среда посредством пневматического насоса 1 подается на фильтр 2, где происходит очистка окружающего воздуха от различных примесей и тем самым формируется газ - носитель, который далее последовательно поступает на дроссель 4, в поликапиллярную газохроматографическую колонку 11, детектор газа 12 типа спектрометр ионной подвижности и выбрасывается в окружающею среду. При этом электропневмоклапаны 5, 6, 9 и 10 находятся в положении «закрыто».
Работа газосигнализатора включает накопление пробы воздушной среды, термодесорбция и ввод пробы, анализ пробы. Рассмотрим их в указанной последовательности.
Накопление пробы воздушной среды.
В процессе накопления пробы воздушной среды электропневмоклапаны 5 и 10 находятся в положении «закрыто», а электропневмоклапаны 6 и 9 в положении «открыто».
Окружающая воздушная среда посредством пневматического насоса 1 подается на управляемый дроссель 3, затем через электропневмоклапан 6 на накопитель (концентратор) 7 с сорбентом Теnах 60/80 mehs и через электропневмоклапан 10 выбрасывается в окружающею среду. При этом сорбент, находящийся в накопителе 7, поглощает содержащиеся в воздушной среды вредные вещества (соединения).
По завершению накопления пробы воздушной среды начинается процесс термической десорбции.
Термодесорбция и ввод пробы.
При термической десорбции веществ (соединений) из сорбента накопителя электропневмоклапаны 10 5, 6, 9 и 10 находятся в положении «закрыто». Посредством термонагревательного элемента 8 происходит разогрев накопителя 8 да заданной температуры. После чего электропневмоклапаны 5 и 10 переводятся в положение «открыто». Посредством дросселя 4 в накопитель 7 осуществляется подача газа - носителя, в результате чего десорбированные с сорбента накопителя 7 вредные вещества (соединения) подаются в поликапиллярную газохроматографическую колонку 11, а затем через детектор газа 12 выбрасывается в окружающею среду. По завершению подачи в поликапиллярную газохроматографическую колонку 11 десорбированных с сорбента накопителя 7 веществ (соединений) электропневмоклапаны 5 и 10 переводятся в положение «закрыто».
Анализ пробы
Анализ пробы основан на газохроматографическом разделении анализируемой пробы окружающего воздуха, последующей ионизации радиоактивным источником пробы и регистрации ионного тока. При этом десорбированные с сорбента Теnах 60/80 mehs накопителя 7 вещества (соединения) поступают в поликапиллярную газохроматографическую колонку 11, где происходит разделение веществ в соответствии с их природой. Затем сигнал последовательно поступает в детектор газа 12 типа спектрометр ионной подвижности.
В датчике 12 происходит регистрация и идентификация компонентов входного потока анализируемого окружающего воздуха в соответствии с их природой. Далее аналоговый сигнал усиливается и преобразуется в цифровой.
Выходная информация от датчика газа 12 поступает на аналого-цифровой преобразователь 13 одновременно с информацией от устройства базы данных определяемых вредных веществ 14, где идентифицируется с выделенными составляющими измеряемого газа и сравниваются с их предельно допустимыми концентрациями. Эта разность характеризует не только наличие конкретного вредного вещества в воздухе, но и отклонение его концентрации от табличного значения, т.е. абсолютную концентрацию вредных веществ.
Далее итоговая информация поступает на блок сигнализации Б. При этом через устройство обработки информации (микропроцессор) 15 сигнал поступает на цифровой индикатор содержания газа 16, а также на сигнализацию предельных содержаний газа световую 17 и звуковую 18 с одновременным включением таймера 19.
Таким образом, высокая чувствительность газового сигнализатора достигается за счет использования накопителя с термонагревательным элементом, создающих микроконцентрацию вредных веществ для ее дальнейшего анализа.
Дальнейший анализ пробы микроконцентрации вредных веществ осуществляется с использованием поликапиллярной газохроматографической колонки 5, в которой происходит разделение пробы исследуемой среды на составные компоненты, которые позволяют регистрировать и идентифицировать требуемые составные части окружающего воздуха.
Каждый новый цикл измерения начинается с ввода пробы.
На этапе идентификации в дополнение к основной программе идентификации вещества и изменению сигнала ОПАСНО, анализируется степень чистоты датчика 6. В зависимости от результатов анализа, при удовлетворительной чистоте датчика цикл повторяется. При наличии загрязнения, ввод пробы не выполняется и выполняется автоматическая очистка измерительного блока. В рабочем режиме контролируются и поддерживаются параметры, влияющие на работу блока.
Использование предлагаемого газовый сигнализатор позволяет существенно повысить его чувствительность при анализе газового потока из окружающей среды, а также позволяет проводить анализ газовых сред, содержащих широкий спектр различных соединений.
Предложенный газовый сигнализатор имеет промышленное применение на предприятиях химической и перерабатывающей промышленности, в металлургии, галлургии и других отраслях промышленности. Кроме того, газовый сигнализатор может применяться в качестве автономного средства химического контроля воздуха производственных и иных помещений, на объектах по хранению и уничтожению химического оружия, передвижных лабораториях.