ДЕТЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

ДЕТЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
Решение относится к области аналитического приборостроения, предназначено для обнаружения и количественного определения компонентов анализируемой смеси и может использоваться в газоанализаторах, течеискателях, а также в системах контроля технологической атмосферы в различных отраслях промышленности, особенно если компонентами смеси являются взрыво- или пожароопасные газы.
Известно детектирующее устройство, содержащее измерительную и сравнительную камеры с расположенными в них чувствительными элементами, которые соединены с источником питания, и мостовую измерительную схему, в два смежных плеча которой включены проволочные сопротивления или термисторы, а в диагональ - регистрирующее устройство  Тхоржевский В.П. Автоматический анализ газов и жидкостей на химических предприятиях.- М:Химия,1976.- С.71-73 . При этом рабочая и сравнительная газовые смеси прокачиваются через соответствующие ячейки при помощи насоса.
Недостатком известного устройства является наличие нескольких источников питания (отдельно для электрической и пневматической схем устройства), высокий уровень щумов, вызванных работой насоса, производящего прокачку смеси.
Насос и электрическая схема устройства обеспечиваются питанием от источника, включающего выпрямители, преобразователи напряжения и др., а также трансформатор, преобразующий напряжение от электросети. К тому же, при работе устройства в помещении со взрыво- и пожароопасными смесями от сети (220 В) не обеспечиваются требования взрывобезопасности. В этом случае необходимо использовать специальные средства
МПКО 01 N27/18
взрывозащиты, которые дополнительно ведут к увеличению массы и габаритов устройства. Однако, использование насоса в детекторе по теплопроводности не оправдано, так как для детектора подобного типа необходимо строгое постоянство расходов смеси через ячейки; насос же подает смесь толчками, что вызывает дополнительные шумы (мало устраняемые даже при использовании дросселей), уменьшающие чувствительность устройства.. Данные недостатки делают невозможным получение устройства в портативном переносном исполнении для работы в помещениях с обращающимися взрыво- и пожароопасными смесями.
Наиболее близким к заявляемому является детектирующее устройство, содержащее пневматическую схему, включающую измерительную и сравнительную проточные камеры, в которых размещены бескорпусные полупроводниковые чувствительные элементы, соединенные с источником питания, дифференциальную измерительную схему, устройство обработки информации. Бескорпусные полупроводниковые чувствительные элементы выполнены в виде биполярных транзисторов, подсоединенных по диодной схеме параллельно , а последовательно с ними включены элементы гальванической развязки  А. С. СССР № 529405, МПК G 01 N 27/18, G 01 N 31/08 опубл. 25.09.76 г. Питание электрической схемы устройства осуществляется от гальванических элементов питания.
Однако указанное устройство таюке не удовлетворяет требованиям газового анализа, предъявляемым к переносным детектирующим устройствам. Данный способ питания не удобен, т.к. требуется очень большое количество гальванических элементов питания, которые часто выходят из строя. А кроме того, по мере уменьшения заряда в гальванических элементах питания напряжение питания уменьшается, что отражается на ухудшений чувствительности прибора, т.к. выходные характеристики полевых транзисторов сильно зависят от приложенного напряжения.
Задачей предлагаемого решения является усовершенствование детектирующего устройства для определения состава анализируемой смеси.
Технический результат от использования полезной модели заключается в увеличении чувствительности устройства за счет уменьшения коэффициента шума, а также более стабильной работы устройства.
Технический результат достигается тем, что в детектирующем устройстве, содержащем пневматическую схему, включающую измерительную и сравнительную проточные камеры, в которых размещены бескорпусные полупроводниковые чувствительные элементы, соединенные с источником питания, дифференциальную электрическую схему, устройство обработки информации, источник питания выполнен в едином блоке для дифференциальной электрической и пневматической схем устройства, состоящем из турбины, соединенной COOCVHO с магнитом, представляющим с катушкой генератор двух переменых напряжений, блоков преобразования и стабилизации получающегося напряжения для питания электрической схемы устройства, а таюке эжектора, подключенного на линии сброса турбины для осуществления одновременного питания пневматической схемы устройства.
Применение миниатюрных бескорпусных полевых транзисторов, размещенных в проточных камерах, позволяет получить хорошие динамические характеристики; кроме того, полевые транзисторы ( например, с управляющим р-п переходом) имеют большую чувствительность на температурные колебания, вызванные изменением теплопроводности среды. Коэффициент преобразования по температуре полевого транзистора на порядок
управляющим р-п переходом) имеют малый уровень шумов по сравнению с указанными приборами.
На фиг. представлена схема детектирующего устройства.
Устройство содержит чувствительные элементы 1 и 2, расположенные в измерительной 3 и сравнительной 4 камерах датчика 5. Чувствительными элементами служат бескорпусные полевые транзисторы с управляющим р-п переходом, включенные симметрично в два каскада сравнительного и измерительного каналов, которые составляют дифференциальную электрическую измерительную схему 6 устройства. В измерительную диагональ схемы подключено устройство обработки информации 7. В случае необходимости перед устройством обработки информации 7 может быть включен усилитель 8. Кроме того, детектирующее устройство содержит источник питания 9, выполненный в едином блоке и предназначенный для одновременного питания как дифференциальной электрической 6, так и пневматической 10 схем устройства. Одним из элементов источника питания 9 является миниатюрная турбина (например, пневмотурбина для стоматологических мащин) 11, установленная на линии подачи промышленного воздуха. Турбина 11 соединена соосчно с магнитом 12, который вместе с катушкой 13 представляет генератор двух переменных напрюкений. Для преобразования, выпрямления и стабилизации двух полученных напряжений, необходимых для питания электрической схемы устройства, служат выпрямители 14 и 15, фильтры 16 и 17, стабилизаторы 18 и 19. На линии сброса турбины 11 установлен эжектор 20 для питания пневматической схемы устройства 10. Дроссели 21-25 предназначены для стабилизации расходов: 21- расхода смесей через датчик 5 устройства; 22 и 23 расходов через измерительную 3 и сравнительную 4 камеры датчика 5 соответственно; 24
Детектирующее устройство работает следующим образом. Воздух от линии промышленного пневмопитания подается па турбину 11, приводя во вращательное движение лопасти турбины и соединенный соос-но с ней магнит 12. При вращении магнита 12 в обмотках катущки 13 наводятся ЭДС (две обмотки; напряжения Ui и U2 имеют разные знаки, измеряются относительно корпуса). Оба переменных напряжения Ui и U2 преобразуются в постоянные U и U2. При помощи выпрямителей 14 и 15 напряжения выпрямляются до пульсирующих, которые сглаживаются фильтрами 16 и 17, а затем преобразуются в постоянные с помощью стабилизаторов 18 и 19 (например, параметрических стабилизаторов напряжения на кремниевых термокомпенсированных стабилитронах). Два напряжения Ul и U2 необходимы для питания дифференциальной электрической схемы 6 устройства и управления ее параметрами (настройки). Величины Ul и U2 определяются количеством витков обмоток катущки 13 и частотой вращения магнита 12, которая, в свою очередь, зависит от расхода поступающего воздуха, устанавливаемого дросселем 24. Па линии сброса турбины 11 располагается эжектор 20, при помощи которого прокачиваются анализируемая и сравнительная газовые смеси через измерительную 3 и сравнительную 4 камеры датчика 5 соответственно.
При прохождении через измерительную 3 и сравнительную 4 камеры чистого газа (например, воздуха) теплопроводность газа в обеих камерах одинакова, следовательно, и одинаковая температура чувствительных элементов 1 и 2. Токи, проходящие через параллельные цепи, в которых включены чувствительные элементы 1 и 2 , равны. При этом не возникает разбаланса дифференциальной электрической схемы 6, т.е. сигнал на выходе отсутствует. При подаче в измерительную камеру 3 смеси чистого газа с компонентом, концентрацию которого необходимо измерить, теплоотвод от рабочего и измерительного чувствительных элементов 1 и 2 становится различным вследствие различия теплопроводностей чистого газа и его смеси с анализируемым компонентом. Это сопровождается изменением температуры измерительного чувствительного элемента 1, а, следовательно, и его электрических параметров , что приводит к разбалансу дифференциальной электрической схемы 6. Сигнал рассогласования, пропорциональньгй изменению теплопроводности смеси в измерительной камере 3, усиливается устройством 8 и фиксируется устройством обработки информации 7.
Расходы смесей в камерах 3 и 4 устанавливаются равными при помощи дросселей 21 23. Дросселем 25 устанавливается расход воздуха, подаваемого на эжектор 20.
Такое решение позволяет достигнуть сразу нескольких результатов. Питание дифференциальной электрической 6 и пневматической 10 схем устройства осуществляется от единственной линии пневмопитания, которая имеется в любом промышленном помещении с обращающимися взрыво- и пожароопасными веществами. Благодаря этому экономится электроэнергия, а также увеличивается удобство использования устройства, так как при этом оно не связано с проводами с электросетью и не имеет громоздких блоков преобразования напряжения (например, трансформаторов) или большого количества гальванических элементов питания. Все элементы блока питания 9, включая турбину, магнит и эжектор, имеют миниатюрное исполнение; блоки преобразования и стабилизации напряжения выполнены на микросхемах. Таким образом, устройство имеет меньшие габариты и массу. На его основе можно построить портативное газоаналитическое или течеискательное устройство для использования в переносном исполнении. К тому же, даже при пробое чувствительных элементов и замыкании дифференциальной электрической схемы не может развиться мощность больше 75 мВт (ограничения для взрыво- и пожароопасных помещений), что вполне может произойти при использовании гальванических элементов питания или электросети. А также исключается нежелательный ( а в некоторых случаях и
аварийный) режим работы (без прокачьси анализируемой и сравнительной смесей через камеры датчика с чувствительными элементами) за счет отключения электрической схемы при отсутствии пневмопитания, т.е. обеспечиваются требования взрывобезопасности. Кроме того, осуществляется утилизация сбросового воздуха турбины и, соответственно, дополнительная экономия энергии. И, наконец, предлагаемое детектирующее устройство обладает большей чувствительностью за счет уменьшения коэффициента шума, вследствие отсутствия пульсаций расходов смеси, вызванных работой насоса, а также более стабильной работы устройства.