ГАЗОВЫЙ СИГНАЛИЗАТОР ПОВЫШЕННОЙ СПЕЦИФИЧНОСТИ

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 РФ №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. Недостатком такого газоанализатора является использование его только для количественного определения одного вещества - фтора.
Известен также анализатор японской фирмы "RUKEM KEUKU" типа ЕС-565, содержащий побудитель расхода, дроссель, электрический элемент на определяемый газ, блок обработки информации, аналогово-цифровой преобразователь, цифровой индикатор, сигнальную лампу и звуковой зуммер. Однако и он имеет ограниченное применение по причине невысокой специфичности.
Известен газоанализатор (патент РФ №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 ЭХ15, 666 ЭХ16, двуокиси серы, окиси углерода, метана 604 ЭХ07, аммиака 342 ЭХ03, 342 ЭХ04, 342 ЭХ05, хлора 662 ЭХ05.
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 данный газоанализатор может быть использован для определения содержания только определенного газа, находящегося в окружающем воздухе.
Задачей полезной модели является расширение перечня определяемых соединений в различных многокомпонентных газовых смесях за счет повышения специфичности газового сигнализатора.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в расширении числа определяемых вредных веществ за счет введения в устройство поликапиллярной газохроматографической колонки, соединенной с датчиком газа, выполненного в виде спектрометра ионной подвижности.
Поставленная задача достигается тем, что газовый сигнализатор повышенной специфичности содержит собственно датчик газа, дроссель потока, побудитель расхода газа, блок обработки информации, аналогово-цифровой преобразователь и средства индикации и сигнализации. При этом устройство отличается тем, что добавлена поликапиллярная газохроматографическая колонка, размещенная на входе собственно датчика газа, выполненного в виде спектрометра ионной подвижности, побудитель расхода газа представляет собой насос, установленный на входе устройства, а между входом насоса и поликапиллярной газохроматографической колонкой образованы две параллельные воздушные ветви, в одной из которых установлен дроссель газового потока и фильтр, а в другой - управляемый дроссель газового потока, имеющий устройство для сброса в атмосферу, при этом вход блока обработки информации соединен с блоком базы данных определяемых вредных веществ.
Газовый сигнализатор представлен на фиг.1:
1 - насос;
2 - дроссель газового потока;
3 - управляемый дроссель газового потока;
4 - фильтр;
5 - поликапиллярная газохроматографическая колонка;
6 - собственно датчик на определенный газ;
7 - устройство обработки информации (микропроцессор);
8 - устройство базы данных определяемых вредных веществ;
9 - аналого-цифровой преобразователь;
10 - цифровой индикатор содержания определенного газа в воздушной среде;
11 - световая сигнализация о содержании газа;
12 - звуковая сигнализация о содержании газа;
13 - таймер.
Газовый сигнализатор можно представить в виде двух блоков: измерительного А и сигнализации Б и побудитель расхода газового потока 1.(фиг.1).
Блок измерительный А предназначен для передачи служебной информации 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, диагностика и подстройка параметров.
В рабочем режиме происходит циклический ввод, анализ и идентификация воздуха в соответствии с таблицей измеряемых компонентов.
Блок измерительный А состоит из насоса 1, дросселя газового потока 2, управляемого дросселя газового потока 3, фильтра 4, поликапиллярной газохроматографической колонки 5, собственно датчика на определенный газ 6, блока обработки информации (микропроцессора) 7, блока базы данных определяемых вред-
данных определяемых вредных веществ 8.
Блок сигнализации Б предназначен для:
- вывода световых сигналов ОПАСНО, ГОТОВ, НЕИСПРАВНО и ВВОД и СЕТЬ;
- выдачи информационного сигнала типа "сухой контакт";
- 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 аналого-цифрового преобразователя 9, цифрового индикатора содержания определенного газа в воздушной среде 10, световой сигнализации о содержании газа 11, звуковой сигнализации о содержании газа 12, таймера 13.
Устройство работает следующим образом.
Режим подготовки.
Поток окружающего воздуха под действием насоса 1 подается на вход газового сигнализатора повышенной специфичности. Далее поток разделяется.
Одна его часть через дроссель газового потока 2 и фильтр 4 обеспечивает непрерывную подачу с заданным значением расхода и подается на вход поликапиллярной газохроматографической колонки 5. Фильтр 4 обеспечивает очищение от примесей (органических и не органических соединений) окружающего воздуха.
Одновременно другая часть входного потока окружающего воздуха подается на управляемый дроссель газового потока 3, который предварительно настраивается на заданное значение расхода окружающего воздуха за счет его дальнейшего сброса в атмосферу, а затем перекрывается. Таким образом, на вход поликапиллярной газохроматографической колонки 5 в качестве газа-носителя подается очищенный окружающий воздух.
Далее очищенный окружающий воздух подается на собственно датчик газа 6, который выполняется в виде спектрометра ионной подвижности и затем выбрасывается в окружающую среду.
На выходе устройства обработки информации 7 сигнал отсутствует, что свидетельствует о том, что газовый сигнализатор подготовлен к работе.
Рабочий режим.
Принцип действия устройства основан на газохроматографическом разделении анализируемой пробы окружающего воздуха, последующей ионизации радиоактивным источником пробы и регистрации ионного тока.
По команде системы управления управляемый дроссель газового потока 3 подает строго дозированную часть входного потока анализируемого окружающего воздуха импульсно в поликапиллярную газохроматографическую колонку 5. В ней происходит газохроматографическое разделение образца (пробы) входного потока анализируемого окружающего воздуха на компоненты, которые в зависимости от времени удерживания в поликапиллярной газохроматографической колонке 5, на выходе которой установлена камера с радиоактивным источником, под действием которой часть пробы ионизируется, последовательно подаются в датчик типа спектрометра ионной подвижности 6.
В датчике 6 происходит регистрация и идентификация компонентов входного потока анализируемого окружающего воздуха в соответствии с их природой.
При этом полученные ионы импульсно вводятся в зону дрейфа, где под действием слабого постоянного электрического поля происходит разделение ионов в соответствии с их подвижностью. В конце дрейфовой зоны установлен собирающий коллектор, соединенный с электрометрическим усилителем. Далее аналоговый сигнал усиливается электрометрическим усилителем и преобразуется в цифровой.
Выходная информация от датчика газа 6 поступает на блок обработки информации 7 одновременно с информацией от устройства базы данных определяемых вредных веществ 8, где идентифицируется с выделенными составляющими измеряемого газа и сравниваются с их предельно допустимыми концентрациями.
Далее итоговая информация поступает на блок сигнализации Б. При этом через цифроаналоговый преобразователь 9 поступает на цифровой индикатор содержания газа 10, а также на сигнализацию предельных содержаний газа световую 11 и звуковую 12 с одновременным включением таймера 13.
Таким образом, высокая специфичность достигается за счет использования поликапиллярной газохроматографической колонки 5 в сочетании с датчиком 6, выполненного в виде спектрометра ионной подвижности.
В ней происходит разделение пробы исследуемой среды на составные компоненты
и последующая регистрация и идентификация этих компонентов в датчике 6, выполненного в виде спектрометра ионной подвижности, что в совокупности позволяет 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 в предлагаемом газовом сигнализаторе поликапиллярной газохроматографической колонки 5 соединенной с датчиком 6, выполненным в виде спектрометра ионной подвижности позволяет существенно повысить его специфичность 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 др. отраслях промышленности, где принципиально важна работа датчика при повышенном содержании в окружающей среде большого количества различных соединений. 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.