ДЕТЕКТОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗА, ПАРОВ И ПЫЛИ В ВОЗДУХЕ
AIRBORNE DUST, VAPOUR AND GAS DETECTOR

Изобретение относится к технике проведения экспрессного анализа воздуха или смесей газов, в том числе для определения концентраций газов, паров, пыли в воздухе во внелабораторных условиях в режиме «на месте».
В настоящее время рынок газовых датчиков и анализаторов представлен различными по природе функционирования и эксплуатационным характеристикам системами. Принципиально они делятся на системы непрерывного и периодического действия. Системы непрерывного действия малогабаритны, но, как правило, высокоселективны к отдельным газам, а газоанализаторы имеют ограничения по группе определяемых компонентов воздуха, шкала их часто отградуирована в единицах концентрации одного газа, для их устойчивого функционирования необходимы определенные исходные условия (по чистоте или влажности воздуха, нахождения в пространстве или источника питания и т.п.).
Техническая задача изобретения заключается в разработке детектора для определения газа, паров и пыли в воздухе, позволяющего совместить некоторые характеристики датчиков и анализаторов, как то: минимальные размеры, экспрессность получения информации, автономность или многовариантность питания, легкое управление и изменение селективности к определяемым газам, возможность измерения уровня пыли, длительное сохранение эксплуатационных характеристик при широкой вариации свойств анализируемой воздушной среды, возможности диагностирования воздуха во внелабораторных условиях в режиме «на месте» с сохранением информации для переноса данных об измерении.
Для решения технической задачи изобретения предложен детектор для определения газа, паров и пыли в воздухе, который содержит миниатюрный корпус с крышкой и с выдвигающейся с помощью слайдера подвижной верхней панелью, на которой в верхней части вмонтированы гнезда для пьезосенсора с чувствительным пленочным покрытием для детектирования компонентов воздуха или пыли, внутри корпуса под панелью с пьезосенсором расположены миниатюрная схема возбуждения, соединенная с микропроцессором для регистрации, преобразования сигнала пьезосенсора, передачи его на цифровое табло и сохранения в памяти, приводящиеся в действие автономно от встроенного в корпус элемента питания или от внешнего источника, в нижней части корпуса расположены выходы для зарядного устройства и совмещения с компьютером для переноса информации из памяти, на одной из боковых поверхностей миниатюрного корпуса размещены кнопка включения, цифровое табло для отображения регистрируемого сигнала.
Технический результат заключается в мобильности и компактности детектора с минимальными размерами при сохранении всех рабочих функций (генерация колебаний пьезосенсора, автономное или внешнее питание, регистрация, обработка и сохранение информации) за счет применения миниатюрной микросхемы и программируемого микропроцессора, возможности применения компактных источников питания с резервом времени или применения внешнего источника питания; в экспрессном получении результатов анализа воздуха или смесей газов, пыли, в том числе во внелабораторных условиях без пробоотбора и пробоподготовки (диагностика воздуха помещений, рабочих зон, анализ пробы в режиме «на месте»); в легком управлении и изменении селективности к определяемым газам, возможности измерения уровня пыли за счет быстрой смены пьезосенсоров на выдвижной панели устройства, которые являются комплектующими элементами детектора; в длительном сохранении эксплуатационных характеристик при широкой вариации свойств анализируемой воздушной среды за счет дискретного режима измерения и прекращения нагрузки пьезосенсора путем перемещения его в корпус после определенного времени контакта с анализируемой средой; в возможности сохранения информации для переноса данных об измерении за счет имеющейся встроенной памяти и выхода на компьютер (адаптер).
Фиг.1 - Положение слайдера «0»:
а) общий вид детектора; б) фронтальный разрез.
Фиг.2 - Положение слайдера «1»:
а) общий вид детектора; б) фронтальный разрез.
Детектор для определения газа, паров и пыли в воздухе (Д-1, фиг.1, 2) состоит из миниатюрного корпуса 1 с крышкой 2, с подвижной верхней панелью 4, выдвигающейся из корпуса с помощью слайдера 3. На верхней поверхности подвижной панели 4 вмонтированы гнезда для пьезосенсора 5, соединенные удлиненными креплениями 6 с расположенными внутри корпуса миниатюрной схемой возбуждения 7, микропроцессором 8 для регистрации, преобразования сигнала пьезосенсора, передачи его на цифровое табло 9, сохранения в памяти, сменными аккумуляторами или иными элементами питания 10. На боковой поверхности корпуса расположено цифровое табло 9 для отображения регистрируемого сигнала пьезосенсоров, световой индикатор готовности устройства к работе 11, кнопка включения 12, в нижней части корпуса расположены выход 13 для зарядного устройства или к блоку питания и выход для совмещения с компьютером 14.
Детектор для определения газа, паров и пыли в воздухе работает следующим образом.
Снимают крышку 2 и выдвигают подвижную панель 4 детектора из корпуса 1 путем установки слайдера 3 в положение «1» (фиг.2). Слайдер закреплен на боковой панели миниатюрного, например размером 5×3×1 см, корпуса 1, размеры которого определяются размерами встроенных блоков-схемы возбуждения и микросхемы, элементов питания. Пьезосенсор 5, например, с селективным покрытием к фенольным соединениям помещают в гнезда на подвижной панели. Через удлиненные крепления (провода) 6, которые обеспечивают устойчивую работу пьезосенсора в обоих положениях выдвижной панели («0» - фиг.1 и «1» - фиг.2), пьезосенсор соединен с миниатюрной схемой возбуждения 7, с микропроцессором 8 для регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло 9 (боковая поверхность корпуса), которые расположены внутри корпуса детектора и приводятся в действие от сменных аккумуляторов или иных элементов питания 10. Автономные источники питания при необходимости можно заряжать (выход 13).
После установки пьезосенсора на подвижной панели слайдер 3 переводят в положение «0» (фиг.1), при этом пьезосенсор перемещается в корпус. Включают детектор кнопкой 12 (загорается световой индикатор 11), и на цифровом табло 9 высвечивается исходная частота пьезосенсора.
Готовность к измерению определяется стабильностью исходной частоты колебания пьезосенсора, изменения которой в зависимости от природы пленочного покрытия должна составлять не более 3-7 Гц. Далее проводят детектирование соответствующих газов (в примере - фенолов) в воздухе. Для этого перемещают слайдер 3 в положение «1» (фиг.2) (пьезосенсор перемещается из корпуса в тестируемую среду). Газы самопроизвольно диффундируют к поверхности пленочного покрытия, взаимодействуют с ним определенное время, которое зависит от особенностей реакции между газом и пленочным покрытием, при этом изменяется частота колебаний пьезосенсора и наблюдается уменьшение частоты на табло. Через определенное время слайдер переводят в положение «0», пьезосенсор перемещается в корпус, и прекращается изменение частоты колебаний. Рассчитывают разницу между исходным и установившимся значением частоты колебаний пьезосенсора (ΔF, Гц), которую переносят в память.
Определяют концентрацию детектируемых газов, пыли по уравнению градуировочной функции для каждого пьезосенсора
а
х
ΔР=·С+в,
а
где  - коэффициент чувствительности градуировочной функции, в - уровень шумов - индивидуальны для каждого пьезосенсора, определяются природой пленочного покрытия, находятся по стандартным смесям газов (прилагаемые к каждому пьезосенсору характеристики).
Если необходимости мгновенного принятия решения нет, то проводят измерения, а результаты заносят в короткую память детектора с последующим переносом в компьютер с базой данных и обработкой.
Если на пленочном покрытии протекает обратимая реакция, то для повторного применения пьезосенсор регенерируют в токе осушенного воздуха. Восстановления не требуется, когда протекает на пленочном покрытии необратимая реакция газов (при этом указано, на какое число измерений рассчитан пьезосенсор). Для восстановления рабочих характеристик таких элементов необходимо смыть пленочное покрытие с кварца и нанести новое либо приобрести готовый пьезосенсор.
Предложенный миниатюрный детектор для определения газа, паров и пыли в воздухе (для определения концентрации газов, паров, пыли) позволяет:
1) увеличить мобильность и компактность детектора с минимальными размерами при сохранении всех рабочих функций (генерация колебаний пьезосенсора, автономное или внешнее питание, регистрация, обработка и сохранение информации);
2) экспрессно получать информацию о состоянии воздуха, газов в режиме реального времени без пробоотбора и пробоподготовки;
3) упростить управление и измерение концентрации газов в режиме «на месте»;
4) быстро изменять селективность к определяемым газам, возможность измерения уровня пыли за счет быстрой смены пьезосенсоров на выдвижной панели устройства;
5) расширить аналитические возможности миниатюрного детектора, в том числе за счет исключения градуировки устройства в единицах концентрации одного газа, преобразования микропроцессором сигналов пьезосенсора (пьезосенсоров) в отклик и последующем нахождении концентрации по градуировочному графику, индивидуальному для каждого измерительного элемента;
6) длительно сохранять эксплуатационные характеристики устройства при широкой вариации свойств анализируемой воздушной среды;
7) диагностировать воздух во внелабораторных условиях в режиме «на месте» с сохранением информации для переноса данных об измерении за счет малых габаритов, имеющейся встроенной памяти и выхода на компьютер (адаптер).
Аналогов не установлено.