Газоанализатор портативный

Полезная модель относится к аналитической технике, в частности к переносным устройствам для анализа газов, и может быть использована для измерения концентрации и массы (веса) газов в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в полевых условиях, а также в быту.
Известен переносной газоанализатор, содержащий чувствительный элемент-датчик, измерительное устройство и источник электрической энергии. Газоанализатор выполнен двухмодульным и снабжен блоками светозвуковой сигнализации, при этом в одном из модулей расположены чувствительный элемент-датчик, измерительное устройство и блок светозвуковой сигнализации, а в другом расположены источник электрической энергии и блок светозвуковой сигнализации, причем измерительное устройство соединено с чувствительными элементами-датчиками, блоками светозвуковой сигнализации и источником электрической энергии (патент RU 43081, МПК G01N 27/04, опубл. 27.12.2004).
Известен прибор газового анализа, включающий теплоизолированную камеру с вмонтированной в нее по ее периметру рубашкой с теплоносителем, нагреватель теплоносителя, воздуховод подачи воздуха в камеру, трубопровод для выхода исследуемого воздуха, узел обеспечения необходимой влажности подаваемого в камеру воздуха, измеритель расхода воздуха, систему измерительных приборов параметров среды в камере, блок распределительных электроклапанов, блок попарно расположенных поглотительных приборов. Прибор снабжен управляющим контроллером, нагреватель теплоносителя выполнен в виде смонтированного в рубашке нагревательного элемента, система измерительных приборов параметров среды в камере снабжена датчиком влажности, трубопровод для выхода исследуемого воздуха оборудован дросселем, при этом управляющий контроллер связан с блоком распределительных электроклапанов, система измерительных приборов параметров среды в камере связана с нагревательным элементом нагревателя теплоносителя, а в качестве поглотительных приборов использованы приборы с малым количеством поглотительного раствора (патент RU 73973, МПК G01N 21/78, опубл. 10.06.2008 г.).
Известен портативный газоанализатор (CN 102053070, МПК G01J3/28, опубл. 2011-05-11), который включает спектрометр средней инфракрасной области спектра, газовую ячейку длинного светорассеяния, миниатюрный насос отбора проб, силовую цепь, электромагнитный клапан, впускную трубу и вентиляционную трубу. Подвижный модуль анализа содержит микрокомпьютер; микрокомпьютер снабжен программным обеспечением для анализа спектра, интерактивной библиотекой DLL (Dynamic Link Library) и программой интернет-обслуживания.
Недостатки известных газоанализаторов – сложная конструкция (наличие нагревательных, световых элементов), отсутствие возможности количественной оценки массы (веса) газов в воздушной смеси.
Задачей полезной модели является создание переносного газоанализатора, обеспечивающего количественную оценку массы (веса) газов в воздушной смеси.
Технический результат – точная количественная оценка массы (веса) газов в воздушной смеси по их концентрации в известном анализируемом объеме.
Задача решается, а технический результат достигается газоанализатором портативным, включающим герметичный корпус, в котором расположены герметичная камера сравнения известного объема с помещенным в нее инфракрасным регистратором газов, который посредством электропроводов герметично соединен с управляюще-отображающим блоком, а также герметичная помпа, которая соединена с герметичной камерой сравнения как минимум одной внутренней воздушной трубкой посредством герметичных воздушных фитингов, при этом помпа и камера сравнения соединены внутренними  воздушными трубками с внешней средой через герметичные системы «фитинг - штуцер», причем управляющий блок, регистратор газов и помпа через электропровода соединены с источником питания. Согласно полезной модели
снаружи герметичного корпуса расположены тумблеры включения/выключения;
управляюще-отображающий блок представляет собой дисплей с клавиатурой;
источник питания выполнен в виде аккумуляторной батареи;
регистратор газов выполнен в виде инфракрасного газометрического датчика.
Технический результат достигается за счет расположения инфракрасного регистратора газов в герметичной камере сравнения известного объема. Массу (вес) газа m во всем анализируемом объеме вычисляют исходя из уравнения состояния идеального газа (Менделеева-Клапейрона)
m=(PVnM)/(TR),
где Р – давление газовой системы, V – объем газовой системы, n – концентрация газа, M – молярная масса газа, T – температура газовой системы, R – универсальная газовая постоянная. По уравнению Менделеева-Клапейрона очевидно необходимы: измеренная концентрация газа n и знание вычисленного заранее объема V общей системы, которая состоит из суммы объемов камеры сравнения, внутренних воздушных трубок с фитингами, а также объема наружной системы (анализируемый объем и объем наружных подсоединяемых к газоанализатору трубок). При работе устройства (согласно физике газов) после стабилизации значений на дисплее, т.е. в камере сравнения, концентрация газа в ней становится равной концентрации газа в анализируемом объеме. Поэтому можно рассчитать массу газа в анализируемом объеме по выше приведенному уравнению Менделеева-Клапейрона с использованием зафиксированной концентрации газа и измеренного объема общей системы, т.е. произвести количественную оценку.
Сущность полезной модели поясняет принципиальная схема заявляемого газоанализатора портативного.
Газоанализатор портативный содержит герметичный корпус 1, в котором расположен инфракрасный регистратор газов 2, помещенный в герметичную камеру сравнения 3. Регистратор газов 2 герметично соединен с управляюще-отображающим блоком 4 с помощью электропроводов. Управляюще-отображающий блок представляет собой дисплей с клавиатурой. Внутри корпуса 1 имеется герметичная помпа 5, которая через герметичные воздушные фитинги 6 герметично соединена трубками 7 с камерой сравнения 3, а также - с внешней средой через герметичную систему фитинг 6-штуцер 8, при этом камера сравнения также соединена с внешней средой трубкой 7 через герметичную систему фитинг 6 - штуцер 8. Аккумуляторная батарея 9 расположена внутри корпуса 1, она питает через электропровода управляюще-отображающий блок 4, регистратор газов 2 и помпу 5. Тумблеры включения/выключения 10 располагаются снаружи корпуса 1. Позицией 11 обозначены электропровода. Стрелками обозначено направление движения воздуха.
Газоанализатор портативный работает следующим образом.
о
-1
3
-1
-1
-6
К штуцерам 8 герметично подсоединяют воздушные трубки, идущие от наружного бокса (анализируемого объема). Это могут быть камеры для измерения фотосинтеза растений, почвенные базы, помещения, уличное пространство. Тумблерами 10 включают управляюще-отображающий блок 4 и герметичную помпу 5. Помпа 5 интенсивно прокачивает воздух через герметичную камеру сравнения 3, в которой расположен инфракрасный регистратор газов 2, и через наружный анализируемый объем, затем воздух возвращается обратно в камеру сравнения (см.на схеме направление стрелок). Воздух прокачивается до стабилизации изменений значений концентрации газа на дисплее управляюще-отображающего блока 4. Согласно физике газов после стабилизации значений на дисплее, т.е. в камере сравнения, концентрация газа в ней становится равной концентрации газа в анализируемом объеме. Поэтому можно рассчитать массу газа в анализируемом объеме по выше приведенному уравнению Менделеева-Клапейрона с использованием зафиксированной концентрации газа и измеренного объема общей системы, которая состоит из суммы объемов камеры сравнения 3, внутренних трубок 7 с фитингами 6 и объема наружной системы (анализируемый объем и объем наружных трубок). Объем внутренней системы, состоящий из объемов камеры сравнения, внутренних трубок и фитингов, измеряется заранее и запоминается. Температура T в градусах К (Кельвина) и давление P (в Па) измеряются отдельными приборами. Молярная масса M (в г моль), соответствующая газу, выбирается из Периодической системы Менделеева. Универсальная газовая постоянная R – 8.314 Па м ºK моль берется из физического справочника. Объем системы V обычно приводят к метрам кубическим. Если концентрация газа n на дисплее отображается в ppm (частей на миллион), то в формулу Менделеева-Клапейрона вводят дополнительный множитель 10. Масса (вес) газа m – вычисляется в граммах.
От известных аналогов предлагаемый газоанализатор отличается простотой исполнения (без дополнительных нагревательных световых элементов), быстротой получения значений концентраций газа за счет наличия инфракрасного датчика и возможностью вычисления массы (веса) газа в воздушной смеси анализируемого объема.
Таким образом, применение полезной модели позволяет произвести количественную оценку массы (веса) газов в воздушной смеси по их концентрации в анализируемом объеме.