ПОРТАТИВНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР
PORTABLE GAS ANALYSER

Изобретение относится к технике проведения экспрессного анализа воздуха или смесей газов, в том числе равновесных газовых фаз твердых, жидких образцов, для определения концентраций газов, являющихся маркерами качества, безопасности и заболеваний, с целью экспресс-анализа, в том числе во внелабораторных условиях.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является портативное устройство для определения газов-маркеров во выдыхаемом воздухе на основе одного или нескольких пьезосенсоров, включающее корпус с патрубками, внутри которого расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования основных компонентов газовой смеси, устройства для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьезосенсоров, корпус выполнен в виде цилиндра с одной крышкой, на которой расположены держатели для пьезосенсора (пьезосенсоров), цилиндр удерживается кольцом на стояке с платформой, миниатюрная схема возбуждения жестко закреплена на крышке, а сигнал пьезосенсора (пьезосенсоров) фиксируется портативным частотомером, шкала которого отградуирована в единицах частоты и содержания газа-тестора, при этом схема возбуждения и частотомер питаются от встроенного элемента (Портативное устройство для определения газов-маркеров в выдыхаемом воздухе. Кучменко Т.А., Чувашев Д.Л., Кучменко A.M. Пат. №2324168, Россия, МПК G01N 27/12; №2006145233, заявл. 19.12.2006, опубл. 10.05.2008, бюл. №13).
Недостатками существующего портативного устройства для определения газов-маркеров во выдыхаемом воздухе являются узкая специфичность определения и невозможность применения устройства для решения других аналитических задач даже путем замены рабочего элемента (сенсора), который определяет его детектирующую способность, так как шкала частотомера отградуирована в единицах содержания газа-тестора.
Техническая задача изобретения - увеличение мобильности и компактности анализатора газов на основе ячейки детектирования с одним или несколькими пьезосенсорами, за счет объединения всех блоков в одном компактном корпусе, применения встроенного микропроцессора, программируемого только на измеряемый сигнал, позволяющих оперативно перемещаться с анализатором без специальных условий и техники, в том числе при проведении экспрессного анализа воздуха или смесей газов, равновесных газовых фаз твердых, жидких образцов, для определения концентраций газов, являющихся маркерами качества, безопасности пищевых, непищевых продуктов и заболеваний с целью экспресс-анализа, в том числе во внелабораторных условиях (прикроватная диагностика, анализ пробы в точке отбора и т.п.).
Техническая задача изобретения достигается тем, что в портативном газоанализаторе на основе одного или нескольких пьезосенсоров, включающем ячейку детектирования с патрубками, внутри которой расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования компонентов газовой смеси, устройство для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьезосенсоров, ячейка выполнена в виде цилиндра с одной крышкой, на которой расположены держатели для пьезосенсора (пьезосенсоров), миниатюрная схема возбуждения и частотомер, приводящиеся в действие автономно от встроенного элемента питания, новым является то, что все части газоанализатора соединены в одном миниатюрном корпусе, на верхней панели которого жестко закреплены крышка ячейки детектирования с держателями, цифровое табло, световой индикатор готовности устройства к работе, на одной из боковых панелей размещены кнопка включения и вход для зарядного устройства, внутри корпуса расположены миниатюрная схема возбуждения, соединенная с микропроцессором для регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло, сменные аккумуляторы или иные элементы питания, а ячейка детектирования и крышка выполнены из фторопласта, позволяющего обеспечить плотное соединение крышки и ячейки детектирования без резьбы и герметичность при измерениях.
Технический результат заключается в мобильности и компактности предлагаемого портативного газоанализатора за счет изменения размеров и технических параметров каждого блока, совмещения всех блоков прибора в одном корпусе, жесткого крепления крышки, цифрового табло и светового индикатора на одной панели прибора, размещения миниатюрных схемы возбуждения и микропроцессора, источников автономного питания в корпусе, в упрощении производства и эксплуатации газоанализатора за счет применения для изготовления ячейки детектирования и крышки фторопласта, позволяющего без резьбы просто и плотно соединять обе детали, создать герметичность при измерении, в расширении возможностей применения портативного газоанализатора за счет автономного питания схемы возбуждения, микропроцессора с помощью сменных аккумуляторов или иных элементов. Такое конструктивное решение позволяет оперативно перемещаться с анализатором без специальных условий и техники, в том числе при проведении экспрессного анализа воздуха или смесей газов, равновесных газовых фаз твердых, жидких образцов, для определения концентраций газов, являющихся маркерами качества, безопасности пищевых, непищевых продуктов и заболеваний с целью экспресс-анализа, в том числе во внелабораторных условиях (прикроватная диагностика, анализ пробы в точке отбора и т.п.).
Чертеж - Общая схема портативного газоанализатора
Портативный газоанализатор (чертеж) представляет миниатюрный корпус газоанализатора 1, на верхней панели которого жестко закреплены крышка 2 ячейки детектирования 3 с держателями для пьезосенсора (пьезосенсоров) 4, цифровое табло 5, световой индикатор готовности устройства к работе 6, на одной из боковых панелей размещены кнопка включения 7 и вход 8 для зарядного устройства, внутри корпуса расположены миниатюрная схема возбуждения 9, соединенная с микропроцессором 10 для регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло, сменные аккумуляторы или иные элементы питания 11. Ячейка детектирования и крышка выполнены из фторопласта, позволяющего обеспечить плотное соединение крышки и ячейки детектирования без резьбы и герметичность при измерениях. Предусмотрена возможность подзарядки аккумуляторов или применения блока питания (вход 8).
Портативный газоанализатор работает следующим образом.
Пьезосенсор (пьезосенсоры) 4 с селективной пленкой сорбента на электродах помещается в держатель на крышке 2, жестко закрепленной на верхней панели миниатюрного корпуса газоанализатора 1. Крышка соединена с миниатюрной схемой возбуждения 9, с микропроцессором 10 для регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло 5, которые расположены внутри корпуса газоанализатора и приводятся в действие от сменных аккумуляторов или иных элементов питания 11. Автономные источники питания при необходимости могут заряжаться (вход 8). На крышку плотно надевается ячейка детектирования 3, которая, как и крышка, выполнена из фторопласта, позволяющего обеспечить их плотное соединение без резьбы и герметичность при измерениях. Устройство включается кнопкой 7 на боковой панели, при этом загорается световой индикатор готовности устройства к работе 6 и цифровое табло 5 частотомера показывает шумовое отклонение частоты или абсолютную частоту колебаний сенсора.
Через патрубок 12 вкалывается с помощью пробоотборника 13 проба воздуха. Легколетучие органические соединения, растворенные в воде, присутствующие в пищевых, непищевых продуктах, жидких, твердых фазах, смесях газов, воздухе, сорбируются тонкой пленкой на электродах пьезосенсора в соответствии с их природой и концентрацией. В результате этого изменяется частота колебаний пьезосенсора, что регистрируется частотомером. По изменению сигнала сенсора и градуировочному графику находят содержание этих веществ в анализируемой пробе.
Сравнение некоторых характеристик предлагаемого технического решения и ближайшего аналога представлено в таблице.
Предложенное портативное устройство для определения концентрации газов позволяет:
1) увеличить мобильность и компактность анализатора газов в 2 раза на основе ячейки детектирования с одним или несколькими пьезосенсорами;
2) исключить соединительные шнуры, дополнительные устройства (штативы, держатели, частотомер), тем самым повысить надежность измерений и помехоустойчивость прибора;
3) расширить аналитические возможности портативного газоанализатора, в том числе за счет исключения градуировки устройства в единицах концентрации одного газа, преобразования микропроцессором сигналов пьезосенсора (пьезосенсоров) в отклик и последующего нахождения концентрации по градуировочному графику, индивидуальному для каждого измерительного элемента;
4) упростить конструктивное исполнение ячейки детектирования и крышки за счет применения фторопласта, позволяющего сохранять герметичность без резьбы;
5) за счет изменения технических параметров каждого блока, новых конструктивных решений позволяет оперативно перемещаться без специальных условий и техники, в том числе при проведении экспрессного анализа воздуха или смесей газов, равновесных газовых фаз твердых, жидких образцов, для определения концентраций газов, являющихся маркерами качества, безопасности пищевых, непищевых продуктов и заболеваний, с целью экспресс-анализа, в том числе во внелабораторных условиях (прикроватная диагностика, анализ пробы в точке отбора и т.п.).
Таблица
Параметры сравнения
Аналог
Техническое решение
Анализ газовых проб в статическом режиме
Возможен
Возможен
Обработка информации
Автоматическая регистрация сигналов на табло частотомера с указанием концентрации газов-маркеров
Автоматическая регистрация сигналов на табло частотомера в абсолютном (F) и относительном (ΔF) виде.
Необходимость электросети для обеспечения работы схемы возбуждения колебаний и частотомера
Питание автономное от встроенного элемента
Возможны два варианта питания - от сети и от встроенных элементов с возможной их подзарядкой
Сопоставление размеров, целостность (количество составных частей)
2
1
Надежность сигналов
Определяется целостностью соединительных шнуров
Жесткое короткое крепление и стыковка всех элементов обеспечивают малые помехи и надежность сигналов
Режимы эксплуатации
Дискретного действия, время работы определяется техническими характеристиками элементов питания
От сети, непрерывный и дискретный