СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГАЗОВОЙ СМЕСИ
METHOD OF PRODUCING GAS MIX

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, конкретно к методам приготовления газовых смесей, предназначенных для проверки функционирования газосигнализаторов угарного газа в процессе их эксплуатации.
Известен промышленный способ изготовления газовых смесей в баллонах под давлением. (Келлеров Д.К. «Метрологические основы газоаналитических измерений», М., «Госстандарт», 1967, с.188, 194-195.)
Способ содержит следующие операции:
1. Очистку баллонов под газовую смесь (откачку остаточных газов из баллонов).
2. Проверку системы на герметичность.
3. Напуск в систему примешиваемого газа до желаемой величины давления либо немного более.
4. Сбрасывание давления до желаемого либо атмосферного уровня, который контролируют по образцовому манометру.
5. Заполнение системы газом-разбавителем до желаемого давления (в течение не менее 30-40 мин, чтобы уменьшить нагрев устройств системы).
6. Измерение давления по образцовому манометру после наполнения баллонов газовой смесью.
5. Состав газа рассчитывают по данным измерения давления.
Применение способа требует использования сложного и дорогого комплекса оборудования, включающего:
- набор манометров высокого класса точности 0,16 и 0,2,
- вакуумный насос,
- вакуумметр,
- приспособления для дозирования газов,
- баллоны с газом-примесью и газом-носителем.
В итоге стоимость баллона с газовой смесью, изготовленной по этому способу, а также набор устройств (газовый редуктор для понижения давления смеси, регулятор расхода смеси, соединительные трубки и т.д.), необходимых для выполнения проверки функционирования газосигнализатора, в несколько раз превышает его стоимость.
Известен способ получения газовоздушных смесей (Коллеров Д.К. «Метрологические основы газоаналитических измерений», М., «Госстандарт», 1967, с.184-185). Прибор, выполненный по этому методу, содержит мягкую полиэтиленовую бутыль емкостью 350 куб. см со специальным колпаком, а также стеклянные ампулки, наполненные газом-примесью, и небольшой металлический боек. Для приготовления смеси ампулка вместе с бойком помещается в бутыль. Бутыль герметизируют колпаком и встряхивают. Металлический боек при этом разбивает стеклянную ампулку с газом-примесью. Полученную газовую смесь подают к проверяемому прибору через ниппель в колпаке нажатием на пластмассовые стенки бутыли.
К недостаткам способа следует отнести:
1. Сложность его использования на практике, поскольку необходимо изготавливать стеклянные ампулки с дозированным объемом газа-примеси.
2. Для проверки газосигнализатора в нескольких точках его характеристики необходимо иметь ампулки с различным содержанием газа-примеси.
Наиболее близким к заявляемому является способ (Коллеров Д.К. «Метрологические основы газоаналитических измерений», М., «Госстандарт», 1967, с.182), в соответствии с которым используют резервуар из пластика или металлической фольги. На входе резервуара устанавливают три ввода. Первый ввод предназначен для подачи воздуха, второй - для ввода газа-примеси, а третий - для вывода готовой меси. Сначала резервуар откачивают как можно более полно, затем наполняют воздухом наполовину принятого количества. После этого вводят желаемое количество газообразной примеси и добавляют вторую половину воздуха. Смесь перемешивают надавливанием на стенки резервуара.
К достоинствам способа следует отнести возможность отбора приготовленной смеси простым ее вытеснением с помощью воздуха, подаваемого на первый ввод.
К недостаткам способа следует отнести:
- возможность использования только 1/4 объема смеси из резервуара,
- необходимость использования специальных устройств для откачки воздуха из резервуара и дозирования в него примеси,
- для приготовления смеси необходимо иметь баллон с газом-примесью.
Задачей изобретения является упрощение процесса изготовления проверочной смеси при выполнении работ по проверке функционирования газосигнализатора угарного газа.
Предлагаемый способ изготовления газовой смеси для проверки функционирования газосигнализатора угарного газа включает эвакуацию остаточных газов из резервуара, последовательный напуск в резервуар газа-примеси, а затем газа-носителя в необходимой пропорции,
отличающийся тем, что в качестве резервуара используют устройство типа «шприц», а в качестве источника газа-примеси - дым сигареты, постоянство концентрации угарного газа в котором получают за счет стабилизации температуры и площади отбора активированной части сигареты, при этом эвакуацию остаточных газов из резервуара выполняют установкой плунжера шприца в положение «0», а задание необходимой пропорции газа-примеси и газа-носителя в рабочем объеме шприца выполняют путем контролируемых перемещений его плунжера.
Достижение положительного эффекта в заявляемом способе обеспечивается за счет:
1. Использования в качестве резервуара устройства типа шприц.
Применение устройства типа шприц позволяет:
- Отказаться от использования вакуумного насоса для эвакуации остаточной смеси газов из рабочего объема шприца. Для этой цели достаточно установить его плунжер в положение «0» куб. см, т.е. в положение, когда из рабочего объема шприца удален весь воздух.
- При отборе газовой смеси из шприца не напускать воздух в его рабочий объем. Газовая смесь выдавливается из шприца с помощью плунжера. Благодаря этому, в отличие от прототипа, весь объем приготовленной смеси может быть использован по назначению.
2. Использование в качестве источника газа-примеси сигаретного дыма, постоянство концентрации угарного газа в котором получают за счет стабилизации температуры и площади отбора активированной части сигареты.
Действительно, в сигаретном дыме содержится большое количество угарного газа. Однако для использования дыма от сигареты в качестве источника газа-примеси необходимо обеспечить постоянство концентрации угарного газа в этом дыме. Достигнуть этого можно, если при каждом отборе сигаретного дыма обеспечить выполнение двух условий: активированная площадь сигареты, которая участвует в образовании дыма, а также ее температура должны оставаться неизменными.
В заявляемом способе постоянство активированной площади может быть достигнуто, если:
а) Для получения сигаретного дыма будет использована сигарета с одной и той же площадью ее сечения в области размещения табака.
б) 100% сечения сигареты будет находиться в активированном состоянии, т.е. в состоянии выделения дыма.
Другими словами, достичь постоянства активированной площади сигареты несложно, если использовать сигареты одной марки и «раскуривать» их на всю площадь сечения.
Постоянство же температуры активированной части сигареты выполняется, если начинать отбор сигаретного дыма в одно и тоже время после ее раскуривания, а отбор сигаретного дыма осуществлять с небольшой скоростью, чтобы кислород воздуха, протекающий через активированный участок сигареты, не приводил к повышению температуры этого участка.
Таким образом, использование в качестве источника газа-примеси сигаретного дыма, постоянство концентрации угарного газа в котором получают за счет стабилизации температуры и площади отбора активированной части сигареты, позволяет отказаться от использования баллона с газом-примесью при выполнении работ по проверке функционирования газосигнализатора.
3. Выполнение шприца с возможностью измерения его рабочего объема позволяет:
- Дозировать объемы газа-примеси и газа-носителя, вводимые в полость шприца без применения каких-либо устройств. Эта задача выполняется с помощью шкалы, например, механической, нанесенной на поверхности шприца, по которой может контролироваться объем газа, введенный в полость шприца на каждом этапе изготовления газовой смеси.
- Контролировать объем смеси, отбираемой для проверки функционирования газосигнализатора. Поскольку отбор смеси выполняется выдавливанием ее из шприца с помощью плунжера, то, зная начальное и конечное положение плунжера, можно контролировать объем смеси, используемой для проверки газосигнализатора.
4. Использование контролируемых перемещений плунжера шприца при подготовке газовой смеси позволяет получить требуемую концентрацию газа-примеси в газе-носителе (в воздухе).
Действительно, перемещение плунжера шприца в сторону увеличения его рабочего объема создает условия для всасывания в шприц газа-примеси либо газа-носителя. Объем газа, который при этом вводится в шприц, контролируется с помощью его шкалы.
Перемещение плунжера шприца в сторону уменьшения его рабочего объема приводит к уменьшению объема газа, находящегося в шприце, и одновременно увеличивает неиспользуемую часть его объема. Что в свою очередь создает возможность ввести в рабочий объем шприца новую, контролируемую по объему порцию газа-носителя (воздуха) путем перемещения плунжера шприца в сторону увеличения его рабочего объема.
Таким образом, контролируемое по шкале шприца перемещение его плунжера сначала в сторону уменьшения рабочего объема (в результате которого объем газа в шприце уменьшается), а затем в сторону его увеличения (в результате которого в объем шприца засасывается новая порция газа-носителя либо воздуха) позволяет снизить концентрацию газа-примеси в изготавливаемой смеси на заданную величину.
Многократные и контролируемые по шкале шприца перемещения его плунжера сначала в сторону уменьшения, а затем в сторону увеличения его рабочего объема позволяют получить газовую смесь с требуемой концентрацией газа-примеси в воздухе.
Таким образом:
- использование в качестве резервуара устройства типа шприц,
- использование в качестве источника газа-примеси сигаретного дыма, постоянство концентрации угарного газа в котором получают за счет стабилизации температуры и площади отбора в активированной части сигареты,
- выполнение шприца с возможностью измерения его рабочего объема,
- использование контролируемых перемещений плунжера шприца,
позволяют с помощью заявляемого способа получить газовые смеси, необходимые для проверки функционирования газосигнализатора на угарный газ.
Упрощение процесса изготовления газовой смеси достигается тем, что:
- предлагаемый способ может быть реализован самостоятельно любым пользователем газосигнализатора,
- в состав технического оснащения входят только: устройство типа шприц, в качестве которого в большом числе случаев может быть использован любой медицинский шприц с рабочим объемом, достаточным для выполнения проверки функционирования газосигнализатора, технологическая оснастка - «мундштук» и сигарета с фильтром.
Погрешность изготовления газовой смеси по заявляемому изобретению зависит от точности измерения объемов газа-примеси и газа-носителя, а также от того, насколько аккуратно выполняются рекомендации по обеспечению постоянства температуры и площади отбора газа-примеси.
На фиг.1; 2; 3 поясняется использование заявляемого изобретения, в том числе:
- на фиг.1 поясняется этап забора из сигареты дыма с угарным газом,
- на фиг.2 поясняется этап приготовления смеси газа-примеси с воздухом,
- на фиг.3 поясняется порядок использования изготовленной смеси для проверки газосигнализатора на угарный газ типа МАГ1-01.
В примере практической реализации способа использовались сигареты типа «Ява» с фильтром. Наличие фильтра в сигарете позволяет задерживать мелкие частицы в составе дыма. Указанные частицы в проверочной смеси могут отрицательно сказаться на работоспособности чувствительного элемента (сенсора).
Для удобства выполнения этапов забора в шприц дыма сигареты и напуска подготовленной смеси в сигнализатор использовалась технологическая оснастка - «мундштук».
Способ осуществляется в следующей последовательности.
1. Отбор из сигареты газовой смеси с угарным газом, для этого:
- В отверстие малого диаметра мундштука 1 устанавливают сигарету 2 в соответствии с фиг.1.
- В отверстие большого диаметра мундштука 1 устанавливают шприц 3;
- Разжигают сигарету 2, например, с помощью газовой зажигалки и добиваются ситуации, при которой 100% сечения сигареты 2 находится в состоянии красного тления. Для этого можно дуть на кончик сигареты, интенсивно перемещать плунжер 4 шприца 3.
- Перед началом забора газа-примеси из сигареты 2 плунжер 4 шприца 3 (см. фиг.1) устанавливают в положение «0» по шкале шприца 3. Что означает выполнение операции эвакуации остаточных газов из рабочего объема шприца.
- Делают паузу 5-6 сек с момента, когда удалось добиться красного тления по всему сечению сигареты 2. После чего со скоростью не более 0,5 куб.см в сек набирают в полость шприца 3 дым из сигареты 2. Снимают со шприца 3 мундштук 1 с сигаретой 2.
На этом отбор газа-примеси в шприц завершен.
2. Подготовка газовой смеси необходимой концентрации.
Суть этого этапа состоит в том, чтобы разбавить воздухом в необходимой пропорции газовую смесь, полученную на первом этапе. Для выполнения этого этапа предварительно на экспериментальной основе применительно к конкретному типу газосигнализатора должны быть определены коэффициенты деления К для каждого уровня загазованности, на котором планируется проверять газосигнализатор. Т.е. определяют, во сколько раз необходимо разбавить газ-примесь газом-носителем, чтобы получить газовую смесь требуемой концентрации. Для того чтобы полученная газовая смесь могла быть использована для проверки функционирования конкретного типа газосигнализатора необходимо иметь ввиду, что коэффициент К должен учитывать условия подачи приготовленной смеси к сенсору газосигнализатора. В том числе необходимо учитывать величину объема, в который будет подаваться изготовленная проверочная смесь и в котором эта смесь вновь будет разбавляться окружающим воздухом.
Заявляемый способ позволяет получить ограниченный объем проверочной смеси, по этой причине необходимо планировать использование ограниченного и по возможности меньшего испытательного объема, в котором располагается проверяемый газосигнализатор либо его сенсор.
Проверка заявляемого способа выполнялась на газосигнализаторах 7 типа МАГ1-01 (http/www.tan-it.ru), выпускаемых в ООО НПП «ТАН-ИТ» г. Саратов, предназначенных для выявления тревожной - 1-ый порог (20 мгр/куб.м) и аварийной - 2-ой порог (100 мгр/куб.м) концентрации угарного газа в воздухе.
Применительно к этому типу газосигнализатора экспериментально найденные значения коэффициента К составили:
- К=5 для проверки газосигнализатора 7 МАГ1-01 по первому порогу загазованности (для концентрации угарного газа на уровне 20 млг/куб.м). Т.е. при подготовке газовой смеси для проверки функционирования газосигнализатора по первому порогу газовую смесь, полученную в результате ее отбора из сигареты, необходимо разбавить в 5 раз.
- К=2 для проверки газосигнализатора 7 МАГ1-01 по второму порогу загазованности (для концентрации угарного газа на уровне 100 млг/куб.м). Т.е. при подготовке газовой смеси для проверки функционирования газосигнализатора по второму порогу газовую смесь, полученную в результате ее отбора из сигареты, необходимо разбавить в 2 раза.
Для удобства использования коэффициента деления К исходный объем газа-примеси можно принять равным 1 куб.см. Для чего плунжер 4 шприца 3 с газом-примесью устанавливают на деление 1 куб.см (см. фиг.2). Далее перемещают плунжер 1 шприца 2 в сторону увеличения его рабочего объема, вводя тем самым в рабочую полость шприца 3 газ-носитель (окружающий воздух). При установке плунжера 1 шприца 2 на отметку 2 куб.см получаем газовую смесь, разбавленную в два раза. Коэффициент деления «К» в этом случае равен 2. Это означает, что подготовлена газовая смесь, которая позволяет проверять газосигнализатор на уровне 100 млг/куб.м. При установке плунжера 4 шприца 3 на отметку 5 куб.см получаем газовую смесь, разбавленную в 5 раз. Это означает, что подготовлена газовая смесь, которая позволяет проверять газосигнализатор на уровне 20 млг/куб.м.
На этом этап изготовления газовой смеси заканчивается. Сразу по его окончании вход шприца 3 необходимо герметизировать до момента использования полученной смеси по назначению, например, с помощью иглы и колпачка, входящих в комплект поставки шприца. Время хранения смеси в шприце - не более 10 мин.
3. Приготовленную газовую смесь объемом 1,0 куб.см по первому либо второму порогам загазованности подают в зону расположения газового сенсора с помощью мундштука 1. Мундштук 1 плотно устанавливают на корпус стабилизатора потока 5. С внешней стороны в отверстие мундштука 1 устанавливают фильтр 6 от сигареты. Сигаретный фильтр 6 позволяет минимизировать воздействие окружающего воздуха на формирование газовой среды в зоне расположения сенсора и одновременно сохраняет возможность доступа в зону расположения сенсора иглы шприца 3, через которую подается газовая смесь.
Одной заправки шприца газовой смесью хватает для проверки на функционирование 5 газосигнализаторов 7.
Испытаниям были подвергнуты 20 газосигнализаторов МАГ1-01. В процессе испытаний контролировались:
- А1, A3 - заданные пороги срабатывания (в виде цифрового кода), установленные в сигнализаторе на основе поверочных газовых смесей (ПГС) промышленного изготовления, соответственно, для первого и второго порогов загазованности,
- А2, А4 - максимальные значения сигнала на выходе газосигнализатора (в виде цифрового кода), зафиксированные при подаче на сигнализатор газовой смеси, изготовленной по предлагаемому способу, соответственно, по первому и второму порогам.
Результаты измерений приведены в Таблице 1.
Газосигнализаторы типа МАГ1-01 выполнены с использованием микропроцессора, в памяти которого хранится информация о пороговых значениях тревожной (первый порог) - А1 и аварийной (второй порог) - A3 концентрации угарного газа в воздухе. Пороговые значения вводятся в память микропроцессора сигнализатора в процессе его настройки. Настройка газосигнализатора проводится с помощью поверочных газовых смесей (ПГС) промышленного производства. В процессе испытания способа проверяемый газосигнализатор измерял концентрацию газа-примеси в воздухе А2 или А4 и сравнивал измеренную величину с заданными порогами. В случае превышения первого либо второго порога газосигнализатор включал соответствующий аварийный сигнал.
Данные, приведенные в Таблице 1, свидетельствует о том, что изготовление проверочной смеси в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет с высокой степенью достоверности выполнять раздельно проверку функционирования газосигнализатора как для первого, так и для второго порогов загазованности.