СОРБЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРЕТНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к средствам измерений концентрации отдельных компонентов в многокомпонентных газовых средах.
Известен сорбционный электретный газоанализатор, содержащий отрезок металлической трубки со стенкой, к одному из торцов которой прикреплена металлическая гибкая мембрана, поверхность которой, обращенная во внутреннюю полость трубки, покрыта электретом, а на противоположную поверхность мембраны нанесен слой сорбента, на другом торце трубки на изоляторе установлен металлический дисковый электрод, поверхность которого ориентирована параллельна поверхности металлической мембраны, при этом гибкая мембрана и электрод подключены к измерительному устройству (WO 2009129351 А2 (REGENTS OF THE UNIVERSITY JF MINNESOTA, 22.10.2009).
Измерение концентрации определяемого компонента этим газоанализатором осуществляется с помощью измерения электрической емкости между мембраной и металлическим дисковым электродом. Эта емкость изменяется при изменении массы сорбента, вызванном сорбцией в нем определяемого компонента.
Недостатком такого сорбционного электретного газоанализатора определяется, в первую очередь, сложностью конструкции, а также невысокой помехоустойчивостью, определяемой необходимостью измерения изменения малых электрических емкостей.
Задачей полезной модели является создание простого по конструкции помехоустойчивого сорбционного электретного газоанализатора.
Технический результат - упрощение конструкции сорбционного электретного газоанализатора с минимальным набором технических средств.
Сущность полезной модели заключается в том, что электретный газоанализатор содержит отрезок металлической трубки со стенкой, к одному из торцов которой прикреплена металлическая гибкая мембрана, поверхность которой, обращенная во внутреннюю полость трубки, покрыта электретом, а на противоположную поверхность мембраны нанесен слой сорбента. На другом торце трубки на изоляторе установлен металлический дисковый электрод, поверхность которого ориентирована параллельна поверхности металлической мембраны, при этом гибкая мембрана и электрод подключены к измерительному устройств. Согласно полезной модели газоанализатор содержит также звуковод, электроакустический преобразователь и генератор электрических гармонических колебаний. Вход электроакустического преобразователя подключен к выходу генератора электрических гармонических колебаний, а его выход через звуковод соединен со штуцером, вмонтированным в стенку металлической трубки. Измерительное устройство выполнено в виде электронного усилителя переменного тока, выход которого подключен к вольтметру.
Представленная совокупность элементов и взаимное их расположение упрощает конструкцию в целом за счет возможности ее реализации на базе стандартных электретного микрофона и телефона, а также распространенных и дешевых средств электронной техники. При этом конструкция обеспечивает селективное определение концентрации определяемого компонента в многокомпонентных газовых средах за счет эффекта селективной сорбции молекул определяемого компонента на сорбенте, обеспечивающего преобразование акустических звуковых колебаний в электрические.
Схема сорбционного электретного газоанализатора представлена на фиг. 1.
Сорбционный электретный газоанализатор содержит отрезок металлической трубки 1 со стенкой 2, к одному из торцов которой прикреплена металлическая гибкая мембрана 3, поверхность 4 которой, обращенная во внутреннюю полость 5 трубки 1, покрыта электретом 6, а на противоположную поверхность мембраны 4 нанесен слой сорбента 7. На другом торце трубки 1 на изоляторе 8 установлен металлический дисковый электрод 9, поверхность которого ориентирована параллельно поверхности металлической мембраны 3. Гибкая мембрана 3 и электрод 9 подключены к измерительному устройству 10. Газоанализатор содержит звуковод 11, электроакустический преобразователь 12 и генератор 13 электрических гармонических колебаний.
Вход электроакустического преобразователя 12 подключен к выходу генератора 13 электрических гармонических колебаний, а его выход 14 через звуковод 11 соединен со штуцером 15, вмонтированным в стенку 2 металлической трубки 1. При этом измерительное устройство 10 содержит усилитель 16 переменного тока и вольтметр 17, при этом выход усилителя подключен к вольтметру 17.
Сорбционный электретный газоанализатор работает следующим образом, с выхода генератора 13 электрических гармонических колебаний к электроакустическому преобразователю 12 поступает электрический сигнал, который преобразуется последним в звуковые колебания. Эти колебания по звуководу 11 поступают во внутреннюю полость 5 трубки 1. Под действием этих колебаний мембрана 3, а вместе с ней слой электрета 6, совершают периодические колебания, что вызывает гармонические электрические колебания напряжения между мембраной 3 и электродом 9. Эти колебания поступают на вход электронного усилителя 16, усиливаются и воспринимаются вольтметром 17. Таким образом, формируется начальный уровень сигнала на выходе газоанализатора. Этот уровень сигнала соответствует поступлению к мембране 3 некоторого газа постоянного состава, например воздуха. Когда вместе с воздухом к мембране 3 поступает смесь воздуха с каким-нибудь другим газом, например, имеющим большую плотность, амплитуда колебаний мембраны 3 уменьшается, так как увеличивается масса присоединенного к мембране 3 газа, что вызывает уменьшение амплитуды колебаний напряжения на выходе газоанализатора. Изменение амплитуды колебаний, таким образом, служит мерой плотности газовой среды и, как следствие, концентрацией определения компонента в газовой среде. При уменьшении плотности газа, поступающей к мембране 3, амплитуда колебаний увеличивается, так как уменьшается присоединенная к ней масса газа.
Экспериментальная проверка работы электретного датчика давлений осуществлялась с использованием электретного микрофона типа МКЭ - 3 и малогабаритного телефона типа ТМ - 2 А. Помимо названных элементов также использовались: электронный усилитель переменного тока типа У4-29, генератор электрических колебаний типа Г3-118, частота колебаний которого варьировалась в диапазоне 2-5 кГц.
В результате проведенных исследований установлено, что чувствительность измерения концентрации с помощью газоанализатора составляет 4 мВ/об.%.
Преимущество предполагаемого технического решения заключается в простоте конструкции за счет использования стандартных средств электронной техники и помехоустойчивости.
Предложенный сорбционный электретный газоанализатор может быть реализован на базе стандартных электретного микрофона и телефона, а также распространенных и дешевых средств электронной техники.
Описанный в заявке сорбционный электретный газоанализатор, способный селективно измерять концентрацию определяемого компонента в газовой среде, при подборе сорбента может найти применение в промышленном контроле концентраций паров воды, диоксида углерода и других газов, а также для контроля концентрации названных газов в замкнутых пространствах авиационной, космической технике, в подводных лодках, а также в медицине.