Инфракрасный термохимический детектор газов

Полезная модель относится к аналитической технике, а именно к средствам измерений концентрации горючих веществ в воздухе.
Известен инфракрасный термохимический детектор газов (Алексейченков В.Л. и др. Способ балансировки мостовой схемы термохимического газоанализатора. Авторское свидетельство 1453294, Бюл. №3, 1989), содержащий измерительный и сравнительный пеллисторы, два фотоприемника, стабилизированный источник электропитания и вторичный прибор, вход которого подключен к резисторному делителю напряжения. В этом анализаторе измерительный и сравнительный пеллисторы включены в смежные плечи неуравновешенного электрического моста, а против каждого из пеллистров размещен фотоприемник. Причем эти фотоприемники включены в неуравновешенный мост и через регулируемые диафрагмы находятся в оптическом контакте с пеллисторами. При протекании через проточную камеру воздуха, содержащего горючие вещества, последние частично сгорают на измерительном пеллисторе, что вызывает разбаланс электрического неуравновешенного моста. В таком детекторе фотоприемники и регулируемые диафрагмы используются для балансировки неуравновешенного электрического моста.
Недостатком такого детектора является то, что его выходной сигнал формируется, как и у других термохимических газоанализаторах, в виде разбаланса неуравновешенного электрического моста, а фотоприемники используются для балансировки этого моста совместно с механическими элементами, какими являются регулируемые диафрагмы.
Наиболее близким по технической сущности является инфракрасный термохимический детектор газов (Иванова Н.И., Илясов Л.В. Ионизационный термохимический детектор газов. Патент 196334. Бюл. №6, 2020), содержащий измерительную и сравнительную проточные камеры с входными и выходными штуцерами, размещенные в общем корпусе, в которых, соответственно, установлены измерительный и сравнительный пеллисторы, последовательно подключенные к стабилизированному источнику электропитания, измерительный и сравнительный инфракрасные фотодиоды, встроенные в стенки соответствующих камер с возможностью обеспечения оптического контакта между поверхностями пеллисторов и элементами фотодиодов, чувствительными к электромагнитному излучению, и встречно подключенные к резисторному делителю напряжения и электронный усилитель.
Недостатком такого детектора является то, что инфракрасное излучение пеллисторов измеряется фотодиодом только с одной стороны, что снижает чувствительность измерений концентрации горючих веществ.
Проблемой полезной модели является создание инфракрасного термохимического детектора газов, обладающего большей чувствительностью, чем детектор, принятый за прототип.
Технический результат - увеличение чувствительности измерения концентрации горючих веществ.
Технический результат достигается тем, что инфракрасный термохимический детектор газов, содержащий измерительную и сравнительную проточные камеры с входными и выходными штуцерами, размещенные в общем корпусе, в которых, соответственно, установлены измерительный и сравнительный пеллисторы, последовательно подключенные к стабилизированному источнику электропитания, измерительный и сравнительный инфракрасные фотодиоды, встроенные в стенки соответствующих камер с возможностью обеспечения оптического контакта между поверхностями пеллисторов и элементами фотодиодов чувствительными к электромагнитному излучению, и встречно подключенные к резисторному делителю напряжения и электронный усилитель, согласно полезной модели содержит два дополнительных инфракрасных фотодиода, с идентичными характеристиками измерительного и сравнительного инфракрасного фотодиода, которые встроены в стенки измерительной и сравнительной камер детектора диаметрально противоположно измерительному и сравнительному фотодиодам с возможностью обеспечения оптического контакта между поверхностями соответствующих пеллисторов и элементами дополнительных фотодиодов, чувствительных к электромагнитному излучению, при этом дополнительные инфракрасные фотодиоды включены в выходные цепи измерительного и сравнительного фотодиода с возможностью суммирования их сигналов с сигналами соответствующих фотодиодов.
Такая конструкция инфракрасного термохимического детектора газов позволяет измерять инфракрасное излучение, возникающее при сгорании горючих веществ на пеллисторе, с двух сторон, что осуществляется с помощью инфракрасного фотодиода, сигналы, которых суммируются, а это увеличивает чувствительность измерения концентрации горючих веществ.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема инфракрасного термохимического детектора газов показана на фиг.1.
Инфракрасный термохимический детектор содержит измерительную 1 и сравнительную 2 проточные камеры с входными 3, 4 и выходными 5, 6 штуцерами, размещенные в общем корпусе 7, в которых, соответственно установлены измерительный 8 и сравнительный 9 пеллисторы, последовательно подключенные к стабилизированному источнику электропитания 10, измерительный 11 и сравнительный 12 инфракрасные фотодиоды, встроенные в стенки соответствующих камер с возможностью обеспечения оптического контакта между поверхностями пеллисторов и элементами фотодиодов, чувствительными к электромагнитному излучению, и встречно подключенные к резисторному делителю напряжения 13 и электронный усилитель 14.
Он дополнительно содержит два дополнительных инфракрасных фотодиода 15 и 16, с идентичными характеристиками измерительного и сравнительного инфракрасного фотодиода, которые встроены в стенки измерительной 1 и сравнительной 2 камер детектора диаметрально противоположно измерительному 11 и сравнительному 12 фотодиодам с возможностью обеспечения оптического контакта между поверхностями соответствующих пеллисторов и элементами дополнительных фотодиодов, чувствительных к электромагнитному излучению, при этом дополнительные инфракрасные фотодиоды включены в выходные цепи измерительного и сравнительного фотодиода с возможностью суммирования их сигналов с сигналами соответствующих фотодиодов.
1
2
Инфракрасный термохимический детектор газов работает следующим образом. Анализируемый газ (воздух, содержащий горючие вещества) поступает с постоянным объемным расходом через штуцер 3 в измерительную камеру 1, а через штуцер 5 газ покидает эту камеру. Сравнительный газ (воздух) с постоянным объемным расходом через штуцер 4 подается в сравнительную камеру 2, а через штуцер 6 он покидает ее. Измерительный 8 и сравнительный 9 пеллисторы нагреваются током источника питания 10 до температуры 300-400°С. Возникающее от измерительного пеллистора 8 инфракрасное излучение воспринимается фотодиодами 8 и 12, включенными последовательно. Инфракрасное излучение, создаваемое сравнительным пеллистором 9, воспринимается фотодиодами 12 и 16, включенными последовательно. Электрически фотодиоды 8 и 15, а также фотодиоды 12 и 16, включены встречно и подключены к делителю напряжения 13, на котором возникает начальный сигнал, часть которого направляется к вторичному прибору 14. Когда анализируемый газ, подаваемый в измерительную камеру, не содержит горючие компоненты с помощью резисторов R и R, подаваемый на делитель 13 сигнал сводится к нулевому значению. Когда в анализируемом газе появляется горючий компонент, он частично каталитически сгорает на измерительном пеллисторе 8, а инфракрасное излучение, возникающее при этом, направляется сразу на два инфракрасных фотодиода 11 и 15, при этом формируется напряжение на делители напряжения 13, которое посылается на вторичный прибор. Это напряжение пропорционально объемной концентрации горючего вещества в анализируемом газе.
Работоспособность предлагаемого инфракрасного термохимического детектора была проверена при использовании пеллисторов типа ТТЧЭ-2УХЛ4 и двух пар фотодиодов типа ФД-265.
Преимуществами предлагаемого технического решения являются:
простота конструкции;
генераторный выходной сигнал.
Предлагаемый инфракрасный термохимический детектор газов может быть реализован на базе стандартных пеллисторов и инфракрасных фотодиодов, а также распространенной электроизмерительной аппаратуры.
Инфракрасный термохимический детектор газов может найти применение в системах контроля взрывоопасных концентраций на промышленных объектах.