ГАЗОАНАЛИЗАТОР
GAS ANALYSER

Изобретение относится к измерительному оборудованию, а именно к оптическим инфракрасным газоанализаторам, и может быть использовано для непрерывного контроля довзрывоопасных концентраций паров углеводородов, продуктов нефтепереработки и прочих горючих газов.
При установке вне помещений при высокой влажности окружающей среды на оптических элементах датчиков может конденсироваться влага. Этот факт может привести к неустойчивости работы газоанализаторов или временной неработоспособности. Для восстановления работоспособности или проведения периодических регламентных работ с газоанализатором обычно требуется его демонтаж с места эксплуатации.
Известны способы защиты от влаги с помощью нагревателей. Примером такого решения является патент SU 1822945 от 15.03.1990 г., G01N 21/61. Но такой способ является весьма энергозатратным, что труднореализуемо во взрывоопасных зонах, где накладываются ограничения на величину тока и напряжения.
Стабилизация работы также может быть достигнута за счет холодильников, например холодильника Пельтье. Пример такого технического решения представлен в патенте RU 2187093 от 14.06.2000 г., G01N 21/61. Но этот вариант также является энергозатратным.
Интересным и неэнергозатраным является решение по удалению воды для анализатора кислорода в водороде по патенту CN 201096735 (Y) от 01.2006 г., G01N 25/32, который содержит цилиндрическую трубу, верхний конец которой закрыт, а в нижней части установлен сливной клапан, в средней части трубы установлено сито с многочисленными отверстиями и небольшой цилиндрический рукав, через который сливается конденсированная влага и удаляется через клапан в нижней части трубы.
Однако это техническое решение работает в потоке газа, но малоэффективно в открытой атмосфере.
Известна конструкция датчика соотношения воздуха и топлива и метод его сборки по патенту US 6,178,806 В1 от 24.10.1998 г., М.кл. G01N 27/00; G01M 15/00; U.S. cl. 73/23.32.
Датчик содержит чувствительный элемент, защищенный водоотражающим фильтром, который изготовлен из водоотражающего материала, пропускающего воздух, как, например, пористого полимерного материала - polytetrafluorethylene (PTFE), установленный внутри двустенной оболочки. Внутренняя и внешняя оболочки изготовлены из нержавеющей стали и могут иметь отверстия для попадания атмосферного воздуха, таким образом, чтобы фильтр находился между отверстиями. Кроме того, фильтр может быть в форме трубы. Крепление двустенной оболочки осуществляется обжатием специальной оснасткой к герметичному основанию, выполненному из полимера или пластмассы.
Данная конструкция обеспечивает защиту от паров воды и пыли, но при высокой влажности и нулевых температурах увеличивается количество влаги, которое приводит к уменьшению прохождения газовоздушной смеси, и чувствительность датчика снижается. Кроме того, двустенная оболочка трудоемка в изготовлении, и датчик является неразборным в условиях эксплуатации.
В случае выхода из строя заменяется весь датчик, включая чувствительный элемент.
Известна конструкция датчика газа по патенту US 6,679,099 В2 от 13.12.2002 г., М.кл. G01N 19/10, U.S. cl. 73/23.2
Данное изобретение представляет собой датчик газа, предназначенный для определения состава газа при применении контроля воздуха. Датчик содержит воздухопроницаемый фильтр, предназначенный для предотвращения попадания пыли и воды в датчик. Воздухопроницаемый фильтр располагается обжатием между наружной окружной поверхностью цилиндрической вставки и внутренней поверхностью отверстия для частичного перекрытия отверстия, для сохранения проникновения газовоздушной смеси, но препятствия проникновению воды и пыли.
Основание датчика газа представляет собой цилиндрический керамический корпус, внутренние и наружные поверхности окружности которого покрыты резиновым листом. Предпочтительно, чтобы все основание был изготовлено из эластичного материала, такого как резина. Основание крепится эластично в цилиндрическом корпусе посредством обжима.
Данная конструкция обладает теми же недостатками, что и ранее описанная.
Наиболее близким по конструкции является газоанализатор по патенту ЕР 2375246 Al, М.кл. G01N 27/407.
Газоанализатор включает чувствительный элемент, располагающийся по направлению оси и имеющий анализирующую часть для анализа газа, расположенную в передней части, двустенный металлический кожух, который окружает чувствительный элемент по периферии в радиальном направлении, в то время как анализирующая часть выступает с переднего конца; цилиндрическая наружная труба находится сзади металлического корпуса, передней конец прикреплен к металлическому кожуху; герметичное основание располагается в наружной трубе, герметичное основание включает: вставку в отверстие, в которое проходят провода для передачи анализирующего сигнала вставленного чувствительного элемента, отверстие для сообщения с атмосферой, которое обеспечивает сообщение между внутренней и наружной трубой через фильтрационный элемент, который обеспечивает вентиляцию воздуха и предохраняет от попадания воды и пыли.
Недостатком известного устройства является его ограниченная функциональность, обусловленная неразъемностью корпуса на месте эксплуатации и сборки без специальной оснастки, сложностью его изготовления и конструктивным объединением основных элементов оборудования, ограниченные возможности при работе в условиях высокой влажности. Указанные недостатки не позволяют очистить фильтр от пыли и избыточной влаги на месте эксплуатации, и в случае отказа устройства требуется его демонтаж и замена.
Задачей изобретения является устранение указанного недостатка, заключающееся в повышении удобства эксплуатации, обслуживания, ремонта и периодической поверки устройства, упрощении конструкции, повышении устойчивости работы в условиях запыленности, дождя, брызг, конденсации влаги и выпадения росы.
Поставленная задача достигается за счет того, что в газоанализаторе, содержащем корпус газоанализатора с установленными в нем платой разъема и платой крепежной, соединенными между собой проводниками, защитный кожух с вентиляционными отверстиями, с расположенным внутри него диффузионно-заполняемым анализируемой газовой средой отсеком, в котором расположен подсоединяемый через гнезда разъема оптический измерительный преобразователь со встроенной флэш-памятью, защищенный от попадания воды или пыли гидрофобным мембранным фильтром, закрепленным на каркасе фильтра, установленном внутри защитного кожуха с вентиляционными отверстиями, крепление и герметизация защитного кожуха с вентиляционными отверстиями в корпусе осуществлены компрессионным способом с помощью накидной гайки и уплотнительного резинового кольца А, позиционирование защитного кожуха с вентиляционными отверстиями, с закрепленным оптическим измерительным преобразователем со встроенной флэш-памятью при установке в разъем осуществлено совмещением направляющего штыря на плате разъема и паза во втулке с пазом, запрессованной в защитный кожух с вентиляционными отверстиями, оптический измерительный преобразователь со встроенной флэш-памятью крепится внутри втулки с пазом с помощью пружинного фиксатора и герметизируется уплотнительным резиновым кольцом Б, крепление и герметизация каркаса фильтра осуществлены с помощью уплотнительного резинового кольца В с возможностью быстрого извлечения каркаса фильтра, в каркасе фильтра находится объемный фильтр из скрученной стальной проволоки, расположенный перед гидрофобным мембранным фильтром, корпус газоанализатора, накидная гайка и втулка с пазом изготовлены из пластика с низкой теплоемкостью, защитный кожух с вентиляционными отверстиями, каркас фильтра и объемный фильтр из скрученной стальной проволоки изготовлены из металла с высокой теплоемкостью.
Техническим результатом является создание газоанализатора быстроразборной конструкции, с повышением устойчивости его работы в условиях запыленности, дождя, брызг, конденсации влаги и выпадения росы, предусматривающей возможность быстрого извлечения оптического измерительного преобразователя со встроенной флэш-памятью из корпуса газоанализатора, для периодической поверки, ремонта или замены, а также при необходимости, извлечения и очистки фильтра на месте эксплуатации.
Указанные свойства получены за счет того, что в газоанализаторе, содержащем корпус газоанализатора, с установленными в нем платой разъема и платой крепежной соединенных между собой проводниками, защитный кожух с вентиляционными отверстиями, с расположенным внутри него диффузионно-заполняемым анализируемой газовой средой отсеком, в котором расположен подсоединяемый через гнезда разъема оптический измерительный преобразователь со встроенной флэш-памятью, защищенный от попадания воды или пыли гидрофобным мембранным фильтром, закрепленным на каркасе фильтра, установленном внутри защитного кожуха с вентиляционными отверстиями, крепление и герметизация защитного кожуха с вентиляционными отверстиями в корпусе газоанализатора осуществлено компрессионным способом с помощью накидной гайки и уплотнительного резинового кольца А, позиционирование защитного кожуха с вентиляционными отверстиями, с закрепленным оптическим измерительным преобразователем со встроенной флэш-памятью при установке в гнезда разъема, осуществлено совмещением направляющего штыря на плате разъема и паза во втулке с пазом, запрессованной в защитный кожух с вентиляционными отверстиями, оптический измерительный преобразователь со встроенной флэш-памятью крепится внутри втулки с пазом с помощью пружинного фиксатора и герметизируется уплотнительным резиновым кольцом Б, крепление и герметизация каркаса фильтра осуществлены с помощью уплотнительного резинового кольца В с возможностью быстрого извлечения каркаса фильтра, в каркасе фильтра находится объемный фильтр из скрученной стальной проволоки, расположенный перед гидрофобным мембранным фильтром, корпус газоанализатора, накидная гайка и втулка с пазом изготовлены из пластика с низкой теплоемкостью, защитный кожух с вентиляционными отверстиями, каркас фильтра и объемный фильтр из скрученной стальной проволоки изготовлены из металла с высокой теплоемкостью.
Газоанализатор представлен на рисунке.
Цифрами на рисунке обозначены:
1 - корпус газоанализатора;
2 - накидная гайка;
3 - защитный кожух с вентиляционными отверстиями;
4 - оптический измерительный преобразователь со встроенной флэш-памятью;
5 - каркас фильтра;
6 - гидрофобный мембранный фильтр;
7 - объемный фильтр из скрученной стальной проволоки;
8 - уплотнительное резиновое кольцо В;
9 - пружинный фиксатор;
10 - плата разъема;
11 - плата крепежная;
12 - проводники;
13 - уплотнительное резиновое кольцо А;
14 - втулка с пазом;
15 - крышка фильтра;
16 - направляющий штырь;
17 - гнезда разъема;
18 - уплотнительное резиновое кольцо Б.
Конструктивно газоанализатор выполнен в пластмассовом корпусе газоанализатора 1, в левой части которого предусмотрена резьба для герметичного закрепления гайкой через прокладку в отверстии корпуса прибора передачи данных. Ориентация газоанализатора - горизонтальная.
В корпус газоанализатора 1 вставлен защитный кожух с вентиляционными отверстиями 3, который позиционирован путем совмещения направляющего штыря 16 и направляющего паза втулки с пазом 14, а затем вставлен в гнезда разъема 17, защитный кожух с вентиляционными отверстиями 3 зафиксирован и герметизирован за счет затягивания вручную накидной гайки 2 на корпусе газоанализатора 1, и сжатия с деформацией уплотнительного резинового кольца А 13.
Внутри защитного кожуха с вентиляционными отверстиями 3 установлен оптический измерительный преобразователь со встроенной флэш-памятью 4, который зафиксирован во втулке с пазом 14 с помощью пружинного фиксатора 9 с одной стороны и упором выступа на корпусе оптического измерительного преобразователя со встроенной флэш-памятью 4 в выступ втулки с пазом с другой стороны. Пружинный фиксатор 9 представляет собой V-образную пружину, которая вставлена враспор внутри втулки с пазом 14. Герметизация соединения оптического измерительного преобразователя со встроенной флэш-памятью 4 и втулки с пазом 14 обеспечена уплотнительным резиновым кольцом Б 18.
Оптический измерительный преобразователь со встроенной флэш-памятью 4 содержит внутри себя передатчик и приемник инфракрасного излучения, систему отражающих зеркал, микроконтроллер, флэш-память, температурный датчик, интерфейс для цифрового обмена. Корпус оптического измерительного преобразователя со встроенной флэш-памятью 4 имеет запрессованные электрические выводы для подключения к гнездам разъема 17.
Внутри защитного кожуха с вентиляционными отверстиями 3 также установлен каркас фильтра 5, на котором закреплен гидрофобный мембранный фильтр 6, представляющий собой пористый диск мембраны, пропускающий газы и пары, но не пропускающий воду.
Внутри каркаса фильтра 5 расположен объемный фильтр из скрученной стальной проволоки 7, представляющий собой пористый цилиндр. Фиксация и герметизация каркаса фильтра 5 внутри защитного кожуха с вентиляционными отверстиями 3 осуществлена с помощью уплотнительного резинового кольца В 8, с возможностью быстрого извлечения каркаса фильтра 5, вытаскивая его из защитного кожуха с вентиляционными отверстиями 3 за прикрепленную к каркасу фильтра 5 крышку фильтра 15. Фиксация от вращения платы разъема 10 в корпусе газоанализатора 1 осуществлена частью направляющего штыря 16, вставленной в отверстие в корпусе газоанализатора 1. Крепление платы разъема 10 осуществлено пайкой проводников 12 от платы разъема 10 к плате крепежной 11. Четыре одиночных гнезда разъема 17 впаяны в плату разъема 10.
Следует отметить, что из технологических соображений направляющий штырь 16 может быть изготовлен и как отдельная деталь, так и выполнен в виде шипа на корпусе газоанализатора 1, при этом направляющий паз изготавливается на защитном кожухе с вентиляционными отверстиями 3, направляющий штырь 16 может быть также изготовлен в виде шипа на защитном кожухе с вентиляционными отверстиями 3, при этом направляющий паз изготовлен на корпусе газоанализатора 1. Любое из этих решений не противоречит сущности заявляемого технического решения, не меняет его свойств и имеет чисто технологический характер.
Газоанализатор работает следующим образом. Анализируемая газовая среда за счет диффузии и конвекции через защитный кожух с вентиляционными отверстиями 3 попадает в зазор между кожухом с вентиляционными отверстиями 3 и каркасом фильтра 5, затем через вентиляционные отверстия в каркасе фильтра 5 попадает в объемный фильтр из скрученной стальной проволоки 7 и через гидрофобный мембранный фильтр 6 поступает на анализ в оптический измерительный преобразователь со встроенной флэш-памятью 4, который передает цифровой электрический сигнал через два гнезда разъема 17 на проводники 12, напряжение питания оптического измерительного преобразователя подается через другие два гнезда разъема 17 с проводников 12.
Защитный кожух с вентиляционными отверстиями 3, объемный фильтр из скрученной стальной проволоки 7 и гидрофобный мембранный фильтр 6 предохраняют от попадания воды и пыли в оптический измерительный преобразователь со встроенной флэш-памятью 4. Благодаря тому что корпус газоанализатора 1, накидная гайка 2 и втулка с пазом изготовлены из пластика с низкой теплоемкостью, сам оптический измерительный преобразователь со встроенной флэш-памятью 4 также имеет низкую теплоемкость, а защитный кожух с вентиляционными отверстиями 3, каркас фильтра 5 и объемный фильтр из скрученной стальной проволоки 7 изготовлены из металла с высокой теплоемкостью, при условиях конденсации влаги и возникновении «точки росы», за счет разницы в теплоемкостях деталей, в первую очередь происходит конденсация влаги из анализируемой газовой среды отсека на защитном кожухе с вентиляционными отверстиями 3, каркасе фильтра 5 и объемном фильтре из скрученной стальной проволоки 7, избытки конденсата вытекают через вентиляционные отверстия каркаса фильтра 5 и защитного кожуха с вентиляционными отверстиями 3. Осушенная таким образом газовая среда поступает через мембрану на оптический измерительный преобразователь со встроенной флэш-памятью 4, который имеет более низкую теплоемкость, чем элементы окружающей конструкции. Измерительная часть оптического измерительного преобразователя со встроенной флэш-памятью 4 тем самым становится менее подверженной конденсации влаги.
При необходимости проведения чистки фильтра из скрученной стальной проволоки 7, имеется возможность быстрого извлечения каркаса фильтра 5, вытаскивая его из защитного кожуха с вентиляционными отверстиями 3 за прикрепленную к каркасу фильтра 5, крышку фильтра 15. При необходимости проведения регламентных работ, периодической калибровки, поверки, ремонта или замены оптического измерительного преобразователя со встроенной флэш-памятью 4, на газоанализаторе вручную откручивается накидная гайка 2, затем защитный кожух с вентиляционными отверстиями 3 с закрепленным оптическим измерительным преобразователем со встроенной флэш-памятью 4 извлекается из гнезд разъема 17 и корпуса газоанализатора 1 для проведения необходимых работ в помещении с необходимым оборудованием. Защитный кожух с вентиляционными отверстиями 3 с закрепленным оптическим измерительным преобразователем со встроенной флэш-памятью 4 и каркасом фильтра 5 с крышкой 15 устанавливается обратно в корпус газоанализатора путем вращения и совмещения направляющего штыря 16 с пазом во втулке с пазом 14 и затем вставления в гнезда разъема 17. Фиксация и герметизация защитного кожуха с вентиляционными отверстиями 3 в корпусе газоанализатора 1 осуществляется накидной гайкой 2, за счет компрессионного сжатия уплотнительного резинового кольца А 13.
На предприятии изготовлен описанный газоанализатор и проведены его испытания, которые подтвердили повышение удобства эксплуатации, обслуживания, ремонта и периодической поверки устройства, упрощение конструкции, повышение устойчивости работы в условиях запыленности, дождя, брызг, конденсации влаги и выпадения росы. Газоанализатор готовится к серийному выпуску.