ПЕРВИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКОГО ГАЗОАНАЛИЗАТОРА

Полезная модель относится к аналитическим приборам, используемым для измерения концентрации вредных веществ (газов) в воздухе, основанным на фиксации изменений оптических свойств поверхности газочувствительного элемента под воздействием анализируемой среды и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Первичный преобразователь предназначен для количественного преобразования контролируемой газовой микропримеси в значение ее концентрации в воздухе промышленных зон, в том числе во взрывоопасных помещениях.
Общие принципы построения фотоколориметрического газоанализатора предусматривают наличие корпуса, держателя с газочувствительным индикаторным элементом, электродвигатель, на оси которого расположены держатель индикаторного элемента и оптически сопряженные источник света и фотоэлемент, и регистрирующий прибор.
Газоанализатор предназначается для анализа воздушной среды путем непрерывной регистрации концентрации анализируемого компонента в течение заданного времени с применением метода фотоколориметрического анализа, что позволяет определять концентрации веществ по изменениям оптических характеристик чувствительного элемента.
Известен Фотоколориметрический ленточный газосигнализатор для обнаружения токсичных примесей в воздухе по патенту на полезную модель RU 47100 (публ. 10.08.2005, G01N 21/00), содержащий корпус, лентопротяжный механизм с индикаторной лентой, дозатор индикаторных реактивов, пневматическую систему подачи анализируемого воздуха к индикаторной ленте, фотоблок с осветителем и фотоприемником, блок электроники, соединенный с фотоблоком, и с регистратором сигнала, при этом узел которого выполнен в виде датчика, электрические узлы которого расположены во взрывозащищенных оболочках в его корпусе, и выносного пульта управления и сигнализации, располагаемого вне взрывоопасной зоны.
Недостатком известного решения является усложнение конструкции и невозможность использования решений в съемной компоновке.
Известен фотоколорометрический газоанализатор по патенту на изобретение RU 2038585 (публ. 27.06.1995, G01N 21/78) содержащий индикаторный элемент, с одной стороны которого установлены два светоизлучающих диода, оптические оси которых расположены в одной плоскости под одинаковыми углами к плоскости размещения индикаторного элемента, и основной фотоприемник, выход которого соединен с регистрирующим устройством, при этом светодиоды расположены так, что угол между оптическими осями светодиодов составляет 10-45°, между светодиодами и индикаторным элементом симметрично относительно оптических осей светодиодов под углом 0-30° к плоскости размещения индикаторного элемента установлено плоское тонкое стекло, на поверхность которого, обращенную к светодиодам, нанесено полупрозрачное светоотражающее покрытие, основной фотоприемник выполнен в виде планарного фотодиода, расположенного на тонком плоском стекле со стороны светодиодов вне направления распространения их излучения, в оптической тени основного фотоприемника от излучения светодиодов, отраженного от индикаторного элемента, на направлении распространения излучения светодиодов, отраженного от полупрозрачного светоотражающего покрытия и от поверхности тонкого плоского стекла, расположен дополнительный фотоприемник, идентичный основному, при этом на направлении распространения излучения, отраженного от индикаторного элемента в пределах апертуры дополнительного фотоприемника, размещена оптическая ловушка, а выход дополнительно фотоприемника электрически соединен с входами светодиодов через усилитель отрицательной обратной связи.
Газоанализатор содержит два светодиода, индикаторный элемент, основной фотоприемник, тонкое плоское стекло, дополнительный фотоприемник, регистрирующее устройство, усилитель обратной связи, полупрозрачное светоотражающее покрытие, оптическую ловушку, выполненную, например, в виде черного экрана или черного конуса.
Недостатком известного устройства являются усложненная конструкция устройства, влияющая на его эксплуатационную надежность. В данном устройстве обеспечивается получение информации об интенсивности потоков света, отражаемого двумя участками индикаторной ленты, один из которых обдувается (продувается) анализируемой смесью газов. При этом в предположении, что все участки индикаторной ленты имеют постоянный начальный коэффициент отражения, достигается компенсация изменений светимости источника света во времени. Схема такого устройства включает светоделитель с тонкой юстировкой и дополнительные средства, препятствующие проникновению анализируемой пробы к не обдуваемому участку ленты. Кроме того указанное устройство не позволяют создать миниатюрный фотоколориметрический преобразователь.
Техническим решением, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является повышение точности и надежности работы при исключении нестабильности метрологических характеристик при миниатюризации узла фотоколориметрического преобразователя
Указанный технический результат достигается тем, что первичный преобразователь фотоколориметрического газоанализатора, включающий корпус с держателем газочувствительного индикаторного элемента и измерительного узла с светодиодом и фотоприемниками, соединенными с регистратором сигнала, отличающийся тем, что, установленные на одной оси первый фотодиод и светодиод являются оптопарой и разделены индикаторной лентой, при этом второй фотодиод расположен соосно в непосредственной близости за светодиодом, при этом преобразователь выполнен в виде отдельного узла, с возможностью его установки в качестве сменного элемента в приборную часть с побудителем расхода газа и лентопротяжным механизмом, при этом газовый тракт первичного преобразователя герметично пристыковывается к входному тракту побудителя и обеспечивается стыковка цепей питания и интерфейса.
Такая схема может быть реализована в варианте, представленном на фиг. 1-2.
Преобразователь в сборе состоит из кассеты со свернутым в рулон запасом ленточного чувствительного элемента и измерительного узла первичного фотоколориметрического преобразователя.
Первичный преобразователь, выполнен в пластмассовом корпусе 1 с пластмассовой крышкой 2 и с двумя отсеками: для рулона индикаторной ленты 3, длиной до 25 м и шириной 8 мм и платы электронного монтажа 4, является самостоятельным изделием, однозначно определяющим метрологические характеристики газоанализатора. В первичном преобразователе вытягиваемый из ленточного отсека конец ленты 5 попадает в зазор 6 между свето- и фотодиодами (7-10). Участок ленты, находящийся в этом зазоре, является рабочим участком. Корпус и крышка в этом месте снабжены штуцерами 9, обеспечивающими омывание рабочего участка ленты потоком анализируемой пробы. С тыльной стороны светодиода 7 установлен еще один фотодиод 8, отслеживающий светимость светодиода. Выводы диодов попадают на плату 4, имеющую габариты 25×65 мм, где размещена схема питания светодиода и преобразования сигналов фотодиодов.
Для проведения процедуры фотометрирования участка ленты используется оптико-электронная конструкция, состоящая из светодиода, например, КИПД 21 И-Г и двух фотодиодов типа КФДМ. Один фотодиод 10, именуемый главным, расположен за лентой и предназначен для измерения значения освещенности светового потока прошедшего через ленту. Второй фотодиод 8 расположен в непосредственной близости за светодиодом и предназначен для контроля уровня освещенности, создаваемой светодиодом. Такое решение позволяет избежать ошибок измерений, связанных с изменением электрических характеристик и светимости светодиода.
При такой схеме динамика изменения отношения сигнала основного фотодиода 10 к одновременному сигналу дополнительного 8 фотодиода, т.е. динамика изменения коэффициента пропускания рабочего участка индикаторной ленты, напрямую связана с концентрацией контролируемого компонента. Выявление этого соотношения, динамики его изменения, вычисление концентрации и подготовку сообщения о результате измерения выполняет электрическая схема преобразователя.
На плате также должен быть размещен процессор, включающий ЦАП и АЦП (например, ADUC 824) с элементами, обеспечивающими его функционирование. Монтаж элементов может быть реализован с обеих сторон платы. Цепи питания платы и цепи интерфейса T×D и R×D выводятся на разъем. Загрузка компьютерной программы осуществляется через конвертер интерфейса. Калибровка преобразователя, поверка, а также штатное функционирование осуществляется при его установке в приборную часть с вспомогательными устройствами: побудителем расхода газа, лентопротяжным механизмом, процессором, дисплеем, и источником питания. В отсутствии преобразователя в приборе должен быть обеспечен автономный запуск в работу побудителя расхода газа, лентопротяжного механизма, а также выведение на дисплей заранее обусловленной информации с целью проверки работоспособности этих устройств.
Операция поверки преобразователя в эксплуатации не предусмотрены. Преобразователь поверяется при выпуске из производства и поставляется с гарантией сохранности в течении одного года. По истечении этого срока, либо по израсходованию ленты преобразователь подлежит утилизации в обычном порядке, либо возврату на завод-изготовитель, т.к. показатели надежности (без учета ЛЧЭ) позволяют его многократное использование.