ИНФРАКРАСНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Область техники
Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к устройствам, предназначенным для определения концентрации метана и других газообразных углеводородов (пропан, гексан и др.), и может быть использована для измерения объемной концентрации метана и паров регазифицированного сжиженного природного газа (СПГ) на объектах их добычи и хранения.
Уровень техники
Известен газоанализатор, содержащий газовый датчик, подключенный к электронному блоку питания, управления и внешней коммутации (патент РФ на полезную модель №84563).
90
90
Недостатками данного газоанализатора являются относительно большое значение временного отклика τ>10 с, поскольку молекулы анализируемого газа поступает к газовому датчику за счет молекулярной диффузии, а также невозможность детектировать анализируемые газы при температуре ниже - 40°С, так как газовый датчик и электронный блок питания, управления и внешней коммутации не защищены от неблагоприятного воздействия низких температур. Величина временного отклика τ определяется как время, необходимое для регистрации объемной концентрации газовой смеси на уровне 90% от конечного значения после ее быстрого изменения (Малышев В.В., Писляков А.В., Исследование газочувствительности полупроводниковых оксидов металлов на основе двуокиси олова к метану в широкой области температур, концентраций и влажности газовой среды // Ж. Аналитической химии. 2009. Т. 64. №1. С. 99-110 и Vasiliev А.А., Malyshev V.V., Sensors for the ultra-fast monitoring of explosive gas concentrations, J. Sensors and Actuators. 2013. В 189. P. 260-267).
Известен газоанализатор с сенсорным модулем, включающим газовый датчик, плату для предварительной обработки аналогового сигнала, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, и вторичный микропроцессор, считывающий информацию с выхода сенсорного модуля (патент РФ №2321847).
90
Недостатками этого газоанализатора являются большое значение τ>10 с, а также невозможность анализировать газы при температуре ниже -40°С, так как газовый датчик, микроконтроллер и вторичный микропроцессор не защищены от неблагоприятного воздействия низких температур.
Известен газоанализатор токсичных, радиоактивных и горючих газов (патент РФ на полезную модель №127928), содержащий датчик радиоактивности и набор съемных газовых сенсоров, расположенных в газовом канале с внешним обогревателем для устранения конденсации влаги, внутренний измеритель температуры газов, пылевой фильтр на входе в газовый канал, на выходе из которого установлен побудитель расхода газа, и электронный модуль, включающий платы питания, интерфейса и внешней коммутации для питания и управления.
90
Недостатками этого газоанализатора являются относительно большое значение τ≥15-30 с для используемых термокаталитического, полупроводникового и/или электрохимического сенсоров токсичных и горючих газов, а также невозможность их детектировать при температуре ниже -40°С (Система газоаналитическая СКВА-01, Руководство по эксплуатации, ЕКРМ.411741.001РЭ, ООО НПФ ИНКРАМ Москва, 2013).
Известен инфракрасный газоанализатор (патент РФ №2187093) для измерения объемной концентрации метана и других газообразных углеводородов, включающий инфракрасный оптический датчик, содержащий корпус с отверстиями для входа и выхода анализируемого газа, инфракрасный светодиод, интерференционные фильтры для выделения опорной и рабочих длин волн инфракрасного излучения, расположенную по ходу инфракрасного излучения светодиода измерительную газовую кювету, установленные за ней фотоприемники инфракрасного излучения опорного и рабочего измерительных каналов, электронный модуль, с усилителем сигналов, стабилизатором питания, управляющим микропроцессором и коммуникационную плату с устройством внешней коммутации, стабилизированного питания, управляющим микропроцессором и интерфейсом с формирователем цифровых сигналов.
90
Недостатками эго инфракрасного газового анализатора являются относительно большая величина τ ≈ 10 с, вследствие диффузионного отбора газа в измерительную газовую кювету оптического инфракрасного датчика, а также невозможность анализировать газы при температуре ниже -40°С и генерация ложных сигналов при существенном градиенте температуры инфракрасного оптического датчика dT/dt≥2-3 град/мин (Малогабаритный измерительный датчик взрывоопасных газов MIPEX-02-X-X-X.1 (RX). Руководство по эксплуатации ESAT.413347.002 РЭ. Версия 04 19.04.2017. 50 С. ООО "Оптосенс". Санкт-Петербург).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели (прототипом) является автономный стационарный газоанализатор (преобразователь) ИГМ-10-X-00 (Преобразователи измерительные ИГМ-10, Руководство по эксплуатации КДЮШ.413347.005-12 РЭ, ООО «ЭМИ-Прибор» (IGM-Detector), Санкт Петербург, 2016), включающий аэрозольный фильтр, цилиндрический корпус, внутри которого расположены электронный блок с усилителями сигналов, платами стабилизированного питания и микроконтролером и плата внешней коммуникации, а на его поверхности установлен разъем для подключения внешних цепей и инфракрасный оптический датчик с отверстиями в его корпусе для входа и выхода анализируемого газа.
Инфракрасный оптический датчик с отверстиями в его корпусе для входа и выхода анализируемого газа содержит инфракрасный светодиод с опорной и рабочей длинной волн инфракрасного излучения, интерференционные фильтры для выделения опорной и рабочих длин волн инфракрасного излучения, расположенную по ходу инфракрасного излучения светодиода, газовую кювету с фокусирующими линзами инфракрасного излучения на входе и выходе, установленные за газовой кюветой фотоприемники инфракрасного излучения опорного и рабочего измерительных каналов (разработан ООО "Оптосенс" под маркой MIPEX-02-Х-Х-Х.1 (RX). Малогабаритный измерительный датчик взрывоопасных газов).
Принцип действия инфракрасного газоанализатора основан на избирательном поглощении инфракрасного излучения молекулами исследуемого газа (для метана - в области длин волн 3,31 мкм). Инфракрасное излучение светодиода проходит через измерительную газовую кювету диффузионного типа и попадает на два фотоприемника, один из которых регистрирует только излучение в диапазоне длин волн 3,31 мкм, а другой в диапазоне длин волн 3,6-3,7 мкм. Исследуемый газ, находящийся в кювете, поглощает излучение рабочей длины волны (λр=3,31 мкм) и не влияет на излучение опорной длины волны (λо=3,65 мкм). Амплитуда рабочего сигнала фотоприемника изменяется пропорционально концентрации метана и других углеводородных газов. Описанный инфракрасный газоанализатор метана и других газообразных углеводородов по прототипу выпускается ООО «ЭМИ-прибор» в виде инфракрасного оптического газоанализатора преобразователя измерительного ИГМ-10-Х-00.
90
Недостатками инфракрасного газоанализатора по прототипу являются отсутствие измерителя температуры анализируемого газа снаружи устройства и невозможность детектировать метан и/или пары регазифицированного СПГ при температуре ниже -40°С, относительно большое значение времени τ ≈ 10 с, поскольку молекулы анализируемого газа поступают в измерительную газовую кювету инфракрасного оптического датчика за счет молекулярной диффузии через пористый аэрозольный фильтр, а также генерация ложных сигналов при возникновении существенного градиента температуры инфракрасного оптического датчика с величиной dT/dt≥2-3 град/мин, вследствие быстрого и существенного изменения температуры анализируемого газа. Это не позволяет использовать его для контроля быстроизменяющейся за время менее 10 с концентрации метановоздушных выбросов в шахтах или при разгерметизации резервуаров хранения и переработки метана и СПГ, а также для мониторинга флуктуирующих по объемной концентрации и температуре выбросов и облаков метана или паров регазифицированного СПГ в атмосфере за времена менее 10 с и при Т≤-40°С.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель является унификация конструкции инфракрасного газоанализатора и расширение его функциональных возможностей.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение технических характеристик инфракрасного газоанализатора.
Для достижения технического результата предложен инфракрасный газоанализатор, состоящий из цилиндрического корпуса, на поверхности которого установлен разъем для подключения внешних цепей, а внутри которого расположены инфракрасный оптический датчик, включающий в себя отверстия для входа и выхода анализируемого газа, инфракрасный светодиод, интерференционные фильтры и расположенную по ходу инфракрасного излучения светодиода газовую кювету с фокусирующими линзами инфракрасного излучения, фотоприемники инфракрасного излучения и электронный блок управления, включающий в себя коммуникационную плату, к которой присоединены управляющий микроконтроллер, формирователь сигналов интерфейса, при этом, в состав газоанализатора включен газовый канал, состоящий из коаксиальных внутренней и внешней цилиндрических труб, причем внешняя труба герметично присоединена к цилиндрическому корпусу и на ее выходе размещен пылевой фильтр, а внутренняя труба коаксиально и герметично соединена с инфракрасным оптическим датчиком, внутри которой коаксиально и последовательно расположены пористый металлический наполнитель, аэрозольный фильтр, побудитель расхода анализируемого газа и измеритель внутренней температуры, на ее торце расположен измеритель наружной температуры газа и защитная сетка, снаружи нее установлена цилиндрическая электропечь, внутри цилиндрического корпуса установлена дополнительная плата управления.
90
90
В результате создания газового канала, удается расширить функциональные возможности заявленной конструкции инфракрасного газоанализатора путем непрерывного измерения внешней температуры анализируемого газа и одновременного расширения более чем в два раза низкотемпературного диапазона измерения флуктуирующих значений объемной концентрации метана и других газообразных углеводородов от - 40°С (по прототипу) до -(80-100)°С. Кроме того, удалось обеспечить повышение точности ее анализа путем уменьшения величины временного отклика от τ ≈ 10 с (по прототипу) до τ<1 с за счет создания с помощью побудителя расхода газа стационарного потока конвективной диффузии анализируемого газа в измерительную газовую кювету инфракрасного оптического датчика через отверстия в его корпусе для входа и выхода анализируемого газа без защитных аэрозольных фильтров, причем анализируемый газовый поток предварительно отфильтровывается от аэрозольных примесей металлическим пористым наполнителем и аэрозольным фильтром и предварительно нагревается до температуры (5-25)°С в газовом канале с помощью металлического пористого наполнителя и цилиндрической электропечи.
В прототипе отсутствует побудитель расхода анализируемого газа, а на отверстиях корпуса инфракрасного оптического датчика для входа анализируемого газа в измерительную газовую кювету газовой кюветы установлены защитные аэрозольные фильтры. Это не позволяет создавать принудительный и стабилизированный перенос анализируемого газа в измерительную газовую кювету и анализируемый газ поступает в нее за счет молекулярной диффузии. В заявленной конструкции за счет установки побудителя расхода стационарная скорость конвективного диффузионного потока анализируемого газа в газовую кювету через отверстия в корпусе для его входа и выхода существенно превышает скорость поступления молекул за счет их молекулярной диффузии. В результате существенно уменьшается до менее одной секунды величина временного отклика заявленного инфракрасного газового анализатора. Кроме того, в отличие от прототипа в заявленном устройстве конвективный поток анализируемого газа предварительно фильтруется от аэрозольных примесей и нагревается до температуры 5-25°С с одновременным контролем температуры анализируемого газа снаружи. Выход газового канала защищен пылевым фильтром.
В отличие от прототипа газоанализатор содержит внутри цилиндрического корпуса дополнительную управляющую плату с микропроцессором и источником стабилизированного питания, к которой подключены цилиндрическая электропечь, побудитель расхода газа, измерители внешней и внутренней температуры анализируемого газа. Дополнительная управляющая плата включает стабилизированный источник питания побудителя расхода анализируемого газа с постоянным напряжением от 5 до 12 В, стабилизированный источник питания цилиндрической электропечи до 48 В, соединенный обратной связью с анализатором показаний измерителей внешней и внутренней температуры анализируемого газа, и управляемый микропроцессором для регулировки мощности электропечи. Это позволяет из анализа показаний измерителей температуры анализируемого газа снаружи инфракрасного газоанализатора и внутри газового канала регулировать рабочие характеристики внешней цилиндрической электропечи и осуществлять нагрев отбираемого анализируемого газа выше 5°С при условии, что его наружная температура может достигать величины до -(80-100)°С. Оптимальный диапазон нагревания анализируемого газа в газовом канале составляет от 5 до 25°С.
В отличие от прототипа в заявленном устройстве создана система регистрации внешней температуры анализируемого газа. Измерение температуры снаружи инфракрасного газового анализатора непрерывно осуществляется измерителем внешней температуры и регистрируется дополнительной управляющей платой с микропроцессором и с непрерывной передачей данных на удаленный до 1200 м компьютер. Это позволяет осуществлять одновременное дистанционное измерение распределений концентрации и температуры в потенциально опасных облаках и выбросах метановоздушной смеси.
Металлический пористый наполнитель, расположенный во внутренней трубе газового канала предназначен не только для оптимизации условий равномерного нагревания анализируемого газа, но и для его предварительной очистки от грубодисперсных аэрозольных примесей. За металлическим пористым наполнителем размещен аэрозольный фильтр для защиты инфракрасного оптического датчика от проникновения тонкодисперсных аэрозольных частиц (пыль, дым, туман), поскольку рассеивание и/или поглощение инфракрасного излучения аэрозольными частицами в измерительной газовой кювете может существенно влиять на точность измерения объемной концентрации метана и паров регазифицированного СПГ с генерацией ложных сигналов. На выходе внешней трубы газового канала размещен пылевой фильтр для защиты инфракрасного оптического датчика от проникновения аэрозольных примесей (пыль, дым, туман), которые могут существенно влиять на точность измерения объемной концентрации газообразных углеводородов из-за рассеивания и поглощения инфракрасного излучения аэрозольными частицами.
В результате решается поставленная задача заявленного инфракрасного газоанализатора.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображена принципиальная схема заявленного инфракрасного газоанализатора, где:
1 - инфракрасный оптический датчик;
2 - отверстие для входа анализируемого газа;
3 - отверстие для выхода анализируемого газа;
4 - электронный блок управления;
5 - цилиндрический корпус;
6 - коммуникационная плата;
7 - дополнительная плата управления;
8 - внутренняя коаксиальная цилиндрическая труба;
9 - внешняя коаксиальная цилиндрическая труба;
10 - защитная сетка;
11 - измеритель наружной температуры анализируемого газа;
12 - пористый металлический наполнитель;
13 - цилиндрическая электропечь;
14 - аэрозольный фильтр;
15 - побудитель расхода анализируемого газа;
16 - измеритель внутренней температуры;
17 - пылевой фильтр;
18 - разъем для подключения внешних цепей;
19 - инфракрасный светодиод;
20 - интерференционные фильтры;
21 - газовая кювета с фокусирующими линзами инфракрасного излучения;
22 - фотоприемники инфракрасного излучения опорного и рабочего измерительных каналов.
Q - расход анализируемого газа в инфракрасный газоанализатор.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 изображена принципиальная схема заявленного инфракрасного газоанализатора. Он содержит инфракрасный оптический датчик 1 с отверстиями в его корпусе для входа 2 и выхода 3 анализируемого газа, подключенный к электронному блоку управления 4, коммуникационную плату 6 и дополнительную плату управления 7, установленные внутри цилиндрического корпуса 5. Газовый канал состоит из внутренней 8 и внешней 9 коаксиальных, цилиндрических труб, причем на торце внутренней трубы 8 с защитной сеткой 10 расположен измеритель наружной температуры анализируемого газа 11. Кроме того, внутри внутренней трубы 8 последовательно и коаксиально установлены пористый металлический наполнитель 12, аэрозольный фильтр 14, побудитель расхода анализируемого газа 15 и измеритель его внутренней температуры 16, а снаружи внутренней трубы 8 расположена цилиндрическая электропечь 13. Пылевой фильтр 17, установлен на выходе внешней трубы 9. Разъем для подключения внешних цепей 18, расположен на поверхности корпуса электронного блока управления 5.
Инфракрасный оптический датчик 1 герметично состыкован с внутренней трубой 8 и включает корпус с отверстиями для входа 2 и выхода 3 анализируемого газа, инфракрасный светодиод 19 с опорной и рабочей длинной волн инфракрасного излучения, интерференционные фильтры 20 для выделения опорной и рабочих длин волн инфракрасного излучения и расположенную по ходу инфракрасного излучения светодиода 19 газовую кювету с фокусирующими линзами инфракрасного излучения 21. На входе и выходе установлены фотоприемники инфракрасного излучения опорного и рабочего измерительных каналов 22.
Электронный блок управления 4 содержит усилители сигналов, платы стабилизированного питания и микроконтролер (на фиг. 1 не показаны).
Коммуникационная плата 6 включает устройство внешней коммутации и стабилизированного питания, управляющий микропроцессор и интерфейс с формирователем цифровых сигналов (на фиг. 1 не показаны).
Диапазон рабочих температур инфракрасного оптического датчика 1 варьируется от -40 до 60°С при условии, что скорость изменения его температуры dT/dt<2-3°С/мин.
Измерители внешней 11 и внутренней 16 температуры анализируемого газа, побудитель его расхода 15 и цилиндрическая электропечь 13 подключены к дополнительной управляющей плате 7, содержащей стабилизированный источник питания побудителя расхода анализируемого газа с постоянным напряжением от 5 до 12 В, стабилизированный источник питания внешней цилиндрической электропечи до 48 В, соединенный обратной связью с анализатором показаний измерителей внешней 11 и внутренней 16 температуры анализируемого газа и управляемый микропроцессором для регулировки мощности электропечи 13 с целью поддержания заданной температуры нагрева анализируемого газа более 5°С перед подачей в отверстия 2. Оптимальный диапазон нагрева анализируемого газа составляет от 5 до 20°С.
Цилиндрические внутренняя 8 и внешняя 9 трубы газового канала выполнены из полипропилена или никелированного металла, не сорбирующих анализируемые газы.
Измерители наружной 11 и внутренней 16 температуры анализируемого газа собраны из термопарного кабеля хромель-алюмель.
Аэрозольный фильтр 14 изготовлен из стойкого к перепадам температуры волокнистого материала класса F7-H11 для защиты инфракрасного оптического датчика от дисперсной фазы. Пылевой фильтр 17 выполнен в виде кольца из волокнистого материала класса F7 для устранения проникновения аэрозольных частиц в инфракрасный оптический датчик. Пористый металлический наполнитель 12 собран из пеноникеля или из прессованных и отожженных медных волокон с открытой пористостью около 90-95% (ГОСТ Р 51251-1999. Фильтры очистки воздуха).
Инфракрасный газоанализатор работает следующим образом. Побудитель расхода 15 непрерывно аспирирует анализируемый газ в инфракрасный газоанализатор последовательно через защитную сетку 10, пористый металлический наполнитель 12 и аэрозольный фильтр 14 в отверстия 2 инфракрасного оптического датчика 1. Его расход составляет Q=2,5-5 литр/мин. Это позволяет обеспечить доставку углеводородной смеси через входные 2 и выходные 3 отверстия в измерительную газовую кювету инфракрасного оптического датчика 21 в течение 0,15-0,3 с в зависимости от величины Q.
CH4
2
Метан и другие углеводородные газы детектируются путем измерения избирательного поглощения молекулами метана инфракрасного излучения с рабочей длиной волны 3,31 мкм. Инфракрасное излучение светодиода проходит через измерительную газовую кювету 21 и попадает на два фотоприемника 22, один из которых регистрирует только излучение в диапазоне длин волн 3,31 мкм, а другой в диапазоне длин волн 3,5-3,7 мкм. Исследуемый газ, находящийся в измерительной газовой кювете 21, поглощает излучение рабочей длины волны и не влияет на излучение опорной длины волны 3,65 мкм. В измерительную газовую кювету 21 анализируемая проба газа поступает через отверстия 2 и 3 в корпусе инфракрасного оптического датчика 1 за счет создания принудительного потока конвективной диффузии побудителем расхода 15, скорость которой существенно превышает скорость переноса молекул метана за счет молекулярной диффузии с коэффициентом диффузии D ≈ 0,2 см/с в нормальных условиях.
Цилиндрическая электропечь 13 для нагревания углеводородной смеси в газовом канале подключена к дополнительной управляющей плате 7, содержащей стабилизированный источник ее питания (на фиг. 1 не показан), соединенный обратной связью с анализатором показаний измерителей наружной 11 и внутренней 16 температуры анализируемого газа и управляемый микропроцессором для регулировки мощности электропечи 13 с целью поддержания заданной температуры нагрева анализируемого газа более 5°С перед подачей в отверстия 2. Нагрев аспирационного газа осуществляется при пониженной температуре, когда ее величина снаружи газоанализатора согласно показаниям измерителя 11 опускается до -(20-100)°С. При температуре ниже -40°С функциональные характеристики чувствительного инфракрасного оптического датчика 1 нарушаются, а при температуре более 60°С датчик разрушается. Максимальная температура анализируемой пробы газа не превышает 60°С.
Измерение температуры газа снаружи инфракрасного газового анализатора осуществляется датчиком 11, а его концентрация регистрируется электронным блоком 4 и дополнительной платой управления 7 с микропроцессором (на фиг. 1 не показан) с передачей данных через разъем 18 на внешний компьютер (на фиг. 1 не показан) на расстояние до 1200 м с использованием интерфейса RS-485.
Пример.
Для регистрации метана и других углеводородных газов использовался инфракрасный оптический датчик 1 модели MIPEX-02-1-II-2.1(А)-ОПТОСЕНС с отверстиями 2 и 3 в корпусе для поступления анализируемого газа в измерительную газовую кювету 21 с электронным блоком 4 и коммуникационной платой 6 согласно (Максютенко М.А., Непомнящий СВ., Погодина С.Б., Шелехин Ю.Л., Недисперсионный многоканальный инфракрасный газовый анализатор, патент РФ, №2187093, «Малогабаритный измерительный датчик взрывоопасных газов MIPEX-02-X-X-X.1 (RX)». Руководство по эксплуатации ESAT.413347.002 РЭ. Версия 04 19.04.2017. 50 С. Собственность ООО "Оптосенс" г. Санкт-Петербург, «Автономный стационарный газоанализатор (преобразователь) ИГМ-10, ИГМ-10-Х-00». Преобразователи измерительные ИГМ-10, Руководство по эксплуатации КДЮШ.413347.005-12 РЭ, ООО «ЭМИ-Прибор» (IGM-Detector) г. Санкт Петербург, 2016). Характерное время срабатывания его электронной схемы составляет менее 0,35 с.
В качестве измерителей 11 и 16 для анализа внешней и внутренней температуры газов использовались две термопары хромель-алюмель с быстродействием около 0,15 с.
Внешняя цилиндрическая электропечь 13 была выполнена в виде изолированного электрического сопротивления типа С 5-35 В с номинальной мощностью рассеивания 50 Ватт и с намотанной проволокой на керамической трубке. Электропечь 13 подключена к дополнительной управляющей плате 7 с микропроцессором (на фиг. 1 не показан), содержащей стабилизированный источник с регулируемым напряжением до 48 В и током нагрузки до 0,3 А, соединенный обратной связью с анализатором показаний внешней 11 и внутренней 16 термопар хромель алюмель и управляемый микропроцессором для регулировки ее мощности. Температура нагревания анализируемого газа перед его поступлением в чувствительную зону газовой кюветы инфракрасного оптического датчика поддерживалась в диапазоне от 10 до 20°С. Нагрев аспирационного газа осуществлялся при пониженной температуре, когда ее величина снаружи газоанализатора согласно показаниям термопары 11 варьировалась от 0 до -100°С.
Внутренние диаметры коаксиальных внутренней 8 и внешней 9 труб газового канала из никелированного металла были равны 13 и 70 мм. Фильтры 14 и 17 были изготовлены из волокнистого полиэстера.
3
В качестве побудителя расхода анализируемого газа 15 использовался взрывозащищенный вентилятор ЕС2008НН05 с 19000 об/мин, производительностью до 0,05 м/мин и с постоянным напряжением питания 5 В от источника стабилизированного питания дополнительной управляющей платы 7 с микропроцессором. Расстояние между вентилятором и входными отверстиями 2 инфракрасного оптического датчика составляло менее 6-7 мм.
Для изучения концентрационных, температурных и временных характеристик устройства использовались калиброванные метаноазотные смеси, а также в отдельных опытах потенциально опасные метановоздушные составы из баллонов. Перед подачей в инфракрасный газовый анализатор их охлаждение до заданной температуры осуществлялось в трубчатом теплообменнике с жидким азотом. Величина объемной концентрации метана варьировалась от 1 до 100% об.
Анализ калиброванных смесей метана и азота из баллонов показал, что заявленное устройство позволяет измерять объемную концентрацию метана в диапазоне от 1 до 100% об. с относительной погрешностью менее 5% при понижении ее температуре на входе в газовый канал от 20-25 до -(80-100)°С.
90
90
90
Для измерения временного отклика τ использовались импульсы метаноазотных или метановоздушных смесей из баллонов, которые подавались в газоанализатор с помощью быстродействующего отсечного клапана, установленного перед сеткой 10 газового канала. Время срабатывания клапана составляло менее 0,08 с. Величина τ зависела от скорости аспирации анализируемого газа и варьировалась от 0,4 до 0,95 с. Изменение его температуры в диапазоне от -(80-100) до+60°С не существенно влияло на значение τ.
90
Аналогичные параметры инфракрасного газоанализатора были получены при детектировании объемной концентрации паров регазифицированного СПГ с концентрацией метана около 95% об. и 5% об. широкой фракции легких углеводородов (этан, пропан, бутан, пентан, гексан и т.п.). Температура газового облака в воздухе при диспергировании и испарении СПГ варьировалась от (10-15) до -(80-100)°С. Инфракрасный оптический датчик предварительно был прокалиброван для использованного СПГ с известным химическим составом. Измерены распределения температуры от (10-15) до -(80-100)°С и концентрации паров СПГ в диапазоне (1-30) % об. от времени внутри облака углеводородной смеси с воздухом с величиной τ<1 с.
Таким образом, сравнение характеристик заявленного инфракрасного газоанализатора с прототипом показывает, что удалось расширить функциональные возможности заявленной конструкции путем непрерывного измерения внешней температуры анализируемого газа (в прототипе этой функции нет) и расширения в (2-2,5) раза низкотемпературного диапазона измерения флуктуирующих значений объемной концентрации метана и других газообразных углеводородов от -40°С (по прототипу) до -(80-100)°С, а также повысить точность ее анализа путем уменьшения величины временного отклика с ≈ 10 с (по прототипу) до менее 1 с. Кроме того, в отличие от прототипа удалось исключить варьирование градиента температуры инфракрасного оптического датчика за счет стабилизации температуры анализируемого газа и, соответственно, устранить генерацию его ложных сигналов при dT/dt>2-3 град/мин и конденсации влаги.