ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Полезная модель относится к газоанализаторам, предназначенным для измерения концентраций токсичных веществ, горючих паров и кислорода с целью обеспечения промышленной безопасности.
Существуют и широко используются в промышленности газоанализаторы, состоящие из сенсора с подключенным к нему предварительным усилителем для преобразования сигнала с сенсора. Выходной сигнал предварительного усилителя преобразуется в стандартный токовый (4-20 мА, 0-5 мА) сигнал, в цифровой сигнал, в дискретный сигнал или какой любой другой для передачи в центральное измерительное и сигнализирующее устройство. Примером таких датчиков могут быть, например, измерительные преобразователи AM1.0, СО1.0, АМИ1.0 и др., выпускаемые ООО НПФ «ИНКРАМ» и рядом других предприятий.
У всех этих датчиков градуировка выполняется либо резисторами, либо в цифровом виде. Однако, во всех случаях при замене сенсора или периодических градуировках происходит временное выбытие датчиков из строя, вызванное необходимостью градуировки или ремонта, которые, как правило, производятся в лаборатории. Кроме того, при этом требуется проведение работ по демонтажу и последующему монтажу датчиков.
Наиболее близким к предлагаемому газоанализатору по совокупности существенных признаков является газоанализатор, содержащий сенсорный модуль, включающий последовательно соединенный чувствительный элемент, устройство для предварительной обработки аналогового сигнала, усилитель, аналого- цифровой преобразователь и микроконтроллер, и вторичный прибор, включающий микропроцессор, считывающий информацию с выхода сенсорного модуля, причем сенсорный модуль и вторичный прибор выполнены с возможностью соединения между собой через разъемы путем вставки друг в друга (см. патент РФ №2321847 С2, G01N 27/416, 10.04.2008).
Недостатком известного газоанализатора является то, что при замене единого типа чувствительного элемента на другой, предназначенный для измерения концентрации других веществ, требуется корректировка параметров элементов сенсорного модуля, таких как усилитель и аналого-цифровой преобразователь.
Задача полезной модели состояла в разработке такого газоанализатора, который обеспечивает простую замену одного типа чувствительного элемента на другой тип чувствительного элемента путем автоматической корректировки параметров элементов сенсорного модуля.
Указанная задача решается тем, что предложен газоанализатор, содержащий съемный сенсорный модуль, включающий последовательно соединенные чувствительный элемент, устройство для предварительной обработки аналогового сигнала, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер, вторичный прибор, включающий микропроцессор, считывающий информацию с выхода сенсорного модуля, причем сенсорный модуль и вторичный прибор выполнены с возможностью соединения между собой через разъемы путем вставки друг в друга, в котором согласно полезной модели в съемный сенсорный модуль введен блок энергонезависимой памяти, подключенный к микроконтроллеру сенсорного модуля и содержащий данные о всех паспортных и градуировочных параметрах сенсорного модуля, а также о пороговых концентрациях измеряемого газа, причем усилитель сенсорного модуля выполнен в виде усилителя с изменяемым коэффициентом усиления, а аналого-цифровой преобразователь выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя с изменяемой разрядностью и усилитель и аналого-цифровой преобразователь связаны с микроконтроллером сенсорного модуля посредством обратной связи.
Другим отличием газоанализатора является то, что в сенсорный блок введен датчик температуры, который соединен с микроконтроллером сенсорного модуля или встроен в него.
Еще одним отличием газоанализатора является то, что во вторичный прибор введена клавиатура для управления параметрами вторичного прибора, соединенная с выходом микропроцессора вторичного прибора.
В числе отличий газоанализатора следует отметить то, что во вторичный прибор введен блок энергонезависимой памяти, причем блок энергонезависимой памяти вторичного прибора содержит данные о типе чувствительного элемента, наименовании измеряемого газа, номере сенсорного модуля и дате его выпуска.
Другим отличием газоанализатора является то, что во вторичный прибор введен цифро-аналоговый преобразователь, соединенный с выходом микропроцессора и преобразующий данные о текущей концентрации газа в токовый сигнал.
Еще одним отличием газоанализатора является то, что во вторичный прибор введен цифровой порт, соединенный с выходом микропроцессора и преобразующий данные о концентрации газа в соответствующий протокол, передаваемый далее в контрольное устройство.
В числе отличий газоанализатора следует отметить то, что во вторичный прибор введены оптроны или реле, соединенные с выходом микропроцессора, и служащие для включения дискретных сигналов превышения пороговых значений текущей концентрации газа.
Другим отличием газоанализатора является то, что во вторичный прибор введен автономный блок питания, соединенный с микропроцессором. Еще одним отличием газоанализатора является то, что во вторичный прибор введены средства световой и звуковой сигнализации, подключенные к выходу микропроцессора и служащие для оповещения о превышении пороговых концентраций измеряемого газа.
В числе отличий газоанализатора следует отметить то, что во вторичный прибор введен преобразователь для передачи данных по оптоволоконному кабелю, соединенный с выходом микропроцессора.
Другим отличием газоанализатора является то, что он снабжен съемным модулем для проверки работоспособности вторичного прибора, выполненный с возможностью соединения со вторичным прибором вместо сенсорного модуля и включающий проверочный пульт с установленной на нем клавиатурой.
Еще одним отличием газоанализатора является то, что на проверочном пульте установлен разъем, к которому подключен внешний компьютер.
Благодаря отмеченным выше особенностям выполнения газоанализатора, обеспечивается технический результат полезной модели, который состоит в том, что в предлагаемом газоанализаторе возможна простая замена одного типа чувствительного элемента на другой, (например, чувствительного элемента для измерения концентрации СО на чувствительный элемент для измерения концентрации горючих газов) при обеспечении автоматической корректировки параметров элементов сенсорного модуля.
Сущность полезной модели иллюстрируется чертежами. На фиг.1 изображена блок-схема сенсорного модуля. На фиг.2 представлена блок-схема вторичного прибора газоанализатора, питаемого по электрическому кабелю и соединенного через разъемы с сенсорным модулем.
На фиг.3 изображена блок-схема вторичного прибора с автономным блоком питания и системой сигнализации, соединенного через разъемы с сенсорным модулем.
На фиг.4 представлена блок-схема вторичного прибора с автономным блоком питания и передачей данных по оптоволоконному кабелю.
На фиг.5 изображена блок-схема модуля проверки работоспособности вторичного прибора, подключенного к вторичному прибору.
Газоанализатор содержит (фиг.1) съемный сенсорный модуль 1, включающий последовательно соединенные чувствительный элемент 2(например, электрохимический датчик), устройство 3 для предварительной обработки аналогового сигнала чувствительного элемента 2, усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь 5 и микроконтроллер 6. В сенсорный модуль 1 введен блок 7 энергонезависимой памяти, подключенный к микроконтроллеру 6 и содержащий данные о всех паспортных и градуировочных параметрах сенсорного модуля 1, а также о пороговых значениях измеряемого газа. В сенсорный модуль 1 введен также датчик 8 температуры, который соединен с микроконтроллером 6 или встроен в него. Усилитель 4 сенсорного модуля 1 выполнен в виде усилителя с изменяемым коэффициентом усиления, а аналого-цифровой преобразователь 5 выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя с изменяемой разрядностью, причем усилитель 4 и аналого-цифровой преобразователь 5 связаны с микроконтроллером 6 сенсорного модуля 1 посредством обратной связи (показана на фиг.1 стрелками). Сенсорный модуль 1 содержит также порт 9, через который осуществляется передача данных с микроконтроллера 6 на разъем 10, соединяющий сенсорный модуль 1 с вторичным прибором 11 (фиг.2). Питание вторичного прибора 11 и передача данных с него производится по электрическому кабелю 12. Сенсорный модуль 1 и вторичный прибор 11 выполнены с возможностью соединения между собой через разъемы 10 путем вставки друг в друга. Вторичный прибор 11 (фиг.2) содержит микропроцессор 13, считывающий информацию с выхода сенсорного модуля 1. К выходу микропроцессора 13, могут быть подключены цифро-аналоговый преобразователь 14, который преобразует данные о текущей концентрации газа, считываемые с сенсорного модуля 1 в токовый сигнал, цифровой порт 15 (RS485, Ethernet, полевая шина и др.), который преобразует данные о текущей концентрации газа в соответствующий протокол и передает их далее на контрольное устройство (на фиг. не показано), и оптроны или реле 16 для включения дискретных сигналов превышения пороговых значений текущей концентрации газа. К выходу микропроцессора 13 может быть подключен дисплей 17, на котором отображается текущее значение концентрации газа, и/или клавиатура 18 для управления параметрами работы вторичного прибора 11. К выходу микропроцессора 13 может быть подключен также блок 19 энергонезависимой памяти для непрерывной записи текущих концентраций газа. К одному вторичному прибору 11 через соответствующие разъемы могут быть подключены одновременно несколько сенсорных модулей 1 разных типов.
Газоанализатор работает следующим образом.
Чувствительный элемент 2 (фиг.1) сенсорного модуля 1 при контакте с анализируемым газом вырабатывает аналоговый измерительный сигнал, предварительно обрабатываемый в устройстве 3 для предварительной обработки аналоговых сигналов. Предварительно обработанный аналоговый измерительный сигнал усиливается усилителем 4 с изменяемым коэффициентом усиления и преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 5 с изменяемой разрядностью в цифровое значение, обрабатываемое далее в микроконтроллере 6. В микроконтроллер 6 поступает также сигнал от датчика 8 температуры и данные с блока 7 энергонезависимой памяти. Микроконтроллер 6 рассчитывает текущее значение концентрации измеряемого газа и, через порт 9 и разъемы 10 передает эти данные во вторичный прибор 11 (фиг.2), где они обрабатываются в микропроцессоре 13. В микропроцессор 13 из сенсорного модуля 1 поступают следующие данные: тип сенсорного модуля, его номер и дата выпуска, а также наименование измеряемого газа, диапазон измерения и текущая концентрация измеряемого газа. При замене съемного сенсорного модуля 1 на другой (другие) эти данные автоматически записываются в блоке 19 энергонезависимой памяти микропроцессора 13.
Сигнал пропорциональный текущей концентрации измеряемого газа может выводиться с выхода микропроцессора 13 различными способами.
Он может трансформироваться в токовый сигнал с помощью цифро-аналогового преобразователя 14 и затем передавать далее по электрическому кабелю 12. Сигнал с выхода микропроцессора 13 может поступать в цифровой порт 15 (RS485, Ethernet, полевая шина и др.), где данные о текущей концентрации преобразуются в соответствующий протокол и передаются далее на контрольное устройство (на фиг. не показано). Сигнал с выхода микропроцессора 13 может подаваться на оптроны или реле 16 для включения дискретных сигналов превышения пороговых значений текущей концентрации измеряемого газа (светодиоды, генераторы и т.п.). Сигнал с выхода микропроцессоpa 13 может подаваться на дисплей 17, на котором отображается текущая концентрация измеряемого газа, наименование газа, остаточный ресурс и другая необходимая информация.
Изображенная на фиг.3 блок-схема газоанализатора отличается от описанной выше (фиг.1 и 2) тем, что вторичный прибор 11 снабжен собственным автономным блоком 20 питания (аккумулятор или солнечная батарея) и средствами 21 световой и звуковой сигнализации. Работа этого варианта выполнения газоанализатора осуществляется аналогично варианту газоанализатора, блок-схема которого изображена на фиг.1 и 2.
Изображенная на фиг.4 блок-схема варианта выполнения газоанализатора отличается от описанного выше (фиг.3) варианта тем, что во вторичный прибор 11 введен соединенный с выходом микропроцессора 13 преобразователь 22 для передачи данных по оптоволоконному кабелю 23. Преобразователь 22 представляет собой модуль, собранный на базе стандартных элементов приемо-передатчиков для оптоволоконных линий (например HFBR-15X3, HFBR-4531 или аналогичных по принципу действия). Этот вариант выполнения газоанализатора также работает по описанному выше способу.
Блок-схема модуля проверки работоспособности вторичного прибора 11 газоанализатора включает проверочный модуль 24, который подключается ко вторичному прибору 11 вместо сенсорного модуля через те же разъемы 10. Проверочный модуль 24 посредством кабеля 25 соединен с проверочным пультом 26, на котором расположена клавиатура 27. При нажатии одной из клавиш (кнопки) клавиатуры 27 на вторичный прибор передается код, соответствующий:
- отказу сенсорного модуля;
- нулевым показаниям сенсорного модуля;
- 50% диапазона измерения;
- 100% диапазона измерения.
При этом вторичный прибор 11 должен выдавать соответствующий аналоговый, цифровой или дискретный сигнал. На проверочном пульте 26 имеется также разъем 28 к которому подключается внешний компьютер (на фиг. не показан). При использовании этого компьютера на вторичный прибор могут быть переданы коды, позволяющие провести полную диагностику вторичного прибора 11 и его линий связи.