Фотоионизационный датчик со сменной ионизационной камерой

Область техники, к которой относится полезная модель.
Фотоионизационный датчик предназначен для измерения массовой концентрации вредных веществ, в том числе паров нефти и нефтепродуктов в воздухе рабочей зоны. При эксплуатации датчик загрязняется за счет осаждения на его поверхности пыли, конденсации паров нефти и нефтепродуктов и продуктов их ионизации ультрафиолетовым излучением, что снижает срок его эксплуатации. Для повышения срока эксплуатации УФ лампа и ионизационная камера датчика сделаны сменными, а их конструкция обеспечивает стойкость датчика к механическим нагрузкам.
Уровень техники.
Известен фотоионизационный датчик (US 6225633B1) для измерения  паров углеводородов, состоящий из корпуса, ультрафиолетовой лампы, ионизационной камеры и электронного блока с насосом, обеспечивающим покачивание газа через ионизационную камеру. Датчик имеет встроенную систему очистки ионизационной камеры и УФ лампы озоном, который образуется в результате ионизации кислорода УФ лампой. Этот датчик обладает рядом недостатков, снижающих его потребительские свойства:
- повышенное энергопотребление за счет использования встроенного насоса;
- невозможность провести очистку ионизационной камеры и УФ лампы от пыли при помощи озона;
- затрудненный газообмен между окружающей средой и ионизационной камерой, что делает практически невозможным использование датчика без насоса.
В другом изобретении (US 5561344), касающемся фотоионизационного датчика, в составе ионизационной камеры используются полупрозрачные электроды из металлической сетки. Этот датчик обладает тем  недостатком, что электроды, изготовленные  из металлической сетки, имеют большую площадь поверхности, а это  приводит к быстрому и необратимому загрязнению.
В изобретении (US 6967485) описывается источник питания УФ лампы фотоионизационного датчика, позволяющий изменять напряжение на УФ лампе, следовательно, компенсировать уменьшение интенсивности излучения УФ лампы из-за загрязнения ее поверхности. Этот датчик обладает рядом недостатков, снижающих его потребительские свойства:
- изменение напряжения на УФ лампе приводит к изменению спектра УФ излучения и, следовательно, к изменению чувствительности датчика к различным веществам, делая предварительную настройку датчика по разным веществам невозможным;
- для изменения интенсивности питания лампы требуется изменение питающего напряжения УФ лампы на десятки вольт, ограничивая возможности использования датчика во взрывоопасных зонах;
- невозможность провести очистку ионизационной камеры и УФ лампы от пыли при помощи озона.
В фотоионизационном датчике, описанном в изобретении US2009115423, используется  ионизационная камера, состоящая из основания и крышки. На основании смонтировано несколько электродов, расположенных в разделенных промежутками плоскостях. Крышка, закрывающая основание, содержит элементы, деформирующие электроды с целью формирования пружинного контакта между электродами и контактными выводами фотоионизационного датчика. В этом изобретении электроды включаются в электрическую схему, определяющую правильную установку ионизационной камеры, а электрический ток одного из электродов (ограждающего) служит мерой степени загрязнения фотоионизационного датчика и эффективности УФ лампы. Описанный фотоионизационный датчик обладает следующими недостатками:
- материал всех электродов должен обладать стабильными во времени пружинными свойствами;
- фотоионизационный датчик содержит электрическую схему, определяющую правильную установку ионизационной камеры в  корпус. Такое решение не позволяет определить правильность установки до включения фотоионизационного датчика;
- фотоионизационный датчик не содержит конструкционных элементов, жестко фиксирующих положение ионизационной камеры в корпусе фотоионизационного датчика; это приводит к тому, что чувствительность фотоионизационного датчика изменяется  от  механического воздействия на корпус.
Осуществление полезной модели.
Полезная модель – это фотоионизационный датчик (ФИД), состоящий из корпуса (5) (см. рисунки 1 – 3), установленной на верхней грани корпуса съемной ионизационной камеры (КИ) (2), между двумя электродами (9) которой происходит ионизация определяемого газа, УФ лампы (1)  и размещенного в корпусе электронного узла (ЭУ) (6), обеспечивающего формирование напряжения между электродами КИ (9), усиление тока ионизации газа и формирование напряжения для инициирования и поддержания тлеющего разряда УФ лампы (1).
Принцип действия полезной модели заключается в  том, что излучение УФ лампы (1) ионизирует газ, свободно диффундирующий из окружающей среды через отверстие в КИ (8) в пространство между электродами КИ. Положительные  и отрицательные ионы, образующиеся в результате ионизации, разделяются в электрическом поле, создаваемом разностью потенциалов между электродами КИ. Электрический ток, протекающий между электродами  служит мерой концентрации ионизируемого газа.
В процессе эксплуатации ФИД на поверхности электродов КИ (9) оседает пыль, конденсируются пары нефти и нефтепродуктов, а также продукты их ионизации, т.е. КИ необратимо загрязняется. При этом через КИ начинает протекать электрический ток, не зависящий от присутствия в ее объеме ионизируемого газа, поэтому такое  увеличение электрического тока ФИД может служить мерой загрязнения КИ.
Для увеличения срока эксплуатации ФИД в полезной модели предусматривается  замена КИ (2). В полезной модели электроды КИ (9) выполнены нержавеющей стали, не обладающей пружинными свойствами. Для обеспечения контакта между электродами КИ (2) и ЭУ (6) датчика используются многопроволочные миниатюрные пружинные контакты (4), являющиеся неотъемлемой частью корпуса датчика. За счет использования многопроволочных пружинных контактов (4) обеспечивается надежность электрического соединения при различных механических воздействиях на датчик, а также при различных значениях температуры окружающей среды и атмосферного давления. Для того, чтобы при монтаже была исключена возможность неправильной установки КИ (2) в корпус (5) датчика на его верхней грани сделаны элементы (выступы) (3), а в КИ выполнены соответствующие им углубления (7). Выступы корпуса (3) и углубления КИ (7) выполнены по принципу «ключ-замок», препятствующие  неправильной установке КИ (2).
Для фиксации в корпусе (5) датчика вдоль боковой стороны КИ  сделаны V-образные выступы (10), а в корпусе датчика сделаны соответствующие им прорези (11). Фиксация КИ в корпусе происходит в два этапа – на первом этапе V-образные выступы (10) сжимаются и изгибаются внутрь прорезей (11) корпуса, на втором этапе выступы (10)  КИ распрямляются в прорезях (11) и плотно, без зазоров фиксируют КИ в корпусе. Конфигурация прорезей и выступов подобрана таким образом, чтобы КИ и корпус в собранном состоянии образовывали статически определимую систему. Такой способ установки препятствует смещению КИ относительно корпуса при воздействии на датчик механической нагрузки и изменениях температуры окружающей среды.
Существенные признаки, характеризующие полезную модель.
Таким образом, контролируя электрический ток, протекающий через КИ в отсутствии ионизирующегося газа, ФИД обеспечивает контроль степени загрязнения КИ. В полезной модели предусматривается  замена загрязненной КИ. Электрический контакт между электродами КИ  и ЭУ осуществляется посредством многопроволочных миниатюрных пружинных контактов, в полезной модели не  используются пружинные свойства материала электродов КИ. С целью исключения смещения КИ относительно корпуса при  воздействии на ФИД механической нагрузки или изменении температуры окружающей среды на боковой стороне КИ  сделаны V-образные выступы, а в корпусе сделаны соответствующие им прорези, при совмещении которых КИ плотно, без зазоров фиксируется в корпусе ФИД. Для  исключения неправильной установки КИ в корпусе ФИД сделаны выступы, а в КИ соответствующие им углубления, выполненные по принципу «ключ-замок».
В настоящее время проводится ОКР, целью которой является разработка конструкторской и технологической документации, проведение испытаний и освоение серийного выпуска ФИД.