Миниатюрная ячейка детектирования газов в потоке

Изобретение относится к технике проведения экспрессного анализа воздуха или смесей газов, в том числе агрессивных, в потоке. Миниатюрная ячейка детектирования газов в потоке на основе одного или нескольких пьезосенсоров включает корпус, который выполнен в виде полой полусферы высотой 2,0-2,5 см с отверстиями, расположенными определенным образом, которая соединена с микропроцессором для возбуждения колебаний, регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло или пункт сбора информации, а корпус и крышка выполнены из фторопласта, позволяющего обеспечить плотное соединение крышки и ячейки детектирования без резьбы, устойчивость корпуса и измерительного элемента в агрессивных средах. При этом пьезосенсор (пьезосенсоры) и отверстия в ячейке расположены параллельно потоку воздуха так, что достигается максимальная эффективность сорбции детектируемых газов из потока на поверхности пьезосенсора. Технический результат направлен на повышение мобильности, значительное снижение габаритных размеров датчика, возможность совмещения его с непрерывной безоператорной системой контроля при размещении внутри газопроводов, увеличение эффективности сорбции детектируемых веществ в потоке, упрощение производства и эксплуатации газоанализатора. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к технике проведения экспрессного анализа воздуха или смесей газов, в том числе потоков воздуха или другой газовой смеси с остаточным содержанием опасных газов с целью экспресс-анализа без пробоотбора и подготовки в режиме «in-line».

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является газоанализатор на основе матрицы пьезосенсоров, включающий корпус с патрубками, внутри которого расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования основных компонентов газовой смеси, устройства для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьзосенсоров в проточном или статическом режиме, при этом патрубки снабжены полиуретановыми прокладками и заглушками, а крышки и заглушки соединены с цилиндрическим корпусом и патрубками посредством резьбы, при этом возможен анализ газообразных проб различного состава, в том числе неустановленного, в двух режимах детектирования - проточном или статическом [Газоанализатор на основе матрицы пьезосенсоров. / Кучменко Т.А. пат. RU №2267775, МПК G01N 27/12. - №2004106385; заявл. 04.03.2004; опубл. 10.01.2006. Бюл. №01 // Изобретения, 2006. №1].

Недостатками существующего газоанализатора являются сложность размещения его в закрытых объектах, необходимость отбора проб и проведенеия исследования в лабораторных условиях; эксплуатации в потоке, а при использовании одного сенсора - низкая эффективность сорбции детектируемых газов из потока.

Техническая задача изобретения - увеличение мобильности, значительное снижение габаритных размеров датчика, возможность совмещения его с непрерывной безоператорной системой контроля при размещении внутри газопроводов, в том числе в агрессивных средах, а также увеличение эффективности сорбции детектируемых веществ в потоке за счет особой конструкции ячейки детектирования, размещения пьезосенсора, применения встроенного микропроцессора, позволяющих оперативно обращаться к датчику без помощи оператора, в том числе при проведении экспресс-анализа воздуха или смесей газов в режиме «in-line» без пробоотбора и пробоподготовки.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в миниатюрной ячейке детектирования газов в потоке на основе одного или нескольких пьезосенсоров, включающем корпус с крышкой, на которой расположены держатели для пьезосенсора (пьезосенсоров) с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования компонентов газовой смеси, миниатюрную схему возбуждения, новым является то, что корпус ячейки детектирования выполнен в виде полой полусферы высотой 2,0-2,5 см с рядами отверстий, расположенными с двух сторон параллельно потоку воздуха, в качестве устройства для возбуждения колебаний, регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло или пункт сбора информации применяется микропроцессор, причем корпус и крышка ячейки детектирования выполнены из фторопласта, чтобы обеспечить устойчивость корпуса и измерительного элемента в агрессивных средах, плотное соединение крышки и ячейки детектирования без резьбы, при этом пьезосенсор (пьезосенсоры) и отверстия в ячейке расположены в линию, что определяет максимальную эффективность сорбции детектируемых газов из потока на поверхности пьезосенсора, ячейка детектирования крепится с внутренней стороны труб, крышек вентилей и других частей агрегатов.

Технический результат заключается в повышении мобильности, значительном снижении габаритных размеров датчика за счет конструкции корпуса (полая сфера с отверстиями) и крышки ячейки детектирования с плотно расположенными отверстиями под крепежные элементы пьезосенсоров, применения миниатюрных пьезосенсоров, возможности совмещения его с непрерывной безоператорной системой контроля при размещении внутри газопроводов за счет применения программированного микропроцессора, а также в увеличении эффективности сорбции детектируемых веществ в потоке за счет расположения отверстий вверху полусферы с двух сторон и пьезосенсора(ов) в держателях на крышке «в линию» относительно потока воздуха или смеси газов, в упрощении эксплуатации газоанализатора за счет применения для изготовления корпуса и крышки фторопласта, позволяющего без резьбы просто и плотно соединять обе детали, проводить анализ без пробоотбора и пробоподготовки в режиме «in-line» даже в агрессивных средах, длительно не заменять пьезосенсор при сохранении его эксплуатационных характеристик.

Фиг.1 - Общая схема миниатюрной ячейки детектирования газов в потоке.

Фиг.2 - Пример размещения миниатюрной ячейки детектирования газов в потоке.

Миниатюрная ячейка детектирования газов в потоке (фиг.1) представляет собой корпус 1, выполненный в виде полой полусферы высотой 2,0-2,5 см с рядами отверстий 3, расположенными с двух сторон параллельно потоку воздуха, жестко сцепленной с крышкой 2 с держателями 4, устанавливающими пьезосенсоры параллельно потоку воздуха или газов («в линию»), от которых отходят крепления на микропроцессор 4, расположенный над крышкой и обеспечивающий возбуждение колебаний, регистрацию и преобразование сигнала пьезосенсоров 6 и передачу его на цифровое табло или пункт сбора информации. Корпус и крышка выполнены из фторопласта, позволяющего обеспечить плотное соединение крышки и ячейки детектирования без резьбы, устойчивость корпуса и измерительного элемента в агрессивных средах, при этом пьезосенсор (пьезосенсоры) и отверстия в ячейке расположены параллельно потоку воздуха («в линию»), чем достигается максимальная эффективность сорбции детектируемых газов из потока на поверхности пьезосенсора.

Миниатюрная ячейка детектирования газов в потоке работает следующим образом.

Пьезосенсор (пьезосенсоры) 6 с селективной пленкой сорбента на электродах помещается в держателе(-ях) 4 на крышке 2, расположенном так, чтобы сенсор функционировал в режиме «в линию» относительно потока воздуха. При этом крышка жестко закреплена, например, на крышках входных или выходных отверстий трубопроводов, реакторов и т.п. (фиг.2-а) или непосредственно на стенках корпуса или трубы (фиг.2-б), и совмещена с миниатюрным микропроцессором 5 для возбуждения колебаний, регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло или пункт сбора информации. На крышку 2 плотно надевается корпус 1 ячейки детектирования, который выполнен в виде полой полусферы высотой 2,0-2,5 см вверху с двух сторон с рядами отверстий 3, расположенными в одну линию с сенсором и параллельно относительно потока воздуха или газа. Корпус и крышка выполнены из фторопласта, позволяющего обеспечить их плотное соединение без резьбы, устойчивость корпуса и измерительного элемента в агрессивных средах.

Через отверстия 3 с одной и другой стороны корпуса поток воздух рассеянно и равномерно омывает регистрирующий элемент (пьезосенсор) 6, выходит из ячейки детектирования. На пьезосенсоре с двух сторон нанесено пленочное покрытие, которое избирательно сорбирует компоненты из потока (например, аммиак, сероводород). В результате этого изменяется частота колебаний пьезосенсора, что регистрируется и ежесекундно передается на пульт оператора. По изменению сигнала сенсора и градуировочному графику или уравнению, построенному или рассчитанному соответственно для каждого сенсора по стандартным смесям тестируемого газа, находят содержание этого вещества в контролируемом потоке газов или воздуха.

Сравнение некоторых характеристик предлагаемого технического решения и ближайшего аналога представлено в таблице.

Предложенная миниатюрная ячейка детектирования газов в потоке портативное устройство для определения концентрации газов позволяет:

1) увеличить мобильность и компактность датчика газов в 3-5 раз на основе ячейки детектирования с одним или несколькими пьезосенсорами;

2) совместить его с непрерывной безоператорной системой контроля при размещении внутри газопроводов за счет применения программированного микропроцессора;

3) увеличить эффективности сорбции детектируемых веществ из потока за счет особой полусферической конструкции корпуса с рядами отверстий вверху с двух сторон и размещения пьезосенсора(ров) «в линию» относительно потока воздуха;

4) упростить эксплуатацию ячейки детектирования за счет применения для изготовления корпуса и крышки фторопласта, позволяющего без резьбы просто и плотно соединять обе детали, применять датчик в анализе без пробоотбора и пробоподготовки в режиме «in-line»;

5) увеличить аналитические возможности ячейки детектирования за счет эксплуатации даже в агрессивных средах.

Сравнение аналога и предлагаемого решения
Параметры сравнения	Аналог	Техническое решение	Достоинства решения
Анализ газовых проб в потоке	Возможен	Возможен	-
Обработка информации	Автоматическая регистрация сигналов на табло частотомера или на компьютере	Автоматическая посекундная регистрация сигналов абсолютном (F) и относительном (ΔF) виде, в автономном режиме с передачей информации на пульт управления.	+
Сопоставление размеров	1	0,3-0,2	+
Возможность размещения в трубопроводе либо в реакторе	Невозможно	Возможно, в том числе в агрессивных средах	+
Режимы эксплуатации	Дискретного действия	Дискретный или непрерывный (в режиме датчика)	+

Миниатюрная ячейка детектирования газов в потоке на основе одного или нескольких пьезосенсоров, включающем корпус с крышкой, на которой расположены держатели для пьезосенсора (пьезосенсоров) с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования компонентов газовой смеси, миниатюрную схему возбуждения, отличающаяся тем, что корпус ячейки детектирования выполнен в виде полой полусферы высотой 2,0-2,5 см с рядами отверстий, расположенными с двух сторон параллельно потоку воздуха, в качестве устройства для возбуждения колебаний, регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло или пункт сбора информации применяется микропроцессор, причем корпус и крышка ячейки детектирования выполнены из фторопласта, чтобы обеспечить устойчивость корпуса и измерительного элемента в агрессивных средах, плотное соединение крышки и ячейки детектирования без резьбы, при этом пьезосенсор (пьезосенсоры) и отверстия в ячейке расположены в линию, что определяет максимальную эффективность сорбции детектируемых газов из потока на поверхности пьезосенсора, ячейка детектирования крепится с внутренней стороны труб, крышек вентилей и других частей агрегатов.