Датчик горючих газов

Авторы патента:

Федоренко Геннадий Леонидович (UA)

Липовецкий Леонид Семенович (UA)

Бенин Евгений Юлийович (UA)

Левин Илья Рувимович (UA)

Фельдман Семен Данилович (UA)

G01N25/22 - при сгорании или каталитическом окислении, например компонентов газовых смесей

Владельцы патента RU 2380691:

Федоренко Геннадий Леонидович (UA)

Датчик горючих газов относится к области газового анализа и может быть применен в газоанализаторах горючих газов, которые используют термокаталитический метод газового анализа, и, в частности, в средствах шахтной метанометрии. Технический результат направлен на упрощение устройства, исчезновение необходимости встраивать регулируемый извне источник. Датчик горючих газов, который содержит измерительный и компенсационный чувствительные элементы, соединенные в мостовую измерительную схему, усилитель сигнала мостовой измерительной схемы и компаратор формирования аварийного сигнала. Причем датчик дополнительно содержит стабилизатор напряжения, вход которого подключен через измерительный шунт к источнику питания, а выход подключен к входу мостовой измерительной схемы, а также измеритель тока, вход которого подключен к измерительному шунту, а выход - к компаратору формирования аварийного сигнала, измеритель напряжения, вход которого подключен к выходу усилителя сигнала мостовой измерительной схемы, а выход подключен к входу схемы управления, входы которой подключены к выходам компаратора формирования аварийного сигнала и измерителя напряжения. 1 ил.

Изобретение принадлежит к области газового анализа и может быть применено в газоанализаторах горючих газов, которые используют термокаталитический метод газового анализа, и, в частности, в средствах шахтной метанометрии.

Известные термокаталитические газоанализаторы и сигнализаторы горючих газов имеют диапазон измерений или сигнальных концентраций, которые не превышает 50-100% от нижней концентрационной границы распространения пламени (см. Сигнализатор СГГ-4М. Технические условия ТУ25-7407.043-91, № Госреестра России 12809-99, ФДУП "СПО Аналитприбор", г.Смоленск, Россия). Для метана или природного газа эта величина отвечает значениям объемных концентраций от 2,5 до 5%. Такая граница измерений (сигнальных концентраций) является максимально возможной для известных термокаталитических датчиков. Кроме того, известные термокаталитические датчики неоднозначны, они могут иметь тот же выходной сигнал на достехиометрических и постстехиометрических концентрациях (например, для метана одинаковый выходной сигнал может быть при значениях объемных концентраций около 2,5% и около 80%).

Известен, также, термокаталитический датчик горючих газов, который содержит измерительный и компенсационный чувствительные элементы, соединенные в мостовую измерительную схему, стабилизатор тока чувствительных элементов, усилитель сигнала мостовой измерительной схемы, компаратор формирования аварийного сигнала, устройство шунтирования аварийного сигнала (см. Описание изобретения к декларационному патенту Украины, № 65162 А от 15.03.2004, Бюл. №3). Главными недостатками этого, избранного как прототип известного решения являются сложность, необходимость встраивать регулируемый извне источник тока и необходимость каждый раз после замены чувствительных элементов, изготовленных под фиксированное напряжение, устанавливать ток. Кроме того, использование прототипа является эффективным только, если увеличение концентрации горючего газа происходит постепенно. Тогда при достижении первой пороговой концентрации (1-2%) срабатывает аварийная сигнализация. Если же увеличение объемной концентрации горючего газа происходит мгновенно, например с 0,5%т до 30%, первая пороговая концентрация не достигается, и аварийная сигнализация не срабатывает. Это связано с инерционностью чувствительных элементов.

В основу изобретения поставлена задача создать такой датчик горючих газов, в котором путем введения новых элементов и связей между ними стало бы возможным упрощение устройства, исчезла необходимость встраивать регулируемый извне источник тока и исчезла необходимость каждый раз после замены чувствительных элементов устанавливать ток. А также избежать возможности неоднозначности в работе чувствительных элементов при мгновенном увеличении объемной концентрации горючего газа. Поставленная задача реализовывается за счет того, что датчик горючих газов, который содержит измерительный и компенсационный чувствительные элементы, соединенные в мостовую измерительную схему, усилитель сигнала мостовой измерительной схемы и компаратор формирования аварийного сигнала, дополнительно содержит стабилизатор напряжения, вход которого подключен через измерительный шунт к источнику питания, а выход подключен к входу мостовой измерительной схемы, а также измеритель тока, вход которого подключен к измерительному шунту, а выход - к компаратору формирования аварийного сигнала, измеритель напряжения, вход которого подключен к выходу усилителя сигнала мостовой измерительной схемы, а выход подключен к входу схемы управления, входы которой подключены к выходам компаратора формирования аварийного сигнала и измерителя напряжения.

На чертеже изображена функциональная схема датчика горючих газов, который заявляется. Предложенный датчик содержит: источник питания (1), стабилизатор напряжения (2), измерительный шунт (3), измеритель тока (4), мостовую измерительную схему, которая включает в себя измерительный и компенсационный чувствительные элементы (5), усилитель сигнала мостовой измерительной схемы (6), измеритель напряжения (7), компаратор формирования аварийного сигнала (8) и схему управления, одной из функций которой есть выдача аварийного сигнала (9).

Работает предложенный датчик горючих газов таким образом.

Мостовая измерительная схема (5), так же как и весь датчик, питается от стабилизатора напряжения (2), который подключен через измерительный шунт (3) к источнику энергии (1). При отсутствии горючего газа в анализируемой среде сигнал на выходе мостовой измерительной схемы отсутствует, соответственно, отсутствует сигнал и на выходе усилителя сигнала мостовой измерительной схемы (6), и на выходе измерителя напряжения (7). Схема управления, которая отслеживает выходной сигнал измерителя напряжения, не срабатывает и, соответственно, не выдает аварийного сигнала. Измеритель тока (4) не регистрирует роста тока на измерительном шунте (3), сигнал на выходе компаратора формирования аварийного сигнала (8) отсутствует. Схема управления, которая отслеживает выходной сигнал компаратора формирования аварийного сигнала, не срабатывает и, соответственно, не выдает аварийного сигнала. Датчик, в целом, работает в режиме ожидания и аварийного сигнала не выдает. По мере появления горючих газов в анализируемой среде на выходе мостовой измерительной схемы (5) формируется сигнал, соответственно, усиленный сигнал появляется и на выходе усилителя (6). Схема управления (9) с помощью измерителя напряжения (7) отслеживает рост напряжения и при достижении в анализируемой среде первой пороговой концентрации горючего газа принимает решение о выдаче аварийного сигнала. В том случае если рост концентрации горючего газа является мгновенным, измеритель тока (4) фиксирует рост тока на измерительном шунте (3) до заданной величины. На выходе измерителя тока появляется сигнал, который анализируется компаратором формирования аварийного сигнала и передается схеме управления (9), которая при достижении заданной величины тока принимает решение о выдаче аварийного сигнала. Такое отслеживание схемой управления тока на измерительном шунте позволяет обеспечить анализ концентрации горючих газов в анализируемой среде при любых значениях объемных частиц горючих газов и с любой скоростью их появления. Таким образом, при реализации датчика горючих газов, который заявляется, достигается технический результат, который заключается в упрощении устройства, исчезновении необходимости встраивать регулируемый извне источник тока и исчезновении необходимости каждый раз после замены чувствительных элементов устанавливать ток. А также становится возможным избежать неоднозначности в работе чувствительных элементов при мгновенном увеличении объемной концентрации горючего газа.

Датчик горючих газов, который содержит измерительный и компенсационный чувствительные элементы, соединенные в мостовую измерительную схему, усилитель сигнала мостовой измерительной схемы и компаратор формирования аварийного сигнала, отличающийся тем, что он дополнительно содержит стабилизатор напряжения, вход которого подключен через измерительный шунт к источнику питания, а выход подключен к входу мостовой измерительной схемы, а также измеритель тока, вход которого подключен к измерительному шунту, а выход к компаратору формирования аварийного сигнала, измеритель напряжения, вход которого подключен к выходу усилителя сигнала мостовой измерительной схемы, а выход подключен к входу схемы управления, входы которой подключены к выходам компаратора формирования аварийного сигнала и измерителя напряжения.

Изобретение относится к области анализа газовых сред. .

Способ оценки токсичности продуктов горения материалов // 2300098

Изобретение относится к физико-химическим методам измерения. .

Способ измерения скорости горения газовзвеси порошкообразных веществ // 2264616

Изобретение относится к измерительной технике. .

Измеритель калорийности газов // 2263902

Изобретение относится к области измерительной техники, а конкретнее к области измерений удельной теплоты сгорания калорийности горючих газов и паров. .

Бомба равновесия для изучения фазового поведения углеводородов // 2235313

Изобретение относится к устройствам для изучения фазового поведения углеводородов и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности для исследовательских целей при установлении основных параметров глубинных и рекомбинированных проб пластовых нефтей и газоконденсатных систем, приведенных к термобарическим условиям их залегания.

Калориметрический способ прецизионного измерения теплоты сгорания природного газа и других видов газообразного топлива // 2169361

Изобретение относится к области теплофизических измерений. .

Калориметрический способ измерения энергии сгорания газообразного топлива и других легколетучих органических соединений и устройство для его осуществления // 2122187

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для прецизионных измерений теплоты сгорания газообразных видов топлива. .

Способ определения теплоты сгорания природного горючего газа // 2091779

Изобретение относится к физической химии и может быть использовано для анализа природных горючих газов, для определения их теплот сгорания. .

Способ определения энергоемкости топливных смесей // 2090873

Изобретение относится к химмотологии горючего и может быть использовано для оценки энергоемкости топливных смесей в процессе подбора состава горючих на стадии их разработки.

Изотермический способ измерения энергии сгорания топлива и других органических соединений // 2085924

Способ определения теплоты сгорания природного газа и устройство для его осуществления // 2531842

Заявляемое изобретение относится к области контроля физико-химических характеристик природного газа и может быть использовано для экспресс-определения теплоты сгорания природного газа. Заявленный способ включает определение концентрации диоксида углерода в пробе газа. При этом дополнительно определяют скорость ультразвука в пробе газа, давление, влажность и температуру пробы газа. После этого производят корректировку результатов измерений скорости ультразвука по результатам измерения давления, влажности и температуры пробы газа. Затем определяют теплоту сгорания пробы газа с помощью блока обработки, содержащего искусственную нейронную сеть, выполненную с возможностью определения значения теплоты сгорания природного газа в условных единицах по значению концентрации диоксида углерода, и скорректированному как указано выше значению скорости ультразвука. Устройство содержит измерительную камеру (2), в которой размещены датчик концентрации диоксида углерода (3), датчик давления (6), датчик влажности (7), датчик температуры (8) и датчик скорости ультразвука (9). При этом вышеупомянутые датчики соединены с блоком обработки (4). Технический результат - повышение точности получаемого результата и возможность непрерывного измерения теплоты сгорания природного газа. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив // 2579832

Изобретение относится к области аналитической техники и может быть использовано для автоматического контроля теплоценности газообразных топлив. Автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив содержит камеру, в днище которой установлена горелка для формирования пламени во внутренний полости камеры, буферную колонку, выход которой через тройник соединен с входом горелки и трубопроводом подачи водорода в горелку, автоматический дозатор с двумя входными штуцерами, соединенными с трубопроводом анализируемого газа и трубопроводом газа-носителя, термопару, расположенную над горелкой и подключенную последовательно к нормирующему преобразователю и устройству обработки и отображения информации. В анализаторе по ходу движения газа-носителя за автоматическим дозатором и перед буферной колонкой дополнительно установлены соответственно вспомогательная колонка и турбулентный дроссель. Технический результат - повышение достоверности и точности получаемых данных. 2 ил.

Способ определения энергии сгорания углеводородных топлив // 2621446

Изобретение относится к теплофизическим измерениям, в частности к способам определения энергии сгорания газообразных и жидких топлив, преимущественно реактивных топлив, и может быть использовано в области научных исследований при разработке новых композиций топлив и перспективных высокоскоростных двигателей. Сущность изобретения заключается в определении энергии сгорания топлив с использованием лабораторной установки перепускного типа при этом учитывается количество и состав продуктов сгорания - коэффициент адиабаты k, образовавшихся при сгорании в условиях, приближенных к условиям эксплуатации двигателя, масса поступившего топлива mгр в реакционную камеру, которая напрямую зависит от взятой массы mг исследуемого топлива, и прирост давления в реакционной камере при сгорании ТВС. Технический результат - повышение достоверности полученных результатов за счет приближения условий испытаний к условиям эксплуатации воздушно-реактивного двигателя на ТВС заданного состава. 2 ил.

Способ измерения концентрации горючих газов и паров в воздухе термокаталитическим сенсором диффузионного типа // 2623828

Изобретение относится к способу измерения концентрации горючих газов и паров в воздухе, основанному на использовании термокаталитических сенсоров пелисторного типа, может использоваться в газоаналитической аппаратуре на предприятиях горнодобывающей, газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности. Способ измерения концентраций горючих газов и паров в воздухе термокаталитическим сенсором диффузионного типа включает циклический режим работы сенсора с двухступенчатым импульсным питанием с заданными амплитудами напряжения, длительностью импульсов напряжения и паузами между ними. При этом первую ступень двухступенчатого импульса напряжения формируют путем кратковременной подачи напряжения на сенсор, в 2-2,5 раза превышающего номинальное рабочее напряжение сенсора, и длительностью, ограниченной моментом достижения сенсором температуры, на 15-20% превышающей ее номинальное рабочее значение. Измерение концентраций горючих газов производят в период переходного процесса охлаждения сенсора и выполняют путем измерения разницы выходных сигналов напряжений в двух строго фиксированных по времени точках в начале и конце переходного процесса охлаждения. Технический результат заключается в сокращении длительности и мощности нагревно-измерительного импульса тока при циклическом режиме работы термокаталитического сенсора, что снижает время контакта с реагирующими веществами и способствует повышению стойкости каталитически активной поверхности к отравлению каталитическими «ядами» и снижению блокирования этой поверхности отложениями кокса-углерода, образующегося в процессе окисления углеводородов и серосодержащих горючих составляющих. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.