Устройство для определения утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора



Устройство для определения утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора
Устройство для определения утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора
Устройство для определения утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора
Устройство для определения утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора

 


Владельцы патента RU 2568331:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Использование: для непрерывного контроля утечек взрывоопасных жидкостей (в том числе органических растворителей, аммиака, керосина, бензина) и выдачи звукового или светового сигнала при повышении концентраций паров жидкостей в воздухе помещений, замкнутых объемах (подземных сооружениях и коммуникациях) и наружных установок. Сущность изобретения заключается в том, что устройство с открытым входом для контроля утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсоров содержит частотомер с функцией непрерывного измерения скорости изменения аналитического сигнала с шагом τ=10 с (ΔF/Δτ, Гц/с) одного пьезосенсора с устойчивым и чувствительным покрытием электродов; сигнальным световым или звуковым устройством, срабатывающим при скачкообразном повышении скорости изменения аналитического сигнала вследствие быстрого повышения концентрации паров жидкостей в околосенсорном пространстве относительно фонового значения; устройством для крепления сигнализатора в местах контроля утечек жидкостей; дополнительной перфорированной крышкой, крепящейся ко дну ячейки детектирования, которая не препятствует самопроизвольной диффузии паров взрывоопасных жидкостей в околосенсороное пространство и предохраняет пьезосенсор от механических повреждений. Технический результат: обеспечение возможности непрерывного контролирования утечки взрывоопасных жидкостей (в том числе органических растворителей, аммиака, керосина, бензина) и оповещения с помощью светового или звукового сигнала о быстром повышении концентрации паров в околосенсорном пространстве относительно фонового значения. 2 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для непрерывного контроля утечек взрывоопасных жидкостей (в том числе органических растворителей, аммиака, керосина, бензина) и выдачи звукового или светового сигнала при повышении концентраций паров жидкостей в воздухе помещений, замкнутых объемах (подземных сооружениях и коммуникациях) и наружных установок.

Известны устройства для определения утечек взрывоопасных жидкостей, действие которых основано на различных принципах измерений концентраций газов и паров в воздухе, но для детектирования взрывоопасных газов наибольшее распространение получили термокаталитические благодаря экономичности, простоте конструкции, быстродействию. К недостаткам устройств на основе термокаталитических сенсоров относят ограниченный срок службы и уменьшение чувствительности с течением времени. Кроме того, ряд газов и паров (например, пары авиационного керосина) могут отравлять сенсор. Еще одной особенностью термокаталитических сенсоров является то, что для окисления горючего газа на пеллисторе необходим кислород воздуха, поэтому при калибровке сенсоров можно применять только поверочные газовые смеси «горючий газ в воздухе» (см. номер в Государственном реестре средств измерения 20851-01 «Анализатор-сигнализатор взрывоопасности АВС-1»).

Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности является устройство для анализа газовых сред с применением многосенсорного газоанализатора с открытым входом (см. Патент РФ №2302627 МПК G01N 27/12). Устройство состоит из корпуса 1 в виде цилиндра или усеченного конуса высотой 5-10 см с крышкой 2, на которой расположены держатели 3 для матрицы сенсоров 4 (от 1-го до 16-и) (фиг. 1). С помощью резьбы 5 фиксируют крышку с пьезосенсорами в корпусе. Для создания герметичности дно корпуса содержит резиновый обод 6. Анализируемую пробу 7 с целью тестирования ее газовой фазы накрывают корпусом газоанализатора. В результате самопроизвольного испарения легколетучих компонентов 8 пробы и диффузии их в околосенсорное пространство происходит сорбция газов на пленочных покрытиях электродов пьезосенсоров. Фиксируют отклики пьезозенсоров (частота колебаний F, Гц) с шагом 1 с в парах анализируемой пробы с применением частотомера 9. Абсолютные аналитические сигналы от каждого пьезосенсора передаются в компьютер 10, обсчитываются по определенному алгоритму, формируются в «визуальный отпечаток» запаха, который представляет собой суммарный отклик матрицы пьезосенсоров и несет аналитическую информацию.

Известное устройство на основе матрицы пьезосенсоров с различными пленочными адсорбционными покрытиями позволяет проводить анализ многокомпонентных газовых проб различного генезиса в периодическом режиме измерений при внесении жидкого или твердого образца непосредственно под корпус ячейки детектирования с открытым входом. Непрерывный мониторинг с помощью такого устройства невозможен вследствие накопительной сорбции компонентов на пленочных покрытиях пьезосенсоров и их низкой селективности: абсолютный аналитический сигнал (F, Гц) будет изменяться непрерывно, что приведет к ложному срабатыванию сигнального устройства.

Техническая задача заключается в том, что устройство на основе одного пьезосенсора должно непрерывно контролировать утечки взрывоопасных жидкостей (в том числе органических растворителей, аммиака, керосина, бензина) и оповещать с помощью светового или звукового сигнала о быстром повышении концентрации паров в околосенсорном пространстве относительно фонового значения.

Технический результат достигается тем, что известное устройство с открытым входом на основе пьезосенсоров оснащается частотомером с функцией непрерывного измерения скорости изменения аналитического сигнала с шагом τ=10 с (ΔF/Δτ, Гц/с) одного пьезосенсора с устойчивым и чувствительным покрытием электродов; сигнальным световым или звуковым устройством, срабатывающим при скачкообразном повышении скорости изменения аналитического сигнала вследствие быстрого повышения концентрации паров жидкостей в околосенсорном пространстве относительно фонового значения; устройством для крепления сигнализатора в местах контроля утечек жидкостей; дополнительной перфорированной крышкой, крепящейся ко дну ячейки детектирования, которая не препятствует самопроизвольной диффузии паров взрывоопасных жидкостей в околосенсороное пространство и предохраняет пьезосенсор от механических повреждений.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство с открытым входом для контроля утечек взрывоопасных жидкостей измеряет не абсолютный аналитический сигнал матрицы сенсоров, а скорость изменения аналитического сигнала одного пьезосенсора с устойчивым и чувствительным покрытием, которая зависит от концентрации и природы паров взрывоопасных жидкостей, поступающих в околосенсорное пространство под действием самопроизвольной диффузии от места утечки жидкостей через перфорированное дно ячейки. При быстром повышении концентрации паров в околосенсорном пространстве относительно фонового значения скачкообразно возрастает скорость изменения аналитического сигнала и срабатывает сигнальное устройство. Такой подход позволяет с высокой надежностью непрерывно контролировать утечки жидкостей и исключает ложные срабатывания сигнализации при изменении влажности или состава атмосферного воздуха в помещениях или наружных установках.

Схема устройства для определения утечек взрывоопасных жидкостей (фиг. 2) аналогична прототипу. Отличия заключаются в том, что для работы устройства достаточно применение одного пьезосенсора 4, закрепленного в держателе 3; для свободной диффузии паров взрывоопасных жидкостей в околосенсорное пространство и защиты пьезосенсора от механических повреждений вместо резинового обода ко дну корпуса анализатора неподвижно закрепляется перфорированная крышка 6; сигнализатор закрепляют на высоте l=5-15 см от места возможной утечки взрывоопасной жидкости 7 с помощью устройства для крепления 11. В результате самопроизвольного испарения взрывоопасных жидкостей и диффузии их паров 8 в околосенсорное пространство происходит сорбция газов на пленочном покрытии электродов пьезосенсора. Дифференциальные аналитические сигналы пьезозенсора (ΔF/Δτ, Гц/с) в парах анализируемой пробы измеряются частотомером 9 с функцией измерения скорости изменения частоты колебаний пьезосенсора. При быстром (относительно фонового значения) повышения скорости изменения аналитического сигнала в результате утечки жидкости и сорбции ее паров (табл. 1) срабатывает сигнальное устройство 10.

Время срабатывания пьезосенсора зависит от природы жидкости и расстояния ячейки детектирования до места ее утечки. При l≤15 см время срабатывания датчика не превышает 10 с.

Калибровку устройства проводили по формальдегиду - веществу, адсорбирующемуся на пленочном покрытии пьезосенсора с наименьшей скоростью: при изменении скорости изменения аналитического сигнала более чем на 0,4 Гц/с срабатывает сигнальное устройство (табл. 1). При постепенном изменении влажности воздуха в околосенсорном пространстве от 40 до 100% отн. частота колебаний пьезосенсора на основе, например, гидрофобного полистирола изменяется незначительно (±0,008 Гц/с) и не мешает контролю утечек взрывоопасных жидкостей. При снижении концентрации паров газов в околосенсорном пространстве до фонового уровня происходит самопроизвольная регенерация пьезосенсора.

Число срабатываний устройства зависит от природы сорбента и адсорбата. Наиболее агрессивной средой по отношению к пьезосенсору с полистирольным покрытием с оптимальной массой 12-15 мкг (см. Кочетова Ж.Ю. Определение легколетучих органических соединений в газовой фазе с применением пьезосорбционных сенсоров на основе синтетических и природных полимеров: диссертация... кандидата химических наук: 02.00.02.- Саратов, 2002. - 143 с: ил. РГБ ОД, 61 03-2/229-4) являются пары керосина. Уменьшение массы пленочного покрытия после 100 циклов сорбция-десорбция составляют 1-2 мкг, при этом изменяется структура пленочного покрытия и, как следствие, надежность срабатывания устройства. Число циклов сорбция-десорция при детектировании паров жидкостей с концентрациями в околосенсорном пространстве, равными взрывоопасным, представлено в таблице 1. При выходе из строя пьезосенсор легко заменяется на аналогичный в держателе съемной крышки корпуса устройства.

Сравнение некоторых характеристик предлагаемого технического решения и ближайшего аналога представлено в таблице 2.

Предложенное устройство для непрерывного контроля утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора позволяет:

- расширить ассортимент определяемых взрывоопасных жидкостей;

- расширить диапазоны рабочих температур и атмосферного давления, сократить время срабатывания сигнального устройства благодаря характеристиками чувствительного элемента: пьезосенсоры характеризуются высокой устойчивостью к перепадам температур и давления, быстродействием (см. Малов);

- расширить диапазон рабочих значений относительной влажности воздуха за счет применения гидрофобного полимерного покрытия электродов пьезосенсора;

- повысить время непрерывной работы за счет микроэнергопотребления пьезосенсора;

- повысить мобильность устройства за счет уменьшения габаритных размеров и массы, а также благодаря независимости измерений от положения пьезосенсора в пространстве.

Устройство с открытым входом для контроля утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсоров, отличающееся тем, что оно оснащается частотомером с функцией непрерывного измерения скорости изменения аналитического сигнала с шагом τ=10 с (ΔF/Δτ, Гц/с) одного пьезосенсора с устойчивым и чувствительным покрытием электродов; сигнальным световым или звуковым устройством, срабатывающим при скачкообразном повышении скорости изменения аналитического сигнала вследствие быстрого повышения концентрации паров жидкостей в околосенсорном пространстве относительно фонового значения; устройством для крепления сигнализатора в местах контроля утечек жидкостей; дополнительной перфорированной крышкой, крепящейся ко дну ячейки детектирования, которая не препятствует самопроизвольной диффузии паров взрывоопасных жидкостей в околосенсороное пространство и предохраняет пьезосенсор от механических повреждений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам для регистрации и измерения содержания оксида углерода. Датчик состоит из полупроводникового основания, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора (ZnTe)0,68(CdSe)0,32, и непроводящей подложки.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения коэффициентов диффузии водорода в различных конструкционных материалах, используемых в космической и атомной технике, в изделиях, подвергаемых наводороживанию и облучению в процессе эксплуатации.

Использование: для регистрации и измерения содержания микропримесей диоксида азота. Сущность изобретения заключается в том, что датчик состоит из полупроводникового основания, выполненного в виде поликристаллической пленки твердого раствора (InSb)0,94(CdTe)0,06, нанесенной на электродную площадку пьезокварцевого резонатора.

Изобретение относится к аналитической химии, а может быть использовано для оценки безопасности изделий из фенолформальдегидных пластмасс. Для этого используют многоканальный анализатор газов (МАГ-8) с 8-мью пьезокварцевыми резонаторами, электроды которых модифицируют нанесением растворов полидиэтиленгликольсукцината, полиэтиленгликольсебацината, полиэтиленгликольфталата, полифенилового эфира, триоктилфосфиноксида, пчелиного клея, пчелиного воска и комбинированного сорбента - пчелиного клея с хлоридом железа (III).

Использование: для регистрации и измерения содержания оксида углерода. Сущность изобретения заключается в том, что полупроводниковый газоанализатор угарного газа содержит полупроводниковое основание, нанесенное на непроводящую подложку, при этом полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора (ZnTe)0,26(CdSe)0,74.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания кислорода. Газовый датчик согласно изобретению содержит диэлектрическую подложку с нанесенным слоем полупроводникового материала толщиной от 0,07 мкм до 0.2 мкм.
Использование: для определения содержания паров воды в воздушной среде. Сущность изобретения заключается в том, что при формировании пленок для определения содержания паров воды в воздушной среде выполняют последовательное нанесение на поверхность оксидного стекла поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлорида аэрозольным распылением и гексацианоферрата(III) калия ультразвуковым распылением в соотношении 3:1 с образованием поли-N,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний цианидной пленки, селективной по отношению к парам воды.
Изобретение относится к области нанотехнологии сенсорных материалов и может быть использовано для создания полупроводниковых газовых сенсоров, селективных к содержанию в воздухе сероводорода и его производных.

Изобретение относится к изготовлению газовых сенсоров, предназначенных для детектирования различных газов. Предложен способ изготовления газового сенсора, в котором образуют гетероструктуру из различных материалов, в ней формируют газочувствительный слой, после чего ее закрепляют в корпусе сенсора, а контактные площадки соединяют с выводами корпуса при помощи контактных проводников.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей аммиака.

Изобретение относится к проведению экспресс-анализа воздуха или смесей газов. Портативный анализатор газов с массивом пьезосенсоров включает высокопрочный полимерный корпус с насадкой-нагнетателем и защитной крышкой из фторопласта, на верхней панели корпуса расположена ячейка с массивом из трех пьезосенсоров с чувствительными пленочными покрытиями для определения компонентов воздуха и равновесной газовой фазы над полимерными изделиями, продуктами питания, топливом по совокупности их легколетучих соединений, внутри корпуса расположены миниатюрная схема возбуждения, соединенная с тремя микроконтроллерами, запрограммированными в сумме на 150 ячеек памяти для регистрации и преобразования сигналов пьезосенсоров и передачи их на моно- или полихромный дисплей для отображения аналитического сигнала в виде «визуальных отпечатков» максимумов трех сенсоров и для сохранения информации на съемном носителе памяти, приводящимися в действие автономно от встроенного компактного источника питания, на панели корпуса размещены кнопка включения прибора, кнопка работы нагнетателя и переключатель на отдельные режимы измерения: анализ топлива, полимерных материалов, пищевых продуктов и индикаторы работы пьезосенсоров и моно-/полихромный дисплей для отображения аналитического сигнала. Достигается повышение мобильности, компактности и надежности работы анализатора, а также - упрощение эксплуатации. 2 ил.

Изобретение может быть использовано в газоанализаторах, газосигнализаторах и газовых пожарных извещателях для контроля довзрывных концентраций взрыво-пожароопасных газов и газовых смесей. Полупроводниковый газовый сенсор содержит корпус реакционной камеры, выполненный из коррозионно-стойкой стали и с торца закрытый сеткой из нержавеющей стали проволокой диаметром 0,02…0,05 мм шагом 0,05…0,07 мм. В корпусе по центру реакционной камеры на контактных проводниках (4) установлен шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент (5) сенсора при помощи проводов нагревателя (6) и измерительного проводника (7). Внутри полупроводникового газочувствительного элемента (5) размещен нагреватель (6) в виде цилиндрический пружины, внутри которой по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового элемента (5) расположен прямой измерительный проводник (7). Нагреватель (6) и измерительный проводник (7) газочувствительного элемента (5) выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,01…0,025 мм, нагреватель (6) имеет 3…15 витка проволоки, шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент (2) имеет внешний диаметр 0,4…0,8 мм и выполнен из внутреннего объема (8): SnO2 - 40…60 мас.% и внешнего объема (5): пористого гамма-Аl2О3 - 40…60 мас.% соответственно шарообразного газочувствительного элемента сенсора. Нагреватель (6) выполнен с возможностью питания постоянным напряжением в 0,2…1,5 В. Изобретение обеспечивает существенное улучшение долговременной стабильности, упрощение технологии изготовления сенсора, а также повышение чувствительности полупроводникового газового сенсора к малым концентрациям газов, быстродействие и устойчивость к воздействию внешних факторов. 1 табл., 10 ил.

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и изменения содержания микропримесей аммиака. Датчик микропримесей аммиака содержит полупроводниковое основание и подложку, полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки твердого раствора теллурида цинка в антимониде галлия (GaSb)0,90(ZnTe)0,10, а подложкой служит электродная площадка пьезокварцевого резонатора. Заявляемый датчик при существенном упрощении технологии его изготовления позволяет определять содержание аммиака с чувствительностью, в несколько раз превышающую чувствительность известных датчиков. 3 ил.
Наверх