СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГАЗОАНАЛИЗАТОРА Российский патент 2004 года по МПК G01N27/00 

Изобретение относится к измерительной технике - способам и устройствам газоанализаторов. Может быть использовано для количественного определения содержания газов в окружающем воздухе, при низких и высоких температурах
Известен анализатор французской фирмы "ANALYSE DETECTION SECURITE". В зависимости от модификации содержит датчик определенного газа, побудитель расхода, дроссель для ограничения потока газа, устройство обработки информации с датчика газа, устройство отображения информации на цифровом дисплее, звуковую и световую сигнализации содержания газа. Возможны следующие модификации - GAS LINK, GAS MONITOR, GAS MASTER, DETECTIVE, GAS MAN, POLYTOX 2000.

Недостаток - температура функционирования в диапазоне от -10 до +50^oС [1].

Способ включает операции всасывания воздушной смеси с примесью газа, прокачивания через датчик (сенсор), реагирующего на определенный газ, регулирование расхода воздушной cмеси через датчик (ceнcop) для обеспечения метрологии, подачу входного напряжения на датчик (сенсор), съем выходной информации с датчика (сенсора) газа, обработка этой информации для осуществления операций цифровой индикации, световой и звуковой сигнализации.

Известен также анализатор японской фирмы "RUKEN KENKU" [2] типа ЕС-565 различных моделей, содержащий побудитель расхода, дроссель, электрохимический элемент на определяемый газ, блок обработки информации, аналогово-цифровой преобразователь, цифровой индикатор, сигнальную лампу и звуковой зуммер.

Недостаток - также ограниченный диапазон температуры окружающей среды (от 0 до +40^oС) и относительной влажности (30-90%), зависимость от наличия газообразного хлора в окружающей среде.

Известны также модели этой фирмы SС-90, FР-250, модель 91.

Недостаток - тот же, рабочая температура от +5 до +35^oC и от -10 до +40^oС. Способ определения - фотометрическая детекция с бумажной детектирующей лентой "FР-250", либо использование электрохимического элемента (сенсора) с использованием микропроцессора, жидкокристаллической индикации на дисплее, сигнализации звуковой и мигающей светодиодной, проба забирается внутренним мембранным насосом (побудителем расхода газа через датчик).

Известен также портативный газоанализатор взрывоопасных газов и паров - ACВ-1, выпускаемый ГУП Всероссийским научно-исследовательским институтом метрологии им. Д.И.Менделеева [3], который также имеет недостаток - диапазон рабочих температур больший, но недостаточный, от -35 до +50^oС.

Задачей настоящего изобретения является расширение температурного диапазона рабочих температур в области низких ее значений до -50^oС.

В качестве прототипа принимаем способ, использованный в газоанализаторе EС-565 [2].

Предлагаемое изобретение - способ обеспечения работоспособности газоанализатора в области низких температур окружающей среды до -50^oС и высоких температур до +60^oС.

При этом способе используют эффект Пельтье [4], выделение и поглощение тепла при прохождении электрического тока различной величины через контакт двух различных полупроводников, при этом выделение тепла сменяется поглощением при изменении направления тока. Количество выделенного тепла или поглощение пропорционально величине и направлению тока, проходящего через слой
К_П=-Т•Δα
где К_П - коэффициент Пельтье,
Т - абсолютная температура, ^oК,
Δα - разность термоэлектрических коэффициентов проводников Пельтье, эффект наиболее велик у полупроводников.

Для реализации этого способа закрепляют на датчике (сенсоре) газа модуль элемента Пельтье, в котором используют свойство своей теплопоглощающей поверхностью охлаждать тело датчика (сенсора) при протекании через элемент Пельтье силы тока определенной величины и определенного направления. Для обеспечения согласования характеристик необходимого тока используют усилитель, которым управляют через контроллер. На пути воздушного потока газа устанавливают датчик температуры входного газового потока, на теле собственно датчика (сенсора) газа монтируют датчик температуры конструкции датчика, устанавливают задатчики температуры для принудительного охлаждения или нагрева.

По результатам измерений температуры датчика входного потока газа, температуры собственно конструкции датчика (сенсора) газа определяют разность температур, по которой устройством обработки информации по определенной зависимости в соответствии с эффектом Пельтье вырабатывают управляющее воздействие, пропорциональное направлению тока и силе тока через элемент Пельтье, которые формируют контроллером и усилителем в зависимости от того, необходимо нагревать или охлаждать.

Предлагаемый способ отвечает условиям патентоспособности, так как является новым, добавлены операции контроля температура входящего газового потока, температуры собственно конструкции датчика, операции дополнительного нагрева или охлаждения конструкции собственно датчика газа с использованием полупроводникового модуля Пельтье, добавлена операция обработки иннервации с датчиков температуры и преобразование ее и управление через контроллер и усилитель на элемент Пельтье.

Предложенный способ имеет изобретательский шаг, так как позволяет обеспечить возможность работы анализатора газа при низких температурах до -50^oС и высоких температурах до +60^oС.

Предложенный способ промышленно применим, так как обеспечивает возможность анализа газов в окружающей среде при большем диапазоне температур, что особенно важно для металлургии, галлургии, строительства.

Источники информации
1. Каталог французской фирмы "ADS". Выставка "Металлургия". М., 1996.

2. Каталог японской фирмы "RUKEN KEUKU", 1995 г.

3. Рекламный лист на портативный газоанализатор ACB-1, Международная выставка "Эталон-2001", ВВЦ, 21-24 августа 2001 г.

4. БСЭ, 3 изд-е, т.19. М.: Советская энциклопедия, 1975 г.

Изобретение относится к измерительной технике - способам и устройствам обеспечения работоспособности газоанализаторов при повышенных положительных и низких отрицательных температурах окружающей среды. Сущность: на электрохимическом датчике закрепляют термоэлектрический модуль Пельтье. Размещают на электрохимическом датчике и на пути воздушного потока газа датчики температуры. Измеряют температуру электрохимического датчика и газа, и по разности температур посредством устройства обработки информации, контроллера и усилителя вырабатывают управляющее воздействие на термоэлемент Пельтье, пропорциональное направлению и силе тока через термоэлемент Пельтье, который в зависимости от направления тока нагревает или охлаждает электрохимический датчик. Технический результат изобретения - обеспечение работоспособности газоанализатора при низких температурах до -50^oС и при высоких температурах до +60^oС.

Способ обеспечения работоспособности газоанализатора с электрохимическим датчиком при низких и высоких температурах, отличающийся тем, что закрепляют на электрохимическом датчике термоэлектрический модуль Пельтье, размещают на электрохимическом датчике и на пути воздушного потока газа датчики температуры, измеряют температуру электрохимического датчика и газа и по разности температур посредством устройства обработки информации, контроллера и усилителя вырабатывают управляющее воздействие на термоэлемент Пельтье, пропорциональное направлению и силе тока через термоэлемент Пельтье, который в зависимости от направления тока нагревает или охлаждает электрохимический датчик.