ГАЗОВЫЙ ДЕТЕКТОР Российский патент 2008 года по МПК G01N27/70 

Изобретение относится к устройствам для детектирования утечки газов и может быть использовано в разных отраслях промышленности.

Известен способ определения электрофизических параметров окружающей среды и устройство для его осуществления, в котором для повышения чувствительности измерений в газоразрядном детекторе между острием стержневого катода и коаксиально расположенным цилиндрическим анодом создают электрическое поле. В газовой среде детектора создают коронный разряд при напряжении на катоде, выбранном в интервале значений 3,73±0,2 кВ.

Острие катода размещается от торцевого окна камеры на расстоянии, равном (от 2/3 до 3/4)L, где L - длина разрядной камеры детектора. Площадь поперечного сечения острия катода в 10²-10³ раз меньше площади поперечного сечения камер (патент РФ № 2069869, МПК G01Т 1/18, G01Т 1/167, опубликованный 1996.11.27).

Недостатком данного детектора является прекращение его функционирования при относительно высоких (порядка 100 ppm) концентрациях.

Известен газовый детектор, содержащий корпус с расположенным в центре корпуса катодом в виде иглы, анодом и входным отверстием для детектируемого газа, средства для измерения тока разряда, источник питания, создающий напряжение, необходимое для поддержания коронного разряда между анодом и катодом (патент US 4609875, G01N 27/60, опубликован 1986.09.02).

Недостатком этого детектора является то, что при существенном (более 10⁷ ppm) увеличении концентрации электроотрицательной примеси ток разряда падает, следовательно, «электрический ветер» исчезает, что приводит к затуханию коронного разряда и отсутствию возможности измерений при данной концентрации из-за остановки прокачки. Таким образом происходит длительное "отравление" датчика, т.е. нарушение его функционирования.

В основу предлагаемого изобретения положена задача создания газового детектора, в котором за счет выполнения одного из электродов в виде конической трубы обеспечивается стабильная работа газового детектора при возможности увеличения в 3-10 раз прокачиваемого через него потока анализируемого воздуха при сохранении возможности регулировки межэлектродного расстояния для точной регулировки напряжения поджига коронного разряда вследствие изменения межэлектродного расстояния.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в газовом детекторе, включающем корпус с входным и выходным отверстиями для детектируемого газа, внутри которого помещены электроды, высоковольтный источник питания, создающий напряжение, необходимое для зажигания и поддержания коронного разряда между электродами, средства для измерения тока коронного разряда и устройство для прокачки газа, один из электродов выполнен в виде конической трубы с углом образующей при вершине от 6 до 40 градусов, в которой коаксиально расположен второй электрод.

С целью обеспечения настройки режима зажигания и поддержания коронного разряда при неизменном напряжении высоковольтного источника питания его электрод, расположенный коаксиально внутри конической трубы, может быть выполнен регулируемым по размещению вдоль оси трубы.

Выполнение одного из электродов в виде конической трубы с углом образующей от 10 до 40 градусов обеспечивает датчику аэродинамические свойства, исключающие появление при скоростях прокачки более 0,5 м/сек акустических колебаний и связанных с этим помех (шумов) в канале измерения.

Если электрод, расположенный коаксиально внутри конической трубы, выполнен регулируемым по размещению вдоль оси трубы, то высоковольтный источник питания датчика может быть выполнен не регулируемым по подаваемому на электроды напряжению. В качестве устройства регулирования (юстировки) положения внутреннего электрода (вдоль оси конической поверхности внешнего электрода) может быть использован, например, простейший винтовой механизм.

Изобретение поясняется чертежами, на котором схематически показан разрез газового детектора. Он содержит корпус 1, в котором помещен электрод 2. Этот электрод 2 выполнен с коническим отверстием, конусность которого лежит в пределах 6-40 угловых градусов. Электрод 3 установлен на державке 4 коаксиально электроду 2 с возможностью осевого перемещения. Электрод 2 и электрод 3 соединены проводниками с высоковольтным источником питания 5. В цепь высоковольтного источника питания 5 включено устройство измерения тока коронного разряда 6.

Работа с детектором производится следующим образом.

После включения источника питания 5 на остриях игл электрода 3 возникает коронный разряд, ток которого измеряется устройством измерения тока 6.

После этого включается устройство принудительной прокачки анализируемого воздуха через датчик. Это устройство может отсутствовать, если датчик используется на перемещаемом носителе (автомобиле, беспилотном самолете и т.п.), обеспечивающем прокачку датчика за счет встречного потока воздуха.

Если после этого в детектор попадет воздух с галоидосодержащим газом, то ток разряда уменьшится, что будет отмечено оператором с помощью устройства измерения тока 6 или других подключенных к нему сигнальных устройств (звуковых, световых и т.п.).

Физические процессы, происходящие в детекторе при его работе, можно пояснить следующим образом.

В предлагаемом изобретении, так же как и в прототипе, используется коронный разряд с острия игл электрода 3, находящихся под потенциалом относительно электрода 2. Благодаря тому, что электрод 2 выполнен с коническим отверстием с углом при вершине в пределах 6-40 угловых градусов, достигаются два положительных для точности измерений результата, а именно:

- можно перемещением штока 4 обеспечить плавный подбор расстояния между электродом 2 и электродом 3. Это позволяет откорректировать расстояние между электродами до момента возникновения коронного разряда в зависимости от скорости потока воздуха. Кроме того, такая форма электрода 2 обеспечивает исключение акустических колебаний воздуха в широком диапазоне скоростей прокачки, что также положительно сказывается на снижении шумов при измерении тока частичного разряда, а значит и на метрологических свойствах датчика в целом.

Предлагаемый газовый детектор может быть использован в приборах, предназначенных как для поиска течей, так и для измерения относительного содержания галоидов в атмосфере. При этом используется метод абсолютного измерения концентрации примеси при заранее известной зависимости тока коронного разряда от парциального давления исследуемого газа в воздухе.

У прототипа чувствительность этого метода определяется стабильностью тока ее короны и, как показало проведенное экспериментальное исследование, достигает величин 0,5-0,1 ppm. Однако при увеличении скорости прокачки воздуха через этот датчик растут акустические шумы, отрицательно влияющие на стабильность тока коронного разряда. При этом чувствительность датчика падает на порядок. Это ограничивает применение датчика на быстро перемещаемых носителях.

У предлагаемого изобретения чувствительность этого метода, так же как и в прототипе, определяется стабильностью тока короны на электроде 3 и, как показали проведенные экспериментальные исследования, также достигает величин 0,5-0,2 ppm. Однако при увеличении скорости прокачки воздуха до 10 м/сек в данном устройстве не растут акустические шумы, отрицательно влияющие на стабильность тока коронного разряда. При этом чувствительность датчика сохраняется, а изменение скоростей прокачки в два раза не влияет на настройки прибора. Это позволит широко применять датчик на быстро перемещаемых носителях и в различных погодных условиях без дополнительных регулировок взаимного положения электродов, а в некоторых случаях и без устройств прокачки или регулировки скорости проходящего через датчик потока воздуха.

Изобретение относится к устройствам для детектирования утечки газов и может быть использовано в разных отраслях промышленности. Газовый детектор включает корпус с входным и выходным отверстиями для детектируемого газа, внутри которого помещены электроды, высоковольтный источник питания, создающий напряжение, необходимое для зажигания и поддержания коронного разряда между электродами, средства для измерения тока коронного разряда и устройство для прокачки газа. Один из электродов выполнен в виде конической трубы с углом образующей при вершине от 6 до 40 градусов, в которой коаксиально расположен второй электрод. Изобретение обеспечивает стабильную работу газового детектора при возможности увеличения в 3-10 раз прокачиваемого через него потока анализируемого воздуха при сохранении возможности регулировки межэлектродного расстояния для точной регулировки напряжения поджига коронного разряда вследствие изменения межэлектродного расстояния. 1 з.п.ф-лы., 1 ил.

1. Газовый детектор, включающий корпус с входным и выходным отверстиями для детектируемого газа, внутри которого помещены электроды, высоковольтный источник питания, создающий напряжение, необходимое для зажигания и поддержания коронного разряда между электродами, средства для измерения тока коронного разряда и устройство для прокачки газа, отличающийся тем, что один из электродов выполнен в виде конической трубы с углом образующей от 6 до 40°, в которой коаксиально расположен второй электрод.2. Газовый детектор по п.1, отличающийся тем, что для электрода, расположенного коаксиально внутри конической трубы, предусмотрена конструктивная возможность его юстировочного перемещения вдоль оси конической трубы.