МИНИАТЮРНАЯ ЯЧЕЙКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ГАЗОВ В ПОТОКЕ Российский патент 2009 года по МПК G01N27/00 

Описание патента на изобретение RU2374632C1

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) +

Похожие патенты RU2374632C1

название год авторы номер документа
ЯЧЕЙКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ГАЗОВ В ПОТОКЕ 2023
  • Кочетова Жанна Юрьевна
  • Базарский Олег Владимирович
  • Великанов Алексей Викторович
  • Лазарев Илья Сергеевич
  • Шишкин Алексей Викторович
  • Соломахин Захар Евгеньевич
RU2821596C1
ПОРТАТИВНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР 2008
  • Кучменко Татьяна Анатольевна
  • Кучменко Александр Михайлович
  • Чурсанов Алексей Валерьевич
  • Умарханов Руслан Умарханович
RU2408007C2
Устройство для экспресс-анализа качества продуктов 2016
  • Кучменко Татьяна Анатольевна
  • Кочетова Жанна Юрьевна
  • Дроздова Евгения Викторовна
  • Базарский Олег Владимирович
  • Кравченко Андрей Альбертович
RU2634803C1
ПОРТАТИВНЫЙ АНАЛИЗАТОР ГАЗОВ С МАССИВОМ ПЬЕЗОСЕНСОРОВ 2014
  • Кучменко Татьяна Анатольевна
  • Дроздова Евгения Викторовна
RU2571280C1
ГАЗОАНАЛИЗАТОР С ОТКРЫТЫМ ВХОДОМ НА ОСНОВЕ ПЬЕЗОСЕНСОРОВ 2006
  • Кучменко Татьяна Анатольевна
  • Кочетова Жанна Юрьевна
  • Силина Юлия Евгеньевна
RU2302627C1
ДЕТЕКТОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗА, ПАРОВ И ПЫЛИ В ВОЗДУХЕ 2008
  • Кучменко Татьяна Анатольевна
  • Чурсанов Алексей Валерьевич
  • Умарханов Руслан Умарханович
  • Кучменко Дарья Александровна
RU2400745C2
СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ АММИАКА В ВОЗДУХЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ 2006
  • Кучменко Татьяна Анатольевна
  • Кочетова Жанна Юрьевна
  • Хребтова Светлана Сергеевна
RU2315986C1
ГАЗОАНАЛИЗАТОР НА ОСНОВЕ МАТРИЦЫ ПЬЕЗОСЕНСОРОВ 2004
  • Кучменко Татьяна Анатольевна
RU2267775C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УТЕЧЕК ВЗРЫВООПАСНЫХ ЖИДКОСТЕЙ НА ОСНОВЕ ПЬЕЗОСЕНСОРА 2014
  • Кочетова Жанна Юрьевна
  • Кучменко Татьяна Анатольевна
  • Базарский Олег Владимирович
  • Коренман Яков Израилевич
RU2568331C1
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ "ЭЛЕКТРОННЫЙ НОС" НА ПЬЕЗОСЕНСОРАХ 2007
  • Кучменко Татьяна Анатольевна
  • Сельманщук Владимир Александрович
RU2327984C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 374 632 C1

Реферат патента 2009 года 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.

Формула изобретения RU 2 374 632 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2374632C1

ГАЗОАНАЛИЗАТОР НА ОСНОВЕ МАТРИЦЫ ПЬЕЗОСЕНСОРОВ 2004
  • Кучменко Татьяна Анатольевна
RU2267775C2
МАТРИЧНАЯ ПЬЕЗОСОРБЦИОННАЯ ЯЧЕЙКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ 2002
  • Кучменко Т.А.
  • Шлык Ю.К.
  • Коренман Я.И.
RU2212657C1
RU 2004106385 А, 10.08.2005
ПОРТАТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ-МАРКЕРОВ В ВЫДЫХАЕМОМ ВОЗДУХЕ 2006
  • Кучменко Татьяна Анатольевна
  • Чувашев Дмитрий Леонидович
  • Кучменко Александр Михайлович
RU2324168C1

RU 2 374 632 C1

Авторы

Кучменко Татьяна Анатольевна

Умарханов Руслан Умарханович

Даты

2009-11-27Публикация

2008-10-08Подача