ПОРТАТИВНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР Российский патент 2010 года по МПК G01N27/12 

Изобретение относится к технике проведения экспрессного анализа воздуха или смесей газов, в том числе равновесных газовых фаз твердых, жидких образцов, для определения концентраций газов, являющихся маркерами качества, безопасности и заболеваний, с целью экспресс-анализа, в том числе во внелабораторных условиях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является портативное устройство для определения газов-маркеров во выдыхаемом воздухе на основе одного или нескольких пьезосенсоров, включающее корпус с патрубками, внутри которого расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования основных компонентов газовой смеси, устройства для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьезосенсоров, корпус выполнен в виде цилиндра с одной крышкой, на которой расположены держатели для пьезосенсора (пьезосенсоров), цилиндр удерживается кольцом на стояке с платформой, миниатюрная схема возбуждения жестко закреплена на крышке, а сигнал пьезосенсора (пьезосенсоров) фиксируется портативным частотомером, шкала которого отградуирована в единицах частоты и содержания газа-тестора, при этом схема возбуждения и частотомер питаются от встроенного элемента (Портативное устройство для определения газов-маркеров в выдыхаемом воздухе. Кучменко Т.А., Чувашев Д.Л., Кучменко A.M. Пат. №2324168, Россия, МПК G01N 27/12; №2006145233, заявл. 19.12.2006, опубл. 10.05.2008, бюл. №13).

Недостатками существующего портативного устройства для определения газов-маркеров во выдыхаемом воздухе являются узкая специфичность определения и невозможность применения устройства для решения других аналитических задач даже путем замены рабочего элемента (сенсора), который определяет его детектирующую способность, так как шкала частотомера отградуирована в единицах содержания газа-тестора.

Техническая задача изобретения - увеличение мобильности и компактности анализатора газов на основе ячейки детектирования с одним или несколькими пьезосенсорами, за счет объединения всех блоков в одном компактном корпусе, применения встроенного микропроцессора, программируемого только на измеряемый сигнал, позволяющих оперативно перемещаться с анализатором без специальных условий и техники, в том числе при проведении экспрессного анализа воздуха или смесей газов, равновесных газовых фаз твердых, жидких образцов, для определения концентраций газов, являющихся маркерами качества, безопасности пищевых, непищевых продуктов и заболеваний с целью экспресс-анализа, в том числе во внелабораторных условиях (прикроватная диагностика, анализ пробы в точке отбора и т.п.).

Техническая задача изобретения достигается тем, что в портативном газоанализаторе на основе одного или нескольких пьезосенсоров, включающем ячейку детектирования с патрубками, внутри которой расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования компонентов газовой смеси, устройство для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьезосенсоров, ячейка выполнена в виде цилиндра с одной крышкой, на которой расположены держатели для пьезосенсора (пьезосенсоров), миниатюрная схема возбуждения и частотомер, приводящиеся в действие автономно от встроенного элемента питания, новым является то, что все части газоанализатора соединены в одном миниатюрном корпусе, на верхней панели которого жестко закреплены крышка ячейки детектирования с держателями, цифровое табло, световой индикатор готовности устройства к работе, на одной из боковых панелей размещены кнопка включения и вход для зарядного устройства, внутри корпуса расположены миниатюрная схема возбуждения, соединенная с микропроцессором для регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло, сменные аккумуляторы или иные элементы питания, а ячейка детектирования и крышка выполнены из фторопласта, позволяющего обеспечить плотное соединение крышки и ячейки детектирования без резьбы и герметичность при измерениях.

Технический результат заключается в мобильности и компактности предлагаемого портативного газоанализатора за счет изменения размеров и технических параметров каждого блока, совмещения всех блоков прибора в одном корпусе, жесткого крепления крышки, цифрового табло и светового индикатора на одной панели прибора, размещения миниатюрных схемы возбуждения и микропроцессора, источников автономного питания в корпусе, в упрощении производства и эксплуатации газоанализатора за счет применения для изготовления ячейки детектирования и крышки фторопласта, позволяющего без резьбы просто и плотно соединять обе детали, создать герметичность при измерении, в расширении возможностей применения портативного газоанализатора за счет автономного питания схемы возбуждения, микропроцессора с помощью сменных аккумуляторов или иных элементов. Такое конструктивное решение позволяет оперативно перемещаться с анализатором без специальных условий и техники, в том числе при проведении экспрессного анализа воздуха или смесей газов, равновесных газовых фаз твердых, жидких образцов, для определения концентраций газов, являющихся маркерами качества, безопасности пищевых, непищевых продуктов и заболеваний с целью экспресс-анализа, в том числе во внелабораторных условиях (прикроватная диагностика, анализ пробы в точке отбора и т.п.).

Чертеж - Общая схема портативного газоанализатора

Портативный газоанализатор (чертеж) представляет миниатюрный корпус газоанализатора 1, на верхней панели которого жестко закреплены крышка 2 ячейки детектирования 3 с держателями для пьезосенсора (пьезосенсоров) 4, цифровое табло 5, световой индикатор готовности устройства к работе 6, на одной из боковых панелей размещены кнопка включения 7 и вход 8 для зарядного устройства, внутри корпуса расположены миниатюрная схема возбуждения 9, соединенная с микропроцессором 10 для регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло, сменные аккумуляторы или иные элементы питания 11. Ячейка детектирования и крышка выполнены из фторопласта, позволяющего обеспечить плотное соединение крышки и ячейки детектирования без резьбы и герметичность при измерениях. Предусмотрена возможность подзарядки аккумуляторов или применения блока питания (вход 8).

Портативный газоанализатор работает следующим образом.

Пьезосенсор (пьезосенсоры) 4 с селективной пленкой сорбента на электродах помещается в держатель на крышке 2, жестко закрепленной на верхней панели миниатюрного корпуса газоанализатора 1. Крышка соединена с миниатюрной схемой возбуждения 9, с микропроцессором 10 для регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло 5, которые расположены внутри корпуса газоанализатора и приводятся в действие от сменных аккумуляторов или иных элементов питания 11. Автономные источники питания при необходимости могут заряжаться (вход 8). На крышку плотно надевается ячейка детектирования 3, которая, как и крышка, выполнена из фторопласта, позволяющего обеспечить их плотное соединение без резьбы и герметичность при измерениях. Устройство включается кнопкой 7 на боковой панели, при этом загорается световой индикатор готовности устройства к работе 6 и цифровое табло 5 частотомера показывает шумовое отклонение частоты или абсолютную частоту колебаний сенсора.

Через патрубок 12 вкалывается с помощью пробоотборника 13 проба воздуха. Легколетучие органические соединения, растворенные в воде, присутствующие в пищевых, непищевых продуктах, жидких, твердых фазах, смесях газов, воздухе, сорбируются тонкой пленкой на электродах пьезосенсора в соответствии с их природой и концентрацией. В результате этого изменяется частота колебаний пьезосенсора, что регистрируется частотомером. По изменению сигнала сенсора и градуировочному графику находят содержание этих веществ в анализируемой пробе.

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

Предложенное портативное устройство для определения концентрации газов позволяет:

1) увеличить мобильность и компактность анализатора газов в 2 раза на основе ячейки детектирования с одним или несколькими пьезосенсорами;

2) исключить соединительные шнуры, дополнительные устройства (штативы, держатели, частотомер), тем самым повысить надежность измерений и помехоустойчивость прибора;

3) расширить аналитические возможности портативного газоанализатора, в том числе за счет исключения градуировки устройства в единицах концентрации одного газа, преобразования микропроцессором сигналов пьезосенсора (пьезосенсоров) в отклик и последующего нахождения концентрации по градуировочному графику, индивидуальному для каждого измерительного элемента;

4) упростить конструктивное исполнение ячейки детектирования и крышки за счет применения фторопласта, позволяющего сохранять герметичность без резьбы;

5) за счет изменения технических параметров каждого блока, новых конструктивных решений позволяет оперативно перемещаться без специальных условий и техники, в том числе при проведении экспрессного анализа воздуха или смесей газов, равновесных газовых фаз твердых, жидких образцов, для определения концентраций газов, являющихся маркерами качества, безопасности пищевых, непищевых продуктов и заболеваний, с целью экспресс-анализа, в том числе во внелабораторных условиях (прикроватная диагностика, анализ пробы в точке отбора и т.п.).

Таблица Параметры сравнения Аналог Техническое решение Анализ газовых проб в статическом режиме Возможен Возможен Обработка информации Автоматическая регистрация сигналов на табло частотомера с указанием концентрации газов-маркеров Автоматическая регистрация сигналов на табло частотомера в абсолютном (F) и относительном (ΔF) виде. Необходимость электросети для обеспечения работы схемы возбуждения колебаний и частотомера Питание автономное от встроенного элемента Возможны два варианта питания - от сети и от встроенных элементов с возможной их подзарядкой Сопоставление размеров, целостность (количество составных частей) 2 1 Надежность сигналов Определяется целостностью соединительных шнуров Жесткое короткое крепление и стыковка всех элементов обеспечивают малые помехи и надежность сигналов Режимы эксплуатации Дискретного действия, время работы определяется техническими характеристиками элементов питания От сети, непрерывный и дискретный

Портативный газоанализатор на основе одного или нескольких пьезосенсоров включает ячейку детектирования с патрубками, внутри которой расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования компонентов газовой смеси, устройство для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьезосенсоров. Ячейка выполнена в виде цилиндра с одной крышкой, на которой расположены держатели для пьезосенсора (пьезосенсоров), миниатюрная схема возбуждения и частотомер, приводящиеся в действие автономно от встроенного элемента питания. Все части газоанализатора соединены в одном миниатюрном корпусе, на верхней панели которого жестко закреплены крышка ячейки детектирования с держателями, цифровое табло, световой индикатор готовности устройства к работе. На одной из боковых панелей размещены кнопка включения и вход для зарядного устройства, внутри корпуса расположены миниатюрная схема возбуждения, соединенная с микропроцессором для регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло, сменные аккумуляторы или иные элементы питания. Ячейка детектирования и крышка выполнены из фторопласта, позволяющего обеспечить плотное соединение крышки и ячейки детектирования без резьбы и герметичность при измерениях. Изобретение обеспечивает повышение мобильности, портативности устройства, снижение уровня шумов, расширение возможностей при проведении экспрессного анализа воздуха или смесей газов, равновесных газовых фаз твердых, жидких образцов для определения концентраций газов, являющихся маркерами качества, безопасности пищевых, непищевых продуктов и заболеваний, с целью экспресс-анализа, в том числе во внелабораторных условиях (прикроватная диагностика, анализ пробы в точке отбора и т.п.). 1 табл., 1 ил.

Портативный газоанализатор на основе одного или нескольких пьезосенсоров, включающий ячейку детектирования с патрубками, внутри которой расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования компонентов газовой смеси, устройство для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьезосенсоров, ячейка выполнена в виде цилиндра с одной крышкой, на которой расположены держатели для пьезосенсора (пьезосенсоров), миниатюрная схема возбуждения и частотомер, приводящиеся в действие автономно от встроенного элемента питания, отличающийся тем, что все части газоанализатора соединены в одном миниатюрном корпусе, на верхней панели которого жестко закреплены крышка ячейки детектирования с держателями, цифровое табло, световой индикатор готовности устройства к работе, на одной из боковых панелей размещены кнопка включения и вход для зарядного устройства, внутри корпуса расположены миниатюрная схема возбуждения, соединенная с микропроцессором для регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло, сменные аккумуляторы или иные элементы питания, а ячейка детектирования и крышка выполнены из фторопласта, позволяющего обеспечить плотное соединение крышки и ячейки детектирования без резьбы и герметичность при измерениях.