СПОСОБ АНАЛИЗА МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ КОНТЕЙНЕРОВ С ЭЛЕКТРОННЫМИ ПРИБОРАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2014 года по МПК G01N27/416 

Предлагаемое изобретение относится к области анализа многокомпонентных газовых сред для определения их компонентного состава и к устройствам измерительно-аналитических комплексов, с помощью которых они определяются.

Из предшествующего уровня техники известны способ анализа газовых смесей и устройство для его реализации (патент РФ №2274855, МПК G01N 27/416, публ. 20.04.06), содержащее пробоотборное устройство, газоанализатор с измерительными ячейками, снабженными датчиками, регисгрирующими параметры анализируемой многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров, выбранное в качестве прототипа предлагаемого устройства.

Задачей авторов изобретения является разработка способа анализа многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами и устройства для его реализации, обеспечивающего максимально достоверное определение динамики изменения состава газовых многокомпонентных смесей и других параметров их при непосредственном контакте с указанной смесью.

Технический результат, обеспечиваемый при использовании предлагаемых способа и устройства, заключается в обеспечении возможности одновременного и непосредственного измерения состава, параметров температуры, влажности, давления измеряемой многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами, а также возможности сравнения текущих параметров этой среды с их критическими значениями, допустимыми для конструкций данного типа, и проведение исследования закономерностей изменения во времени указанных параметров, в том числе и в критических условиях.

Указанные задача и новый технический результат обеспечивается тем, что в отличие от известного способа анализа многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами, включающего измерение параметров многокомпонентной газовой среды с получением аналогового измерительного сигнала, поступающего от датчиков газоанализатора, с преобразованием его в цифровой сигнал, согласно предлагаемому способу используют газоанализатор с датчиками, вынесенными наружу и контактирующими с анализируемой многокомпонентной средой, измерения ведут по заданной программе автоматически, дискретно, с использованием показаний датчиков, непосредственно контактирующих с внутренней средой локальных зон всех анализируемых герметизированных контейнеров, аналоговый измерительный сигнал получают путем регистрации показаний и селективных и неселективных датчиков, измеряющих и содержания газовых компонентов, и температуры, и влажности, и давления многокомпонентной газовой среды одновременно в каждой из локальных зон всех анализируемых герметизированных контейнеров, с поочередным опросом каждого из датчиков, затем полученный аналоговый измерительный сигнал преобразуют в цифровой сигнал или непосредственно в каждом датчике или в электронном блоке газоанализатора, и этот цифровой сигнал затем передают в управляющий ПК с установленным программным обеспечением, позволяющим графически и математически обрабатывать текущие значения измеренных параметров и формировать базу данных (БД) из всех измеренных параметров и сравнивать полученные результаты с БД критических значений этих параметров для каждого из выбранной группы анализируемых герметизированных контейнеров и передавать накопленные результаты по этой группе герметизированных контейнеров в съемное запоминающее устройство с записью их в его памяти.

Кроме того, для обработки результатов измерений параметров многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров, удаленных от центра компьютерной обработки данных, используют съемное запоминающее устройство с выбранными из памяти управляющего ПК результатами проведенных динамических измерений по выбранной группе анализируемых герметизированных контейнеров, которое транспортируют в удаленный центр компьютерной обработки, результаты проведенных динамических измерений передают в удаленный ПК с программным обеспечением, позволяющим статистически обрабатывать полученные значения измеренных параметров по всем группам герметизированных контейнеров, формировать БД из всех измеренных параметров и сравнивать полученные результаты с БД значений этих параметров для каждого из всех групп анализируемых герметизированных контейнеров с последующим установлением общих или частных закономерностей процессов, протекающих в многокомпонентных газовых средах герметизированных контейнеров.

Указанные задача и технический результат обеспечивается тем, что в отличие от известного устройства для реализации способа анализа многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами, содержащего газоанализатор, состоящий из электронного блока и датчиков, регистрирующих параметры анализируемой многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров, в предлагаемом устройстве блоки селективных и неселективных датчиков газоанализатора для измерения содержания компонентов, температуры, влажности, давления анализируемой газовой среды выполнены выносными, взрывозащищенными и объединены единой электрической связью с электронным блоком газоанализатора посредством герметизированных проходных электрических разъемов, имеющихся в составе каждого из герметизированных контейнеров, газоанализатор подключен посредством электрического соединения своим выходным портом к входному порту управляющего ПК с установленным программным обеспечением, реализующим алгоритм графической и математической обработки текущих значений измеренных параметров, с возможностью подключения к нему съемного запоминающего устройства, все элементы измерительной системы газоанализатора совместно с управляющим ПК и со съемным запоминающим устройством составляют измерительно-аналитический автоматизированный комплекс (ИААК

На фиг.1 представлен вид устройства ИААК для реализации способа анализа многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами, где:

1 - электронный блок газоанализатора; 2 - герметизированный контейнер; 3 - локальные зоны герметизированного контейнера; 4 - выносные датчики газоанализатора (комплектно); 5 - блок ввода-вывода газоанализатора; 6 - блок преобразования интерфейсов газоанализатора; 7 - кабель для подключения управляющего ПК; 8 - кабель сетевого питания; 9 - управляющий ПК; 10 - блок питания датчиков и электронного блока газоанализатора; 11 - электрический кабель (комплект кабелей); 12 - герметизированный проходной электрический разъем контейнера.

При эксплуатации удаленных объектов (контейнеров 2) с токсичными и горючими газовыми компонентами возникает необходимость постоянного контроля их внутренних сред для исключения возникновения критических ситуаций, характеризующихся приближением концентраций составляющих их компонентов к критическим значениям, превышающих ПДК (предельно допустимые концентрации), а также для исследования динамики изменения текущих значений концентраций и других параметров многокомпонентной газовой среды. Для постоянного и динамичного контроля параметров многокомпонентной среды в предлагаемом способе и устройстве для его реализации предусмотрено использовать в составе измерительно-аналитического оборудования системы датчиков, установленных с возможностью непосредственного контакта с измеряемой средой, что обеспечивает измерения параметров среды в произвольных точках внутри контейнеров (локальных зон 3) и получение достоверных данных, что отсутствовало в прототипе из-за нарушения динамического состояния среды (показателей), вызванного необходимостью отбора пробы анализируемой среды в измерительную ячейку. Это позволит непосредственно измерять параметры многокомпонентной среды (концентрацию компонентов, давление, температуру, влажность) без нарушения герметичности контейнеров и параметров их сред, т.к. способствует непосредственному диффузионному обмену анализируемой многокомпонентной газовой среды герметизированного контейнера с измерительными датчиками.

В предлагаемом устройстве для анализа многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров 2 с электронными приборами, газоанализатор выполнен в виде электронного блока 1 с выносными измерительными датчиками 4, регистрирующими параметры анализируемой многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров, объединенных единым электрическим кабелем 11 для передачи данных измерений в электронный блок газоанализатора. В предлагаемом устройстве анализируемый контейнер предлагается снабдить герметизированным проходным электрическим разъемом 12, что позволит передавать электрический сигнал датчиков в электронный блок газоанализатора без разгерметизации контейнера 2. В предлагаемом устройстве газоанализатор представляет собой совокупность электронного блока 1, состоящего из блока ввода-вывода 5, блока преобразования интерфейсов 6, куда поступают электрические сигналы с измерительных датчиков 4, блока питания 10 и кабеля сетевого питания 8 для всех компонентов газоанализатора. Данный газоанализатор через кабель 7 связан с управляющим ПК 9.

В систему измерительных датчиков включены неселективные датчики для измерения содержания компонентов анализируемой газовой среды и селективные датчики для измерения температуры, влажности и давления указанной среды. Датчики 4 выполнены взрывозащищенными, что позволяет использовать их в критических ситуациях (превышение ПДК горючих компонентов).

Наблюдения за параметрами многокомпонентной смеси ведут дискретно в автоматическом режиме по заложенной в управляющий ПК программе.

Аналоговый измерительный сигнал, поступающий от датчиков 4, размещенных в анализируемом контейнере 2, получают путем регистрации показаний и селективных и неселективных датчиков, имеющих непосредственный контакт с внутренним объемом контейнера. Затем полученный аналоговый измерительный сигнал преобразуют в блоке ввода - вывода 5 газоанализатора в цифровой сигнал, который передают в блок преобразования интерфейсов 6 и затем через кабель 7 в управляющий ПК 9 с записью в его памяти результатов проведенных динамических измерений.

Программное обеспечение ПК 9 позволяет управлять процессом сбора результатов измерений, графически и математически обрабатывать текущие значения измеренных параметров, формировать базу данных (БД) из всех измеренных параметров и сравнивать полученные результаты с БД критических значений этих параметров для каждого из выбранной группы анализируемых герметизированных контейнеров и передавать накопленные результаты по этой группе герметизированных контейнеров в съемное запоминающее устройство с записью их в его памяти.

Имеющиеся в памяти управляющего ПК 9 результаты проведенных динамических измерений транспортируют в удаленный центр компьютерной обработки посредством съемных переносных устройств памяти, передают в удаленный ПК (не показан) с установленным программным обеспечением, где статистически обрабатывают полученные значения измеренных параметров по всем группам герметизированных контейнеров, формируют БД из всех измеренных параметров и сравнивают полученные результаты с БД значений этих параметров для каждого из всех групп анализируемых герметизированных контейнеров с последующим установлением общих или частных закономерностей процессов, протекающих в многокомпонентных газовых средах герметизированных контейнеров.

Предлагаемый способ анализа многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами осуществляется с использованием описанного выше устройства. Предварительно производят измерение параметров многокомпонентной газовой среды герметизированного контейнера с электронными приборами внутри с использованием газоанализатора, снабженного измерительными датчиками 4, получение аналогового измерительного сигнала, регистрируемого датчиками и преобразование его в цифровой сигнал в электронном блоке 1 газоанализатора (блок ввода - вывода 5). Газоанализатор выполнен с взрывозащищенными датчиками, вынесенными наружу и контактирующими непосредственно с анализируемой многокомпонентной средой.

Измерения ведут по заданной программе автоматически, дискретно, с использованием показаний датчиков, непосредственно контактирующих с внутренней средой локальных зон всех анализируемых герметизированных контейнеров, аналоговый измерительный сигнал получают путем регистрации показаний и селективных и неселективных датчиков, измеряющих и содержания газовых компонентов, и температуры, и влажности, и давления многокомпонентной газовой среды одновременно в каждой из локальных зон всех анализируемых герметизированных контейнеров. При этом производят поочередный опрос каждого из датчиков, затем полученный аналоговый измерительный сигнал преобразуют в цифровой сигнал непосредственно в каждом датчике или в электронном блоке 1 газоанализатора.

Полученную информацию из управляющего ПК 9 затем передают в удаленный ПК (централизованно накапливающий всю информацию по всем группам наблюдаемых контейнеров, полученную в разное время) с установленным программным обеспечением, позволяющим статистически обрабатывать полученные значения измеренных параметров по всем группам герметизированных контейнеров, формировать БД из всех измеренных параметров и сравнивать полученные результаты с БД значений этих параметров для каждого из всех групп анализируемых герметизированных контейнеров с последующим установлением общих или частных закономерностей процессов, протекающих в многокомпонентных газовых средах герметизированных контейнеров.

Для передачи результатов измерений параметров многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров, удаленных от центра компьютерной обработки данных, используют съемное запоминающее устройство с выбранными из памяти управляющего ПК 9 результатами проведенных динамических измерений по выбранной группе анализируемых герметизированных контейнеров, которое транспортируют в удаленный центр компьютерной обработки, результаты проведенных динамических измерений передают в удаленный ПК.

Таким образом, использование предлагаемых способа анализа многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами и устройства для его реализации обеспечивает возможность одновременного и непосредственного измерения состава, параметров температуры, влажности, давления измеряемой многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами, а также возможность сравнения текущих параметров этой среды с их критическими значениями, допустимыми для конструкций данного типа, и проведение исследования закономерностей изменения во времени указанных параметров.

Возможность промышленной реализации предлагаемого изобретения подтверждается следующим примером.

Пример 1. В лабораторных условиях реализован предлагаемый способ на опытном образце устройства, представленного на фиг.1. В предлагаемом устройстве в качестве газоанализатора использован опытный макет газоанализатора, снабженного выносными датчиками 4, соединенными с электронным блоком 1 комплектом жгутов 11 и 7 с электронным блоком 1 и управляющим ПК 9. Опытный образец заявляемого герметизированного контейнера с электронными приборами выполнен стальным с электронными приборами в виде измерительных и регистрирующих приборов, снабженным герметизированным проходным электрическим разъемом 12. В контейнере сформирована газовая среда, содержащая воздух и водород, пары воды, при этом измерения проводили автоматически в режиме текущего времени с дискретностью измерений 1 раз в час. Для проверки работоспособности предлагаемого устройства для реализации способа первоначально собиралась схема по фиг.1. Затем посредством кабеля 8 подавалось питание на электронный блок 1 газоанализатора, включался управляющий ПК 9. По заданной в ПК 9 программе производился опрос показаний измерительных датчиков 4. Результаты измерений фиксировались на управляющем ПК 9. Формировалась БД текущих значений температуры, давления, влажности и содержания водорода и кислорода в анализируемом герметизированном контейнере 2 и производилось сравнение их с заранее заданными критическими значениями. На основе полученных данных строились графические зависимости измеряемых параметров многокомпонентной газовой смеси от времени.

На фиг.2 показан вид предлагаемого устройства для случая наблюдения за двумя и более (аналогично) герметизированными контейнерами, где:

1 - электронные блоки газоанализатора; 2 - герметизированные контейнеры; 7 - кабель для подключения компьютера; 9 - управляющий ПК, 13 - шина сбора и передачи данных.

Передача данных из электронных блоков 1 газоанализаторов в ПК 9 осуществлялась посредством шины 13.

Как показали эксперименты, при использовании предлагаемых способа для анализа многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами и устройства для его реализации обеспечен технический результат, заключающийся в обеспечении возможности одновременного измерения состава, параметров температуры, влажности, давления измеряемой многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами, возможности сравнения текущих параметров этой среды с их критическими значениями, допустимыми для конструкций данного типа, и определения характера имеющихся изменений параметров.

Сущность изобретения: в отличие от известного способа анализа многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами, согласно предлагаемому способу используют газоанализатор с датчиками, вынесенными наружу и контактирующими с анализируемой многокомпонентной средой, измерения ведут по заданной программе автоматически, дискретно, по показаниям датчиков, непосредственно контактирующих с внутренней средой всех анализируемых герметизированных контейнеров, аналоговый измерительный сигнал получают путем регистрации показаний и селективных и неселективных датчиков, измеряющих и содержания газовых компонентов, и температуры, и влажности, и давления многокомпонентной газовой среды одновременно в каждой из локальных зон всех анализируемых контейнеров, с поочередным опросом каждого из датчиков, затем полученный аналоговый сигнал преобразуют в цифровой или непосредственно в каждом датчике, или в электронном блоке газоанализатора, и этот цифровой сигнал передают в управляющий ПК, позволяющий графически и математически обрабатывать текущие значения измеренных параметров, формировать базу данных (БД) из всех измеренных параметров, сравнивать полученные результаты с БД критических значений этих параметров и передавать накопленные результаты по этой группе герметизированных контейнеров в съемное запоминающее устройство (ЗУ). Это ЗУ транспортируют в центр компьютерной обработки, результаты проведенных динамических измерений передают в удаленный ПК с программным обеспечением, позволяющим статистически обрабатывать значения измеренных параметров по всем группам герметизированных контейнеров, формировать БД из всех измеренных параметров и сравнивать результаты с БД значений этих параметров для каждого из всех групп анализируемых герметизированных контейнеров с установлением общих или частных закономерностей процессов, протекающих в многокомпонентных газовых средах герметизированных контейнеров. Также заявлено устройство, реализующее вышеуказанный способ, в котором блоки датчиков газоанализатора объединены единой электрической связью с электронным блоком газоанализатора посредством герметизированных проходных электрических разъемов. Технический результат: обеспечение возможности одновременного и непосредственного измерения состава, параметров температуры, влажности, давления измеряемой многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами, а также возможность сравнения текущих параметров этой среды с их критическими значениями, допустимыми для конструкций данного типа, и проведение исследования закономерностей изменения во времени указанных параметров, в том числе и в критических условиях. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.,1 пр.

1. Способ анализа многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами, включающий измерение параметров многокомпонентной газовой среды герметизированного контейнера с электронными приборами внутри с использованием газоанализатора, снабженного измерительными датчиками, получение аналогового измерительного сигнала, регистрируемого датчиками, и преобразование его в цифровой сигнал, отличающийся тем, что используют газоанализатор с датчиками, вынесенными наружу и контактирующими с анализируемой многокомпонентной средой, измерения ведут по заданной программе автоматически, дискретно, с использованием показаний датчиков, непосредственно контактирующих с внутренней средой локальных зон всех анализируемых герметизированных контейнеров, аналоговый измерительный сигнал получают путем регистрации показаний и селективных и неселективных датчиков, измеряющих и содержания газовых компонентов, и температуры, и влажности, и давления многокомпонентной газовой среды одновременно в каждой из локальных зон всех анализируемых герметизированных контейнеров, с поочередным опросом каждого из датчиков, затем полученный аналоговый измерительный сигнал преобразуют в цифровой сигнал или непосредственно в каждом датчике, или в электронном блоке газоанализатора, и этот цифровой сигнал затем передают в управляющий персональный компьютер (ПК) с установленным программным обеспечением, позволяющим графически и математически обрабатывать текущие значения измеренных параметров, формировать базу данных (БД) из всех измеренных параметров, сравнивать полученные результаты с БД критических значений этих параметров для каждого из выбранной группы анализируемых герметизированных контейнеров и передавать накопленные результаты по этой группе герметизированных контейнеров в съемное запоминающее устройство с записью их в его памяти.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что съемное запоминающее устройство с выбранными из памяти управляющего ПК результатами проведенных динамических измерений по выбранной группе анализируемых герметизированных контейнеров транспортируют в удаленный центр компьютерной обработки, результаты проведенных динамических измерений передают в удаленный ПК с программным обеспечением, позволяющим статистически обрабатывать полученные значения измеренных параметров по всем группам герметизированных контейнеров, формировать БД из всех измеренных параметров и сравнивать полученные результаты с БД значений этих параметров для каждого из всех групп анализируемых герметизированных контейнеров с последующим установлением общих или частных закономерностей процессов, протекающих в многокомпонентных газовых средах герметизированных контейнеров.

3. Устройство для реализации способа анализа многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами по п.1, содержащее газоанализатор, состоящий из электронного блока и датчиков, регистрирующих параметры анализируемой многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров, отличающееся тем, что блоки селективных и неселективных датчиков газоанализатора для измерения содержания компонентов, температуры, влажности, давления анализируемой газовой среды выполнены выносными, взрывозащищенными и объединены единой электрической связью с электронным блоком газоанализатора посредством герметизированных проходных электрических разъемов, имеющихся в составе каждого из герметизированных контейнеров, газоанализатор подключен посредством электрического соединения своим выходным портом к входному порту управляющего ПК с установленным программным обеспечением, реализующим алгоритм графической и математической обработки текущих значений измеренных параметров, с возможностью подключения к нему съемного запоминающего устройства, все элементы измерительной системы газоанализатора совместно с управляющим ПК и со съемным запоминающим устройством составляют измерительно-аналитический автоматизированный комплекс.