СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, ВЛАЖНОСТИ И СКОРОСТИ ИХ ИЗМЕНЕНИЯ В ГЕРМЕТИЧНОМ КОНТЕЙНЕРЕ С ГАЗОВОЙ СРЕДОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2016 года по МПК G01N27/416 

Предлагаемое изобретение относится к области методов анализа газовых сред и устройств для измерения параметров газовых сред и может быть использовано для контроля и определения физико-химических параметров указанных сред.

Известен способ мониторинга состояния наблюдаемых объектов (патент РФ №2413193, МПК G01M 7/00, публ. 27.02.2011 г.), включающий измерения с помощью датчиков, установленных в критически важных точках, интегральных характеристик наблюдаемых объектов, проведение сбора и обработки данных с датчиков и сравнение измеренных интегральных характеристик с элементами матрицы граничных значений этих характеристик.

Известен, в качестве прототипа заявляемого, способ измерения и контроля влажности, температуры и скорости их изменения в герметичных контейнерах с газовой средой с меняющимися во времени физико-химическими параметрами (патент РФ №2490690, МПК G05D 22/00, публ. 20.08.2013 г.), согласно которому осуществляют динамическое измерение изменения параметров влажности и температуры в герметизированном контейнере и контроль параметров влажности в герметизированном контейнере с помощью датчиков температуры и влажности.

К недостаткам аналогов относится сравнительно высокая сложность, необходимость присутствия оператора и проведения оператором действий, необходимых для контроля и управления процессом, а также отсутствие возможности использования способа в зонах, дистанционно удаленных от центра обработки данных.

Задачей авторов изобретения является разработка способа, позволяющего определять параметры одновременно и температуры, и влажности газовой среды в герметичных контейнерах и их изменения во времени.

Новый технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в обеспечении повышения достоверности измеряемых результатов за счет изоляции объекта от воздействия внешних факторов, обеспечении динамического контроля за изменяющейся во времени газовой средой герметичных контейнеров с исследуемыми объектами, в которых имеются труднодоступные для установки измерительного оборудования зоны, минимизации операционного процесса и сокращении трудовых ресурсов, автономности и оптимизации процесса измерения и контроля.

Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в отличие от известного способа измерения температуры, влажности и скорости их изменения в герметичном контейнере с газовой средой, включающего установку в контейнере исследуемых объектов с переменными во времени физико-химическими параметрами и датчиков температуры и влажности, динамическое измерение показателей газовой среды с помощью указанных датчиков температуры и влажности, преобразование измеренных аналоговых сигналов датчиков в конечный вид данных, согласно изобретению перед измерением показателей газовой среды осуществляют установку в каждой труднодоступной зоне контейнера с исследуемыми объектами в качестве измерительных приборов комбинированных датчиков температуры и влажности и последующую герметизацию малогабаритного контейнера с исследуемыми объектами и измерительными приборами, который затем располагают дополнительно в защитном разборном контейнере, пространство которого заполнено дополнительными измерительными приборами, а защитный контейнер помещают в ограниченную климатическую зону с заданными температурно-влажностными условиями, затем включают измерительные приборы и осуществляют динамическое измерение показателей газовой среды и в герметичном контейнере с исследуемыми объектами, и в защитном контейнере, от которого измеренные сигналы передают на соответствующие разъемы автономного измерительно-преобразовательного блока (АИПБ), а преобразованные сигналы передают в ПК, где сравнивают их с критическими значениями.

Известен в качестве прототипа предлагаемого устройства для измерения и контроля влажности, температуры в герметичных контейнерах с газовой средой с меняющимися во времени физико-химическими параметрами (патент РФ №2490690, МПК G05D 22/00, публ. 20.08.2013 г.), в котором имеется контейнер с помещенными в него исследуемыми объектами также с переменными во времени физико-химическими параметрами, снабженный измерительными датчиками температуры и влажности.

Однако недостатком известного устройства является то, что в нем не предусмотрены достоверность измерений газовой среды в контейнере с объектами и средства для объединения элементов коммутации измерительного оборудования и датчиков для устройств с ограничением количества выводных портов и не обеспечены автономность и возможность использования устройства в зонах, дистанционно удаленных от центра обработки данных.

Задачей авторов предлагаемого изобретения является разработка устройства, позволяющего производить измерения температуры и влажности исследуемой газовой среды в условиях ограниченного количества выводных портов для съема данных и обеспечивающего автономность и возможность использования устройства в зонах, дистанционно удаленных от центра обработки данных (ПК).

Новый технический результат заключается в обеспечении возможности проведения измерений температуры и влажности исследуемой газовой среды в устройствах с ограничением количества выводных портов в них для съема и передачи данных и в обеспечении автономности и возможности использования в зонах, дистанционно удаленных от центра обработки данных.

Указанные задача и новый технический результат обеспечивается тем, что в отличие от известного устройства для измерения температуры, влажности и скорости их изменения в герметичном контейнере с газовой средой с помещенными в нем исследуемыми объектами, характеризующимися переменными во времени физико-химическими параметрами, и снабженным измерительными приборами, согласно изобретению герметичный контейнер с исследуемыми объектами размещен в защитном контейнере с измерительными приборами, установленном в климатической зоне с заданными температурно-влажностными условиями, каждый из измерительных приборов укомплектован индивидуальными элементами коммутации, при этом все элементы коммутации, проводящие измеряемые сигналы от измерительного оборудования, собраны в единую магистраль элементов коммутации и подключены к единым разъемам (гермопереходам), установленным последовательно в герметичном контейнере с исследуемыми объектами и в защитном контейнере, и подсоединены к соответствующим разъемам автономного измерительно-преобразовательного блока (АИПБ).

Предлагаемые способ и устройство для измерения температуры, влажности и скорости их изменения в герметичном контейнере с газовой средой с меняющимися во времени физико-химическими параметрами поясняются следующим образом.

На фиг. 1 представлен вид устройства для реализации предлагаемого способа, где 1 - климатическая зона; 2 - защитный контейнер; 3 - герметичный контейнер с исследуемыми объектами; 4 - исследуемые объекты с переменными во времени физико-химическими параметрами; 5 - комбинированные датчики ТВ; 6а - первый гермопереход; 6б - второй гермопереход; 7 - элементы коммутации (кабели-переходники); 8 - элемент коммутации (измерительный кабель-переходник); 9 - АИПБ; 10 - электромеханические приборы.

Устройство для реализации способа представляет собой герметичный контейнер с находящимися внутри исследуемыми объектами, в процессе хранения которых выделяются газообразные продукты, который снабжен комбинированными датчиками температуры и влажности, заключен в разборный, объемлющий его защитный контейнер. Для измерения физико-химических параметров газовой среды внутри герметичного контейнера, пространство которого может быть заполнено множественным многофункциональным оборудованием, также укомплектованного соединительными элементами, где имеются труднодоступные для установки измерительного оборудования зоны, в контейнер перед его герметизацией монтируют комбинированные датчики температуры и влажности, класс точности которых не менее II класса. При этом все элементы коммутации, проводящие измеряемые сигналы, собраны в единую систему элементов коммутации (магистраль) и подключены к единому разъему (6б) (гермопереходу). Измеренные сигналы затем передают через гермопереходы по единой магистрали на соответствующие разъемы АИПБ, т.к. наружные контакты гермоперехода выведены за пределы герметичного и защитного контейнеров и подключены к разъемам измерительно-преобразовательного блока (АИПБ). Необходимость объединения всех элементов коммутации в единую магистраль продиктована требованиями габаритных ограничений конструкции и удобством ее монтажа и обслуживания. Кроме того гермопереходы (6а) и (6б) выполняют функцию коммутатора выходных элементов коммутации от датчиков (5). Кабель-переходник (8) выполняет функцию разделителя элементов магистрали на независимые составляющие, что необходимо для индивидуальной трансляции каждого измеренного сигнала от конкретного датчика (5) в АИПБ (9).

В качестве чувствительного элемента комбинированного датчика температуры и влажности имеется терморезистор сопротивления для определения температурных колебаний и сорбционно-емкостной элемент в основе датчика измерения влажности.

От датчиков (5) отведен токопроводящий кабель через гермопереходы (6а), (6б) для передачи аналогового сигнала для преобразования в цифровой в устройство для преобразования сигналов, записи его в памяти и накопления в памяти всех данных, необходимых при последующем формирования базы данных (БД), что в конечном итоге позволит наблюдать и контролировать изменение физико-химических параметров газовой среды в герметичном контейнере во времени.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

В климатической зоне (1), функцию которой может выполнять, например, климатическая камера, размещают защитный контейнер (2) с герметичным контейнером (3), в котором размещены исследуемые объекты, материалы и приборы (10). Защитный и герметичный контейнеры последовательно отключают от внешней среды, подключают магистраль (8) и кабели измерительных приборов (7). Следует отметить, что герметичный контейнер с размещенными в нем объектами имеет малый свободный объем и поэтому размещение измерительной аппаратуры классического типа проблематично.

Кроме того, в труднодоступных зонах герметичных контейнеров возможно размещение только миниатюрных измерительных приборов, имеющих комбинированную функцию, что позволяет обходиться ограниченным минимумом датчиков. Устанавливают рабочий температурный режим в климатической камере (1) и на АИПБ (9) устанавливают периодичность опроса комбинированых датчиков (5). Проводят динамический контроль за изменением во времени показателей температуры и влажности в герметичном контейнере с газовой средой с помещенными в нем исследуемыми объектами с переменными во времени характеристиками. Данные датчиков (5) передаются через кабели (7, 8) в АИПБ (9), где формируется БД текущих значений параметров (температура, влажность).

Обработка полученной информации с АИПБ (9) производится в специальном программном обеспечении HW4 на ПК, алгоритм которой построен на зависимости изменения параметров (температуры и влажности) от времени наблюдения. Текущие и конечные значения измеряемых параметров отображаются на экране ПК в виде графиков и таблиц и их значения сравниваются с базой данных эталонных, критических или предыдущих значений измеряемых параметров. На основании сформированных БД осуществляют контроль за процессом, делают оценку безопасности процесса и прогноз дальнейшего развития процесса.

Таким образом, использование предлагаемого способа и устройства для его реализации обеспечивает возможность динамического контроля за изменяющейся во времени газовой средой герметичного контейнера с исследуемыми объектами, минимизации операционного процесса и сокращения трудовых ресурсов операторов, оптимизации процесса измерения и контроля, при этом повышается достоверность результатов измерений.

Возможность промышленной реализации предлагаемых способа и устройства для измерения физико-химических показателей газовой среды подтверждается следующим примером.

Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемый способ опробован на опытном макете устройства, представленного на фиг. 1.

В климатическую зону (в данном случае - камеру (1) типа DU50/70) помещают защитный контейнер (2), в котором находится исследуемый герметичный контейнер (3) с размещенными в нем электромеханическими приборами (10) и материалами, выделяющими газообразные продукты (4). В герметичный корпус (3) и герметизированный контейнер (2) установлены датчики ТВ HygroClip SC05 (5), которые при помощи кабелей-переходников (7) через электрические герметизированные проходные разъемы (гермопереходы) (6а, 6б) соединены с измерительным кабелем-переходником (8), подключенным к автономному измерительно-преобразовательному блоку Hygrolog NT3-D (9). При этом проблематично было объединить кабели-переходники (7) с кабелями от датчиков (5) и вывести их наружу для подключения их к типовым разъемам АИПБ (9) в том виде, в каком они выполнены. Для чего предусмотрено объединение переходных элементов (6а, 6б и 8) для выполнения действий выведения системы кабелей из замкнутого герметичного объема корпуса, объединение и адаптирование выводных контактов кабелей для соединения их с типовыми разъемами АИПБ (9).

Устройство для обработки результатов измерений температуры и влажности и скорости их изменения в герметичном контейнере с газовой средой (ГС) с меняющимися во времени физико-химическими параметрами представляет собой АИПБ, подключенный через кабели-переходники (могут быть разработаны специально под каждый объект исследований) к комбинированным датчикам температуры и влажности (количество датчиков определяется в зависимости от количества герметичных контейнеров и локальных зон в них).

Датчики температуры и влажности размещают в герметичном корпусе-объекте испытаний (ОИ) с размещенными в нем материалами, выделяющими газообразные продукты, и электромеханическими приборами, размещенном в защитном контейнере.

Датчики в ОИ подключены к кабелю-переходнику, который в свою очередь подключен к гермопереходу, выводящему их цепи из ОИ в полость герметизированного контейнера, в котором также установлен датчик ТВ. Датчики ТВ из герметизированного контейнера и датчики ТВ из ОИ выводятся через общий гермопереход, к которому подстыковывается измерительный кабель-переходник, выводящий сигнал из климатической камеры на АИПБ.

Работа с прибором.

В настройках АИПБ Hygrolog NT3-D (9) выставляется периодичность опроса датчиков ТВ HygroClip SC05 (5) для автономного сбора данных на протяжении исследования. Данные от датчиков (5) через кабели-переходники (7) автоматически передаются в АИПБ (9) и отображаются на его экране в режиме реального времени и сохраняются на внутренней памяти. Обработка полученной информации с АИПБ (9) производится в специальном программном обеспечении HW4 на ПК, алгоритм которой построен на зависимости изменения параметров от времени наблюдения. Текущие и конечные значения измеряемых параметров отображаются на экране ПК в виде графиков и таблиц и их значения сравниваются с базой данных эталонных или предыдущих значений измеряемых параметров.

Как показал пример, реализация предлагаемых способа и устройства для осуществления обеспечивает возможность динамического контроля за изменяющейся во времени газовой средой герметизированного контейнера с исследуемыми объектами, минимизацию операционного процесса и сокращение трудовых ресурсов операторов, оптимизацию процесса измерения и контроля и повышает достоверность результатов измерений.

Использование: область методов анализа газовых сред и устройств для измерения параметров газовых сред, для контроля и определения физико-химических параметров указанных сред. Способ измерения температуры, влажности и скорости их изменения в герметичном контейнере с газовой средой включает установку в контейнере исследуемых объектов с переменными во времени физико-химическими параметрами и датчиков температуры и влажности, динамическое измерение показателей газовой среды с помощью указанных датчиков температуры и влажности, преобразование измеренных аналоговых сигналов датчиков в конечный вид данных. Причем перед измерением показателей газовой среды осуществляют установку в каждой труднодоступной зоне контейнера с исследуемыми объектами в качестве измерительных приборов комбинированных датчиков температуры и влажности и последующую герметизацию малогабаритного контейнера с исследуемыми объектами и измерительными приборами, который затем располагают дополнительно в защитном разборном контейнере, пространство которого заполнено дополнительными измерительными приборами, а защитный контейнер помещают в ограниченную климатическую зону с заданными температурно-влажностными условиями. Затем включают измерительные приборы и осуществляют динамическое измерение показателей газовой среды и в герметичном контейнере с исследуемыми объектами, и в защитном контейнере, от которого измеренные сигналы передают на соответствующие разъемы автономного измерительно-преобразовательного блока (АИПБ), а преобразованные сигналы передают в ПК, где сравнивают их с критическими значениями. В отличие от известного устройства для измерения температуры и влажности и скорости их изменения в герметичном контейнере с газовой средой с помещенными в нем исследуемыми объектами, характеризующимися переменными во времени физико-химическими параметрами, и снабженным измерительными приборами, согласно изобретению герметичный контейнер с исследуемыми объектами размещен в защитном контейнере с измерительными приборами, установленном в климатической зоне с заданными температурно-влажностными условиями, каждый из измерительных приборов укомплектован индивидуальными элементами коммутации, при этом все элементы коммутации, проводящие измеряемые сигналы от измерительного оборудования, собраны в единую магистраль элементов коммутации и подключены к единым разъемам (гермопереходам), установленным последовательно в герметичном контейнере с исследуемыми объектами и в защитном контейнере, и подсоединены к соответствующим разъемам автономного измерительно-преобразовательного блока (АИПБ). Техническим результатом является обеспечение возможности изоляции от воздействия внешних факторов, обеспечение динамического контроля за изменяющейся во времени газовой средой герметичных контейнеров с исследуемыми объектами, в которых имеются труднодоступные для установки измерительного оборудования зоны, минимизация операционного процесса и сокращение трудовых ресурсов операторов, оптимизация процесса измерения и контроля. 2 н.п. ф-лы, 1 пр., 1 ил.

1. Способ измерения температуры, влажности и скорости их изменения в герметичном контейнере с газовой средой, включающий установку в контейнере исследуемых объектов с переменными во времени физико-химическими параметрами и датчиков температуры и влажности, динамическое измерение показателей газовой среды с помощью указанных датчиков температуры и влажности, преобразование измеренных аналоговых сигналов датчиков в конечный вид данных, отличающийся тем, что перед измерением показателей газовой среды осуществляют установку в каждой труднодоступной зоне контейнера с исследуемыми объектами, с переменными во времени физико-химическими параметрами, в качестве измерительных приборов комбинированных датчиков температуры и влажности и последующую герметизацию малогабаритного контейнера с исследуемыми объектами и измерительными приборами, который затем располагают дополнительно в защитном разборном контейнере, пространство которого заполнено дополнительными измерительными приборами, каждый из измерительных приборов укомплектован индивидуальными элементами коммутации, при этом все элементы коммутации, проводящие измеряемые сигналы от измерительного оборудования, собраны в единую магистраль элементов коммутации и подключены к единым разъемам (гермопереходам), установленным последовательно в герметичном контейнере с исследуемыми объектами и в защитном контейнере, затем включают измерительные приборы и осуществляют динамическое измерение показателей газовой среды и в герметичном контейнере с исследуемыми объектами, и в защитном контейнере, от которого измеренные сигналы передают на соответствующие разъемы автономного измерительно-преобразовательного блока (АИПБ), а преобразованные сигналы передают в ПК, где сравнивают их с критическими значениями.

2. Устройство для реализации способа измерения температуры, влажности и скорости их изменения в герметичных контейнерах с газовой средой по п. 1 с помещенными в них исследуемыми объектами с переменными во времени физико-химическими параметрами, снабженными измерительными приборами, отличающееся тем, что герметичный контейнер с исследуемыми объектами снабжен в качестве измерительных приборов комбинированными датчиками температуры и влажности, размещен в защитном контейнере, в котором установлены измерительные приборы первым гермопереходом, к которому подключены через единую систему элементов коммутации комбинированные микродатчики с одновременной регистрацией и влажности, и температуры, характеризующиеся классом точности не менее II, наружные контакты первого гермоперехода выведены за пределы герметизированного контейнера, при этом герметичная камера помещена в герметичный контейнер, также снабженный комбинированными датчиками с одновременной регистрацией и температуры, и влажности и подключенными ко второму гермопереходу, герметичный контейнер помещен в климатическую внешнюю камеру с заданными физико-химическими параметрами, наружные контакты первого и второго гермопереходов объединены в единую систему элементов коммутации и подключены к разъемам автономного измерительно-преобразовательного блока (АИПБ), выводы которого могут быть подкючены к входным портам ПК для систематизации и обработки данных и создания на их основе БД.