ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ УТЕЧЕК И АНАЛИЗА ЗАГАЗОВАННОСТИ НА УЧАСТКЕ ГАЗОПРОВОДА Российский патент 2020 года по МПК G01M3/04 G01R17/04 F17D5/02 

Изобретение относится к средствам контроля газов на основе полупроводниковых сенсорных ячеек для детектирования газовых смесей и может быть использовано для измерения концентрации газов в атмосфере помещений промышленных предприятий, тоннелей и т.д.

Известен Газоанализатор [1] (Патент №2249203), содержащий твердоэлектролитную ячейку с измерительным электродом и электродом сравнения, линию связи в виде коаксиального двухоболочечного кабеля и операционный усилитель с измерительным прибором на выходе. Изобретение обеспечивает точность измерения ЭДС сенсора в условиях ухудшения сопротивления изоляции линии связи. Основным недостатком данного устройства является сложная конструкция коаксиального кабеля. Также необходима калибровка устройства при различной удаленности датчика от измерительного устройства. Данное обстоятельство затрудняет использование устройства на объектах, где контроль загазованности производится на не равноудаленных расстояниях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленной измерительной системе для локализации утечек газа и анализа загазованности является устройство для обнаружения опасной загазованности объекта [2] (Патент РФ 2024949).

Устройство для обнаружения опасной загазованности объекта содержит: датчик концентрации опасных веществ, первый, второй и третий пороговые блоки, блок реверсивного счета и индикации времени, блок сигнализации, блок задания уровней, блок коммутаторов, счетчик (выполненный реверсивным), управляемый делитель, первый и второй элементы ИЛИ, формирователь импульсов, первый и второй триггеры. Блок коммутаторов содержит первый и второй коммутаторы.

Основным недостатком прототипа является отсутствие возможности обнаружения местонахождения утечки и анализа загазованности на протяженных участках газопровода или сложных по конфигурации помещений.

Целью настоящего изобретения является создание системы для определения местонахождения утечки газа с измерением уровня загазованности участков газопроводов, проложенных в грунтах, в тоннелях или сложных по конфигурации помещениях.

Техническим результатом данного изобретения является система для определения местонахождения утечки газа с измерением уровня загазованности.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что заявленная система для определения местонахождения утечки газа с измерением уровня загазованности, согласно изобретению состоящая из формирователя импульсов, на выходе которого сигнал, состоящий из периодически повторяющейся серии ступенчатых импульсов, с линейным возрастанием по амплитуде, проходя по цепи одного из параллельно подключенных газочувствительных сенсоров, расположенных шлейфом вдоль линии газопровода и регистрирующих изменение сопротивления при воздействии на них газа, через делитель, образованный резистором, поступает на входы интегрального амплитудного и фазового детектора, счетно-арифметическое устройство, которое сравнением числа импульсов на опорном и измерительном входах, по фазовому сдвигу и числу импульсов определяет расстояние до сенсорного детектора газовых смесей, зарегистрировавшего изменение сопротивления, локализуя место утечки и уровень загазованности.

На Фиг. 1 представлена функциональная схема измерительной системы для локализации места утечек и определения уровня загазованности участка газопровода, где:

1 - формирователь импульсов;

2 - газочувствительные сенсоры;

3 - интегральный амплитудный детектор;

4 - интегральный фазовый детектор;

5 - резистор, образующий делитель напряжения;

6 - счетно-арифметическое устройство.

На Фиг. 2.1 представлена циклограмма работы устройства, отражающая виды сигналов с блоком устройства при отсутствии утечек газа на контролируемом участке.

На Фиг. 2.2 представлена циклограмма работы устройства, отражающая виды сигналов с блоком устройства при наличии утечек газа на контролируемом участке с малым уровнем концентрации детектируемой газовой смеси.

На Фиг. 2.3 представлена циклограмма работы устройства, отражающая виды сигналов с блоком устройства при наличии утечек газа на контролируемом участке с высоким уровнем концентрации детектируемой газовой смеси.

Принцип работы системы для определения местонахождения утечки газа с измерением уровня загазованности основан на регистрации изменеий сопротивления газочувствительных сенсоров (датчиков газовых смесей) при воздействии на них газа.

Формирователь импульсов (1) генерирует периодически повторяющуюся серию ступенчатых импульсов, с линейным возрастанием по амплитуде.

При отсутствии утечки газа на контролируемом участке, сопротивление газочувствительных сенсоров (2) высокое и периодически повторяющиеся серии ступенчатых импульсов, с линейным возрастанием по амплитуде, поступают только на входы опорных сигналов U1 интегрального амплитудного детектора (3) и ƒx интегрального фазового детектора (4) (Фиг. 2.1).

Когда на контролируемом участке происходит утечка газа, сопротивление газочувствительных сенсоров (2) уменьшается пропорционально уровню концентрации детектируемой примеси. Серии ступенчатых импульсов, с линейным возрастанием по амплитуде поступают теперь на входы опорных сигналов U1 и входы исследуемых сигналов U2 амплитудного детектора (3) и ƒx; ƒy интегрального фазового детектора (4). При малом уровне концентрации детектируемой газовой смеси, сопротивление газочувствительных сенсоров (2) высокое и падение напряжения на резисторе, образующем делитель напряжения (5) таково, что на вход исследуемого сигнала U2 амплитудного детектора (3) поступает сигнал, максимальная амплитуда которого немного превышает порог чувствительности амплитудного детектора (3) (Фиг. 2.2). Счетно-арифметическое устройство (6) определяет разность числа импульсов на входе опорного сигнала U1 и входе исследуемого сигнала U2 амплитудного детектора (3) пропорционально уровню концентрации детектируемой газовой смеси.

Увеличение уровня концентрации детектируемой газовой смеси приводит к уменьшению сопротивления газочувствительных сенсоров (2) и одновременно к увеличению числа детектируемых ступеней ступенчатых импульсов на входе исследуемого сигнала U2 амплитудного детектора (3), Фиг. 2.3.

Таким образом, система определяет уровень загазованности на контролируемом участке.

Для определения местонахождения газочувствительных сенсоров (2), зарегистрировавших утечку газа на контролируемом участке, используется интегральный фазовый детектор (4), который регистрирует ступенчатые импульсы по переднему фронту, имеющему максимальную амплитуду. Таким образом, регистрация утечки происходит при минимальном уровне концентрации детектируемой газовой смеси на контролируемом участке.

Фронт ступенчатых импульсов на входе исследуемого сигнала ƒy фазового детектора (4), всегда будет отставать по фазе от опорного сигнала Δt на входе ƒx фазового детектора (4) Фиг. 2.3. Фазовый сдвиг при этом пропорционален расстоянию удаления сенсорного детектора газовых смесей (2).

Счетно-арифметическое устройство (6) определяет величину фазового сдвига Δt на входе исследуемого сигнала ƒy относительно опорного сигнала на входе ƒx фазового детектора (4), как величину пропорциональную удаленности сенсорного детектора газовых смесей (2).

Таким образом, заявленная система способна определить местонахождение утечки газа, а также измерить уровень концентрации газовой смеси контрольного участка газопровода.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

1. - Патент №2249203.

2. - Патент РФ 2024949.

Изобретение относится к средствам контроля газов на основе полупроводниковых сенсорных ячеек для детектирования газовых смесей и может быть использовано для измерения концентрации газов в атмосфере помещений промышленных предприятий, тоннелей и т.д. Принцип работы системы для определения местонахождения утечки газа с измерением уровня загазованности основан на регистрации изменений сопротивления газочувствительных сенсоров (датчиков газовых смесей) при воздействии на них газа. Измерительная система представляет собой шлейф, состоящий из параллельно соединенных газочувствительных сенсоров, проводимость которых изменяется при воздействии на них газовых смесей. Сигнал, проходящий по цепи газочувствительного сенсора, зарегистрировавшего наличие газовой смеси, поступает на интегральный детектор со счетно-арифметическим устройством, функциональное назначение которых - определение местонахождения утечки газа с измерением уровня загазованности. Отличительная особенность заявленной системы, в способе определения местонахождения утечки газа и измерения уровня загазованности. По цепи газочувствительного сенсора, зарегистрировавшего наличие газовой смеси, проходит периодическая серия ступенчатых импульсов с линейным возрастанием по амплитуде. Поскольку проводимость газочувствительного сенсора пропорциональна уровню концентрации газовой смеси, амплитудное значение ступенчатых импульсов в конце участка цепи будет всегда меньше опорного значения. Интегральный амплитудный детектор совместно со счетно-арифметическим устройством вычисляет арифметическую разность количества ступеней опорного и исследуемого сигналов. Вычисленная разность пропорциональна уровню концентрации газовой смеси. Таким образом заявленная система измеряет уровень концентрации газовой смеси. Периодическая серия ступенчатых импульсов с линейным возрастанием по амплитуде, проходящая по цепи газочувствительного сенсора, зарегистрировавшего наличие газовой смеси, всегда будет запаздывать по времени поступления на входе исследуемого сигнала фазового детектора по отношению к опорным импульсам. При этом фазовый сдвиг пропорционален расстоянию, на которое удален газочувствительный сенсор. Интегральный фазовый детектор совместно со счетно-арифметическим устройством вычисляет значение фазового сдвига. Вычисленное значение будет пропорционально расстоянию, на которое удален газочувствительный сенсор. Таким образом, заявленная система определяет местонахождение утечки газа. Техническим результатом при реализации заявленного решения выступает создание системы, обеспечивающей определение местонахождения утечки газа с измерением уровня загазованности участков газопроводов, проложенных в грунтах, в тоннелях или сложных по конфигурации помещениях. 2 ил.

Система для определения местонахождения утечки газа с измерением уровня загазованности, состоящая из формирователя импульсов, отличающаяся тем, что на выходе формирователя импульсов сигнал, состоящий из периодически повторяющейся серии ступенчатых импульсов, с линейным возрастанием по амплитуде, проходя по цепи одного из параллельно подключенных газочувствительных сенсоров, расположенных шлейфом вдоль линии газопровода и регистрирующих изменение сопротивления при воздействии на них газа, через делитель, образованный резистором, поступает на входы интегрального амплитудного и фазового детектора, счетно-арифметическое устройство, которое сравнением числа импульсов на опорном и измерительном входах по фазовому сдвигу и числу импульсов определяет расстояние до сенсорного детектора газовых смесей, зарегистрировавшего изменение сопротивления, определяет место утечки и уровень загазованности.