МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР И СПОСОБ ГАЗОВОГО АНАЛИЗА Российский патент 2022 года по МПК F17D5/00 G01N21/00 

Область техники

[1] Настоящее изобретение относится к измерительным приборам, в частности к приборам измерения параметров газа для анализа компонент воздуха.

Уровень техники

[2] Приборы для измерения параметров воздуха предназначены для отслеживания изменений уровня загрязнения атмосферного воздуха в жилых зданиях, рабочих зонах производства или на территории города. В условиях современных больших городов такие данные играют ключевую роль в экологическом мониторинге промышленных и строительных объектов, в прогнозировании экологической ситуации и развитии рекреационной инфраструктуры. Дополнительную сложность представляет анализ измеренных данных, поскольку датчик определенного типа газа может быть чувствителен к другим газам. В этом случае полученные газовыми датчиками величины должны быть подвергнуты дополнительной обработке. В противном случае, измеренные данные не будут отражать реальное состояние воздуха в помещении или на улице.

[3] Известно устройство контроля качества воздуха внутри помещений по патенту CN 205175980 U (опубл. 20.04.2016 г.; МПК: G01N 33/00). Оно представляет собой систему для измерения массовой концентрации пылевых частиц, включающую корпус и печатную плату с микроконтроллером с подключенным к нему дисплеем. Система снабжена также датчиком формальдегида, датчиком температуры и влажности, датчиком озона, датчиками монооксида и диоксида углерода, датчиком измерения концентрации летучих органических соединений, датчиком пыли PM2.5, датчиком пыли PM10, двумя слотами расширения газа, функциональными кнопками, модулем беспроводного соединения и вакуумным насосом, которые, в свою очередь, подключены к печатной плате с микроконтроллером. Первым недостатком описанного устройства является отсутствие изоляционной прокладки в конструкции датчиков и газоанализатора. Это делает корпус устройства негерметичным, что снижает как надежность плат, так и точность производимых измерений. Второй недостаток заключается в отсутствии фильтровальных элементов в конструкции датчиков. Это также снижает защиту рабочей поверхность датчиков от пыли и защиту электронных плат. Как следствие, это также снижает точность измерений. Еще один недостатком является то, что материал корпуса устройства не обеспечивает пыле- и влагозащиту, что также уменьшает защищенность и изолированность корпуса. Также одним из недостатков является то, что газоанализатор не учитывает кросс-чувствительность датчиков. Таким образом, измеряемые датчиками величины являются индикативными и имеющими значительную погрешность.

[4] Также известно устройство по патенту US 8516879 B2 (опубл. 27.08.2013 г.; МПК: G01D 11/00; G01D 11/26), представляющее собой датчик газа. Датчик газа содержит чувствительный к газу элемент, носитель данных для хранения индивидуальной информации, подготовленной индивидуально для чувствительного элемента для использования в управлении чувствительным элементом, и печатную плату, поддерживающую носитель данных, установленный на печатной плате. Уплотнительная часть (из resin, с английского смола, канифоль, камедь) покрывает печатную плату непроницаемо для жидкости. Выходное основание включает в себя монтажную поверхность, обращенную к печатной плате. Клеммная часть, проходящая через монтажную поверхность, соединена с печатной платой и приспособлена для доставки отдельной информации через печатную плату. Выходное основание дополнительно включает в себя опорный выступ, выступающий из монтажной поверхности и включающий в себя опорную поверхность, поддерживающую печатную плату. Первый недостаток заключается в отсутствии фильтровальных элементов в конструкции датчиков. Это также снижает защиту рабочей поверхность датчиков от пыли и защиту электронных плат. Как следствие, это также снижает точность измерений. Также одним из недостатков является то, что газоанализатор не учитывает кросс-чувствительность датчиков. Таким образом, измеряемые датчиками величины являются индикативными и имеющими значительную погрешность. Еще одним из недостатков является то, что чувствительный элемент описанного датчика не защищен колбой или кожухом, обеспечивающим термостатирование. Это не сглаживает градиенты температуры, что приводит к увеличению погрешности измерений.

[5] Известен также и многосенсорный газоанализатор, описанный в патенте CN 101587068 B (опубл. 28.03.2012 г.; МПК: G01N 21/35; G01N 25/66; G01D 21/02). Многосенсорный газоанализатор содержит пять частей отбора проб, часть обнаружения, аналитический процессор, выход и источник питания. Часть отбора проб включает пробоотборную головку и предварительную обработку пробы газа, помимо сбора пробы газа, дополнительно включающую регулирование давления, снижение температуры, удаление пыли, удаление жидкости и изоляцию пробы газа. Пробоотборная часть дополнительно обрабатывается при необходимости стабилизации газовой фазы и/или фильтрации мешающего компонента; часть обнаружения завершает измерение мультисенсора; часть аналитического процессора смешивает информацию, полученную от мультисенсора, в соответствии с программным обеспечением обработки данных и выводит одноиндексные и/или мультииндексные данные в соответствии с количеством компонентов, которые могут быть проанализированы; выходная часть взаимодействует с клавиатурой, дисплеем, печатью, сигнализацией и связью; питание подается от аккумулятора. Комбинированная аналитическая система выполняет качественный и/или количественный анализ с использованием технологии многоэлементного инфракрасного газового сенсора мини-потока для одновременного выполнения многокомпонентного измерения газа посредством анализа данных с использованием характеристик коэффициента поглощения. Первым недостатком является то, что газоанализатор не учитывает кросс-чувствительность датчиков. Таким образом, измеряемые датчиками величины являются индикативными и имеющими значительную погрешность. Еще один недостаток заключается в том, что перед непосредственным анализом газа его очищают от пыли, охлаждают, удаляют из него влагу и производят еще ряд процедур перед непосредственным анализом. Это значительно усложняет применение устройства и его конструкцию, а также в результате этого невозможно узнать реальное состояние воздуха в помещении или на улице, т.к. к чувствительному элементу попадает уже лишь обработанный воздух.

[6] Известен датчик газа по патенту US 8806918 B2 (опубл. 19.08.2014 г.; МПК: G01N 27/403), включающий элемент датчика газа, проходящий в осевом направлении, имеющий участок обнаружения, расположенный на его переднем конце, и имеющий электродные площадки, расположенные на заднем конце; соединительные клеммы, электрически соединенные с соответствующими электродными площадками; и крышку, закрывающую задний конец элемента датчика газа и соединительные клеммы. Крышка как единое целое имеет соединительную часть, имеющую отверстие, которое позволяет вставлять в него внешний соединитель и извлекать его в заданном направлении, и имеет соединительный элемент, который может быть вставлен в отверстие. Элемент клеммы соединителя имеет множество клемм соединителя, которые должны быть электрически соединены с соответствующими клеммами соединителя, и изолятор, цельнолитый с клеммами соединителя. Также раскрыт способ изготовления датчика газа. Первый недостаток заключается в отсутствии фильтровальных элементов в конструкции датчиков. Это также снижает защиту рабочей поверхность датчиков от пыли и защиту электронных плат. Как следствие, это также снижает точность измерений. Также одним из недостатков является то, что газоанализатор не учитывает кросс-чувствительность датчиков. Таким образом, измеряемые датчиками величины являются индикативными и имеющими значительную погрешность. Еще одним из недостатков является то, что чувствительный элемент описанного датчика не защищен колбой или кожухом, обеспечивающим термостатирование. Это не сглаживает градиенты температуры, что приводит к увеличению погрешности измерений.

Сущность изобретения

[7] Задачей настоящего изобретения является разработка многоканального газоанализатора, а также способа газового анализа, обеспечивающих надежность газоанализатора и точность измерений. Под надежностью подразумевается защищенность газоанализатора и его датчиков от внешних механических воздействий.

[8] Указанная задача достигается благодаря такому техническому результату, как повышение надежности газоанализатора при эксплуатации на улице при широком температурном диапазоне, в том числе благодаря повышению его защищенности от внешних воздействий, а также благодаря увеличению точности измерения за счет уменьшения погрешности измерений. Указанная задача достигается в том числе, но не ограничиваясь, благодаря:

• учету влияния температуры, влажности и их градиентов на показания газового датчика;

• наличию защитного кожуха для размещения в нем многоканального анализатора;

• учету кросс-чувствительности газовых датчиков к другим газам;

• возможности установки по крайней мере одного газового датчика в газоанализатор;

• предварительной фильтрации газа перед его достижением чувствительного элемента газового датчика;

• сочетанию таких защитных элементов, как защитный кожух, теплоизоляционный кожух, отдельные корпуса датчиков и прокладок в датчиках.

[9] Более полно, технический результат достигается многоканальным газоанализатором, включающим корпус, в котором выполнены по крайней мере два газоприемных отверстия. Внутри корпуса расположен теплоизоляционный кожух. Внутри теплоизоляционного корпуса размещены по крайней мере два газовых датчика, по крайней мере один датчик температуры, влажности и давления и электронная плата газоанализатора. При этом каждый из газовых датчиков включает по крайней мере входное отверстие, чувствительный элемент и электронную плату датчика. Входное отверстие датчика соединяется с газоприемным отверстием, формируя газоприемный канал, а плата подключена к электронной плате. При этом электронная плата сконфигурирована с возможностью учета чувствительности каждого из датчиков к другим параметрам газа следующим образом. Для каждого из датчиков от величины измеренного сигнала вычитают величину, соответствующую отклику другого датчика на те же параметры пробы газа. Получают рассчитанные уровни сигналов. Используя данные датчика температуры, влажности и давления для полученных уровней сигналов по известной зависимости концентрации искомого газа от термодинамических параметров и их градиентов вычисляют концентрацию искомого газа.

[10] Корпус необходим для защиты внутренних элементов газоанализатора, а отверстия в нем – для забора воздуха с улицы. Теплоизоляционный кожух необходим для повышения точности измерения за счет изолирования датчиков от внешних «паразитных» температурных градиентов, связанных с разной теплопроводностью и теплоемкостью материалов. По крайней мере два газовых датчика необходимы для многопараметрового анализа воздуха, а также для возможности учета чувствительности одного датчика к параметрам, измеряемым другим датчиком. Входное отверстие в датчике необходимо для входа пробы газа внутрь датчика. Чувствительный элемент в датчике необходим для реагирования датчика на измеряемый параметр воздуха или его изменение. По крайней мере один датчик температуры, влажности и давления необходим для формирования зависимости параметров газа, в частности его концентрации в воздухе, от температуры, влажности и/или давления воздуха. В свою очередь, электронная плата датчика необходима для перерасчета параметров, измеренных при помощи чувствительного элемента. Электронная плата газоанализатора и ее подключение к электронным платам датчиков необходимы для получения измеренных данных от датчиков, а также для учета чувствительности одного датчика к параметрам, измеряемым другим датчиком.

[11] Корпус многоканального газоанализатора может быть выполнен с крышкой. Теплоизоляционный кожух также может быть выполнен с крышкой. При этом в крышке могут быть выполнены отверстия. Это позволяет удобнее производить ремонт устройства при поломках.

[12] Корпус может быть выполнен из поликарбоната, армированного стекловолокном. Это позволяет получить высокую степени пыле- и влагозащиты внутренних элементов газоанализатора.

[13] В каждое газоприемное отверстие может быть установлен защитный колпак.

[14] Датчики могут быть установлены на электронную плату посредством кондуктора. Это может быть необходимо для надежной фиксации датчиков на электронной плате газоанализатора.

[15] По крайней мере один из датчиков может являться газовым датчиком. При этом, газовый датчик может включать по крайней мере один фильтровальный элемент. В качестве фильтровального элемента могут использоваться префильтр и фильтр. Причем, многоканальный газоанализатор может включать шесть газовых датчиков. Также датчик может являться датчиком температуры и/или датчиком влажности и/или давления.

[16] Между чувствительным элементом и фильтром газового датчика может быть установлена прокладка. Сочетание фильтра и прокладки позволяет обеспечить защиту рабочей поверхности чувствительного элемента датчика от пыли и уплотнить электронную плату датчика.

[17] Внутренние элементы датчика могут быть размещены в колбовидном корпусе.

[18] Корпус многоканального газоанализатора может быть помещен в защитный кожух. Он может быть выполнен из углеродистой стали с полимерным покрытием. Это обеспечивает высокую прочность и твердость кожуха и, как следствие, увеличить ударопрочность газоанализатора. По крайней мере одна из стенок защитного кожуха может включать отверстия, в которых выполнены наклонные ламели. Это обеспечивает жалюзийную защиту газоанализатора от действия атмосферных осадков, солнечной радиации, ветра, и других природных явлений.

[19] К электронной плане газоанализатора может быть подключен по крайней мере один разъем для питания и по крайней мере один разъем для передачи данных. Это может быть необходимо для передачи измеренных данных на внешнее устройство.

[20] Также технический результат достигается способом газового анализа. Согласно способу, сначала производят забор пробы газа из воздуха через газоприемные отверстия. Далее измеряют по крайней мере пять параметра пробы газа при помощи датчиков. После этого передают измеренные параметры на электронную плату газоанализатора. Затем учитывают чувствительность датчика к другим параметрам пробы газа следующим образом. Для каждого из газовых датчиков от величины измеренного сигнала вычитают величину, соответствующую сигналу другого датчика на эту же пробу газа. После этого получают рассчитанные уровни сигналов. В итоге, используя данные датчика температуры, влажности и давления, для полученных уровней сигналов вычисляют концентрацию измеряемого газа согласно расчетной зависимости сигнала от температуры, влажности, давления и/или их градиентов.

[21] Забор пробы газа необходим для получения устройством образца исследуемом (анализируемого) воздуха. Измерение по крайней мере пяти параметров газа необходимо для многопараметрового анализа воздуха, а также для возможности учета чувствительности одного датчика к параметрам, измеряемым другим датчиком. Передача этих измеренных параметров на электронную плату газоанализатора необходима для расчета уточненных параметров. Учет чувствительности датчика к другим параметрам пробы газа необходим для повышения точности анализа газа.

[22] Перед измерением параметров пробы газа могут очищать газ при помощи фильтровальных элементов газового датчика. Это позволяет избежать засорения внутренних элементов датчика, в частности его чувствительного элемента и электронной платы.

[23] Полученные уровни сигналов могут передавать на внешнее устройство посредством разъема для передачи данных. Это позволяет своевременно информировать внешнее устройство о текущем состоянии воздуха.

[24] Измеренные параметры могут передавать на электронную плату газоанализатора одновременно. Это позволяет своевременно (В режиме реального времени) производить расчет газоанализатором параметров воздуха.

[25] На этапе измерения по крайней мере двух параметров пробы газа могут измерять концентрации по крайней мере двух газов. При этом на этапе учета чувствительности датчика к другим параметрам пробы газа могут определять, является ли измеряемая концентрация газа обычной или пиковой. В этом случае, в зависимости от того, является измеряемая концентрация газа обычной или пиковой, могут учитывать чувствительность газового датчика к разным комбинациям газов. После измерения концентрации монооксида углерода могут: проверять, является ли концентрация обычной; если концентрация является обычно, то могут учитывать чувствительность газового датчика к диоксиду азота и далее к озону. Если же концентрация является пиковой, то могут учитывать чувствительность газового датчика к диоксиду азота, озону, монооксиду азота, сероводороду и диоксиду серы. Таким образом, возможно повысить точность измерения концентрации загрязняющих веществ в воздухе.

[26] На этапе измерения по крайней мере пяти параметров пробы газа могут измерять концентрацию определенного газа, содержащегося в пробе газа, температуру, влажность, давление и/или их градиенты газа.

Описание чертежей

[27] На Фиг. 1 представлен схематичный вид модульного газоанализатора в разнесенном виде согласно настоящему изобретению (вид слева).

[28] На Фиг. 2 представлен схематичный вид модульного газоанализатора в разнесенном виде согласно настоящему изобретению (вид справа).

[29] На Фиг. 3 представлен схематичный вид датчика в разнесенном виде согласно настоящему изобретению.

[30] На Фиг. 4 представлен схематичный вид датчика в разрезе согласно настоящему изобретению.

[31] На Фиг. 5 представлена таблица, иллюстрирующая чувствительность газовых датчиков концентрации к концентрациям других газов, содержащихся в воздухе.

[32] На Фиг. 6 представлен схематичный вид модульного газоанализатора в разнесенном виде с дополнительными элементами согласно настоящему изобретению (вид слева).

[33] На Фиг. 7 представлен схематичный вид газового датчика в разнесенном виде с дополнительными элементами согласно настоящему изобретению.

[34] На Фиг. 8 представлен схематичный вид газового датчика в разрезе с дополнительными элементами согласно настоящему изобретению.

[35] На Фиг. 9 представлен схематичный вид многоканального газоанализатора, помещенного в защитный кожух, согласно настоящему изобретению.

Подробное описание

[36] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях, хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишнее понимание особенностей настоящего изобретения.

[37] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.

[38] На Фиг. 1 и Фиг. 2 представлен схематичный вид модульного газоанализатора в разнесенном виде слева и справа соответственно, согласно настоящему изобретению. Многоканальный газоанализатор включает корпус 1, в котором выполнены по крайней мере два газоприемных отверстия 2. Внутри корпуса 1 расположен теплоизоляционный кожух 3. Внутри теплоизоляционного кожуха 3 расположены по крайней мере три газовых датчика 4, по крайней мере один датчик температуры, влажности и давления (датчик ТВД, на Фигурах 1 и 2 не показан) и электронную плату 5. На Фиг. 3 и Фиг. 4 представлен схематичный вид датчика в разнесенном виде и в разрезе соответственно, согласно настоящему изобретению. Датчик 4 включает по крайней мере входное отверстие 41, чувствительный элемент 42 и электронную плату датчика 43. При этом, как видно на Фиг. 1 и Фиг. 2, входное отверстие 41 датчика 4 соединяется с газоприемным отверстием 2, формируя газоприемный канал, а электронная плата датчика 43 подключена к электронной плате газоанализатора 5.

[39] Корпус 1 многоканального газоанализатора позволяет предотвратить попадания внутрь многоканального газоанализатора различного мусора, жидкостей, влаги, а также механически защитить внутренние компоненты устройства. Он 1 может быть выполнен как цельным, так и с крышкой, как это показано на Фиг. 1 и Фиг. 2. Предпочтительно выполнять корпус 1 с крышкой, т.к. это позволит легко производить ремонт устройства при его поломке и сбоях.

[40] Корпус 1, с крышкой или цельный, может быть выполнен из поликарбоната, армированного стекловолокном. Преимущества такого поликарбоната заключается в том, что он обладает степенью защиты от механических воздействий IK08, а также степенью пылевлагозащиты IP67, что крайне важно при эксплуатации устройства на улице. Защита IK08 выдерживает удары до 5 Дж, чего вполне достаточно даже в условиях града. Однако, возможно выполнять корпус 1 и из более механически прочного материала, например со степенью защиты IK09 и выше. Такие материалы обеспечивают защиту от 10 Дж, обеспечивая высокую защиту даже при условии применения силы, например, падение веса до 5 килограмм с высоты до 40 сантиметров. Степень пылевлагозащиты IP56 означает, что устройство полностью защищено от пыли, а при осадках и дожде вода не попадает в количествах, нарушающих работу устройства. Т.к. настоящий модульный газоанализатор предназначен для эксплуатации на улице, степень пылевлагозащиты IP56 является оптимальной, т.к. его погружение в воду не предполагается. Однако, может быть использован и материал, степень пылевлагозащиты которого IP56 и выше. Важно отметить, что поликарбонат, армированный стекловолокном, является одним из примеров материала, обладающего по крайней мере степенью защиты от механических воздействий IK08, а также по крайней мере степенью пылевлагозащиты IP56. Могут использоваться и другие материалы, обладающие такими характеристиками и выше.

[41] Теплоизоляционный кожух 3 необходим для избежания внесения дополнительных помех в измерения, которые могут возникать из-за слишком резких градиентов температур. Теплоизоляционный кожух 3 сглаживает резкие перепады температур, делая их более медленными. Более медленные градиенты температур гораздо проще детектировать и учитывать в математических моделях обработки сингалов с датчиков 4. Это обеспечивает надежную эксплуатацию устройства на улице при широком диапазоне температур. В качестве теплоизоляционного материала для теплоизоляционного кожуха 3 могут использоваться такие материалы, как пенопласт, плиты пеноплекса, теплоизоляционная стекловата, шлаковата, минеральные теплоизоляционные материалы, эковата пенополиуретан, рефлекторные теплоизоляционные материалы и многие другие.

[42] Теплоизоляционный кожух 3 также должен включать отверстия, аналогичные газоприемным отверстиям 2 для организации прохождения воздуха через газоприемные отверстия 2 до входных отверстий 41 датчиков 4. Таким образом, отверстия в теплоизоляционном кожухе 3 также становятся частью газоприемного канала. Также теплоизоляционный кожух 3, аналогично корпусу 1 устройства может быть выполнен как с крышкой, так и цельным.

[43] Сочетание описанного корпуса 1 и теплоизоляционного кожуха 3 позволяет эксплуатировать многоканальный газоанализатор при широком диапазоне температур (от -40 °С до +60 °С) и при широком диапазоне относительной влажности наружного воздуха (от 15 до 90 %). Благодаря этому возможно применение многоканального газоанализатора на улице при практически любых погодных условиях. Также такая степень защищенности многоканального газоанализатора обеспечивает повышение точности измерения, т.к. исключают возникновение поломок, обусловленных погодными условиями и другими природными явлениями, способных повлиять на достоверность результатов измерения.

[44] Электронная плата газоанализатора 5 предназначена для сбора и обработки данных, полученных от датчиков 4. В качестве электронной платы газоанализатора 5 может использоваться микроконтроллер. Она 5 на основе заложенного в нее алгоритма рассчитывает показания датчиков 4, уточняя показания отдельных датчиков 4 и уменьшая дополнительную погрешность.

[45] Датчик 4, показанный на Фиг. 3 и Фиг. 4, включает по крайней мере входное отверстие 41, чувствительный элемент 42 и электронную плату датчика 43. Они могут быть расположены внутри корпуса датчика 4. Корпус датчика 4 может быть выполнен цельным или колбовидным, т.е. без одной из стенок. В случае, если используется колбовидный корпус 4 открытый торец (стенка) закрывается электронной платой датчика 43. Таким образом, плата 43 служит не только для обработки и передачи измеренных данных, но и для закрытия корпуса 4.

[46] Чувствительный элемент 42 может быть устроен различными способами. Это зависит как от параметра измерения, так и от выбранного принципа работы. Если в качестве датчика 4 используется газовый датчик, т.е. датчик, определяющий концентрацию определенного вредоносного вещества в воздухе, то могут быть выбраны следующие принципы работы чувствительного элемента 42. Например, для измерения концентрации углекислого газа в воздухе принцип работы чувствительного элемента 42 может быть основан на инфракрасном методе детектирования. Так, чувствительным элементом 42 измеряется количество света, прошедшего через светофильтр и поглощенного углекислотой (то есть замеряется интенсивность ИК-излучения до и после поглощения углекислого газа). Количество кислорода в воздухе в этом случае не влияет на показатели и их точность.

[47] В другом варианте реализации газовый датчик может являться электрохимическим газовым датчиком. В этом случае, анализируемый газ вступает в химическую реакцию с электролитом, заполняющим чувствительный элемент 42. В результате в растворе возникают заряженные ионы, между электродами начинает протекать электрический ток, пропорциональный концентрации анализируемого компонента в пробе. Электрический датчик обрабатывает возникающий электрический сигнал при помощи платы 43. Таким образом, в этом случае чувствительный элемент 42 включает по крайней мере два электрода и электролит. Предпочтительно применение электрохимического датчика в качестве газового датчика в рамках настоящего изобретения.

[48] ТВД датчики могут быть устроены аналогично минимальной конфигурации газовых датчиков 4, ввиду чего далее используются аналогичные числовые обозначения элементов. В качестве датчика температуры, может быть использован любой из типов датчиков: термоэлектрический, полупроводниковый, пирометрический, терморезистивный, акустический, пьезоэлектрический и т.д.

[49] В термоэлектрических датчиках температуры в качестве чувствительного элемента 42 используется термопара. Т.к. у всех металлов имеется своя определенная валентность, то при воздействии внешних факторов (в частности, при увеличении или уменьшении температуры воздуха) свободным электронам сообщается дополнительная энергия, за счет которой создается движение заряженных частиц. В случае совмещения двух металлов с различным потенциалом выхода электронов и последующим нагреванием места соединения возникнет разность потенциалов. За счет разницы потенциалов между соединениями проводников при интенсивном нагреве или охлаждении горячего спая возникает термо-ЭДС. Напряжение на холодном спае пропорционально зависит от температуры на горячем. При этом температура на холодном должна быть постоянной, иначе возникает большая погрешность измерений. Для высокой точности холодный контакт помещается в специальные камеры, где температура поддерживается на одном уровне.

[50] Полупроводниковые датчики температуры изготавливаются на основе кристаллов с заданной вольтамперной характеристикой. Такие датчики температуры работают в режиме полупроводникового ключа, аналогично классическому биполярному транзистору, где степень нагревания сравнима с подачей потенциала на базу. При повышении температуры полупроводниковый датчик начнет выдавать большее значение тока. Таким образом, в данном случае в качестве чувствительного элемента 42 используется кристаллы.

[51] Пирометрические датчики температуры иначе именуются как пирометры. Они позволяют улавливать малейшие температурные колебания рабочей поверхности любого предмета. Непосредственно сам чувствительный элемент 42 представляет собой матрицу, реагирующую на определенную частоту температурного диапазона.

[52] Терморезистивные датчики температуры выполняются на основе терморезисторов (чувствительных элементов 42 терморезистивных датчиков). Терморезистор представляет из себя устройство с определенной зависимостью сопротивления от степени нагрева основного материала. С повышением температуры, изменяется и проводимость резистора. Однако, такие датчики предпочтительно не использовать на улице ввиду того, что они имеют малый диапазон измеряемой температуры.

[53] Акустические датчики температуры функционируют по принципу определения скорости прохождения звуковых колебаний в зависимости от температуры материала или поверхности. Непосредственно сам чувствительный элемент 42 производит сравнение скорости звука, генерируемого источником, которая будет отличаться, в зависимости от степени нагрева.

[54] В пьезоэлектрических датчиках температуры в качестве чувствительного элемента 42 используется кварцевый кристалл. При прохождении электрического тока через кварцевый кристалл в нем распространяются колебания. Но, в зависимости от температуры окружающей среды, будет меняться и частота колебаний кристалла. Принцип фиксации температурных изменений заключается в измерении частоты колебаний и последующем сравнении с установленной градуировкой номиналов для разных температур.

[55] Также в качестве датчика 4 могут использоваться резистивные, емкостные и другие типы датчиков влажности.

[56] Некоторые проводящие материалы могут впитывать влагу, в результате чего меняется их омическое сопротивление. Этот принцип лежит в основе работы резистивных датчиков влажности. В этом случае, чувствительный элемент 42 представляет собой порошковую пористую структуру, которая нанесена на плату 43 и запечена до состояния пленки между двумя электродами, выполненными в виде дорожек. В качестве такой порошковой пористой структуры может использоваться, например, оксид алюминия. Наличие пленочной поверхности предотвращает последующее растворение керамического порошка и образование конденсата в его структуре. Однако при взаимодействии с молекулами воды, содержащимися в воздухе, пленка меняет физические свойства. Так, в относительно сухом состоянии проводимость датчика влажности характеризуется номинальной величиной. Но, по мере накопления влаги на поверхности пленки сопротивление такого резистора пропорционально уменьшиться, проводимость возрастет, как и величина протекающего в цепи тока. За счет измерения тока или падения напряжения на резистивном элементе осуществляется контроль влажности.

[57] Емкостной датчик влажности функционирует по принципу классического конденсатора, обкладки которого взаимодействуют с воздухом окружающего пространства. Они делятся на несколько типов. В первом случае в качестве чувствительного элемента 42 используется две пластины, между которыми находится воздушное пространство. В сухом состоянии воздух является диэлектриком, поэтому емкость конденсатора максимальная. По мере насыщения воздуха влагой повысятся его проводящие свойства и емкость пропорционально уменьшиться. Во втором случае между пластинами находится чувствительный диэлектрик, активно реагирующий на влагу. К выводам конденсатора подаются импульсы установленной частоты, что позволяет точнее вычислять степень влажности. Также могут применяться и другие типы емкостных датчиков влажности.

[58] Аналогичное устройство датчика температуры может быть применимо к любым другим датчикам (давления и влажности), в том числе к общим датчикам ТВД. При этом функции измерения температуры, влажности и давления могут сочетаться в корпусе одного ТВД датчика. Однако, ТВД датчиков в конструкции многоканального газоанализатора может быть и два, и более. Два датчика ТВД позволяют дублировать показания в случае неисправности одного из них, что позволяет обеспечить бесперебойную работу устройства в целом. Они могут быть расположены как аналогично газовым датчикам 4, так и сбоку внутри теплоизоляционного корпуса 3. Во втором случае необходимо организовать дополнительные газоприемные отверстия для подачи воздуха к чувствительным элементам датчика ТВД.

[59] Многоканальный газоанализатор включает по крайней мере два газовых датчика 4. Важно отметить, что газовые датчики зачастую бывают чувствительны и к другим веществам, содержащимся в воздухе, помимо вещества, концентрация которого измеряется. В этом случае важно учитывать кросс-чувствительность датчиков 4, т.е. их чувствительность к другим газам и их параметрам. Зачастую чувствительность к другим газам и параметрам зависит также от внешних параметров, в частности, от температуры и/или влажности, давления газа, а также от концентрации кросс-газа (то есть, газа, концентрация которого не измеряется используемым датчиков, но к которому чувствителен датчик).

[60] На Фиг. 5 приведена таблица, иллюстрирующая чувствительность газовых датчиков 4 к кросс-газам. В представленной таблице иллюстрируется чувствительность газовых датчиков 4 производства AlphaSense Inc. Однако, важно отметить, что для разных типов датчиков 4, а также для датчиков 4 разных производителей кросс-газы могут различаться. Так, например, датчик 4 производства AlphaSense Inc., измеряющий концентрацию диоксида азота (NO₂) в воздухе, реагирует в том числе на такие кросс-газы, как монооксид углерода (CO), монооксид азота (NO), сероводород (H₂S) и диоксид серы (SO₂). При этом, на монооксид углерода датчик диоксида азота реагирует как в случае, если концентрация CO является обычной, так и в случае, когда концентрация CO – пиковая. На монооксид азота, сероводород и/или диоксид серы датчик диоксида азота реагирует только в том случае, когда концентрация монооксида азота, сероводорода и/или диоксида серы соответственно является пиковой. Таким образом, для достижения более высокой точности измерения многоканальный газоанализатор должен быть сконфигурирован с возможностью учета кросс-чувствительности датчиков 4, содержащихся в нем. Таким образом, повышение точности измерения концентрации газов воздухе достигается благодаря модульности газоанализатор (то есть, многоканальности, а именно возможности конфигурации из по крайней мере двух газовых датчиков 4), а также учету кросс-чувствительности содержащихся в нем датчиков 4.

[61] Под обычной концентрацией определенного газа в воздухе понимается стандартная (то есть средняя концентрация за длительный период) концентрация, которая зачастую является безвредной для здоровья человека. Пиковая концентрация – это концентрация, которая значительно превышает среднюю концентрацию определенного газа в воздухе. Так, например, обычная концентрация углекислого газа на улице равно 400-450 ppm (миллионные доли, parts per million), что соответствует 0,04-0,045 % объемной концентрации.

[62] На Фиг. 6 представлен схематичный вид многоканального газоанализатора в разнесенном виде с дополнительными элементами. Многоканальный газоанализатор включает корпус 1, в котором выполнены по крайней мере два газоприемных отверстия 2. Внутри корпуса 1 расположен теплоизоляционный кожух 3. Внутри теплоизоляционного кожуха 3 расположены по крайней мере два газовых датчика 4, по крайней мере один датчик ТВД 10 и электронную плату 5. На Фиг. 3 и Фиг. 4 представлен схематичный вид датчика в разнесенном виде и в разрезе соответственно, согласно настоящему изобретению. Датчик 4 включает по крайней мере входное отверстие 41, чувствительный элемент 42 и электронную плату датчика 43. При этом, как видно на Фиг. 6, входное отверстие 41 датчика 4 соединяется с газоприемным отверстием 2, формируя газоприемный канал, а электронная плата датчика 43 подключена к электронной плате газоанализатора 5, а датчики 4 установлены на электронную плату газоанализатора 5 (то есть, зафиксированы на ней) при помощи кондуктора 7. В каждое газоприемное отверстие может быть установлен защитный колпак 6. К электронной плате газоанализатора 5 может быть подключен по крайней мере один разъем 8 для питания и по крайней мере один разъем 8 для передачи данных (разъемы 8 на Фиг. 6 обозначены одинаковым номером и имеют одинаковый вид, т.к. не имеет значение их конкретное расположение и вид). При этом, как видно из Фиг. 6, многоканальный газоанализатор может включать шесть датчиков 4. Однако, их 4 может быть как от двух до шести, так и более шести.

[63] Конфигурация датчиков 4 может быть разной, однако, важно, чтобы газовые датчики 4 в газоанализаторе были подобраны с учетом кросс-чувствительности каждого конкретного датчика, приведенной в таблице на Фиг. 5.

[64] В одном из вариантов реализации могут использоваться датчики 4 концентрации диоксида азота, озона (O₃), монооксида углерода. В этом случае, при расчете электронной платой газоанализатора 5 концентрации диоксида азота, учитывают сигнал датчика концентрации монооксида углерода. А при расчете электронной платой газоанализатора 5 концентрации озона, учитывают сигнал датчика концентрации диоксида азота. Это позволяет увеличить точность расчета концентраций диоксида азота, озона соответственно.

[65] В другом варианте реализации помимо вышеупомянутых датчиков 4 концентрации могут также использоваться датчики 4 концентрации сероводорода (H₂S) и диоксида серы (SO₂). В этом случае, при помощи электронной платы газоанализатора 5 учитывают концентрацию диоксида азота и монооксида углерода при расчете концентрации диоксида серы. Далее, если концентрация диоксида серы является пиковой, то ее также учитывают при расчете концентрации сероводорода. Помимо нее, при расчете концентрации сероводорода, учитывают концентрацию диоксида азота и монооксида углерода. В случае, если концентрация диоксида серы является обычной, то ее не учитывают при расчете концентрации сероводорода. При расчете концентрации озона в данной конфигурации, помимо учета концентрации диоксида азота, также учитывают концентрацию диоксида серы, а при расчете концентрации диоксида азота учитывают не только концентрацию монооксида углерода, но и сероводорода и/или диоксида серы, если концентрация сероводорода и/или диоксида серы соответственно является пиковой/являются пиковыми.

[66] К вышеописанной конфигурации также может быть добавлен датчик 4 концентрации нитрида водорода (аммиак, NH₃). Тогда при расчете концентрации нитрида водорода электронной платой газоанализатора 5 учитывают чувствительность датчика 4 нитрида водорода к диоксиду азота, а также к диоксиду серы, если концентрация диоксида серы является пиковой.

[67] В другом варианте реализации к датчикам 4 концентрации диоксида азота, озона, монооксида углерода, сероводорода и диоксида серы может быть добавлен датчик 4 концентрации формальдегида (CH₂O). В этом случае, при расчете концентрации формальдегида электронной платой газоанализатора 5 учитывают чувствительность датчика 4 формальдегида к монооксиду серы и сероводороду, а также к диоксиду серы, если концентрация диоксида серы является пиковой.

[68] Вместо датчика 4 формальдегида к вышеописанной конфигурации может быть добавлен датчик 4 концентрации монооксида азота (NO). В этом случае, при помощи электронной платы газоанализатора 5 учитывают концентрацию диоксида азота, монооксида углерода и монооксида азота при расчете концентрации диоксида серы. Далее рассчитывают концентрацию сероводорода, учитывая чувствительность датчика 4 сероводорода к диоксиду азота, монооксиду углерода и монооксиду азота, а также к диоксиду серы, если его концентрация является пиковой. Также при расчете электронной платой газоанализатора 5 концентрации озона, учитывают чувствительность датчика концентрации озона к диоксиду азота. При расчете концентрации диоксида азота учитывают чувствительность датчика 4 диоксида азота к монооксиду углерода, а также сероводорода, диоксида серы и/или монооксида азота, если концентрация сероводорода, диоксида серы и/или монооксида азота соответственно является пиковой. Также при расчете концентрации монооксида азота учитывают концентрацию диоксида азота и/или диоксида серы, если концентрация диоксида азота и/или диоксида серы соответственно являются пиковыми.

[69] Помимо датчика 4 формальдегида к вышеописанной конфигурации может быть добавлен датчик 4 концентрации метана (CH₄). Датчик 4 концентрации метана не чувствителен к другим газам, приведенным в таблице на Фиг. 5. Другие датчики 4, приведенные в таблице на Фиг. 5, также не чувствительны к метану, ввиду чего процесс учета кросс-чувствительности не будет отличаться от его учета во втором варианте реализации (абзац [0065]).

[70] Возможен вариант реализации многоканального газоанализатора, включающего датчики 4 концентрации диоксида азота, монооксида углерода, сероводорода, нитрида водорода, монооксида азота и метана. При этом датчики 4 концентрации монооксида углерода и метана не чувствительны к другим газам, приведенным в таблице на Фиг. 5. В данном случае при расчете концентрации нитрида водорода учитывают чувствительность датчика 4 нитрида водорода к диоксиду азота. При расчете концентрации сероводорода учитывают концентрацию диоксида азота, монооксида углерода и монооксида азота. При расчете электронной платой газоанализатора 5 концентрации диоксида азота учитывают чувствительность датчика 4 диоксида азота к монооксиду углерода, а также сероводорода и/или монооксида азота, если концентрация сероводорода и/или монооксида азота соответственно является пиковой. Также при расчете концентрации монооксида азота учитывают концентрацию диоксида азота, если концентрация диоксида азота является пиковой.

[71] В другом варианте реализации могут использоваться датчики 4 концентрации диоксида азота, монооксида углерода, сероводорода, диоксида серы, нитрида водорода и монооксида азота. В этом случае, при помощи электронной платы газоанализатора 5 учитывают концентрацию диоксида азота, монооксида углерода и монооксида азота при расчете концентрации диоксида серы. Далее рассчитывают концентрацию сероводорода, учитывая чувствительность датчика 4 сероводорода к диоксиду азота, монооксиду углерода и монооксиду азота, а также к диоксиду серы, если его концентрация является пиковой. При расчете концентрации нитрида водорода учитывают чувствительность датчика 4 нитрида водорода к диоксиду азота, а также к диоксиду серы, если его концентрация является пиковой. При расчете электронной платой газоанализатора 5 концентрации диоксида азота учитывают чувствительность датчика 4 диоксида азота к монооксиду углерода, а также сероводорода, диоксида серы и/или монооксида азота, если концентрация сероводорода, диоксида серы и/или монооксида азота соответственно является пиковой. Также при расчете концентрации монооксида азота учитывают концентрацию диоксида азота и/или диоксида серы, если концентрация диоксида азота и/или диоксида серы соответственно является пиковой.

[72] В еще одном варианте реализации многоканальный газоанализатор может включать датчики 4 концентрации монооксида углерода, сероводорода, диоксида серы, формальдегида и метана. Датчики 4 монооксида углерода и метана не чувствительны к газам, концентрации которых измеряются остальными датчиками 4. В этом случае, учитывают чувствительность датчика 4 концентрации диоксида серы к монооксиду углерода. Далее рассчитывают концентрацию сероводорода, учитывая при этом чувствительность датчика 4 сероводорода к монооксиду углерода, а также к диоксиду серы, если концентрация диоксида серы является пиковой. При расчете концентрации формальдегида учитывают чувствительность датчика 4 формальдегида к монооксиду углерода и сероводороду, а также к диоксиду серы, если концентрация диоксида серы является пиковой.

[73] Сами же датчики 4 могут включать дополнительные элементы, показанные на Фиг. 7 и Фиг. 8. Датчик 4 включает корпус датчика 44, в котором выполнено по крайней мере входное отверстие 41, а внутри которого расположены чувствительный элемент 42 и электронная плата датчика 43. Помимо этих ранее описанных элементов, датчик 4 может включать по крайней мере один фильтровальный элемент (45 или 46), прокладка 47 и дополнительную электронную плату датчика 48.

[74] В качестве фильтровального элемента может использоваться префильтр 45. Это позволяет избежать засорения внутренних элементов датчика 4 и, как следствие, избежать помех в показаниях датчиков 4. В частности, он может быть изготовлен из латунной сетки ячейкой 0,50,5 мм².

[75] Помимо этого, может использоваться и другой фильтр 46. В качестве него может использоваться фильтр грубой очистки, фильтр тонкой очистки или фильтры высокой эффективности. Могут быть использованы фильтры грубой очистки класса G1(EU1), G2(EU2), G3(EU3), G4(EU4). Он может быть изготовлен из вспененного пенополиуретана 45PPI толщиной 5 мм. Такие фильтры позволяют очистить воздух от пуха, сажи, частиц крупной пыли, насекомых, крупных семян растений, а также другого мелкого мусора, содержащегося в воздухе. Фильтр тонкой очистки (классы F5(EU5), F6(EU6), F7(EU7), F8(EU8), F9(EU9)) может позволить очистить воздух от частицы размером более 1 микрометра, среди которых средняя и мелкая пыль, пух, средняя и мелкая пыльца растений, споры грибов/плесени, бактерии и другие. Высокоэффективные фильтры классов E10(H10), E11(H11), E12(H12), H13(H13), H14(H14) очищают воздух от более, чем 95% всех частиц величиной более 0,25 мкм: мельчайшая высокоаллергенная пыль PM2.5, споры грибов и пыльца, способные оседать на легких, опасные вирусы и бактерии, частицы cмога.

[76] Различные конфигурации фильтров 45 и 46 могут использоваться в датчике 4 в зависимости от конкретной задачи датчика 4. Однако, важным является не использовать фильтры (45, 46), которые очищают воздух от измеряемого аналита. Предпочтительно использовать только фильтры (45, 46), очищающие воздух от пыли для избежания ее оседания на чувствительном элементе 42, за исключением случаем, когда необходимо измерение концентрации, например, частиц PM2.5 в воздухе.

[77] Прокладка 47, размещенная между фильтрами (45, 46) и чувствительным элементом 42, позволяет уплотнить электронную плату (43 и/или 48), что, в свою очередь, позволяет избежать разрыва контактов.

[78] При использовании двух электронный плат (43, 48) в датчике 4, функции плат разделяются. Так нижняя плата 43 будет сконфигурирована лишь для измерения выходных сигналов чувствительного элемента 42, обработки сигналов согласно встроенному алгоритму, расчета концентрации аналита и передачи данных нат электронную плату газоанализатора 5. Верхняя же плата 48 может быть сконфигурирована для коммутации с разъемами 8 для сопряжения газоанализатора и датчика 4 с внешними устройствами. В случае применения одной платы (только 43) функции обеих плат (43, 48) могут быть объединены в одной.

[79] Многоканальный газоанализатор может быть дополнительно помещен в защитный кожух 9, показанный на Фиг. 9. Защитный кожух 9 (метеорологическая будка) представляет собой механическую конструкцию для защиты газоанализатора (G3.А) от погодных и механических воздействий, а также для монтажа газоанализатора на объекте. Он 9 может быть выполнен из углеродистой стали (например, Ст3 толщиной от 1 до 2 мм) с полимерным покрытием. Также по крайней мере одна из стенок защитного кожуха 9 может включать отверстия 911, в которых могут быть выполнены наклонные ламели 912.

[80] Конструктивно защитный кожух 9 может состоять из внешнего 91 и внутреннего кронштейна 92, 2-х ременных винтов, образующих петли для крепления козырька, и 2-х прижимных винтов с лепестками, образующих ось вращения козырька. Внешний кронштейн 91, по крайней мере одна из стенок которого выполнена с наклонными ламелями 912, выполняет функцию метеорологического экрана (будка Стивенсона), обеспечивая жалюзийную защиту газоанализатора от действия атмосферных осадков, солнечной радиации и ветра. Внутренний кронштейн 92 предназначен для фиксации газоанализатора внутри. Конструкция позволяет обслуживать газоанализатор откинув внешний кронштейн 91.

[81] Дополнительные элементы многоканального газоанализатора, показанные на Фиг. 6 и Фиг. 9, могут использоваться как по отдельности, так и в любой комбинации, включая добавление всех указанных элементов. То же касается и датчика 4, который может включать все дополнительный элементы, показанные на Фиг. 7 и Фиг. 8, так и лишь часть из них.

[82] Многоканальный газоанализатор работает согласно способу газового анализа, согласно которому учитывают чувствительность датчика 4 к другим параметрам пробы газа (в частности, к температуре, влажности и концентрациям других газов). Способ газового анализа включает следующие этапы. Сначала забирают пробу газа из воздуха через газоприемные отверстия 2. Измеряют по крайней мере два параметра пробы газа при помощи газовых датчиков 4, а также температуру, давление и влажность при помощи датчиков 10. Передают измеренные параметры на электронную плату газоанализатора 5. Учитывают чувствительность датчика 4 к другим газам путем учета сигналов от других датчиков. Причем учет производят следующим образом. Для каждого из датчиков 4 имеющего чувствительность к нескольким газам от величины измеренного датчиком 4 сигнала вычитают сигнал соседнего датчика 4, селективно чувствительного к одному из газов от рассматриваемого набора. Получают рассчитанные уровни сигналов. Для полученных уровней сигналов вычисляют зависимость сигнала от параметров пробы газа. Таким образом, получают более точные результаты расчета концентраций компонентов газа за счет уменьшения дополнительной погрешности, связанной с кросс-чувствительностью.

[83] После забора пробы газа через газоприемные отверстия 2 проба газа проходит по газоприемным каналам, сформированным газоприемными отверстиями 2 газоанализатора и входными отверстиями 41 датчиков 4. Внутри датчика при помощи чувствительного элемента 42 измеряется сигнал, а именно ток, генерируемый газовым датчиком 4 или датчиком ТВД 10, пропорциональный параметрам газа. После чего, измеренные данные передаются на электронную плату датчика 43. Электронная плата 43 необходима для пересчета данных. То есть, как описывалась выше, если за счет воздействия газа на чувствительный элемент 42 изменяется, например, сила тока, то электронная плата 43 пересчитывает ток в температуру, концентрацию, давление или другие параметры газа, в зависимости от применения датчика 4. Далее измеренный параметр (уже пересчитанный) передается на электронную плату газоанализатора 5 от каждой электронной платы датчика 43. При помощи электронной платы газоанализатора 5 производят учет чувствительности датчика 4 к другим параметрам пробы газа.

[84] Важно отметить, что при калибровке (нахождении чувствительности к каждому из параметров газа) сигнал датчиков 4 предпочтительно снимать при фиксированном значении измеряемого параметра газа (то есть, при фиксированном значении концентрации аналита (анализируемый компонент газа), температуры, влажности и т.д.). После этого для каждого из датчиков 4, от его измеренного уровня сигнала вычитается величина, соответствующая отклику чувствительного элемента 42 из-за наличия его кросс-чувствительных газов. Для полученных уровней сигналов, в предположении зависимости этого сигнала от концентрации аналита, его температуры и влажности во всем диапазоне условий эксплуатаций методом машинного обучения решается система уравнений. Например, если сигналы датчиков 4 выдаются в мили Вольтах (мВ), то предполагается, что от концентрации аналита, C[мг/м³], его температуры T[К] и влажности Rh[мг/м³] сигнал зависит следующим образом: V_i [мВ] = f_i (T_i, Rh_i) * C_i, где i обозначает i-ый датчик 4, V_i – сигнал i-ого датчика, а f_i – функцию зависимости сигнала i-ого датчика 4 от температуры и влажности. Таким образом, за счет измерения нескольких параметров пробы газа одновременно разными датчиками (4, 10) (благодаря модульности или многоканальности устройства), а также учету чувствительности датчиков 4 к другим параметрам пробы газа, достигается более высокая точность измерения и анализа газа. Помимо этого, f_i может также зависеть и от концентрации кросс-газа (кросс-газа по отношению к аналиту) в воздухе. В таком случае, будет решаться другая система уравнений, а именно: V_i [мВ] = f_i (T_i, Rh_i, C_j) * C_i, где i обозначает i-ый датчик 4, V_i – сигнал i-ого датчика, f_i – функцию зависимости сигнала i-ого датчика 4 от температуры и влажности, j – j-ый датчик, измеряющий концентрацию кросс-газа по отношению аналиту, концентрацию которого измеряет i-ый датчик 4, а C_j – концентрация кросс-газа, измеряемого j-ым датчиком 4. Из системы уравнений C_i может быть вычислена по известной зависимости сигнала с датчика от термодинамических параметров (температура, давление и влажность) и их градиентов.

[85] Перед этапом измерения параметром пробы газа газ могут очищать при помощи фильтрованных элементов датчика (45, 46). Это позволяет очистить пробу газа от мелкого мусора, пыли, а также мелкодисперсной пыли, способной засорить чувствительный элемент 42 датчика 4, а также его электронную плату 43. Таким образом, повышается безопасность устройства, а также надежность производимых им измерений. Однако, в случае если необходимо измерять именно концентрацию пыли в воздухе, возможно и не очищать пробу газа перед измерением.

[86] Полученные после учета кросс-чувствительности уровни сигналов могут передавать на внешнее устройство посредством разъема для передачи данных 8. Это позволяет получать рассчитанные данные с газоанализатора на сервер или любой удаленный компьютер, что способствует своевременному информированию о состоянии воздуха.

[87] При этом все измеренные датчиками 4 параметры могут передавать на электронную плату газоанализатора 5 одновременно. Это позволяет электронной плате 5 обрабатывать весь массив данных, полученный от датчиков в режиме реального времени и, как следствие, своевременно рассчитывать текущее состояние воздуха.

[88] На этапе измерения по крайней мере двух параметров пробы газа могут измерять концентрацию по крайней мере двух газов, содержащихся в воздухе, в зависимости от конкретной конфигурации датчиков 4, используемых в многоканальном газоанализаторе. Т.к. чувствительные элементы 42 датчиков 4 могут быть чувствительны не только к изменению температуры и влажности, а иногда и к наличию других газов в воздухе, измерение концентраций по крайней мере двух разных газов позволяет учитывать их кросс-чувствительность друг к другу, что, в свою очередь, повышает точность расчете итоговой концентрации каждого из этих газов. При этом могут предварительно определять, является ли измеряемая концентрация газа обычной или пиковой. Это связано с тем, что некоторые чувствительные элементы 42 реагируют на тот или иной газ только при его пиковых концентрациях. Как следствие, в зависимости от того является измеряемая концентрация газа обычной или пиковой, учитывают чувствительность газового датчика 4 к разным комбинациям газов.

[89] В частности, при измерении концентрации диоксида азота, после непосредственного измерения сначала могут проверить, является ли концентрация кросс-газа обычной. Если концентрация кросс-газа является обычной, то могут учитывать чувствительность датчика 4 только к монооксиду углерода, т.к. чувствительный элемент 42, реагирующий на диоксид азота, реагирует на монооксид углерода как при обычных, так и при пиковых концентрациях. Если же концентрация другого кросс-газа или других кросс-газов является пиковой, то могут также учитывать чувствительность газового датчика 4 к монооксиду углерода, монооксиду азота, сероводороду и/или диоксиду серы.

[90] Помимо этого, на этапе концентрации по крайней мере двух параметров пробы газа могут измерять концентрацию определенного газа, содержащегося в пробе газа, и/или температуру газа, и/или влажность газа.

[91] Вышеописанные дополнительные этапы способа могут внедряться в способ анализа газа как по отдельности, так и в любой комбинации. Однако, крайне важным при этом является параллельное измерение нескольких параметров газа и последующий учет их кросс-чувствительностей.

[92] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки запрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.

Настоящее изобретение относится к измерительным приборам, в частности к приборам измерения параметров газа для анализа компонентов воздуха. Многоканальный газоанализатор включает корпус, в котором выполнены по крайней мере два газоприемных отверстия. Внутри корпуса расположен теплоизоляционный кожух. Внутри теплоизоляционного корпуса размещены по крайней мере два газовых датчика, по крайней мере один датчик температуры, влажности и давления и электронная плата газоанализатора. При этом каждый из газовых датчиков включает по крайней мере входное отверстие, чувствительный элемент и электронную плату датчика. Входное отверстие датчика соединяется с газоприемным отверстием, формируя газоприемный канал, а плата подключена к электронной плате. При этом плата сконфигурирована с возможностью учета чувствительности каждого из датчиков к другим параметрам газа. Это позволяет повысить надежность газоанализатора при эксплуатации на улице при широком температурном диапазоне, в том числе благодаря повышению его защищенности от внешних воздействий, а также благодаря увеличению точности измерения за счет уменьшения погрешности измерений. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Многоканальный газоанализатор, включающий:

корпус, в котором выполнены по крайней мере два газоприемных отверстия, а внутри корпуса расположены:

теплоизоляционный кожух, внутри которого размещены:

по крайней мере два газовых датчика, каждый из которых включает по крайней мере входное отверстие, чувствительный элемент и электронную плату датчика, и

электронная плата газоанализатора,

по крайней мере один датчик температуры, влажности и давления;

причем входное отверстие датчика соединяется с газоприемным отверстием, формируя газоприемный канал, чувствительный элемент подключен к электронной плате датчика, которая подключена к электронной плате газоанализатора,

при этом электронная плата сконфигурирована с возможностью учета чувствительности каждого из датчиков к другим параметрам газа следующим образом:

•для каждого из датчиков от величины измеренного сигнала вычитают величину, соответствующую отклику другого датчика на те же параметры пробы газа;

• получают рассчитанные уровни сигналов;

• для полученных уровней сигналов вычисляют зависимость сигнала каждого датчика от параметров пробы газа.

2. Многоканальный газоанализатор по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен с крышкой.

3. Многоканальный газоанализатор по п. 1, отличающийся тем, что теплоизоляционный кожух выполнен с крышкой, в которой выполнены отверстия.

4. Многоканальный газоанализатор по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен из поликарбоната, армированного стекловолокном.

5. Многоканальный газоанализатор по п. 1, отличающийся тем, что в каждое газоприемное отверстие установлены защитные колпаки.

6. Многоканальный газоанализатор по п. 1, отличающийся тем, что датчики установлены на электронную плату посредством кондуктора.

7. Многоканальный газоанализатор по п. 1, отличающийся тем, что газовый датчик включает по крайней мере один фильтровальный элемент.

8. Многоканальный газоанализатор по п. 7, отличающийся тем, что газовый датчик включает префильтр и фильтр.

9. Многоканальный газоанализатор по п. 8, отличающийся тем, что между чувствительным элементом и фильтром газового датчика установлена прокладка.

10. Многоканальный газоанализатор по п. 1, отличающийся тем, что компоненты газового датчика размещены внутри колбовидного корпуса.

11. Многоканальный газоанализатор по п. 1, отличающийся тем, что корпус многоканального газоанализатора помещен в защитный кожух.

12. Многоканальный газоанализатор по п. 11, отличающийся тем, что защитный кожух выполнен из углеродистой стали с полимерным покрытием.

13. Многоканальный газоанализатор по п. 11, отличающийся тем, что по крайней мере одна из стенок защитного кожуха включает отверстия, в которых выполнены наклонные ламели.

14. Многоканальный газоанализатор по п. 1, отличающийся тем, что к электронной плате газоанализатора подключен по крайней мере один разъем для питания и по крайней мере один разъем для передачи данных.

15. Многоканальный газоанализатор по п. 1, отличающийся тем, что включает шесть газовых датчиков.

16. Способ газового анализа, по которому:

• осуществляют забор пробы газа из воздуха через газоприемные отверстия;

• осуществляют измерение концентрации по крайней двух газов при помощи газовых датчиков;

• осуществляют измерение температуры, влажности и давления при помощи датчика температуры, влажности и давления;

• осуществляют передачу измеренных параметров на электронную плату газоанализатора;

• осуществляют учет чувствительности датчика к другим параметрам пробы газа, по которому:

- для каждого из газовых датчиков от величины измеренного сигнала вычитают величину, соответствующую сигналу другого датчика на тот же параметр пробы газа;

- получают рассчитанные уровни сигналов;

- используя данные датчика температуры, влажности и давления для полученных уровней сигналов, вычисляют концентрацию измеряемого газа.

17. Способ газового анализа по п. 16, отличающийся тем, что перед этапом измерения параметров пробы газа газ очищают при помощи фильтровальных элементов газового датчика.

18. Способ газового анализа по п. 16, отличающийся тем, что полученные уровни сигналов передают на внешнее устройство посредством разъема для передачи данных.

19. Способ газового анализа по п. 16, отличающийся тем, что измеренные параметры передают на электронную плату газоанализатора одновременно.

20. Способ газового анализа по п. 16, отличающийся тем, что на этапе учета чувствительности датчика к другим параметрам пробы газа определяют, является ли измеряемая концентрация газа обычной или пиковой.

21. Способ газового анализа по п. 20, отличающийся тем, что в зависимости от того, является измеряемая концентрация газа обычной или пиковой, учитывают чувствительность газового датчика к разным комбинациям газов.

22. Способ газового анализа по п. 21 отличающийся тем, что после измерения концентрации монооксида углерода:

• проверяют, является ли концентрация обычной;

• если концентрация является обычной, то учитывают чувствительность газового датчика к диоксиду азота.

23. Способ газового анализа по п. 22, отличающийся тем, что если концентрация является пиковой, то учитывают чувствительность газового датчика к диоксиду азота, монооксиду азота, сероводороду и диоксиду серы.