RU192599U1

RU192599U1 - GAS INJECTOR

Info

Publication number: RU192599U1
Application number: RU2019110856U
Authority: RU
Inventors: Леонид Владимирович Илясов; Анатолий Сергеевич Лаврухин; Иван Дмитриевич Мякатин
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2019-09-23

Abstract

Полезная модель относится к области аналитической техники, именно к средствам измерений концентраций и физико-химических свойств газов. Струйный детектор газов содержит сопло 1 анализируемого газа, ось 2 симметрии которого расположена перпендикулярно внешней поверхности 3 плоской упругой металлической мембраны 4 электретного микрофона, на внутреннюю поверхность 6 которой нанесён слой 7 электрета. Срез 8 сопла 1 обращён в сторону внешней поверхности мембраны 4. Детектор также содержит телефон 9, вход которого подключён к выходу генератора 10 электрических колебаний, звуковод 11, электронный усилитель 12 к входу которого подключена металлическая мембрана 4 и противоэлектрод 13, расположенный внутри камеры 14 электретного микрофона 14 на изоляторе 15. Звуковод 11 включён между камерой 14 электретного микрофона и выходом телефона 9. Согласно полезной модели струйный детектор дополнительно содержит частотный полосовой фильтр 16 и резисторный делитель 17 напряжения, выполненный с возможностью подключения к звуковой плате компьютера. Вход частотного полосового фильтра 16 подключён к выходу электронного усилителя 12, а его выход - к резисторному делителю 17 напряжения.Технический результат – упрощение конструкции.1 ил.The utility model relates to the field of analytical technology, namely to means for measuring the concentrations and physicochemical properties of gases. The jet gas detector contains a nozzle 1 of the analyzed gas, the axis of symmetry 2 of which is perpendicular to the outer surface 3 of the flat elastic metal membrane 4 of the electret microphone, on the inner surface of which 6 is applied a layer 7 of the electret. The slice 8 of the nozzle 1 faces the outer surface of the membrane 4. The detector also contains a telephone 9, the input of which is connected to the output of the generator 10 of electrical oscillations, a sound guide 11, an electronic amplifier 12 to the input of which is connected a metal membrane 4 and a counter electrode 13 located inside the chamber 14 of the electret microphone 14 on the insulator 15. The sound guide 11 is connected between the camera 14 of the electret microphone and the output of the telephone 9. According to a utility model, the jet detector further comprises a frequency bandpass filter 16 and a resistor div An amplifier 17 of voltage configured to connect to a computer sound card. The input of the frequency band-pass filter 16 is connected to the output of the electronic amplifier 12, and its output is connected to the resistor voltage divider 17. The technical result is a simplification of the design. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно к средствам измерений концентраций и физико-химических свойств газов.The utility model relates to the field of analytical technology, namely to means for measuring the concentrations and physicochemical properties of gases.

Известен струйный детектор газов (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Азим-заде А.Ю. Автоматические детекторы газов и жидкостей. М.: Энегоатомиздат. 1983, С.27), содержащий сопло анализируемого газа, ось симметрии которого расположена перпендикулярно внешней поверхности плоской упругой металлической мембраны, а срез сопла обращён в сторону этой поверхности. Детектор также содержит преобразователь прогиба мембраны в электрический сигнал (обычно для измерения прогиба мембраны используются ёмкостные или индуктивные преобразователи перемещений)Known jet gas detector (Farzane N.G., Ilyasov L.V. Azimzade A.Yu. Automatic detectors of gases and liquids. M: Enogatomizdat. 1983, P.27) containing a nozzle of the analyzed gas, the axis of symmetry of which is located perpendicular to the outer surface of a flat elastic metal membrane, and the nozzle section is turned towards this surface. The detector also contains a transducer deflecting the membrane into an electrical signal (usually capacitive or inductive displacement transducers are used to measure the deflection of the membrane)

При истечении анализируемого газа из сопла на внешнюю поверхность мембраны с постоянной скоростью за счет кинетической энергии струи возникает прогиб мембраны, который зависит от плотности анализируемого газа.When the analyzed gas flows from the nozzle to the outer surface of the membrane at a constant speed due to the kinetic energy of the jet, a deflection of the membrane occurs, which depends on the density of the analyzed gas.

Недостатком такого детектора является относительная сложность конструкции, связанная с необходимостью тщательного экранирования преобразователя перемещений.The disadvantage of this detector is the relative complexity of the design associated with the need for careful shielding of the displacement transducer.

Наиболее близким по технической сущности является струйный детектор газов (RU № 156168, МПК G01N9/00, 2015 г), содержащий сопло анализируемого газа, ось симметрии которого расположена перпендикулярно внешней поверхности плоской упругой металлической мембраны электретного микрофона, на внутреннюю поверхность которой нанесён слой электрета. Срез сопла обращён в сторону внешней поверхности мембраны. Устройство также содержит телефон, вход которого подключён к выходу генератора электрических колебаний, звуковод, электронный усилитель, к входу которого подключена металлическая мембрана и противоэлектрод, расположенный внутри камеры электретного микрофона на изоляторе, при этом звуковод включён между этой камерой и выходом телефона.The closest in technical essence is an inkjet gas detector (RU No. 156168, IPC G01N9 / 00, 2015), containing a nozzle of the analyzed gas, the axis of symmetry of which is perpendicular to the outer surface of a flat elastic metal membrane of an electret microphone, on the inner surface of which an electret layer is deposited. The nozzle section faces the outer surface of the membrane. The device also contains a telephone, the input of which is connected to the output of the electric oscillation generator, a sound guide, an electronic amplifier, the input of which is connected to a metal membrane and a counter electrode located inside the electret microphone chamber on the insulator, while the sound guide is connected between this camera and the telephone output.

В данном детекторе поток анализируемого газа с постоянной скоростью вытекает из сопла в виде струи, которая воздействует на внешнюю поверхность металлической упругой мембраны электретного микрофона. Акустический сигнал к мембране поступает по звуководу от телефона и вызывает непрерывные механические колебания этой мембраны. Такие же колебания испытывает слой электрета, нанесённый на внутреннюю поверхность мембраны. Из-за перемещений слоя электрета, относительно противоэлектрода происходит перезарядка конденсатора, который образован металлической мембраной и противоэлектродом, поэтому на выходе электретного микрофона возникают электрические колебания постоянной амплитуды. Эти колебания усиливаются электронным усилителем и измеряются вольтметром. Увеличение плотности газа приводит к увеличению амплитуды колебаний, следовательно – к увеличению сигнала детектора. In this detector, the flow of the analyzed gas at a constant speed flows from the nozzle in the form of a jet, which acts on the outer surface of the metal elastic membrane of the electret microphone. The acoustic signal to the membrane is received through the sound guide from the telephone and causes continuous mechanical vibrations of this membrane. The same oscillations are experienced by an electret layer deposited on the inner surface of the membrane. Due to the movement of the electret layer relative to the counter electrode, the capacitor is recharged, which is formed by a metal membrane and counter electrode, therefore, electric oscillations of constant amplitude occur at the output of the electret microphone. These oscillations are amplified by an electronic amplifier and are measured with a voltmeter. An increase in gas density leads to an increase in the amplitude of oscillations, and therefore to an increase in the detector signal.

Недостатком известного детектора является сложность в обслуживании конструкции, из-за чего необходимо использование дополнительных устройств для ввода измерительной информации в компьютер, A disadvantage of the known detector is the difficulty in maintaining the design, which is why it is necessary to use additional devices for entering measurement information into a computer,

Проблемой полезной модели является обеспечение возможности ввода получаемой измерительной информации непосредственного в компьютер, сигнал которого может восприниматься непосредственно звуковой платой компьютера.The problem of the utility model is the possibility of inputting the obtained measurement information directly into the computer, the signal of which can be directly perceived by the sound card of the computer.

Технический результат – упрощение конструкции струйного детектора. The technical result is a simplification of the design of an inkjet detector.

Технический результат достигается тем, что струйный детектор газов содержит сопло анализируемого газа, ось симметрии которого расположена перпендикулярно внешней поверхности плоской упругой металлической мембраны электретного микрофона, на внутреннюю поверхность которой нанесён слой электрета. Срез сопла обращён в сторону внешней поверхности мембраны. Детектор также содержит телефон, вход которого подключён к выходу генератора электрических колебаний, звуковод, электронный усилитель, к входу которого подключена металлическая мембрана и противоэлектрод, расположенный внутри камеры электретного микрофона на изоляторе. Звуковод включён между камерой электретного микрофона и выходом телефона. Согласно полезной модели струйный детектор дополнительно содержит частотный полосовой фильтр и резисторный делитель напряжения, выполненный с возможностью подключения к звуковой плате компьютера. Вход частотного полосового фильтра подключён к выходу электронного усилителя, а его выход - к резисторному делителю напряжения.The technical result is achieved by the fact that the jet gas detector contains a nozzle of the analyzed gas, the axis of symmetry of which is perpendicular to the outer surface of a flat elastic metal membrane of an electret microphone, on the inner surface of which a layer of electret is applied. The nozzle section faces the outer surface of the membrane. The detector also contains a telephone, the input of which is connected to the output of an electric oscillation generator, a sound guide, an electronic amplifier, to the input of which a metal membrane and a counter electrode are located, located inside the chamber of the electret microphone on the insulator. A sound guide is connected between the electret microphone camera and the telephone output. According to a utility model, an inkjet detector further comprises a frequency bandpass filter and a resistor voltage divider configured to connect to a computer sound card. The input of the frequency bandpass filter is connected to the output of the electronic amplifier, and its output is connected to the resistor voltage divider.

Такая конструкция струйного детектора обеспечивает возможность цифровой обработки сигнала измерительной информации за счет ввода электрических колебаний, возникаемых на выходе электретного микрофона, а также усилителя, через полосовой фильтр и делитель напряжения непосредственно на вход звуковой платы компьютера, что, как следствие, упрощает конструкцию устройства в целом, а также его обслуживание.This design of the jet detector provides the ability to digitally process the signal of the measuring information by inputting electrical oscillations that occur at the output of the electret microphone, as well as the amplifier, through a band-pass filter and voltage divider directly to the input of the computer’s sound card, which, as a result, simplifies the design of the device as a whole as well as its service.

По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементами и их взаимном расположении.Compared with the prototype of the claimed design has a distinctive feature in the aggregate of the elements and their relative position.

Схема струйного детектора газов иллюстрируется на фиг.1.The scheme of the jet gas detector is illustrated in figure 1.

Струйный детектор газов содержит сопло 1 анализируемого газа, ось 2 симметрии которого расположена перпендикулярно внешней поверхности 3 плоской упругой металлической мембраны 4 электретного микрофона, на внутреннюю поверхность 6 которой нанесён слой 7 электрета, а срез 8 сопла 1 обращён в сторону внешней поверхности мембраны 4. Телефон 9, вход которого подключён к выходу генератора 10 электрических колебаний. Детектор также содержит звуковод 11, электронный усилитель 12, к входу которого подключена металлическая мембрана 4 и противоэлектрод 13, расположенный внутри камеры 14 электретного микрофона 14 на изоляторе 15. Звуковод 11 подключен между камерой 14 и выходом телефона 9. Частотный полосовой фильтр 16 и резисторный делитель 17 напряжения выполнен с возможностью подключения к звуковой плате компьютера (на фиг. не показано), причём вход частотного полосового фильтра 16 подключён к выходу электронного усилителя 12, а его выход - к резисторному делителю 17 напряжения, содержащему резисторы R₁и R₂.The jet gas detector contains a nozzle 1 of the analyzed gas, the axis of symmetry 2 of which is perpendicular to the outer surface 3 of the flat elastic metal membrane 4 of the electret microphone, on the inner surface of which 6 is applied an electret layer 7, and the cut 8 of the nozzle 1 is facing the outer surface of the membrane 4. Phone 9, the input of which is connected to the output of the generator 10 of electrical oscillations. The detector also contains a sound guide 11, an electronic amplifier 12, the input of which is connected to a metal membrane 4 and a counter electrode 13 located inside the chamber 14 of the electret microphone 14 on the insulator 15. The sound guide 11 is connected between the camera 14 and the output of the telephone 9. A frequency band-pass filter 16 and a resistor divider 17 voltage is configured to connect to the sound card of the computer (not shown in Fig.), And the input of the frequency bandpass filter 16 is connected to the output of the electronic amplifier 12, and its output to the resistor divider 17 voltage containing resistors R ₁ and R ₂ .

Струйный детектор газов работает следующим образом.The jet gas detector operates as follows.

Поток анализируемого газа поступает с постоянной скоростью в сопло 1 и вытекает через срез 8 сопла 1 в виде струи, которая воздействует на мембрану 4. При этом сила удара R струи газа о мембрану 4 зависит от скорости и плотности газа ρ газа: R= ρFV²,The flow of the analyzed gas flows at a constant speed into the nozzle 1 and flows through the cut 8 of the nozzle 1 in the form of a jet that acts on the membrane 4. In this case, the impact force R of the gas jet on the membrane 4 depends on the gas velocity and density ρ of the gas: R = ρFV ² ,

где F – площадь поперечного сечения струи.where F is the cross-sectional area of the jet.

При постоянном значении F и V сила удара определяется плотностью анализируемого газа.With a constant value of F and V, the impact force is determined by the density of the analyzed gas.

Электрические колебания от генератора 10 поступают к телефону 9, при этом возникают механические колебания звукоизлучающего элемента телефона 9, т.е. излучается звук. Этот звук по звуководу 11 направляется в камеру 14 электретного микрофона 5. Поступление звуковых колебаний под мембрану 4 вызывают ее механическое колебание. При этом вместе с мембраной 4 колеблется слой 7 плоского электрета, который несет электрический заряд. За счет перемещения мембраны 4 со слоем 7 электрета относительно противоэлектрода 13 во входной цепи электронного усилителя 12, вход которого подключён к мембране 4 и противоэлектроду 13, возникает сигнал переменного электрического тока. Этот сигнал усиливается усилителем 12, фильтруется в частотно-полосовом фильтре 16 и направляется к делителю 17 напряжению, который выполнен таким образом, что к нему может быть подключена звуковая плата компьютера. Дальнейшая цифровая обработка сигнала струйного детектора осуществляется компьютером, что упрощает обслуживание и само устройство в целом.Electrical vibrations from the generator 10 are sent to the telephone 9, and mechanical vibrations of the sound-emitting element of the telephone 9 occur, i.e. sound is emitted. This sound through the sound guide 11 is sent to the chamber 14 of the electret microphone 5. The arrival of sound vibrations under the membrane 4 cause its mechanical vibration. In this case, together with the membrane 4, the layer 7 of the flat electret oscillates, which carries an electric charge. Due to the movement of the membrane 4 with the layer 7 of the electret relative to the counter electrode 13 in the input circuit of the electronic amplifier 12, the input of which is connected to the membrane 4 and the counter electrode 13, an alternating electric current signal arises. This signal is amplified by an amplifier 12, filtered in a frequency-bandpass filter 16, and sent to a voltage divider 17, which is designed in such a way that a computer sound card can be connected to it. Further digital processing of the signal of the jet detector is carried out by a computer, which simplifies maintenance and the device itself as a whole.

Экспериментальная проверка струйного детектора газов, выполненная на лабораторном макете, реализованного с использованием электретного микрофона типа МКЭ-3 показала, что чувствительность составляет 15-20мв/% об (по пропану) при частоте колебаний 5 кГц.An experimental check of an inkjet gas detector, performed on a laboratory model implemented using an electret microphone of the MKE-3 type, showed that the sensitivity is 15-20mv /% vol (propane) at an oscillation frequency of 5 kHz.

Преимущества предлагаемого технического решения:The advantages of the proposed technical solution:

-простота конструкции;- simplicity of design;

-малые размерыsmall size

-низкая стоимость.-low cost.

Предложенный струйный детектор газов может быть реализован на базе стандартных электретного микрофона и миниатюрного телефона.The proposed jet gas detector can be implemented on the basis of a standard electret microphone and a miniature telephone.

Струйный детектор газов может найти применение в лабораторных и промышленных средствах контроля плотности газов, а также в газовой хроматографии.The gas jet detector can be used in laboratory and industrial gas density control devices, as well as in gas chromatography.

Claims

An inkjet gas detector containing a nozzle of the analyzed gas, the axis of symmetry of which is perpendicular to the outer surface of a flat elastic metal membrane of an electret microphone, the electret layer is deposited on its inner surface, and the nozzle cut is turned towards the outer surface of the membrane, as well as a telephone whose input is connected to the output generator of electrical vibrations, sound guide, electronic amplifier, to the input of which a metal membrane and a counter electrode located inside the camera are connected a separate microphone on the insulator, while a sound guide is connected between this camera and the telephone output, characterized in that the inkjet detector additionally contains a frequency bandpass filter and a resistor voltage divider configured to connect to a computer sound card, and the input of the frequency bandpass filter is connected to the output of the electronic amplifier, and its output is to the resistor voltage divider.