RU62707U1

RU62707U1 - GAS ANALYZER (OPTIONS)

Info

Publication number: RU62707U1
Application number: RU2006141409/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Гаськов; Ирина Игоревна Иванова; Андрей Валентинович Смирнов; Леонид Александрович Логвин; Владимир Викторович Коваленко; Игорь Валентинович Близнец
Original assignee: ООО "Газоаналитические системы"
Priority date: 2006-11-23
Filing date: 2006-11-23
Publication date: 2007-04-27

Abstract

Полезная модель относится к области аналитического приборостроения и может быть использована при контроле различных групп опасных химических веществ, в частности, для обнаружения и идентифицирования в воздухе токсичных веществ неорганической и органической природы.The utility model relates to the field of analytical instrumentation and can be used to control various groups of hazardous chemicals, in particular, to detect and identify toxic substances of inorganic and organic nature in air.

Технический результат полезной модели заключается в повышении селективности устройства, снижении вероятности ложного срабатывания и увеличении быстродействия.The technical result of the utility model is to increase the selectivity of the device, reducing the likelihood of false positives and increasing speed.

Газовый анализатор представляет собой многоканальное устройство, содержащее измерительные каналы, каждый из которых состоит из блока концентрации, с электронагревателем и средством охлаждения, блок концентрации соединен с сенсорным блоком, измерительный датчик которого подключен к входу микропроцессорного блока, электронагреватель сенсорного блока подключен к терморегулятору, выходы измерительных каналов подключены к побудителю расхода, который может содержать один или несколько насосов, вход и выход сенсорного блока соединены между собой через электромагнитный клапан, управляющие входы электромагнитного клапана, терморегулятора сенсорного блока, электронагревателя и средства охлаждения блока концентрации, а также управляющий вход побудителя расхода подключены к соответствующим выходам блока формирователей управляющих сигналов, вход которого соединен с выходом микропроцессорного блока. Газовый анализатор может дополнительно содержать блок сепарации, с которым соединяются входы блоков концентрации измерительных каналов через соответствующие электромагнитные переключатели газового потока, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам блока формирователей управляющих сигналов.The gas analyzer is a multichannel device containing measuring channels, each of which consists of a concentration unit, with an electric heater and cooling means, the concentration unit is connected to a sensor unit, the measuring sensor of which is connected to the input of a microprocessor unit, the sensor unit electric heater is connected to a temperature regulator, the measurement outputs channels are connected to the flow driver, which may contain one or more pumps, the input and output of the sensor unit are connected to I am waiting for myself through the electromagnetic valve, the control inputs of the electromagnetic valve, thermostat of the sensor unit, electric heater and means for cooling the concentration unit, as well as the control input of the flow inducer are connected to the corresponding outputs of the control signal conditioner unit, the input of which is connected to the output of the microprocessor unit. The gas analyzer may further comprise a separation unit, to which the inputs of the concentration blocks of the measuring channels are connected through the corresponding electromagnetic gas flow switches, the control inputs of which are connected to the corresponding outputs of the control signal conditioner unit.

Description

Известен газоанализатор, содержащий датчик концентрации измеряемого компонента, выполненный в виде электрохимического сенсора с расходуемым в процессе работы электролитом, сообщающийся с контролируемым газом, и устройство для обработки сигнала датчика и управления его работой, включающее блок питания датчика, усилитель сигнала датчика и микроконтроллер, содержащий центральное процессорное устройство, элемент памяти программ, аналого-цифровой преобразователь, соединенный с усилителем сигнала датчика, и таймер, соединенный с генератором частоты и обеспечивающий задание временного режима работы микроконтроллера, при этом датчик снабжен элементом памяти, закрепленным на корпусе датчика и электрически соединенным через интерфейс, представляющий собой устройство последовательной передачи данных, с центральным процессорным устройством микроконтроллера, обеспечивающим интегрирование величины сигнала датчика и периодическую запись величины интегрального сигнала в элемент памяти датчика и считывание этого значения из элемента памяти, причем в элементе памяти программ микроконтроллера введено предельное значение интегрального сигнала датчика, соответствующее ресурсу работы датчика, с которым периодически сравнивается текущее значение интегрального сигнала, считываемое из элемента памяти датчика, а устройство для обработки сигнала датчика и управления его работой снабжено элементом сигнализации, срабатывающим в момент, когда текущее значение интегрального сигнала становится равным предельной величине интегрального сигнала датчика (RU 2260181, G 01 N 27/416, 10.09.05).A known gas analyzer containing a concentration sensor of the measured component, made in the form of an electrochemical sensor with an electrolyte consumed during operation, communicating with the controlled gas, and a device for processing the sensor signal and controlling its operation, including a sensor power supply, a sensor signal amplifier and a microcontroller containing a central a processor device, a program memory element, an analog-to-digital converter connected to a sensor signal amplifier, and a timer connected to a generator with a frequency chopper and providing the setting of the time mode of operation of the microcontroller, the sensor is equipped with a memory element mounted on the sensor housing and electrically connected via an interface representing a serial data transmission device with the central processing unit of the microcontroller, which ensures integration of the sensor signal value and periodic recording of the integral value signal to the sensor memory element and reading this value from the memory element, and in the memory element prog Amm of the microcontroller, the limit value of the sensor integral signal is entered, which corresponds to the sensor operation resource, with which the current value of the integral signal read from the sensor memory element is periodically compared, and the device for processing the sensor signal and controlling its operation is equipped with an alarm element that works when the current value integral signal becomes equal to the limit value of the integral signal of the sensor (RU 2260181, G 01 N 27/416, 09/10/05).

К недостаткам известного газоанализатора следует отнести относительно невысокую селективность сенсорного детектора и возможность его ложного срабатывания.The disadvantages of the known gas analyzer include the relatively low selectivity of the sensor detector and the possibility of its false response.

В качестве прототипа принят газовый анализатор, включающий газовую систему в виде блока подготовки воздуха, переключателей газовых потоков и элемента отбора проб (дозы), блок колонок, блок детектирования, термостат, блок управления и обработки сигналов, при этом блок колонок выполнен в виде поглотительной и ряда параллельно соединенных разделительных колонок, блок детектирования содержит ряд газовых детекторов, число которых соответствует числу разделительных колонок, причем блок подготовки воздуха, элемент отбора проб (доза), блоки колонок и детектирования помещены в термостат, переключатели газовых потоков выполнены в виде переключающих одноканальных электроклапанов, а блок управления и обработки сигналов выполнен в виде микропроцессорного устройства (RU 2141656, G 01 N 30/00, 20.11.99).As a prototype, a gas analyzer was adopted, including a gas system in the form of an air preparation unit, gas flow switches and a sampling element (dose), a column unit, a detection unit, a thermostat, a control and signal processing unit, while the column unit is made in the form of an absorption and a number of parallel connected separation columns, the detection unit contains a number of gas detectors, the number of which corresponds to the number of separation columns, the air preparation unit, the sampling element (dose), blocks Onokov detection and placed in an oven, the gas flow switches are in the form of single-channel switching solenoid valves, and the control unit and signal processing is executed in a microprocessor device (RU 2141656, G 01 N 30/00, 20.11.99).

Недостатком газового анализатора, как и вышеприведенного аналога, является недостаточно высокая селективность сенсорного детектора и возможность его ложного срабатывания. Кроме того, газовый анализатор имеет недостаточно высокое быстродействие, обусловленное конструктивным выполнением и алгоритмом его функционирования.The disadvantage of a gas analyzer, as well as the above analogue, is the insufficiently high selectivity of the sensor detector and the possibility of its false response. In addition, the gas analyzer does not have a high enough speed due to the design and algorithm of its operation.

Технический результат по первому варианту достигается тем, что в газовом анализаторе, содержащем измерительные каналы, каждый из которых состоит из сенсорного блока с измерительным датчиком и электронагревателем, подключенным к терморегулятору, выходы измерительных каналов подключены к побудителю расхода, а выходы измерительных датчиков сенсорных блоков соединены с соответствующими входами микропроцессорного блока, в каждом измерительном канале на The technical result according to the first embodiment is achieved by the fact that in a gas analyzer containing measuring channels, each of which consists of a sensor unit with a measuring sensor and an electric heater connected to a temperature controller, the outputs of the measuring channels are connected to a flow inducer, and the outputs of the measuring sensors of the sensor blocks are connected to the corresponding inputs of the microprocessor unit, in each measuring channel on

входе сенсорного блока установлен блок концентрации, снабженный электронагревателем и средством охлаждения, а вход и выход сенсорного блока соединены между собой через электромагнитный клапан, при этом управляющие входы электромагнитного клапана, терморегулятора сенсорного блока, электронагревателя и средства охлаждения блока концентрации, а также управляющий вход побудителя расхода подключены к соответствующим выходам блока формирователей управляющих сигналов, вход которого соединен с выходом микропроцессорного блока. Побудитель расхода может содержать один или несколько насосов.a concentration unit equipped with an electric heater and cooling means is installed in the input of the sensor unit, and the input and output of the sensor unit are interconnected via an electromagnetic valve, while the control inputs of the electromagnetic valve, thermostat of the sensor unit, electric heater and means of cooling the concentration unit, as well as the control input of the flow inducer connected to the corresponding outputs of the control signal conditioner unit, the input of which is connected to the output of the microprocessor unit. The flow agent may comprise one or more pumps.

Устройство с вышеперечисленной совокупностью признаков обладает высоким быстродействием за счет противофазной работы его каналов, с циклическим двухфазным режимом работы каждого канала, высокой селективностью и минимальной вероятностью ложного срабатывания.A device with the above set of features has high speed due to the out-of-phase operation of its channels, with a cyclic two-phase mode of operation of each channel, high selectivity and minimal probability of false positives.

Технический результат по второму варианту достигается тем, что в газовом анализаторе, содержащем измерительные каналы, каждый из которых состоит из сенсорного блока с измерительным датчиком и электронагревателем, подключенным к терморегулятору, выходы измерительных каналов подключены к побудителю расхода, а выходы измерительных датчиков сенсорных блоков соединены с соответствующими входами микропроцессорного блока, введен блок сепарации, в каждом измерительном канале на входе сенсорного блока установлен блок концентрации, снабженный электронагревателем и средством охлаждения, а вход и выход сенсорного блока соединены между собой через электромагнитный клапан, при этом управляющие входы электромагнитного клапана, терморегулятора сенсорного блока, электронагревателя и средства охлаждения блока концентрации, а также управляющий вход побудителя расхода подключены к соответствующим выходам блока формирователей управляющих сигналов, вход которого соединен с выходом микропроцессорного блока, входы блоков концентрации измерительных каналов соединены с блоком сепарации через соответствующие The technical result of the second embodiment is achieved by the fact that in a gas analyzer containing measuring channels, each of which consists of a sensor unit with a measuring sensor and an electric heater connected to a temperature controller, the outputs of the measuring channels are connected to a flow inducer, and the outputs of the measuring sensors of the sensor blocks are connected to the corresponding inputs of the microprocessor unit, a separation unit is introduced, a concentration unit is installed in each measuring channel at the input of the sensor unit, equipped with electric heater and cooling means, and the input and output of the sensor unit are interconnected via an electromagnetic valve, while the control inputs of the electromagnetic valve, thermostat of the sensor unit, electric heater and means of cooling the concentration unit, as well as the control input of the flow inducer are connected to the corresponding outputs of the control unit signals, the input of which is connected to the output of the microprocessor unit, the inputs of the concentration channels of the measuring channels are connected to the unit Aracena through corresponding

электромагнитные переключатели газового потока, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам блока формирователей управляющих сигналов. Как и в первом варианте исполнения газового анализатора, побудитель расхода может содержать один или несколько насосов.electromagnetic gas flow switches, the control inputs of which are connected to the corresponding outputs of the control signal conditioner unit. As in the first embodiment of the gas analyzer, the flow inducer may comprise one or more pumps.

На чертеже (рис.1) приведена функциональная схема предлагаемого газового анализатора по первому варианту. На рис.2 приведена функциональная схема второго варианта предлагаемого газового анализатора.The drawing (Fig. 1) shows a functional diagram of the proposed gas analyzer according to the first embodiment. Figure 2 shows the functional diagram of the second version of the proposed gas analyzer.

Газовый анализатор представляет собой многоканальное устройство, содержащее измерительные каналы (1, 2), каждый из которых состоит из блока 3 концентрации, с электронагревателем 4 и средством 5 охлаждения, блок 3 концентрации соединен с сенсорным блоком 6, измерительный датчик 7 которого подключен к входу микропроцессорного блока 8, электронагреватель 9 сенсорного блока 6 подключен к терморегулятору 10, выходы измерительных каналов 1, 2 соединены с побудителем 11 расхода, вход и выход сенсорного блока 6 соединены между собой через электромагнитный клапан 12, управляющие входы электромагнитного клапана 12, терморегулятора 10 сенсорного блока, электронагревателя 4 и средства 5 охлаждения блока 3 концентрации, а также управляющий вход побудителя 11 расхода подключены к соответствующим выходам блока 13 формирователей управляющих сигналов, вход которого соединен с выходом микропроцессорного блока 8.The gas analyzer is a multichannel device containing measuring channels (1, 2), each of which consists of a concentration unit 3, with an electric heater 4 and cooling means 5, the concentration unit 3 is connected to the sensor unit 6, the measuring sensor 7 of which is connected to the microprocessor input unit 8, the electric heater 9 of the sensor unit 6 is connected to the temperature controller 10, the outputs of the measuring channels 1, 2 are connected to the flow driver 11, the input and output of the sensor unit 6 are interconnected via an electromagnetic th valve 12, the control inputs of the electromagnetic valve 12, thermostat 10 of the sensor unit, electric heater 4 and means 5 for cooling the concentration unit 3, as well as the control input of the flow inducer 11 are connected to the corresponding outputs of the control signal conditioner unit 13, the input of which is connected to the output of the microprocessor unit 8 .

Во втором варианте выполнения газовый анализатор дополнительно содержит блок 14 сепарации, с которым соединены входы блоков 3 концентрации измерительных каналов 1, 2 через соответствующие электромагнитные переключатели газового потока 15, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам блока 13 формирователей управляющих сигналов.In the second embodiment, the gas analyzer further comprises a separation unit 14, to which the inputs of the concentration units 3 of the measuring channels 1, 2 are connected through the corresponding electromagnetic switches of the gas stream 15, the control inputs of which are connected to the corresponding outputs of the block 13 of the control signal conditioners.

Газовый анализатор работает следующим образом.Gas analyzer works as follows.

При поступлении сигнала (с блока 13 формирователей) на управляющий вход побудителя 11 расхода происходит включение побудителя 11 расхода, который может содержать один насос, обеспечивающий прокачку заданного объема воздуха. В случае если побудитель 11 расхода состоит из нескольких насосов, то каждый насос соединяют с соответствующим измерительным каналом, через который он обеспечивает прокачку заданного объема воздуха. Воздушный поток, проходящий через сенсорный блок 6 регулируется электромагнитным клапаном 12. В режиме накопления скорость воздушного потока должна быть максимальна, что позволяет прокачать большой объем воздуха и, следовательно, накопить больше вещества. В этом режиме на управляющий вход электромагнитного клапана 12 с блока 13 формирователей управляющих сигналов поступает сигнал, под воздействием которого электромагнитный клапан 12 открывается и через него по образованному дополнительному каналу в обход сенсорного блока 6 проходит большая часть воздуха. Перед измерением электромагнитный клапан 12 закрывается под воздействием поступающего на его управляющий вход сигнала с блока 13. В режиме измерения скорость воздушного потока минимальна, что позволяет повысить точность измерения концентрации. Воздушный поток вначале проходит через блок 3 концентрации, который может быть выполнен в виде стеклянной или кварцевой тонкостенной трубки, заполненной сорбентом. Блок 3 концентрации имеет три рабочие температуры, которые задаются с помощью электронагревателя 4 и средства 5 для охлаждения. При температуре 30°-100°С происходит адсорбция определяемого вещества, т.е. его накопление. При температуре 100°-150°С происходит десорбция (выброс) легколетучих веществ (спирты, ацетон, ацетонитрил) в воздушный тракт. При температуре 150°-350°С происходит резкая десорбция (выброс) определяемых веществ в сенсорный блок 6. За счет блока 3 концентрации существенно увеличивается пороговые определяемые концентрации и возможность детектирования веществ в присутствии легколетучих примесей.Upon receipt of a signal (from block 13 of the shapers) at the control input of the flow inducer 11, the flow activator 11 is switched on, which may contain one pump, which provides pumping of a given volume of air. If the flow driver 11 consists of several pumps, then each pump is connected to a corresponding measuring channel through which it pumps a given volume of air. The air flow passing through the sensor unit 6 is regulated by the solenoid valve 12. In the accumulation mode, the air flow rate should be maximum, which allows pumping a large amount of air and, therefore, to accumulate more substance. In this mode, a signal is input to the control input of the electromagnetic valve 12 from the control signal conditioner unit 13, under the influence of which the electromagnetic valve 12 opens and most of the air passes through the formed additional channel to bypass the sensor unit 6. Before the measurement, the electromagnetic valve 12 closes under the influence of the signal arriving at its control input from the unit 13. In the measurement mode, the air flow rate is minimal, which allows to increase the accuracy of the concentration measurement. The air flow first passes through a concentration unit 3, which can be made in the form of a glass or quartz thin-walled tube filled with a sorbent. Block 3 concentration has three operating temperatures, which are set using the electric heater 4 and means 5 for cooling. At a temperature of 30 ° -100 ° C, adsorption of the analyte occurs, i.e. its accumulation. At a temperature of 100 ° -150 ° C, desorption (release) of volatile substances (alcohols, acetone, acetonitrile) into the air path occurs. At a temperature of 150 ° -350 ° C, a sharp desorption (release) of the analytes takes place in the sensor unit 6. Due to the concentration unit 3, the threshold determinable concentrations and the possibility of detecting substances in the presence of volatile impurities increase significantly.

Нагреватель 4 блока 3 концентрации обеспечивает быстрый нагрев до 400°С за 1-2 мин. Средство (5) охлаждения может быть выполнено в виде внешнего вентилятора либо воздушной рубашки. Газовый анализатор может содержать до восьми измерительных каналов. Управление работой газоанализатора осуществляется микропроцессорным блоком 8, обеспечивающим противофазную работу его измерительных каналов 1, 2, с циклическим двухфазным режимом работы каждого канала. С микропроцессорного блока 8 поступает информационный сигнал на блок 13 формирователей, который в соответствии с заданной микропроцессорным блоком 8 программой осуществляет формирование управляющих сигналов, необходимых для управления блоками газоанализатора. Обработка информации, поступающей с измерительных датчиков 7 сенсорных блоков 6, осуществляется микропроцессорным блоком 8.Heater 4 of concentration block 3 provides fast heating to 400 ° C in 1-2 minutes. The cooling means (5) can be made in the form of an external fan or an air jacket. A gas analyzer can contain up to eight measuring channels. The gas analyzer is controlled by a microprocessor unit 8, which ensures the out-of-phase operation of its measuring channels 1, 2, with a cyclic two-phase operation mode of each channel. From the microprocessor unit 8, an information signal is supplied to the unit 13 of the formers, which, in accordance with the program specified by the microprocessor unit 8, generates control signals necessary for controlling the gas analyzer units. Processing information from the measuring sensors 7 of the sensor units 6 is carried out by a microprocessor unit 8.

При втором варианте выполнения газового анализатора (см. рис.2) в режиме измерения воздушный поток вначале проходит через блок 14 сепарации, который, может быть выполнен в виде картриджа, заполненного специальным сорбентом. Использование воздуха, прошедшего через блок сепарации, и соответственно очищенного от примесей существенно увеличивает точность детектирования и уменьшает число ложных срабатываний при наличии в атмосфере примесей, влияющих на процесс десорбции и измерения. Подключение измерительных каналов 1, 2 к блоку 14 сепарации и отключение этих каналов от блока сепарации осуществляется с помощью электромагнитных переключателей газового потока 15, установленных между блоком 14 сепарации и входами соответствующих блоков 3 концентрации. При отключении измерительных каналов 1, 2 от блока 14 сепарации воздушный поток поступает непосредственно в измерительные каналы 1, 2 (минуя блок 14 сепарации). Далее функционирование газоанализатора осуществляется так же, как и при его реализации по первому варианту.In the second embodiment of the gas analyzer (see Fig. 2) in the measurement mode, the air flow first passes through the separation unit 14, which can be made in the form of a cartridge filled with a special sorbent. The use of air passing through the separation unit and, accordingly, cleaned of impurities significantly increases the accuracy of detection and reduces the number of false positives in the presence of impurities in the atmosphere that affect the desorption and measurement process. The connection of the measuring channels 1, 2 to the separation unit 14 and the disconnection of these channels from the separation unit is carried out using electromagnetic switches of the gas stream 15 installed between the separation unit 14 and the inputs of the respective concentration units 3. When disconnecting the measuring channels 1, 2 from the separation unit 14, the air flow enters directly into the measuring channels 1, 2 (bypassing the separation unit 14). Further, the functioning of the gas analyzer is carried out in the same way as during its implementation according to the first embodiment.

Claims

1. A gas analyzer containing measuring channels, each of which consists of a sensor unit with a measuring sensor and an electric heater connected to a thermostat, the outputs of the measuring channels are connected to a flow inducer, and the outputs of the measuring sensors of the sensor blocks are connected to the corresponding inputs of the microprocessor unit, characterized in that in each measuring channel at the input of the sensor unit a concentration unit is installed, equipped with an electric heater and cooling means, and the input and output of the weed unit is interconnected via an electromagnetic valve, while the control inputs of the electromagnetic valve, thermostat of the sensor unit, electric heater and means for cooling the concentration unit, as well as the control input of the flow inducer are connected to the corresponding outputs of the control signal conditioner unit, the input of which is connected to the output of the microprocessor unit.

2. The gas analyzer according to claim 1, characterized in that the flow driver comprises one pump.

3. The gas analyzer according to claim 1, characterized in that the flow driver comprises several pumps.

4. A gas analyzer containing measuring channels, each of which consists of a sensor unit with a measuring sensor and an electric heater connected to a thermostat, the outputs of the measuring channels are connected to a flow inducer, and the outputs of the measuring sensors of the sensor blocks are connected to the corresponding inputs of the microprocessor unit, characterized in that a separation unit is introduced into it, in each measuring channel at the input of the sensor unit a concentration unit is installed, equipped with an electric heater and means cooling, and the input and output of the sensor unit are interconnected via an electromagnetic valve, while the control inputs of the electromagnetic valve, thermostat of the sensor unit, electric heater and means for cooling the concentration unit, as well as the control input of the flow inducer are connected to the corresponding outputs of the control signal conditioner unit, the input of which connected to the output of the microprocessor unit, the inputs of the concentration channels of the measuring channels are connected to the separation unit through the corresponding electronic omagnitnye switches the gas flow control inputs of which are connected to the corresponding output of the unit control signals.

5. The gas analyzer according to claim 4, characterized in that the flow driver comprises one pump.

6. The gas analyzer according to claim 4, characterized in that the flow driver comprises several pumps.