RU80007U1 - GAS SIGNAL OF INCREASED SPECIFICITY - Google Patents

Abstract

Газовый сигнализатор высокой специфичности относится к измерительной технике - устройствам анализа газа в окружающей среде, а именно к устройству газоаналитических приборов. Может быть использовано для количественного определения содержания газа в окружающем воздухе и сигнализации в случае достижения его предельных значений. Задачей полезной модели является расширение перечня определяемых соединений в различных многокомпонентных газовых смесях за счет повышения специфичности газового сигнализатора. Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в расширении числа определяемых вредных веществ за счет введения в устройство поликапиллярной газохроматографической колонки, соединенной с датчиком газа, выполненного в виде спектрометра ионной подвижности. Поставленная задача достигается тем, что газовый сигнализатор повышенной специфичности содержит собственно датчик газа, дроссель потока, насос, блок обработки информации, аналогово-цифровой преобразователь и средства индикации и сигнализации. При этом устройство отличается тем, что в него добавлена поликапиллярная газохроматографическая колонка, размещенная на входе собственно датчика газа, выполненного в виде спектрометра ионной подвижности, побудитель расхода газа представляет собой насос, установленный на входе устройства, а между входом насоса и поликапиллярной газохроматографической колонкой образованы две параллельные воздушные ветви, в одной из которых установлен дроссель газового потока и фильтр, а в другой - управляемый дроссель газового потока, имеющий устройство для сброса в атмосферу, при этом вход блока обработки информации соединен с блоком базы данных определяемых вредных веществ. Предложенный газовый сигнализатор имеет промышленное применение на предприятиях химической и перерабатывающей промышленности, в металлургии и др. отраслях промышленности, где принципиально важна работа датчика при повышенном содержании в окружающей среде большого количества различных соединений. Кроме того, он может применяться в качестве автономного средства химического контроля воздуха производственных и иных помещений, на объектах по хранению и уничтожению химического оружия, передвижных лабораториях. 1 илл.A gas detector of high specificity relates to measuring equipment - devices for analyzing gas in the environment, namely, to the device of gas analytical devices. It can be used to quantify the gas content in ambient air and to signal if its limit values are reached. The objective of the utility model is to expand the list of defined compounds in various multicomponent gas mixtures by increasing the specificity of the gas detector. The technical result that can be obtained using the utility model is to expand the number of detected harmful substances by introducing into the device a multicapillary gas chromatographic column connected to a gas sensor made in the form of an ion mobility spectrometer. The task is achieved in that the gas detector of high specificity contains the gas sensor itself, a flow restrictor, a pump, an information processing unit, an analog-to-digital converter, and indication and signaling devices. Moreover, the device is characterized in that a multicapillary gas chromatographic column is placed at the inlet of the gas sensor itself, made in the form of an ion mobility spectrometer, the gas flow inducer is a pump installed at the device inlet, and two two are formed between the pump inlet and the multicapillary gas chromatographic column parallel air branches, in one of which a gas flow restrictor and a filter are installed, and in the other, a controlled gas flow restrictor having a device in for discharge into the atmosphere, while the input of the information processing unit is connected to the database unit of the determined harmful substances. The proposed gas detector has industrial applications in enterprises of the chemical and processing industries, in metallurgy and other industries, where the operation of the sensor is important when the environment contains a large number of different compounds. In addition, it can be used as an autonomous means of chemical control of air in industrial and other premises, at facilities for the storage and destruction of chemical weapons, mobile laboratories. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике - устройствам анализа газа в окружающей среде, а именно к устройству газоаналитических приборов. Может быть использовано для количественного определения содержания газа в окружающем воздухе и сигнализации в случае достижения его предельных значений.The utility model relates to measuring technique - devices for analyzing gas in the environment, namely, to the device of gas-analytical devices. It can be used to quantify the gas content in ambient air and to signal if its limit values are reached.

Известен газоанализатор (патент РФ №2094794 от 27.09.1997, МПК G01N 27/407). Он содержит источник напряжения, твердоэлектролитный чувствительный элемент с электродами и нагревателем, подключенным к выходу регулятора температуры, усилитель, блок индикации и мультиплексор, он снабжен также двумя сумматорами, блоком деления, блоком памяти, блоком управления и блоком линеаризации. Недостатком такого газоанализатора является использование его только для количественного определения одного вещества - фтора.Known gas analyzer (RF patent No. 2094794 from 09/27/1997, IPC G01N 27/407). It contains a voltage source, a solid electrolyte sensing element with electrodes and a heater connected to the output of the temperature controller, an amplifier, an indication unit and a multiplexer, it is also equipped with two adders, a division unit, a memory unit, a control unit and a linearization unit. The disadvantage of such a gas analyzer is its use only for the quantitative determination of one substance - fluorine.

Известен также анализатор японской фирмы "RUKEM KEUKU" типа ЕС-565, содержащий побудитель расхода, дроссель, электрический элемент на определяемый газ, блок обработки информации, аналогово-цифровой преобразователь, цифровой индикатор, сигнальную лампу и звуковой зуммер. Однако и он имеет ограниченное применение по причине невысокой специфичности.An analyzer of the EUK-565 type Japanese company RUKEM KEUKU is also known. However, it has limited use due to its low specificity.

Известен газоанализатор (патент РФ №2091781 от 27.09.1997, МПК G01N 27/00, G01N 27/12). Он содержит сенсорную головку, включающую чувствительный элемент, и измерительную схему, нагрузочный резистор и шины питания и измерительно-сигнализирующее устройство, содержащее измерительную схему, шины питания, преобразователь ток-напряжение и компенсирующий каскад. Данное устройство использовано при разработке газоанализаторов сероводорода 666 ЭХ15, 666 ЭХ16, двуокиси серы, окиси углерода, метана 604 ЭХ07, аммиака 342 ЭХ03, 342 ЭХ04, 342 ЭХ05, хлора 662 ЭХ05.Known gas analyzer (RF patent No. 2091781 from 09/27/1997, IPC G01N 27/00, G01N 27/12). It contains a sensor head including a sensing element, and a measuring circuit, a load resistor and power lines, and a measuring and signaling device comprising a measuring circuit, power lines, a current-voltage converter, and a compensating stage. This device was used in the development of gas analyzers for hydrogen sulfide 666 EX15, 666 EX16, sulfur dioxide, carbon monoxide, methane 604 EX07, ammonia 342 EX03, 342 EX04, 342 EX05, chlorine 662 EX05.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является «Газоанализатор» (патент РФ на изобретение №2209419, G01N 27/00). Газоанализатор содержит собственно датчик газа, дроссель потока, побудитель расхода газа, блок обработки информации, The closest in technical essence and the achieved technical effect to the proposed technical solution is the "Gas analyzer" (RF patent for the invention No. 2209419, G01N 27/00). The gas analyzer contains the actual gas sensor, flow restrictor, gas flow inducer, information processing unit,

аналогово-цифровой преобразователь, цифровой индикатор содержания газа, световую сигнализацию предельных содержаний, звуковой зуммер предельных содержаний. Работает газоанализатор следующим образом. Входной поток окружающего газа побудителем расхода протягивается через собственно датчик определенного газа и дроссель потока газа и выбрасывается выходящим потоком в окружающую среду. Выходная информация датчика газа поступает на блок обработки информации и через аналогово-цифровой преобразователь поступает на цифровой индикатор содержания газа, а также на сигнализацию предельных содержаний газа световую и звуковую. Однако данный газоанализатор может быть использован для определения содержания только определенного газа, находящегося в окружающем воздухе.analog-to-digital converter, digital indicator of gas content, light signaling of limit contents, sound buzzer of limit contents. The gas analyzer operates as follows. The input gas flow of the surrounding gas is driven by the flow sensor through the specific gas sensor and the gas flow restrictor and is released into the environment by the output gas. The output of the gas sensor is fed to the information processing unit and, through an analog-to-digital converter, is fed to a digital gas content indicator, as well as to the signaling of the limit gas contents, light and sound. However, this gas analyzer can be used to determine the content of only a certain gas in ambient air.

Задачей полезной модели является расширение перечня определяемых соединений в различных многокомпонентных газовых смесях за счет повышения специфичности газового сигнализатора.The objective of the utility model is to expand the list of defined compounds in various multicomponent gas mixtures by increasing the specificity of the gas detector.

Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в расширении числа определяемых вредных веществ за счет введения в устройство поликапиллярной газохроматографической колонки, соединенной с датчиком газа, выполненного в виде спектрометра ионной подвижности.The technical result that can be obtained using the utility model is to expand the number of detected harmful substances by introducing into the device a multicapillary gas chromatographic column connected to a gas sensor made in the form of an ion mobility spectrometer.

Поставленная задача достигается тем, что газовый сигнализатор повышенной специфичности содержит собственно датчик газа, дроссель потока, побудитель расхода газа, блок обработки информации, аналогово-цифровой преобразователь и средства индикации и сигнализации. При этом устройство отличается тем, что добавлена поликапиллярная газохроматографическая колонка, размещенная на входе собственно датчика газа, выполненного в виде спектрометра ионной подвижности, побудитель расхода газа представляет собой насос, установленный на входе устройства, а между входом насоса и поликапиллярной газохроматографической колонкой образованы две параллельные воздушные ветви, в одной из которых установлен дроссель газового потока и фильтр, а в другой - управляемый дроссель газового потока, имеющий устройство для сброса в атмосферу, при этом вход блока обработки информации соединен с блоком базы данных определяемых вредных веществ.The task is achieved in that the gas detector of high specificity contains the gas sensor itself, a flow restrictor, a gas flow inducer, an information processing unit, an analog-to-digital converter, and indication and signaling devices. Moreover, the device is characterized in that a multicapillary gas chromatographic column is added, located at the inlet of the gas sensor itself, made in the form of an ion mobility spectrometer, the gas flow inducer is a pump installed at the inlet of the device, and two parallel air columns are formed between the pump inlet and the multicapillary gas chromatographic column branches, in one of which a gas flow restrictor and a filter are installed, and in the other, a controlled gas flow restrictor having a device for discharge into the atmosphere, while the input of the information processing unit is connected to the database unit of the determined harmful substances.

Газовый сигнализатор представлен на фиг.1:The gas detector is shown in figure 1:

1 - насос;1 - pump;

2 - дроссель газового потока;2 - throttle gas flow;

3 - управляемый дроссель газового потока;3 - controlled throttle gas flow;

4 - фильтр;4 - filter;

5 - поликапиллярная газохроматографическая колонка;5 - polycapillary gas chromatographic column;

6 - собственно датчик на определенный газ;6 - the actual sensor for a specific gas;

7 - устройство обработки информации (микропроцессор);7 - information processing device (microprocessor);

8 - устройство базы данных определяемых вредных веществ;8 - the device database of the determined harmful substances;

9 - аналого-цифровой преобразователь;9 - analog-to-digital Converter;

10 - цифровой индикатор содержания определенного газа в воздушной среде;10 - digital indicator of the content of a certain gas in the air;

11 - световая сигнализация о содержании газа;11 - light alarm about the gas content;

12 - звуковая сигнализация о содержании газа;12 - sound alarm about the gas content;

13 - таймер.13 - timer.

Газовый сигнализатор можно представить в виде двух блоков: измерительного А и сигнализации Б и побудитель расхода газового потока 1.(фиг.1).The gas detector can be represented in the form of two blocks: measuring A and alarm B and a stimulator of the flow of gas stream 1. (figure 1).

Блок измерительный А предназначен для передачи служебной информации на блок сигнализации Б, который ее отображает.The measuring unit A is designed to transmit service information to the signaling unit B, which displays it.

Блок измерительный А может находиться в следующих режимах:Measuring unit A can be in the following modes:

- режим подготовки;- training mode;

- рабочий режим;- Work mode;

- режим диагностики;- diagnostic mode;

- режим тренировки;- training mode;

В дальнейшем будут рассмотрены только первые два режима.In the future, only the first two modes will be considered.

В режиме подготовки производится прогрев, термостатирование узлов, диагностика и подстройка параметров.In the preparation mode, heating, temperature control of the units, diagnostics and adjustment of parameters are performed.

В рабочем режиме происходит циклический ввод, анализ и идентификация воздуха в соответствии с таблицей измеряемых компонентов.In the operating mode, a cyclic input, analysis and identification of air occurs in accordance with the table of measured components.

Блок измерительный А состоит из насоса 1, дросселя газового потока 2, управляемого дросселя газового потока 3, фильтра 4, поликапиллярной газохроматографической колонки 5, собственно датчика на определенный газ 6, блока обработки информации (микропроцессора) 7, блока базы данных определяемых вред-Measuring unit A consists of a pump 1, a gas flow throttle 2, a controlled gas flow throttle 3, a filter 4, a multicapillary gas chromatographic column 5, a specific gas sensor 6, an information processing unit (microprocessor) 7, and a database of detected harm

данных определяемых вредных веществ 8.data of identified harmful substances 8.

Блок сигнализации Б предназначен для:Alarm block B is designed for:

- вывода световых сигналов ОПАСНО, ГОТОВ, НЕИСПРАВНО и ВВОД и СЕТЬ;- output of light signals DANGER, READY, MALFUNCTION, and INPUT and NETWORK;

- выдачи информационного сигнала типа "сухой контакт";- issuing a dry contact type information signal;

- выдачи звукового сигнала;- issuing a sound signal;

- изменения режимов работы прибора;- changes in the operating modes of the device;

- отображения текущего режима работы прибора:- display the current operating mode of the device:

- вывода кода неисправности самодиагностики прибора;- output of the self-diagnosis malfunction code of the device;

- отображения служебной информации при техническом обслуживании прибора.- display of service information during the maintenance of the device.

- контроля связи с блоком измерительным.- communication control with the measuring unit.

Блок сигнализации Б состоит из аналого-цифрового преобразователя 9, цифрового индикатора содержания определенного газа в воздушной среде 10, световой сигнализации о содержании газа 11, звуковой сигнализации о содержании газа 12, таймера 13.The alarm unit B consists of an analog-to-digital converter 9, a digital indicator of the content of a certain gas in the air 10, a light alarm about the gas content 11, an audible alarm about the gas content 12, a timer 13.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Режим подготовки.Preparation mode.

Поток окружающего воздуха под действием насоса 1 подается на вход газового сигнализатора повышенной специфичности. Далее поток разделяется.The flow of ambient air under the action of the pump 1 is fed to the input of a gas detector of high specificity. Next, the stream is divided.

Одна его часть через дроссель газового потока 2 и фильтр 4 обеспечивает непрерывную подачу с заданным значением расхода и подается на вход поликапиллярной газохроматографической колонки 5. Фильтр 4 обеспечивает очищение от примесей (органических и не органических соединений) окружающего воздуха.One part of it through the gas flow restrictor 2 and filter 4 provides a continuous supply with a predetermined flow rate and is fed to the input of a multicapillary gas chromatographic column 5. Filter 4 provides for the cleaning of impurities (organic and non-organic compounds) of ambient air.

Одновременно другая часть входного потока окружающего воздуха подается на управляемый дроссель газового потока 3, который предварительно настраивается на заданное значение расхода окружающего воздуха за счет его дальнейшего сброса в атмосферу, а затем перекрывается. Таким образом, на вход поликапиллярной газохроматографической колонки 5 в качестве газа-носителя подается очищенный окружающий воздух.At the same time, another part of the ambient air inlet stream is supplied to a controlled gas flow choke 3, which is preliminarily adjusted to a predetermined value of the ambient air flow rate due to its further discharge into the atmosphere, and then it is shut off. Thus, at the inlet of the multicapillary gas chromatographic column 5, purified ambient air is supplied as a carrier gas.

Далее очищенный окружающий воздух подается на собственно датчик газа 6, который выполняется в виде спектрометра ионной подвижности и затем выбрасывается в окружающую среду.Next, the cleaned ambient air is supplied to the actual gas sensor 6, which is performed in the form of an ion mobility spectrometer and then is released into the environment.

На выходе устройства обработки информации 7 сигнал отсутствует, что свидетельствует о том, что газовый сигнализатор подготовлен к работе.At the output of the information processing device 7, there is no signal, which indicates that the gas detector is ready for operation.

Рабочий режим.Work mode.

Принцип действия устройства основан на газохроматографическом разделении анализируемой пробы окружающего воздуха, последующей ионизации радиоактивным источником пробы и регистрации ионного тока.The principle of operation of the device is based on gas chromatographic separation of the analyzed sample of ambient air, subsequent ionization by a radioactive source of the sample and registration of the ion current.

По команде системы управления управляемый дроссель газового потока 3 подает строго дозированную часть входного потока анализируемого окружающего воздуха импульсно в поликапиллярную газохроматографическую колонку 5. В ней происходит газохроматографическое разделение образца (пробы) входного потока анализируемого окружающего воздуха на компоненты, которые в зависимости от времени удерживания в поликапиллярной газохроматографической колонке 5, на выходе которой установлена камера с радиоактивным источником, под действием которой часть пробы ионизируется, последовательно подаются в датчик типа спектрометра ионной подвижности 6.At the command of the control system, the controlled throttle of the gas stream 3 supplies a strictly dosed portion of the input stream of the analyzed ambient air pulsed to the multicapillary gas chromatographic column 5. In it, a gas-chromatographic separation of the sample (sample) of the input stream of the analyzed ambient air into components that depending on the retention time in the multicapillary gas chromatographic column 5, at the output of which there is a chamber with a radioactive source, under the influence of which It is ionized sample sequentially fed into an ion mobility spectrometer type sensor 6.

В датчике 6 происходит регистрация и идентификация компонентов входного потока анализируемого окружающего воздуха в соответствии с их природой.In the sensor 6, the components of the input stream of the analyzed ambient air are registered and identified in accordance with their nature.

При этом полученные ионы импульсно вводятся в зону дрейфа, где под действием слабого постоянного электрического поля происходит разделение ионов в соответствии с их подвижностью. В конце дрейфовой зоны установлен собирающий коллектор, соединенный с электрометрическим усилителем. Далее аналоговый сигнал усиливается электрометрическим усилителем и преобразуется в цифровой.In this case, the obtained ions are pulsed into the drift zone, where under the influence of a weak constant electric field, ions are separated in accordance with their mobility. At the end of the drift zone there is a collecting collector connected to an electrometric amplifier. Next, the analog signal is amplified by an electrometric amplifier and converted to digital.

Выходная информация от датчика газа 6 поступает на блок обработки информации 7 одновременно с информацией от устройства базы данных определяемых вредных веществ 8, где идентифицируется с выделенными составляющими измеряемого газа и сравниваются с их предельно допустимыми концентрациями.The output from the gas sensor 6 is supplied to the information processing unit 7 simultaneously with the information from the database device of the determined harmful substances 8, where it is identified with the extracted components of the measured gas and compared with their maximum permissible concentrations.

Далее итоговая информация поступает на блок сигнализации Б. При этом через цифроаналоговый преобразователь 9 поступает на цифровой индикатор содержания газа 10, а также на сигнализацию предельных содержаний газа световую 11 и звуковую 12 с одновременным включением таймера 13.Further, the final information is fed to the signaling unit B. In this case, through the digital-to-analog converter 9, it is supplied to the digital gas content indicator 10, as well as to the signaling of the limit gas contents, light 11 and sound 12 with the simultaneous start of the timer 13.

Таким образом, высокая специфичность достигается за счет использования поликапиллярной газохроматографической колонки 5 в сочетании с датчиком 6, выполненного в виде спектрометра ионной подвижности.Thus, high specificity is achieved through the use of a multicapillary gas chromatographic column 5 in combination with a sensor 6, made in the form of an ion mobility spectrometer.

В ней происходит разделение пробы исследуемой среды на составные компоненты In it, the sample of the studied medium is divided into component components

и последующая регистрация и идентификация этих компонентов в датчике 6, выполненного в виде спектрометра ионной подвижности, что в совокупности позволяет регистрировать и идентифицировать требуемые составные части окружающего воздуха.and subsequent registration and identification of these components in the sensor 6, made in the form of an ion mobility spectrometer, which together allows you to register and identify the required components of the ambient air.

Каждый новый цикл измерения начинается с ввода пробы.Each new measurement cycle begins with a sample input.

На этапе идентификации в дополнение к основной программе идентификации вещества и изменению сигнала ОПАСНО, анализируется степень чистоты датчика 6. В зависимости от результатов анализа, при удовлетворительной чистоте датчика цикл повторяется. При наличии загрязнения, ввод пробы не выполняется и выполняется автоматическая очистка измерительного блока. В рабочем режиме контролируются и поддерживаются параметры, влияющие на работу блока.At the identification stage, in addition to the main program for identifying the substance and changing the signal DANGER, the degree of purity of the sensor 6 is analyzed. Depending on the results of the analysis, the cycle repeats with a satisfactory sensor purity. If there is contamination, the sample is not taken and the measuring unit is automatically cleaned. In operating mode, parameters that affect the operation of the unit are monitored and supported.

Использование в предлагаемом газовом сигнализаторе поликапиллярной газохроматографической колонки 5 соединенной с датчиком 6, выполненным в виде спектрометра ионной подвижности позволяет существенно повысить его специфичность при анализе газового потока из окружающей среды, а также позволяет проводить анализ газовых сред, содержащих широкий спектр различных соединений.The use in the proposed gas detector of a multicapillary gas chromatographic column 5 connected to a sensor 6 made in the form of an ion mobility spectrometer can significantly increase its specificity in the analysis of gas flow from the environment, and also allows the analysis of gas media containing a wide range of different compounds.

Предложенный газовый сигнализатор имеет промышленное применение на предприятиях химической и перерабатывающей промышленности, в металлургии, галлургии и др. отраслях промышленности, где принципиально важна работа датчика при повышенном содержании в окружающей среде большого количества различных соединений. Кроме того, газовый сигнализатор может применяться в качестве автономного средства химического контроля воздуха производственных и иных помещений, на объектах по хранению и уничтожению химического оружия, передвижных лабораториях.The proposed gas detector has industrial applications in enterprises of the chemical and processing industries, in metallurgy, gallurgy and other industries, where the operation of the sensor is important when the environment contains a large number of different compounds. In addition, a gas detector can be used as an autonomous means of chemical control of air in industrial and other premises, at chemical weapons storage and destruction facilities, and mobile laboratories.

Claims (1)

Газовый сигнализатор повышенной специфичности, содержащий собственно датчик газа, дроссель газового потока, побудитель расхода газа, блок обработки информации, аналогово-цифровой преобразователь и средства индикации и сигнализации, отличающийся тем, что добавлена поликапиллярная газохроматографическая колонка, размещенная на входе собственно датчика газа, выполненного в виде спектрометра ионной подвижности, побудитель расхода газа представляет собой насос, установленный на входе устройства, а между входом насоса и поликапиллярной газохроматографической колонкой образованы две параллельные воздушные ветви, в одной из которых установлен дроссель газового потока и фильтр, а в другой - управляемый дроссель газового потока, имеющий устройство для сброса в атмосферу, при этом вход блока обработки информации соединен с блоком базы данных определяемых вредных веществ.

A gas detector of increased specificity, comprising a gas sensor itself, a gas flow restrictor, a gas flow inducer, an information processing unit, an analog-to-digital converter, and indicating and signaling devices, characterized in that a multicapillary gas chromatographic column is placed at the input of the gas sensor itself, made in in the form of an ion mobility spectrometer, the gas flow inducer is a pump installed at the inlet of the device, and between the pump inlet and the multicapillary two parallel air branches are formed by a gas chromatographic column, in one of which a gas flow restrictor and a filter are installed, and in the other, a controlled gas flow restrictor having a device for discharge into the atmosphere, while the input of the information processing unit is connected to the database unit of the determined harmful substances.