BG112997A - Gas monitoring device - Google Patents

Gas monitoring device Download PDF

Info

Publication number
BG112997A
BG112997A BG112997A BG11299719A BG112997A BG 112997 A BG112997 A BG 112997A BG 112997 A BG112997 A BG 112997A BG 11299719 A BG11299719 A BG 11299719A BG 112997 A BG112997 A BG 112997A
Authority
BG
Bulgaria
Prior art keywords
gas
microconsoles
microconsole
sensors
sensor
Prior art date
Application number
BG112997A
Other languages
Bulgarian (bg)
Inventor
Владимир СТАВРОВ
Трифонов Ставров Владимир
Original Assignee
"Амг Технолоджи" Оод
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by "Амг Технолоджи" Оод filed Critical "Амг Технолоджи" Оод
Priority to BG112997A priority Critical patent/BG112997A/en
Priority to PCT/IB2020/056597 priority patent/WO2021053410A1/en
Publication of BG112997A publication Critical patent/BG112997A/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/022Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/22Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow
    • G01K13/024Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow of moving gases
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/036Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/222Constructional or flow details for analysing fluids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2412Probes using the magnetostrictive properties of the material to be examined, e.g. electromagnetic acoustic transducers [EMAT]
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2418Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2418Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics
    • G01N29/2425Probes using optoacoustic interaction with the material, e.g. laser radiation, photoacoustics optoacoustic fluid cells therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2431Probes using other means for acoustic excitation, e.g. heat, microwaves, electron beams
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2437Piezoelectric probes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/34Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/348Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with frequency characteristics, e.g. single frequency signals, chirp signals
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2201/00Application of thermometers in air-conditioning systems
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/021Gases
    • G01N2291/0215Mixtures of three or more gases, e.g. air
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02809Concentration of a compound, e.g. measured by a surface mass change
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02836Flow rate, liquid level
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02881Temperature
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/042Wave modes
    • G01N2291/0427Flexural waves, plate waves, e.g. Lamb waves, tuning fork, cantilever
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10Number of transducers
    • G01N2291/105Number of transducers two or more emitters, two or more receivers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

The invention relates to a device for determining the physical parameters and chemical composition of a gas by measuring the flow of the said gas and will find application in industry and everyday life, e.g. in air conditioning and ventilation systems in order to determine air quality or to monitor other gas mixtures. With the aid of the device of the invention, more efficient gas control can be performed and comfort and safety can be ensured. The device (1) comprises a body (3) equipped with an inlet and an outlet element for providing gas flow, in which are placed the sensors (12) for gas monitoring. The device (1) is combined for the simultaneous determination of the physical parameters and the chemical components of which the gas is composed and their concentration thereof. The sensors (12) are equipped with microconsoles (13) with carefully chosen selectivity and sensitivity. It comprises means for the said simultaneous determination, each of which contains selected microconsoles (13) and an actuating element (14, 17) thereto, arranged in a common measuring chamber (11) formed inside the body (3).

Description

ПРИБОР ЗА МОНИТОРИНГ НА ГАЗОВЕGAS MONITORING DEVICE

Област на техникатаField of technology

Това изобретение се отнася до прибор за определяне на физически параметри и химическия състав на газ, чрез измерване на поток от този газ и ще намери приложение в индустрията и бита, напр. в системи за климатизация и вентилация, за определяне качеството на въздух или мониторинг на други газови смеси. С помощта на прибора от изобретението може да се осъществява по-ефективен контрол на газове и да се осигурява комфорт и безопасност.This invention relates to an apparatus for determining the physical parameters and chemical composition of a gas by measuring the flow of that gas and will find application in industry and everyday life, e.g. in air conditioning and ventilation systems, to determine air quality or to monitor other gas mixtures. With the device of the invention, more efficient gas control can be performed and comfort and safety can be ensured.

Ниво на техникатаPrior art

При мониторинг на качеството на въздух или изобщо газове се определят както физически параметри, такива като: налягане, поток, температура, вискозитет, топлопроводност, прахови частици и др., така и състав и концентрации на отделни компоненти на газа. Обичайно, всеки отделен параметър на газа се измерва с отделен специализиран сензор, притежаващ висока селективност. Така, една система за измервания или мониторинг, съдържа поне толкова различни сензори, колкото е броят на определяните параметри. От състоянието на техниката са известни разнообразни варианти на специализирани сензори, като само патентите за микросензори през последните десет години, са стотици. При това, индивидуалните сензори използват различни принципи на работа и, съответно, различни чувствителни (сензорни) елементи. Освен използването на разнообразни конструкции на споменатите сензорни елементи, тези обстоятелства водят до използването на различни технически средства за детектиране и обработка на сензорните сигнали, което усложнява калибровката и измерването на множество величини, необходими за получаване на коректни резултати. Затова е естествен стремежът да се използва минимален брой принципи на измерване, за предпочитане, един-единствен.When monitoring the quality of air or gases in general, both physical parameters are determined, such as: pressure, flow, temperature, viscosity, thermal conductivity, dust particles, etc., as well as the composition and concentrations of individual gas components. Typically, each individual gas parameter is measured with a separate specialized sensor having high selectivity. Thus, a system for measurement or monitoring contains at least as many different sensors as the number of defined parameters. Various variants of specialized sensors are known from the prior art, and only the patents for microsensors in the last ten years are hundreds. In addition, individual sensors use different operating principles and, accordingly, different sensitive (sensory) elements. In addition to the use of various designs of said sensor elements, these circumstances lead to the use of various technical means for detecting and processing sensor signals, which complicates the calibration and measurement of many quantities necessary to obtain correct results. It is therefore natural to strive to use a minimum number of measurement principles, preferably a single one.

Конкретно за сензорите за измерване на физическите параметри и химическия състав на въздух или газ, е необходимо подаване на поток от газа. За целта се използват различни допълнителни елементи за възпроизводимо формиране и транспорт на потока до сензорите. За предпочитане е да се използват минимални потоци, което изисква малки по размер сензорни елементи с висока чувствителност.Specifically for sensors for measuring the physical parameters and chemical composition of air or gas, a gas flow is required. For this purpose, various additional elements are used for reproducible formation and transport of the flow to the sensors. It is preferable to use minimal flows, which requires small sensor elements with high sensitivity.

Освен това, всеки от специализираните сензори е монтиран в корпус, и така, поради наличието на множество такива корпуси, се налага да бъде осигурен допълнителен обем за тях, а отделните сензори измерват съответния параметър в различни пространствени области (точки на измерване). Ето защо трябва да бъдат прилагани мерки за хомогенизиране на измерваните потоци или да се използват допълнителни пресмятания за отчитане на пространствените корелации между отделните измерени сигнали. Затова, специалистите в областта предпочитат използването на сензорни системи, които автоматично да съгласуват сензорните сигнали, а всички параметри да се измерват в една достатъчно малка пространствена област.In addition, each of the specialized sensors is mounted in a housing, and so, due to the presence of many such housings, it is necessary to provide additional volume for them, and the individual sensors measure the corresponding parameter in different spatial areas (measuring points). Therefore, measures should be applied to homogenize the measured flows or additional calculations should be used to take into account the spatial correlations between the individual measured signals. Therefore, those skilled in the art prefer the use of sensor systems that automatically match the sensor signals and all parameters are measured in a sufficiently small spatial area.

Отделно от това, определянето на химическия състав на газа, който може да съдържа голям брой компоненти с вариращи концентрации, е особено голямо предизвикателство. Съществуват разнообразни химически сензори, които осигуряват желана и/или необходима селективност и чувствителност, които обаче са бавни или се насищат при • · · · · · · · * :2 : ·:: ··: : ··:Apart from this, determining the chemical composition of a gas, which may contain a large number of components with varying concentrations, is a particularly major challenge. There are a variety of chemical sensors that provide the desired and / or required selectivity and sensitivity, but which are slow or saturated at • · · · · · · · *: 2: · :: ··:: ··:

···· ·· ·· ····· продължителна работа. Такива сензори са за еднократна употреба или е необходимо да бъдат периодично регенерирани. Това усложнява и оскъпява тяхното използване за мониторинг.···· ·· ·· ····· continuous operation. Such sensors are disposable or need to be regenerated periodically. This complicates and increases the cost of their use for monitoring.

Освен това, използването на специализирани сензори изисква да бъде предварително известен химическият състав на газовете. На практика, използването на специализирани сензори води или до несигурност, че всички компоненти ще бъдат регистрирани и измерени, или до ненужно оскъпяване на съответните системи, когато предварително са включени сензори за вещества, които не се съдържат в изследвания газ.In addition, the use of specialized sensors requires prior knowledge of the chemical composition of the gases. In practice, the use of specialized sensors leads either to uncertainty that all components will be registered and measured, or to an unnecessary increase in the cost of the relevant systems when sensors for substances not contained in the test gas are pre-included.

Затова, въпреки, че съществуват множество алтернативни сензорни методи за определяне на химическия състав на газ, единствено оптичната спектроскопия в избран диапазон на дължината на вълната осигурява достатъчно високи селективност, чувствителност и точност. Този метод обаче, е относително сложен, скъп и неподходящ за непрекъснат мониторинг.Therefore, although there are many alternative sensory methods for determining the chemical composition of a gas, only optical spectroscopy in a selected wavelength range provides sufficiently high selectivity, sensitivity and accuracy. However, this method is relatively complex, expensive and unsuitable for continuous monitoring.

В практиката като специализирани сензори за мониторинг на газове са известни микроконзолни сензори, които работят в статичен режим - техните еластични елементи се огъват или усукват в резултат от взаимодействието с измервания газ, при което се генерира апериодичен сензорен сигнал с променяща се амплитуда. Също така, известни са и микроконзолни сензори, които работят в (динамичен) режим на осцилация, при което техните еластични елементи се огъват или усукват периодично в зависимост от мода на трептене, като при това генерират периодични сензорни сигнали. Параметрите на споменатото трептене, като: фаза, амплитуда, резонансна честота и/или качествен фактор, наричан Q-фактор, се променят в резултат от взаимодействието на еластичните елементи с газовия поток. Затова, микроконзолните сензори са сред потенциалните кандидати за универален сензорен подход за едновременно определяне на множество физически и химически параметри на газове.In practice, microconsole sensors that operate in static mode are known as specialized gas monitoring sensors - their elastic elements bend or twist as a result of the interaction with the measured gas, which generates an aperiodic sensor signal with varying amplitude. Also known are microconsole sensors that operate in a (dynamic) mode of oscillation, in which their elastic elements bend or twist periodically depending on the oscillation mode, while generating periodic sensor signals. The parameters of said oscillation, such as: phase, amplitude, resonant frequency and / or quality factor, called Q-factor, change as a result of the interaction of the elastic elements with the gas flow. Therefore, microconsole sensors are among the potential candidates for a universal sensor approach for simultaneous determination of many physical and chemical parameters of gases.

От нивото на техниката са известни отделни микроконзолни сензори, които са използвани за измерване на различни параметри на газ. Такива са разкрити, напр.: в патент за прибор за определяне на точка на оросяване № US6,126,311; в патент прибор за за измерване на температура US 7,928,343 В2; прибори за детектиране наличието на избрани вещества са разкрити в: патент ЕР2032976АI, заявка за патент WO2004083802A2, заявка за патент US2006/0191320А1, патент US 8,481,335 В2 и др.Separate microconsole sensors are known in the art and are used to measure various gas parameters. These are disclosed, eg: in a dew point determination patent № US6,126,311; in a patent temperature measuring device US 7,928,343 B2; devices for detecting the presence of selected substances are disclosed in: patent EP2032976AI, patent application WO2004083802A2, patent application US2006 / 0191320A1, patent US 8,481,335 B2 and others.

Въпреки много голямата си чувствителност и бързодействие (обичайно, <1сек) за измерване на избран параметър или компонент на състава на газ, съществен недостатък на един микроконзолен сензор е явлението дрейф на сензорния сигнал, свързано със зависимостта на стойността на споменатия сигнал от множество параметри, като: температура, влага, налягане, електромагнитни полета, насищане на сензорния елемент и т.н. Всичко това води до затруднения, ограничава и оскъпява измерването и мониторинга на важни параметри на въздуха или газове със съществуващите в момента специализирани микроконзолни сензори. Това се отнася вкл. за приборите разкрити в по-горе цитираните патенти и заявки за патенти, които детектират и измерват единединствен параметър или са компенсирани за един-единствен неизмерван (фонов) параметър на въздух или газ.Despite its very high sensitivity and speed (usually <1 sec) for measuring a selected parameter or component of the gas composition, a significant disadvantage of a microconsole sensor is the phenomenon of drift of the sensor signal associated with the dependence of the value of said signal on many parameters. such as: temperature, humidity, pressure, electromagnetic fields, saturation of the sensor element, etc. All this leads to difficulties, limits and increases the cost of measuring and monitoring important parameters of air or gases with the existing specialized microconsole sensors. This applies incl. for the instruments disclosed in the above-cited patents and patent applications, which detect and measure a single parameter or are compensated for a single unmeasured (background) parameter of air or gas.

Ето защо е за предпочитане броят на сензорните сигнали да е равен или по-голям от броя на параметрите, които определят поведението на една микроконзола, а отделните сигнали да са получени от сензори с различна селективност към всеки от параметрите.Therefore, it is preferable that the number of sensor signals is equal to or greater than the number of parameters that determine the behavior of a microconsole, and that the individual signals are received from sensors with different selectivity for each of the parameters.

Също така, от нивото на техниката са известни микроконзолни сензори, които се използват като микрофони за регистрация на акустични вълни, предизвикани напр. от .: · · . ·. ·' .!.-.Also known in the art are microconsole sensors that are used as microphones to record acoustic waves caused by e.g. from.: · ·. ·. · '.! .-.

• · «··· *· · • з........ ···:• · «··· * · · • з ........ ···:

• · · · · ·· • ·· · · · ·· · · · · · селективно поглъщане на светлина. Примери за такива сензори са акусто-оптичните сензори разкрити, напр. в патенти: US5,753,797 и US5,933,245, както и заявки за патенти: US2015/0101395А1 и US2018/0164215А1. Приборите, описани в тези документи, са предназначени само за определяне на химическия състав на газове, но в документите няма разкритие как сензорните сигнали разграничават влиянието на другите (напр., физически) параметри на газовете.• · · · · ·· • ·· · · · · · · · · · selective light absorption. Examples of such sensors are the acousto-optical sensors disclosed, e.g. in patents: US5,753,797 and US5,933,245, as well as patent applications: US2015 / 0101395A1 and US2018 / 0164215A1. The instruments described in these documents are intended only to determine the chemical composition of gases, but the documents do not disclose how sensory signals distinguish the influence of other (eg, physical) gas parameters.

Затова, въпреки наличието на споменатите сензори, все още има необходимост от създаването на: сензори за определяне на различни физически и химически параметри, използващи един общ принцип на работа и еднакви сензорни елементи, като всеки сензор трябва да е способен да реагира селективно на един от множество параметри. Необходимо е сензорите да са достатъчно миниатюрни, бързи (време за реакция 1 10сек), разположени в една и съща малка пространствена област, за осигуряване както на пространствена кохерентност и корелация на сигналите в една система, така и на използване на минимални по обем газови потоци. За предпочитане е сензорите да са с блокова конструкция, позволяваща бърза и лесна конфигурация и пре-конфигурация, в зависимост от конкретното приложение, и да съдържат в конструкцията си функционални елементи, осигуряващи транспорта на газовия поток и обработката на сензорните сигнали, без необходимост от регенерация.Therefore, despite the presence of these sensors, there is still a need to create: sensors to determine different physical and chemical parameters using a common principle of operation and the same sensor elements, each sensor must be able to respond selectively to one of the many parameters. The sensors need to be small enough, fast (response time 1 10sec), located in the same small spatial area, to ensure both spatial coherence and correlation of signals in a system, and the use of minimum gas flows . It is preferable for the sensors to have a block construction, allowing quick and easy configuration and pre-configuration, depending on the specific application, and to contain in their construction functional elements, providing the transport of the gas flow and the processing of the sensor signals, without the need for regeneration. .

Кратко описание на изобретениетоBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Настоящото изобретение се отнася до прибор за мониторинг на газ, който се състои от тяло, снабдено с входен и изходен елементи за осигуряване на поток от газ. В тялото са поместени сензори за мониторинга на газа. Приборът от изобретението е комбиниран, а сензорите са снабдени с микроконзоли, е подбрана селективност и чувствителност. Приборът съдържа средства за едновременно определяне на физическите параметри и химическите компоненти, от които е съставен газа, и тяхната концентрация. Всяко от тези средства включва избрани микроконзоли и актюиращ елемент към тях, разположени в обща измервателна камера, формирана във вътрешността на тялото, По избор, в сензорите могат да бъдат формирани микрофлуидни елементи за модифициране на потока.The present invention relates to a gas monitoring device, which consists of a body provided with inlet and outlet elements to provide gas flow. Gas monitoring sensors are housed in the body. The instrument of the invention is combined, and the sensors are equipped with microconsoles, selectivity and sensitivity are selected. The instrument contains means for simultaneously determining the physical parameters and the chemical components of which the gas is composed and their concentration. Each of these means includes selected microconsoles and an actuating element to them, located in a common measuring chamber formed inside the body. Optionally, microfluidic elements can be formed in the sensors to modify the flow.

В един вариант на прибора от изобретението, общият брой на микроконзолите е равен или по-голям от броя на едновременно определяните параметри и компоненти, и микроконзолите са с вградени пиезорезистори, свързани в един или повече еднакви или различни диференциални измервателни мостове.In one embodiment of the instrument of the invention, the total number of microconsoles is equal to or greater than the number of simultaneously determined parameters and components, and the microconsoles have built-in piezoresistors connected in one or more identical or different differential measuring bridges.

В друго изпълнение на изобретението, броят на сензорите в прибора съответства на броя на групите от параметри, химическите компоненти на газа и концентрациите им, които се определят, а тялото на прибора от настоящото изобретение е разглобяемо.In another embodiment of the invention, the number of sensors in the instrument corresponds to the number of parameter groups, the chemical components of the gas and their concentrations to be determined, and the body of the instrument of the present invention is disassembled.

В друг вариант на прибора от изобретението, актюиращите елементи за активиране на микроконзолите са поне два, като най-малко един актюиращ елемент е предназначен за определяне на физическите параметри на газа и е избран от електротермичен, пиезоакустичен, електромагнитен елемент, а другият актюиращ елемент е инфрачервен сноп за определяне на химическите компоненти и тяхната концентрация в газа.In another embodiment of the device of the invention, the actuating elements for activating the microconsoles are at least two, at least one actuating element is designed to determine the physical parameters of the gas and is selected from electrothermal, piezoacoustic, electromagnetic element, and the other actuating element is infrared beam to determine the chemical components and their concentration in the gas.

В допълнително изпълнение, средствата за определяне на химическите компоненти и тяхната концентрация в газа се състоят от една или повече микроконзоли и актюиращ елемент инфрачервен сноп, състоящ се от един или повече монохроматични под-снопове с дължини на вълната Хк, съответстващи на линиите на поглъщане на всеки от компонентите Ak на газа. Интензитетът на всеки под-сноп е модулиран с честота, равна на резонансната честота на една от споменатите микроконзоли, предназначени за едновременно определяне на съответните компоненти Ak. В друг вариант, монохроматичните снопове са комутирани един-по-един в актюиращия елемент инфрачервен сноп, а микроконзолата е само една.In a further embodiment, the means for determining the chemical components and their concentration in the gas consist of one or more microconsoles and an infrared beam actuating element consisting of one or more monochromatic sub-beams with wavelengths Xk corresponding to the absorption lines of each of the components Ak of the gas. The intensity of each sub-beam is modulated at a frequency equal to the resonant frequency of one of said microconsoles, designed to simultaneously determine the respective components Ak. In another embodiment, the monochromatic beams are switched one by one in the actuating element infrared beam, and the microconsole is only one.

В друго изпълнение, в средствата за определяне на физическите параметри на газа актюиращият елемент за активиране на микроконзолите е електротермичен и е оформен като нагряващи се метални пътечки върху микроконзолите; или актюиращият елемент е пиезоакустичен резонатор. В допълнителен вариант, към металните пътечки е установен поне един постоянен магнит. В допълнение към този вариант, микроконзолите с метални пътечки са поне една двойка и са разположени взаимно ортогонално, а установеният към тях постоянен магнит е разположен под ъгъл а спрямо една от споменатите микроконзоли, за осигуряване на предварително зададено съотношение на сензорните сигнали от двете избрани ортогонални микроконзоли.In another embodiment, in the means for determining the physical parameters of the gas, the actuating element for activating the microconsoles is electrothermal and is formed as heating metal tracks on the microconsoles; or the actuating element is a piezoacoustic resonator. In an additional embodiment, at least one permanent magnet is attached to the metal tracks. In addition to this variant, the microconsoles with metal tracks are at least one pair and are arranged mutually orthogonally, and the permanent magnet attached to them is located at an angle a to one of said microconsoles, to provide a predetermined ratio of sensor signals from the two selected orthogonal microconsoles.

В следващо изпълнение, средствата за едновременно определяне на физическите параметри на газа съдържат микроконзоли и поне два актюиращи елемента, избрани от: електротермичен актюатор нагряващи се метални пътечки, пиезо-акустичен резонатор и метални пътечки заедно с постоянен магнит.In a further embodiment, the means for simultaneously determining the physical parameters of the gas comprise microconsoles and at least two actuating elements selected from: an electrothermal actuator, heated metal tracks, a piezo-acoustic resonator, and metal tracks together with a permanent magnet.

Кратко описание на фигуритеBrief description of the figures

Фиг. 1 показва надлъжен страничен разрез на едно изпълнение на прибор от настоящото изобретение;FIG. 1 shows a longitudinal side section of an embodiment of an instrument of the present invention;

Фиг. 2а е поглед отгоре на активен носач;FIG. 2a is a top view of an active carrier;

Фиг. 26 представя поглед отгоре на дистанционна вложка;FIG. 26 is a top view of a remote insert;

Фиг. 2в показва страничен вид на редуващи се активен носач и дистанционни вложки със съединител за галванично свързване;FIG. 2c shows a side view of an alternating active carrier and remote inserts with a connector for galvanic connection;

Фиг За показва поглед отгоре на обичаен сензор с плътно тяло и една микроконзола с два вградени пиезорезистора;Fig. 3a shows a top view of a conventional solid body sensor and a microconsole with two built-in piezoresistors;

Фиг 36 показва поглед отгоре на сензор с плътно тяло и четири микроконзоли, пиезорезисторите на които са свързани в измервателен мост;Fig. 36 shows a top view of a sensor with a solid body and four microconsoles, the piezoresistors of which are connected in a measuring bridge;

Фиг. Зв показва надлъжен страничен разрез на сензор е плътно тяло и поне една микроконзола;FIG. 3b shows a longitudinal side section of a sensor is a solid body and at least one microconsole;

Фиг 4а показва поглед отгоре на сензор с тяло, имащо формата на рамка, и съдържащ една микроконзола;Fig. 4a shows a top view of a sensor with a frame-shaped body comprising a microconsole;

Фиг 46 показва поглед отгоре на сензор с тяло, имащо формата на рамка, и съдържащ две микроконзоли с резистори, свързани в пълен мост;Fig. 46 shows a top view of a sensor with a body having the shape of a frame and comprising two microconsoles with resistors connected in a full bridge;

Фиг. 4в показва надлъжен страничен разрез на сензор с вграден микрофлуиден елемент;FIG. 4c shows a longitudinal side section of a sensor with a built-in microfluidic element;

На фиг. 5 е даден друг разрез на микрофлуидния елемент на сензор монтиран на носач;In FIG. 5 is another sectional view of the microfluidic element of a sensor mounted on a support;

На Фиг. 6 е показан надлъжен страничен разрез на прибор от изобретението с четири микроконзолни сензора с електротермично актюиране;In FIG. 6 shows a longitudinal side section of an instrument of the invention with four microconsole sensors with electrothermal activation;

На Фиг. 7 е показан надлъжен страничен разрез на прибор от изобретението с един микроконзолен сензор с електротермично актюиране;In FIG. 7 shows a longitudinal side section of an instrument of the invention with a microconsole sensor with electrothermal activation;

На Фиг. 8a е показан прибор от изобретението, съдържащ два микроконзолни сензора е актюиращ елемент пиезоакустичен резонатор;In FIG. 8a shows an instrument of the invention comprising two microconsole sensors and a piezoacoustic resonator actuating element;

На Фиг. 86 е показан поглед отгоре на активен носач с монтиран пиезоакустичен резонатор;In FIG. 86 is a top view of an active carrier with a piezoacoustic resonator mounted;

Фиг. 86 е поглед отгоре на дистанционна вложка с отвор за разполагане на пиезоакустичен резонатор;FIG. 86 is a top view of a remote insert with a hole for placing a piezoacoustic resonator;

Фиг. 9а е изглед на микроконзола е метална пътечка в надлъжно магнитно поле;FIG. 9a is a view of a microconsole is a metal track in a longitudinal magnetic field;

Фиг. 96 показва микроконзола е метална пътечка в напречно магнитно поле;FIG. 96 shows a microconsole is a metal track in a transverse magnetic field;

На Фиг. 10а е показан надлъжен страничен разрез на прибор с два микроконзолни сензора и актюиращ елемент постоянен магнит;In FIG. 10a shows a longitudinal side section of an instrument with two microconsole sensors and a permanent magnet actuating element;

Фиг. 106 е поглед отгоре на дистанционна вложка с варианти на отвори за разполагане на постоянни магнити;FIG. 106 is a top view of a remote insert with variants of openings for placing permanent magnets;

Фиг. 1 Ов представя поглед отгоре на дистанционна вложка с отвори за разполагане на постоянни магнити под ъгъл;FIG. 1 Ov presents a top view of a remote insert with holes for placing permanent magnets at an angle;

На Фиг. 11 е показан надлъжен разрез на прибор от изобретението, съдържащ три микроконзолни сензора и два актюиращи елемента: пиезоакустичен резонатор и постоянен магнит.In FIG. 11 shows a longitudinal section of an instrument of the invention comprising three microconsole sensors and two actuating elements: a piezoacoustic resonator and a permanent magnet.

Описание на изобретениетоDescription of the invention

Приборите за мониторинг на газове от настоящото изобретение са предназначени за едновременно определяне на физически параметри на газове и на техния химически състав, както и на концентрацията на отделните компоненти. За целта в приборите от настоящото изобретение се използват микросензори, съдържащи микроконзоли.The gas monitoring devices of the present invention are designed to simultaneously determine the physical parameters of gases and their chemical composition, as well as the concentration of the individual components. For this purpose, microsensors containing microconsoles are used in the devices of the present invention.

Използването на микроконзолни сензори в това изобретение има за резултат обстоятелството, че определянето на някои физически параметри с прибора от изобретението, напр. температура, скорост на потока и подобни, може да бъде осъществено директно от сигналите, осигурявани от микроконзолите на сензорите, и които сигнали са следствие от въздействието на тези параметри върху споменатите микроконзоли.The use of microconsole sensors in this invention results in the fact that the determination of certain physical parameters with the instrument of the invention, e.g. temperature, flow rate and the like, can be realized directly by the signals provided by the microconsoles of the sensors, and which signals are a consequence of the influence of these parameters on said microconsoles.

За определянето на друга група физически параметри или химически състав на газа, е необходимо микроконзолите на сензорите да бъдат активирани, напр. чрез статично или динамично огъване или усукване от актюиращ елемент.To determine another group of physical parameters or chemical composition of the gas, it is necessary to activate the microconsoles of the sensors, e.g. by static or dynamic bending or twisting by an actuating element.

В приборите от настоящото изобретение по-специално, се използват микроконзолни сензори, като от гледна точка на необходимите функции, всеки прибор е снабден с два отделни вида средства за мониторинг на газа: средства за определяне на физически параметри и средства за определяне на химическия състав и концентрации на отделните компоненти на газа. Посочените средства съдържат елементи на микроконзолни сензори и актюиращи елементи, чрез оптималното комбиниране на които се осъществяват двете допълващи се функции на прибора.In the instruments of the present invention, in particular, microconsole sensors are used, and in terms of the required functions, each instrument is provided with two separate types of gas monitoring means: means for determining physical parameters and means for determining the chemical composition, and concentrations of the individual gas components. These means contain elements of microconsole sensors and actuating elements, through the optimal combination of which the two complementary functions of the device are performed.

Тъй като един сензорен сигнал, когато е използван микроконзолен сензор, не притежва абсолютно пълна селективност към един избран параметър на газа (тъй като сензорът откликва едновременно на множество параметри на газа), е необходимо да бъдат измерени едновременно достатъчно множество независими сензорни сигнали и стойностите на всички параметри, вкл. стойността на избрания параметър, да се определят чрез пресмятане. Броят и видът на споменатото достатъчно множество сигнали от един прибор варира за всяко конкретно приложение и се определя от предварителната информация за естеството на газа и от нивото на шумовете, което е прието за приемливо.Since a sensor signal, when a microconsole sensor is used, does not have absolutely complete selectivity to a selected gas parameter (because the sensor responds to many gas parameters simultaneously), it is necessary to measure a sufficient number of independent sensor signals and the values of all parameters, incl. the value of the selected parameter to be determined by calculation. The number and type of said sufficient number of signals from one instrument varies for each particular application and is determined by the preliminary information on the nature of the gas and by the noise level which is considered acceptable.

За удобство, приборът за мониторинг на газ във всяко едно специфично приложение, може да бъде разглеждан като суперпозиция на множество сензори за обичайни приложения в конкретна област, всеки сензор е снабден с достатъчно сензорни сигнали за самостоятелно определяне с желана точност на фиксиран брой и вид параметри на газа.For convenience, the gas monitoring device in each specific application can be considered as a superposition of multiple sensors for common applications in a particular field, each sensor is equipped with sufficient sensor signals for self-determination with the desired accuracy of a fixed number and type of parameters of gas.

В този смисъл приборите от настоящото изобретение са комбинирани. Това е пояснено в детайли по-нататък в примерите, които следват, и които са предназначени да илюстрират изобретението, без да го ограничават.In this sense, the devices of the present invention are combined. This is explained in detail further in the examples that follow, which are intended to illustrate the invention without limiting it.

В настоящото разкритие термините „сензор“ и „микросензор“ са използвани взаимозаменяемо.In the present disclosure, the terms "sensor" and "microsensor" are used interchangeably.

Пример 1: Прибор с множество микроконзоли и актюация с инфрачервен снопExample 1: Device with multiple microconsoles and infrared beam activation

Това изобретение се отнася до прибор 1 за определяне на параметрите и мониторинг на поток от газ 2, както е показано на Фиг.1, представляваща напречен страничен разрез на прибора 1. След измерването, потокът 2‘ на газа се отвежда от прибора 1, който е изграден от тяло 3, снабдено с входен елемент 4 и изходен елемент 4‘, изолираща входна връзка 5 и/или изходна връзка 5‘. С помощта на връзките 5 и/или 5‘ и допълнително външно устройство, като напр. помпа или вентилатор (не показани на фигурата), се осигурява контролируемо преминаване на поток от газа 2 през прибора 1.This invention relates to an instrument 1 for determining parameters and monitoring a gas flow 2, as shown in Fig. 1, representing a cross-sectional side view of the instrument 1. After the measurement, the gas flow 2 'is discharged from the instrument 1, which is made up of a body 3 provided with an input element 4 and an output element 4 ', an insulating input connection 5 and / or an output connection 5'. By means of the 5 and / or 5 'connections and an additional external device, such as pump or fan (not shown in the figure), a controlled flow of gas 2 through the device 1 is provided.

В Пример 1, тялото 3 съдържа три плоски активни носача 6.i (i = 1, 2, 3), всеки с оформени един или множество отвори 7.i, Освен това, тялото 3 съдържа и четири дистанционни вложки 8.j (j = 1, 2, 3, 4), които се редуват с активните носачи, всяка с оформен отвор 9.j. Отворите 7.Ϊ и 9.j могат да са както с еднаква или различна форма, така и с еднакъв или различен размер. Размерът на всеки от носачите и вложките е в диапазона от бмм до 20мм, за предпочитане от 10мм до 15мм, в този пример 12мм. Дебелината на носача е от 0.2мм до около 5мм, за предпочитане от 0.5мм до 1.5мм, в този пример е 1.0мм. Входно/изходните елементи (4,4‘) и плоските елементи 6.i и 8.j са свързани разглобяемо, образувайки тялото 3, напр. с винтове и гайки 10 с подходяща дължина или по друг известен на специалистите начин. Споменатите елементи: 4, 4‘, както и отворите 7.i и 9.j, заедно формират кухина - обща измервателна камера 11 с променливо напречно сечение, чиито странични стени са непропускливи за газа. Потокът на газа 2 преминава през камерата 11, като скоростта и налягането на потока могат да бъдат варирани по нейната дължина, с което могат да бъде постигната локална промяна на режима на преминаване на газа (напр., ламинарен-неламинарен, хомогенен-нехомогенен, стационареннестационарен) и съответно, да бъде локално модифицирана чувствителността и селективността на сензорите.In Example 1, the body 3 comprises three flat active carriers 6.i (i = 1, 2, 3), each with one or more holes 7.i formed. In addition, the body 3 also contains four spacers 8.j (j). = 1, 2, 3, 4), which alternate with the active carriers, each with a shaped hole 9.j. The openings 7.Ϊ and 9.j may be of the same or different shape or of the same or different size. The size of each of the supports and inserts is in the range from bmm to 20mm, preferably from 10mm to 15mm, in this example 12mm. The thickness of the carrier is from 0.2 mm to about 5 mm, preferably from 0.5 mm to 1.5 mm, in this example is 1.0 mm. The input / output elements (4.4 ') and the flat elements 6.i and 8.j are detachably connected, forming the body 3, e.g. with screws and nuts 10 of suitable length or in another manner known to those skilled in the art. Said elements: 4, 4 ', as well as the openings 7.i and 9.j, together form a cavity - a common measuring chamber 11 with variable cross-section, the side walls of which are impermeable to gas. The gas flow 2 passes through the chamber 11, and the velocity and pressure of the flow can be varied along its length, which can achieve a local change in the mode of gas passage (eg, laminar-non-laminar, homogeneous-inhomogeneous, stationary non-stationary). ) and, accordingly, to locally modify the sensitivity and selectivity of the sensors.

Средствата за определяне на физическите параметри и химическия състав на газа 2 включват елементи на микросензори 12, като в Пример 1, най-предпочитани са един или множество пиезорезистивни микроконзолни сензори 12.m (m = 1, 2), монтирани на активните носачи 6.i. Всеки от споменатите сензори 12 съдържа една или повече микроконзоли 13.Means for determining the physical parameters and chemical composition of the gas 2 include elements of microsensors 12, and in Example 1, one or more piezoresistive microconsole sensors 12.m (m = 1, 2) mounted on the active carriers 6 are most preferred. i. Each of said sensors 12 comprises one or more microconsoles 13.

: 7.’ :: 7. ’:

« · · · · · · • · · · ·· ·· ·····«· · · · · · • · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

В настоящия пример, показан на Фиг. 1, споменатите средства за определяне на физическите параметри включват микроконзоли 13.р разположени на два сензора 12.1 и 12.2, монтирани на носачите 6.1 и 6.3. Когато е необходимо микроконзолите 13.р да се активират, средствата включват и актюиращ елемент 14, монтиран на носача 6.2, като елементът е разположен в специфичен отвор 15 на вложката 8.3. Тъй като отворът 15 е свързан с отвора 9.3, актюиращият елемент 14 също може да е разположен в общата измервателна камера 11. В този пример актюиращият елемент 14 може да бъде избран от който и да е от. електротермичен, пиезоакустичен и др., например електротермичен, както подробно е пояснено по-нататък в това описание.In the present example, shown in FIG. 1, said means for determining the physical parameters include microconsoles 13.p located on two sensors 12.1 and 12.2 mounted on the brackets 6.1 and 6.3. When it is necessary to activate the microconsoles 13.p, the means also include an actuating element 14 mounted on the support 6.2, the element being located in a specific opening 15 of the insert 8.3. Since the opening 15 is connected to the opening 9.3, the actuating element 14 may also be located in the common measuring chamber 11. In this example, the actuating element 14 can be selected from any of. electrothermal, piezoacoustic, etc., for example electrothermal, as explained in detail later in this description.

Отделно, средствата за определяне на химическия състав на газа 2 в Пример 1 включват: входно/изходни елементи 16 и 16‘, инфрачервен (ИЧ) актюиращ елемент, представляващ ИЧ сноп 17 и една или повече микроконзоли 13.к на сензора 12.1. Оптически прозрачните входно/изходни елементи 16 и 16‘ осигуряват преминаването през камерата 11 на ИЧ снопа 17, осигуряван от външно устройство, непоказано на фигурата. Обичайно, интензитетът на снопа 17 е модулиран с честота у? и осигурява актюиране на избрани микроконзоли 13.к, когато са изпълнени определени условия, пояснени понататък в примера.Separately, the means for determining the chemical composition of the gas 2 in Example 1 include: input / output elements 16 and 16 ', an infrared (IR) actuating element representing the IR beam 17 and one or more microconsoles 13.k of the sensor 12.1. The optically transparent input / output elements 16 and 16 'allow the IR beam 17 provided by an external device, not shown in the figure, to pass through the chamber 11. Usually, the intensity of the beam 17 is modulated with frequency y? and provides activation of selected microconsoles 13.k when certain conditions are explained, further explained in the example.

Поглед отгоре на един вариант на активен носач 6.i, е показан на Фиг. 2а. Той е плосък, с квадратна форма, и с оформена периферия в долната част, която осигурява множество галванично изолирани контакти изводи (пера) 18. Единственият отвор 7.i е оформен в геометричния център на носача, като около него е разположена площадка 19 за монтиране на сензор 12.т или актюиращ елемент 14 с електрическо захранване и/или управление, като площадката, обичайно за областта, е метализирана. Изводите на сензора 12 са съединени с контактните площадки 20 за жично свързване, които на свой ред са свързани галванично с контактните пера 18, разположени на периферията на носача 6.1. Чрез тях, всеки сензорен сигнал е еднозначно отнасян към съответната микроконзола 13.р/13.к, която го генерира, и всички получени сензорни сигнали се подават към съответно устройство за тяхната обработка, както е обичайно за областта.A top view of a variant of the active carrier 6.i, is shown in FIG. 2a. It is flat, square in shape, and has a shaped periphery at the bottom, which provides a plurality of galvanically isolated contacts terminals (feathers) 18. The only hole 7.i is formed in the geometric center of the carrier, and around it is a mounting platform 19 of a sensor 12.t or an actuating element 14 with power supply and / or control, the site, usually for the area, being metallized. The terminals of the sensor 12 are connected to the contact pads 20 for wire connection, which in turn are galvanically connected to the contact pins 18 located on the periphery of the carrier 6.1. Through them, each sensor signal is uniquely related to the corresponding microconsole 13.p / 13.k, which generates it, and all received sensor signals are fed to a corresponding device for their processing, as is usual for the field.

В четирите ъгъла на носача са разположени отвори 21, които се използват за сглобяване на сензорния прибор 1.Holes 21 are located in the four corners of the carrier, which are used to assemble the sensor device 1.

Когато величината, която се определя със сензора 12 е свързана с вектора на потока на газа 2, като: пренос на вещество или топлина, прахови частици и др. подобни, за предпочитане е сензорът да бъде разположен спрямо отвора 7.i с припокриване. Когато определяната величина е скаларна или изотропна, като: температура, статично налягане и подобни, за предпочитане е сензорът да бъде разположен без припокриване на отвора 1л. На Фиг. 26 е показан поглед отгоре на един вариант на дистанционна вложка 8.j (j = 1,2), която също е с квадратна форма, като в нейния геометричния център е оформен отвор 9.j. Размерът на отворът 9.j може да варира, като е избран така, че да побира непланарните елементи на монтиран сензор 12 или актюиращ елемент 14, върху съседен активен носач 6.i. Споменатите елементи обичайно са разположени в област с размери от около 1мм до около 5 мм, за предпочитане от 1.5мм до 4.0мм, в примера 3.5мм. Дебелината на вложките 8.j превишава височината на споменатите непланарни елементи и може да варира в диапазона от около 0.2мм до 2мм, за предпочитане, от 0.5мм до 1мм, например 0.8мм.When the quantity determined by the sensor 12 is related to the gas flow vector 2, such as: transfer of substance or heat, dust particles, etc. similar, it is preferred that the sensor be positioned relative to the aperture 7.i with an overlap. When the determined value is scalar or isotropic, such as: temperature, static pressure and the like, it is preferable for the sensor to be located without overlapping the opening 1l. In FIG. 26 shows a top view of a variant of the remote insert 8.j (j = 1,2), which is also square in shape, with an opening 9.j formed in its geometric center. The size of the hole 9.j may vary, being chosen to accommodate the non-planar elements of a mounted sensor 12 or an actuating element 14, on an adjacent active carrier 6.i. Said elements are usually arranged in a range of dimensions from about 1 mm to about 5 mm, preferably from 1.5 mm to 4.0 mm, in the example 3.5 mm. The thickness of the inserts 8.j exceeds the height of said non-planar elements and may vary in the range from about 0.2 mm to 2 mm, preferably from 0.5 mm to 1 mm, for example 0.8 mm.

По избор, концентрично на отвора 9.j, е оформен допълнителен монтажен елемент 22, като пръстен от проводящ метален слой, уплътнение от еластичен материал или подобен’ В четирите ъгъла на вложката 8.j са оформени съосно отвори 23, за предпочитане, идентични с отворите 21 на активния носач 6.Ϊ, които служат за сглобяване на тялото 3.Optionally, concentric to the opening 9.j, an additional mounting element 22 is formed, such as a ring of conductive metal layer, a seal of elastic material or the like. the openings 21 of the active carrier 6.Ϊ, which serve to assemble the body 3.

На Фиг. 2в е показан страничен разрез на вариант на активен носач 6.i и две дистанционни вложки 8.j. Сензорните сигнали се предават посредством електрически съединител 24, контактните пера 24.1 на който осигуряват галванична връзка между съответните пера 18 на носача 6.i и гъвкавия многопроводен кабел 24.2. Така, електрическите сигнали от сензора 12 се подават към външната система за обработка, непоказана на фигурите.In FIG. 2c shows a side section of an active carrier variant 6.i and two spacers 8.j. The sensor signals are transmitted by means of an electrical connector 24, the contact pins 24.1 of which provide a galvanic connection between the respective pins 18 of the carrier 6.i and the flexible multi-conductor cable 24.2. Thus, the electrical signals from the sensor 12 are fed to the external processing system not shown in the figures.

За специалистите в областта е ясно, че на активен носач 6.i, на който отворите 7.i са повече от един, могат да бъдат монтирани, съответно, повече от един сензори 12.т. При това, размерите и формата на отворите 9.j на съседна дистанционна вложка 8.j са такива, че побират всички непланарни елементи на сензорите. Затова, както този пример, така и следващите примери, не ограничават броя на сензорите 12.ш, монтирани на един носач 6.i.It is clear to those skilled in the art that on an active carrier 6.i, on which the openings 7.i are more than one, more than one sensor 12 can be mounted, respectively. In addition, the dimensions and shape of the openings 9.j of the adjacent remote insert 8.j are such that they can accommodate all non-planar elements of the sensors. Therefore, both this example and the following examples do not limit the number of sensors 12.sh mounted on a single carrier 6.i.

Поглед отгоре на обичаен пиезорезистивен едноконзолен сензор 12.т, използван в този пример за изпълнение на изобретението, е показан схематично на Фиг. За. Микроконзолният сензор 12.т се състои от плътно кораво тяло 25 с правоъгълна форма и една тънка еластична микроконзола 13, която може да бъде използвана както за мониторинг на физическите параметри, така и за определяне на химическите компоненти и тяхната концентрация в газа 2. Микроконзолата 13 е е дебелина от около 0.5мкм до около Юмкм, за предпочитане от 1.5мкм до 6.0 мкм, например 4мкм. В нейния фиксиран край са вградени сензорни елементи пиезорезистори 26, които променят стойността на съпротивлението си в зависимост от огъването на микроконзолата 13. Обичайно, пиезорезисторите 26 са свързани посредством проводящи пътечки 27 в диференциална мостова схема, по избор - заедно с други сензорни или пасивни елементи 26Също по избор, на повърхността на микроконзолата 13 може да бъде разположена допълнителна метална пътечка 28, която е формирана заедно е проводящите пътечки 27 или отделно от тях. Пътечката 28 може да бъде използвана с различно предназначение, като например, осъществяване на галванична връзка с избрана локална област на микроконзолата 13.A top view of a conventional piezoresistive single-cantilever sensor 12.t used in this embodiment of the invention is shown schematically in FIG. For. The microconsole sensor 12.t consists of a solid rigid body 25 with a rectangular shape and a thin elastic microconsole 13, which can be used both for monitoring the physical parameters and for determining the chemical components and their concentration in the gas 2. The microconsole 13 e is a thickness of from about 0.5 μm to about 10 μm, preferably from 1.5 μm to 6.0 μm, for example 4 μm. At its fixed end are built-in sensor elements piezoresistors 26, which change the value of their resistance depending on the bending of the microconsole 13. Typically, the piezoresistors 26 are connected by conductive paths 27 in a differential bridge circuit, optionally together with other sensor or passive elements 26Also optionally, an additional metal track 28 may be arranged on the surface of the microconsole 13, which is formed together with the conductive tracks 27 or separately from them. The path 28 can be used for various purposes, such as making a galvanic connection with a selected local area of the microconsole 13.

Захранването и изводите на моста, както и металната пътечка 28, са галванично свързани посредством допълнителни проводници (непоказани на фигурата) с контактните площадки 20.The power supply and terminals of the bridge, as well as the metal track 28, are galvanically connected by additional wires (not shown in the figure) to the contact pads 20.

Поглед отгоре на друго изпълнение на този вариант на изобретението, когато е използван микроконзолен сензор с плътно правоъгълно тяло 25 и четири микроконзоли 13.1 - 13.N (N=4) с вариращи размери, е показан на Фиг. 36. Във всяка микроконзола е вграден по един пиезорезистор 26, а пиезорезисторите са свързани в мостова схема чрез проводящи пътечки 27. По избор, на избрани микроконзоли може да бъде допълнително оформена метална пътечка 28.A top view of another embodiment of this embodiment of the invention, when a microconsole sensor with a solid rectangular body 25 and four microconsoles 13.1 - 13.N (N = 4) with varying dimensions is used, is shown in FIG. 36. One piezoresistor 26 is built into each microconsole, and the piezoresistors are connected in a bridge circuit by conductive paths 27. Optionally, a metal path 28 may be additionally formed on selected microconsoles.

Когато е необходимо, броят на микроконзолите може да е по-голям от четири, а измервателните мостове могат да бъдат повече от един, като начинът им на свързване може да е избран да бъде еднакъв или различен. Съответно, носачът 6.i е снабден е контактни площадки 20, чиито брой осигурява независимо свързване на споменатите диференциални мостове и метални пътечки.Where necessary, the number of microconsoles may be greater than four, and the measuring bridges may be more than one, and the method of connection may be chosen to be the same or different. Accordingly, the carrier 6.i is provided with contact pads 20, the number of which provides independent connection of said differential bridges and metal tracks.

В настоящото изобретение, общият брой на микроконзолите 13.р и 13.к в прибора 1, е по-голям или равен на броя на параметрите на газа 2, които се желае да бъдат едновременно определяни.In the present invention, the total number of microconsoles 13.p and 13.k in the instrument 1 is greater than or equal to the number of gas parameters 2 that are desired to be determined simultaneously.

Поглед отстрани на надлъжен разрез на сензорите от Фиг. За и Фиг. 36, е показан на Фиг.Side view of a longitudinal section of the sensors of FIG. For and FIG. 36, is shown in FIG.

• · · ·*1** : 9.· . : :.· ’·a • · * · ♦· · • · · · · · ·· ····♦• · · · * 1 **: 9. ·. ::. · ’· A • · * · ♦ · · • · · · · · · ····· ♦

Зв. Когато сензор 12.m е с така показаната конструкция, микроконзола 13 може да бъде експонирана на потока 2 на измервания газ, без ограничения на ориентацията, което е показано схематично на Фиг. Зв с двете срещуположни стрелки. Допълнително, разположението на микроконзола 13 спрямо отвора 7.Ϊ, вкл. нейния наклон, може да бъде варирано, така че да се оптимизират нейната селективност и/или чувствителност.Vol. When the sensor 12.m has the construction shown in this way, the microconsole 13 can be exposed to the flow 2 of the measured gas, without orientation restrictions, which is shown schematically in FIG. Zv with the two opposite arrows. Additionally, the location of the microconsole 13 relative to the opening 7.Ϊ, incl. its slope can be varied so as to optimize its selectivity and / or sensitivity.

В най-предпочитания вариант на изпълнение на изобретението, тялото 25 на микроконзолния сензор 12.т е с формата на правоъгълна рамка, както е показано на Фиг. 4а, поглед отгоре.In the most preferred embodiment of the invention, the body 25 of the microconsole sensor 12.t is in the shape of a rectangular frame, as shown in FIG. 4a, top view.

В едно изпълнение на този вариант, микроконзолният сензор 12.т се състои от кораво тяло 25 с оформен правоъгълен отвор 29 в горната му повърхност, в който е разположена една тънка еластична микроконзола 13. Размерите и дебелината са подобни на предишното изпълнение, като по идентичен начин са вградени сензорни елементи пиезорезистори 26. По избор, върху микроконзола 13, може да бъде разположена допълнителна метална пътечка 28.In one embodiment of this embodiment, the microconsole sensor 12.t consists of a rigid body 25 with a rectangular hole 29 formed in its upper surface, in which a thin elastic microconsole 13 is located. The dimensions and thickness are similar to the previous embodiment, as identical In this way, sensor elements of piezoresistors 26 are built-in. Optionally, an additional metal track 28 can be arranged on the microconsole 13.

Поглед отгоре на друго изпълнение на прибора 1 от Пример 1, е показан на Фиг. 46. Микроконзолният сензор 12.т с тяло 25 съдържа две микроконзоли 13.1 и 13.2 с различна дължина, разположени в отвор 29, във всяка микроконзола 13 са вградени по два отделни пиезорезистора 26, а пиезорезисторите са свързани в диференциален мост с проводящи пътечки 27, като е осигурена и обща допълнителна метална пътечка 28. По избор, броят на микроконзолите и броят на пиезорезисторите във всяка от тях може да бъде вариран, както и начинът на свързване на пиезорезисторите 26 в измервателни диференциални мостове.A top view of another embodiment of the instrument 1 of Example 1 is shown in FIG. 46. The microconsole sensor 12.t with body 25 comprises two microconsoles 13.1 and 13.2 with different lengths, located in an opening 29, in each microconsole 13 are built two separate piezoresistors 26, and the piezoresistors are connected in a differential bridge with conductive paths 27, as a common additional metal path 28 is provided. Optionally, the number of microconsoles and the number of piezoresistors in each of them can be varied, as well as the manner of connecting the piezoresistors 26 in measuring differential bridges.

Всяка от така описаните микроконзоли 13 в сензорите 12.т, може да бъде използвана за получаване на сензорен сигнал, който е с повишена селективност към един физически параметър на газа 2, като: температура, поток, наличие на прахови частици, вискозитет, топлопроводност, и др. подобни или към компонент, характеризиращ химическия състав на газа.Each of the thus described microconsoles 13 in the sensors 12.t, can be used to obtain a sensor signal that has increased selectivity to a physical parameter of the gas 2, such as: temperature, flow, presence of dust particles, viscosity, thermal conductivity, and others. similar to or to a component characterizing the chemical composition of the gas.

За постигане на селективност на сензорните сигнали от различни параметри на газа 2 в настоящото изобретение, за всяка микроконзола 13 могат да бъдат варирани: формата на тялото 25 където тя е разположена, формата, броят и/или размерите на самата микроконзола, разположението на вградените пиезорезистори 26 и/или начинът им на свързване в мост с проводящите пътечки 27, морфологията и/или свойствата на адитивни и/или субтрактивни локални структури на всяка от двете повърхности на микроконзолата, разположението на микроконзолата 13 в отвора 29, както и да бъдат използвани и други подходи за осигуряване на селективност и чувствителност на индивидуална микроконзола 13, в отклик на специфичен параметър на потока 2.To achieve selectivity of the sensor signals from different parameters of the gas 2 in the present invention, for each microconsole 13 can be varied: the shape of the body 25 where it is located, the shape, number and / or dimensions of the microconsole itself, the location of the built-in piezoresistors 26 and / or their way of connecting in a bridge with the conducting paths 27, the morphology and / or the properties of additive and / or subtractive local structures on each of the two surfaces of the microconsole, the location of the microconsole 13 in the opening 29, and to be used and other approaches to ensure selectivity and sensitivity of an individual microconsole 13, in response to a specific flow parameter 2.

Съответно, носачът 6.i е снабден с контактни площадки 20, чиито брой осигурява независимо измерване на достатъчен брой сензорни сигнали.Accordingly, the carrier 6.i is provided with contact pads 20, the number of which provides independent measurement of a sufficient number of sensor signals.

Поглед отстрани на надлъжен разрез на подобен сензор, е показан на Фиг. 4в. При това, на задната повърхност на тялото 25 на микроконзолния сензор 12.т е разположен допълнителен отвор 30, който в дълбочина на тялото е свързан с отвора 29. Така, неочаквано и непланирано се оказа, че когато тялото 25 е с формата на рамка, в сензора 12.m може да бъде формиран допълнителен микрофлуиден елемент 30, който обичайно е с трапецовидно или правоъгълно сечение, както е показано на фиг. 5. Когато елементът 30 е формиран от монокристален силиций с ориентация (100), формата, както е известно на специалистите в областта, обичайно е пресечена четиристенна пирамида.A longitudinal side view of a similar sensor is shown in FIG. 4c. In addition, on the rear surface of the body 25 of the microconsole sensor 12.t is located an additional hole 30, which in depth of the body is connected to the hole 29. Thus, unexpectedly and unplanned it turned out that when the body 25 is in the form of a frame, in the sensor 12.m, an additional microfluidic element 30 may be formed, which is usually of trapezoidal or rectangular cross-section, as shown in FIG. 5. When the element 30 is formed of single crystal silicon with orientation (100), the shape, as is known to those skilled in the art, is usually a truncated four-walled pyramid.

• · · ♦ ·« ·· * «··* · ··• · · ♦ · «·· *« ·· * · ··

110 . - ..........110. - ..........

• · · · · ·· ···· ·· · · ·····• · · · · ·· ···· ·· · · ·····

Посредством вариране на размерите на микрофлуидния елемент 30, могат да бъдат съгласувани размерите на отвора 9.j на дистанционна вложка 8.j и отвора 7.i на активен носач 6.Ϊ, с отвора 29, в който са разположени микроконзоли 13. Този вариант на изпълнение на изобретението е за предпочитане, когато се желае да бъде определен един или няколко параметри на газа зависещи векторно от потока 2, когато е необходимо да бъде реализирано специфично разпределение на споменатия поток, или когато това води до постигане на подобрена специфична чувствителност и/или селективност. Микрофлуиден елемент 30, освен за съгласуване на размерите, може да бъде използван за допълнителна промяна на скоростта и налягането на газа в областта на избрана микроконзола 13. Когато се желае, разположението на избрана микроконзола 13 в отвора 29, може да бъде варирано, така че да се оптимизират споменатите селективност и/или чувствителност, особено, когато потокът 2 е нехомогенен.By varying the dimensions of the microfluidic element 30, the dimensions of the opening 9.j of the remote insert 8.j and the opening 7.i of the active carrier 6.Ϊ can be matched with the opening 29 in which the microconsoles 13 are located. This variant of an embodiment of the invention it is preferable when it is desired to determine one or more parameters of the gas depending on the flow 2, when it is necessary to realize a specific distribution of said flow, or when this leads to an improved specific sensitivity and / or or selectivity. A microfluidic element 30, in addition to sizing, can be used to further change the velocity and pressure of the gas in the area of a selected microconsole 13. When desired, the location of a selected microconsole 13 in the opening 29 can be varied so that to optimize said selectivity and / or sensitivity, especially when flow 2 is inhomogeneous.

За предпочитане е чрез промяна на ориентацията на активния носач 6.Ϊ, съответният микроконзолен сензор 12.т да бъде ориентиран спрямо потока на измервания газ 2, както е показано със стрелка на фиг. 4в - от долната към горната страна на сензора.Preferably, by changing the orientation of the active carrier 6.Ϊ, the respective microconsole sensor 12.t is oriented relative to the flow of the measured gas 2, as shown by the arrow in FIG. 4c - from the bottom to the top of the sensor.

Поради анизотропните свойства на монокристалния материал силиций, микроконзоли 13 с вградени пиезорезистори 26, могат да бъдат ориентирани само в направлението, показано на Фиг. За, Фиг. 36, Фиг. 4а и Фиг. 46 или перпендикулярно на него.Due to the anisotropic properties of the single-crystal silicon material, microconsoles 13 with integrated piezoresistors 26 can be oriented only in the direction shown in FIG. For, FIG. 36, FIG. 4a and FIG. 46 or perpendicular to it.

Сензорите 12 могат да работят в статичен режим, като еластични микроконзоли 13 се огъват или усукват в резултат от взаимодействието с потока 2 на газа, при което се генерират множество апериодични сензорни сигнали с променяща се амплитуда. Тези сензорни сигнали могат да бъдат използвани за допълнително усилване или компенсиране на отклика на избрани сензори 12.ш в прибора 1, с което се подобрява тяхната селективност и чувствителност.The sensors 12 can operate in static mode, as elastic microconsoles 13 are bent or twisted as a result of the interaction with the gas flow 2, whereby a number of aperiodic sensor signals with varying amplitude are generated. These sensor signals can be used to further amplify or compensate for the response of selected sensors 12.sh in the instrument 1, thereby improving their selectivity and sensitivity.

Също така, сензорите 12 могат да бъдат активирани да работят в динамичен режим, когато еластичните микроконзоли 13 осцилират в модове на огъване или усукване, при което се генерират множество периодични сензорни сигнали.Also, the sensors 12 can be activated to operate in dynamic mode when the elastic microconsoles 13 oscillate in bending or twisting modes, whereby multiple periodic sensor signals are generated.

Независимо от предназначението, когато множество микроконзоли 13, чиито пиезорезистори 26 са свързани в диференциален мост се огъват синфазно, мостът остава балансиран и нивото на сензорния сигнал е равно на „нула“, обичайно, равно на нивото на фоновия шум. При резонанс на една микроконзола 13, се променят нейните амплитуда и фаза на осцилация и затова в динамичен режим, само при резонанс на микроконзола, сензорният сигнал от моста е различен от „нула“.Regardless of the purpose, when a plurality of microconsoles 13 whose piezoresistors 26 are connected in a differential bridge are bent in phase, the bridge remains balanced and the sensor signal level is equal to "zero", usually equal to the background noise level. At the resonance of a microconsole 13, its amplitude and phase of oscillation change and therefore in dynamic mode, only at the resonance of the microconsole, the sensor signal from the bridge is different from "zero".

За определяне на химическия състав на газа 2 с комбинирания прибор 1 от изобретението, през камерата 11 се пропуска инфрачервения актюиращ елемент - ИЧ сноп 17 през двата оптически прозрачни елемента: входящ 16 и изходящ 16‘. Снопът 17 може да бъде съставен от един или множество монохроматични под-снопове 17.к. Всеки под-сноп 17.к е с дължина на вълната Хк, която съответства на линия на поглъщане на определен компонент Ак от газа 2, като: азот, водни пари, кислород, въглероден диоксид, различни органични или неорганични компоненти и подобни.To determine the chemical composition of the gas 2 with the combined device 1 of the invention, the infrared actuating element - IR beam 17 is passed through the chamber 11 through the two optically transparent elements: inlet 16 and outlet 16 '. The bundle 17 may be composed of one or more monochromatic sub-bundles 17.k. Each sub-beam 17.k has a wavelength Xk, which corresponds to the absorption line of a certain component Ak from the gas 2, such as: nitrogen, water vapor, oxygen, carbon dioxide, various organic or inorganic components and the like.

При преминаване на един монохроматичен ИЧ под-сноп 17.к с дължина на вълната Хк през обема 11 между оптичните елементи 16 и 16‘, част от под-снопа 17.к се поглъща, когато в газа се съдържа компонент Ак, който има линия на поглъщане, идентична с дължина на вълната Хк. Това води до локално повишаване на температурата и налягането, а при модулиране интензитета на под-снопа 17.к с честота^, в газа се генерира акустично трептение със същата честота. Когато споменатата честотаfi съответства на резонансната честота/^ на една избрана микроконзола 13 .к, нейната амплитуда на осцилация е усилена ί 11·* · · * *··· * · *··· « * ♦· · ,· · ···· ·· ·· ····· и се генерира сензорен сигнал. Така, усилена амплитуда на сигнала от една микроконзола 13 .к, е индикация за присъствието в обема на камерата 11 на компонент Ак, чиято линия на поглъщане е равна на дължината на вълната Хк на под-сноп 17.к с модулиран интензитет е честота fi = fCk. Във всички случаи, амплитудата на осцилация на една микроконзола е мярка за концентрацията на веществото Ак, което поглъща селективно светлина е дължина на вълната Хк.Upon passing a monochromatic IR sub-beam 17.k with a wavelength Xk through the volume 11 between the optical elements 16 and 16 ', part of the sub-beam 17.k is absorbed when the gas contains a component Ak, which has a line of absorption identical to the wavelength Hk. This leads to a local increase in temperature and pressure, and when the intensity of the sub-beam 17.k is modulated with frequency ^, an acoustic oscillation with the same frequency is generated in the gas. When said frequency fi corresponds to the resonant frequency / ^ of a selected microconsole 13 .k, its oscillation amplitude is amplified ί 11 · * · · * * ··· * · * ··· «* ♦ · ·, · · ·· ·· ·· ·· ····· and a sensor signal is generated. Thus, the amplified amplitude of the signal from one microconsole 13 .k is an indication of the presence in the volume of the chamber 11 of component Ak, whose absorption line is equal to the wavelength Xk of sub-beam 17.k with modulated intensity is frequency fi = f C k. In all cases, the oscillation amplitude of a microconsole is a measure of the concentration of the substance Ak that selectively absorbs light is the wavelength Xk.

Така, неочаквано се оказа, че за предпочитане е повърхностите на споменатите микроконзоли 13.к да са пасивирани, за да не взимодействат с компонентите на газа Ак при измерване. В описания вариант за изпълнение на изобретението, функцията на прибора 1 за определяне на химически състав и концентрация на компоненти може да бъде осигурена от средства, включващи ИЧ сноп 17 и микроконзоли 13 .к, които реагират на акустичните вълни в газа 2, без да взаимодействат е отделните му компоненти. Това позволява непрекъсната работа на прибора 1, без регенерация, което е решаващо практическо предимство.Thus, it has unexpectedly turned out that it is preferable for the surfaces of said microconsoles 13.k to be passivated so as not to interact with the components of the Ac gas during measurement. In the described embodiment of the invention, the function of the instrument 1 for determining the chemical composition and concentration of components can be provided by means including an IR beam 17 and microconsoles 13k, which react to the acoustic waves in the gas 2 without interacting is its individual components. This allows continuous operation of the device 1 without regeneration, which is a decisive practical advantage.

Друго предимство на изобретението е, че микроконзолите 13 са разположени изцяло в обема на общата камера 11, при което автоматично се осигурява пространствена кохерентност на множеството сензорни сигнали, а разглобяемото тяло 3 изпълнява функцията на корпус, защитаващ крехките микроконзоли 13 при работа.Another advantage of the invention is that the microconsoles 13 are located entirely in the volume of the common chamber 11, where the spatial coherence of the plurality of sensor signals is automatically ensured, and the detachable body 3 acts as a housing protecting the fragile microconsole 13 during operation.

Изненадващо предимство на приборите от настоящото изобретение е и създадената възможност селективността и чувствителността на всяка една използвана в прибора микроконзола 13 към един избран параметър, да може да бъде подходящо подбрана посредством избора и съгласуването на различни характеристики - нейни и на елементите на прибора 1, като: разположение на активния носач 6 в тялото 3; брой, форма и размери на отворите 7 в носача 6; форма и размер на отвора 9 на дистанционната вложка 8; форма и размери на тялото 25 на сензора 12 и размери на отвора 29; форма и размери на микрофлуидния елемент 30; форма, размери, ориентация и разположение на микроконзолата 13 спрямо измервания поток газ; цялостна или локална промяна на свойствата на всяка от повърхностите на микроконзолата, вкл. на морфологията й; избор на броя, разположението и начина на свързване на вградените пиезорезистори 26 и/или на спомагателните резистори 26 ‘ в диференциален измервателен мост; избор на режима на преминаване на газа през локалната околност на разполагане на микроконзолата 13; избор на режима на работа (статичен или динамичен) и мода на осцилация в динамичен режим на микроконзолата 13; наличие на допълнителни функционални елементи: нагреватели, контактни пътечки, електроди за измерване на токове и др. подобни.A surprising advantage of the devices of the present invention is the possibility that the selectivity and sensitivity of each microconsole 13 used in the device to a selected parameter can be appropriately selected by selecting and matching different characteristics - its and the elements of the device 1, such as : location of the active carrier 6 in the body 3; number, shape and dimensions of the holes 7 in the carrier 6; shape and size of the hole 9 of the remote insert 8; the shape and dimensions of the body 25 of the sensor 12 and the dimensions of the opening 29; shape and dimensions of the microfluidic element 30; shape, dimensions, orientation and location of the microconsole 13 relative to the measured gas flow; complete or local change of the properties of each of the surfaces of the microconsole, incl. of its morphology; selection of the number, location and method of connection of the built-in piezoresistors 26 and / or the auxiliary resistors 26 'in a differential measuring bridge; selecting the mode of gas passage through the local environment of the microconsole 13; selection of the operating mode (static or dynamic) and mode of oscillation in dynamic mode of the microconsole 13; presence of additional functional elements: heaters, contact paths, electrodes for measuring currents, etc. similar.

Наличието на разнообразни подходи за вариране на селективността и чувствителността на един микроконзолен сензор 12 чрез модифициране на неговата конструкция и разположение в прибора 1, позволява с такъв прибор 1 да бъдат получени достатъчно множество независими сензорни сигнали, необходими за точно определяне на физически параметри и химически състав и концентрации на газове.The availability of various approaches for varying the selectivity and sensitivity of a microconsole sensor 12 by modifying its design and location in the device 1, allows with such a device 1 to obtain a sufficient number of independent sensor signals needed to accurately determine physical parameters and chemical composition. and gas concentrations.

Пример 2-Прибор с инфрачервена и електротермична актюация на микроконзоли В друг предпочитан вариант на изпълнение на това изобретение, показан на Фиг. 6, приборът 1 за определяне на параметрите и мониторинг на поток от газ 2, съдържа четири активни носача 6.i, всеки с монтиран сензор 12.1 -12.4, както и оптични елементи 16 и 16‘ за преминаване на ИЧ сноп 17 през измервателната камера 11.Example 2-Apparatus with Infrared and Electrothermal Actuation of Microconsoles In another preferred embodiment of this invention, shown in FIG. 6, the device 1 for determining the parameters and monitoring the flow of gas 2, contains four active carriers 6.i, each with mounted sensor 12.1 -12.4, as well as optical elements 16 and 16 'for passing the IR beam 17 through the measuring chamber 11 .

За разлика от прибора 1, описан в пример 1, снопът 17 е съставен от множество • 12· · . · .·· · · ·’· « · · · · , · · • ••е »» ·· »···♦ монохроматични под-снопове 17.к, всеки с отделна модулация на интензитета, и снопът 17 е формиран с използване на влакнеста оптика и смесител на индивидуалните подснопове 17.к. Това изпълнение дава възможност с прибора 1 да се определят едновременно компоненти Ак, от които е съставен газа 2. За целта, броят на използваните монохроматични под-снопове трябва да бъде не по-малък от броя на компонентите на газа 2, и за всеки един от тях да е осигурена микроконзола 13.к. Така, броят на микроконзолите 13.к, които са едновременно в резонанс, е индикация за броя на компонентите Ак на газа, а съответните амплитуди - за концентрацията им. За предпочитане, микроконзолите 13.к в един сензорен прибор 1 са избрани с различни резонансни честоти fCk.Unlike the instrument 1 described in Example 1, the bundle 17 is composed of a plurality • 12 · ·. ·. ·· · · · '· «· · · ·, · · • •• e» »··» ··· ♦ monochromatic sub-beams 17.k, each with separate intensity modulation, and the beam 17 is formed using fiber optics and a mixer of the individual subsets 17.k. This embodiment makes it possible to determine simultaneously with the instrument 1 the components Ak of which gas 2 is composed. For this purpose, the number of monochromatic sub-bundles used must be not less than the number of components of gas 2, and for each of which a microconsole 13.k is provided. Thus, the number of microconsoles 13.k, which are simultaneously in resonance, is an indication of the number of components Ak of the gas, and the corresponding amplitudes - for their concentration. Preferably, the microconsoles 13.k in one sensor device 1 are selected with different resonant frequencies f C k.

Както и във варианта, описан в Пример 1, средствата за определяне на физическите параметри на газа 2 включват поне толкова на брой микроконзоли 13 .р, колкото е броят на едновременно определяните параметри. Върху микроконзолите 13.р са разположени допълнителните метални пътечки 28, които в настоящия пример изпълняват функцията на актюиращ елемент 14 за огъване или усукване на споменатите микроконзоли. Металните пътечки 28, подробно показани на Фиг. За, Фиг. 36, Фиг. 4а и Фиг. 46, в случая са оформени така, че да се нагряват при протичане на електрически ток. Дебелината на нагряващите се метални пътечки 28 е между 0.1 и 5мкм, за предпочитане от 0.2 до 1 мкм, в зависимост от състава им. За предпочитане, материалът на тези елементи се избира с възможно най-голям коефициент на линейно температурно разширение, като: алуминий (АГ), мед (Си), злато (Аи) и др. В този пример, металът е алуминий с дебелина 0.8мкм. Обичайно, ширината на елементите е между 4 мкм и 30 мкм, за предпочитане, между бмкм и 15мкм, в случая 12мкм. За предпочитане, нагряващите се метални пътечки 28 са формирани едновременно с някои от останалите елементи за електрическа връзка 27. По подобен начин, металните пътечки 28 в пример 1 също могат да бъдат използвани като нагреватели.As in the embodiment described in Example 1, the means for determining the physical parameters of the gas 2 include at least as many microconsoles 13p as the number of simultaneously determined parameters. On the microconsoles 13.p are located the additional metal tracks 28, which in the present example perform the function of an actuating element 14 for bending or twisting of said microconsoles. The metal tracks 28 shown in detail in FIG. For, FIG. 36, FIG. 4a and FIG. 46, in this case are shaped so as to be heated by the flow of electric current. The thickness of the heated metal tracks 28 is between 0.1 and 5 μm, preferably from 0.2 to 1 μm, depending on their composition. Preferably, the material of these elements is selected with the highest possible coefficient of linear thermal expansion, such as: aluminum (AG), copper (Cu), gold (Ai) and others. In this example, the metal is 0.8 μm thick aluminum. Typically, the width of the elements is between 4 μm and 30 μm, preferably between bkm and 15 μm, in this case 12 μm. Preferably, the heated metal tracks 28 are formed simultaneously with some of the other electrical connection elements 27. Similarly, the metal tracks 28 in Example 1 can also be used as heaters.

При протичане на електрически ток през една нагряваща се метална пътечка 28, съответната тънка микроконзола 13.р се огъва, поради загряването и разликата на нейния коефициент на линейно температурно разширение и коефициента на материала на металната пътечка 28.When an electric current flows through a heated metal track 28, the respective thin microconsole 13.p bends due to the heating and the difference of its coefficient of linear temperature expansion and the coefficient of the material of the metal track 28.

При протичане на периодичен ток с честота fe през съответните микроконзоли 13.р, в които е интегрирана нагряваща се метална пътечка 28, те се огъват периодично със споменатата честота. Съответно, при протичане на периодичен ток е променяща се честота^, микроконзолите се огъват с честота, която е равна на моментната стойност на честотата fe на протичащия електрически ток или два пъти по-голяма. Когато токът съдържа и непериодична компонента, може да бъде елиминирана актюацията е удвоена честота. Това явление е известно на специалистите в областта и позволява микроконзолите 13.р да бъдат огъвани или усуквани по желан начин. Такова актюиране на микроконзолите се нарича електротермично (ЕТ).When a periodic current with frequency f e flows through the respective microconsoles 13.p, in which a heating metal path 28 is integrated, they bend periodically with said frequency. Accordingly, when a periodic current flows with a changing frequency, the microconsoles bend with a frequency equal to the instantaneous value of the frequency f e of the flowing electric current or twice as high. When the current also contains a non-periodic component, the double-frequency actuation can be eliminated. This phenomenon is known to those skilled in the art and allows the microconsoles 13.p to be bent or twisted in a desired manner. Such activation of microconsoles is called electrothermal (ET).

Също така е известно, че тогава, когато честотата fe на импулсния ток през нагряваща се метална пътечка 28 е близка до резонансната честота fcp на една микроконзола 13.р, нейната амплитуда на огъване се увеличава е величина, която съответства на Q-фактора й. Ето защо, увеличената амплитуда на огъване на една микроконзола 13.р, изразяваща се напр., в нарушен баланс на напрежението на измервателен мост, е индикация за това, че честотата на актюиращия импулсен ток fe и резонансната честота fcp, са с близки стойности. На специалистите в областта е известно също така, че амплитудата на огъване е максимална, когато стойностите на честотите fe и fcp са равни. Ето защо, честотата fe, при която се регистрира максимална амплитуда на огъване на една микроконзола 13.р, : 1з.· . : : ·..: . : *·.: • · · · ♦ · · • · · · · · ·· · · · · · изразена напр. в максимален сигнал на балансиран в покой мост, съответства на нейната резонансна честота fcp.It is also known that when the frequency f e of the pulse current through a heated metal path 28 is close to the resonant frequency f cp of a microconsole 13.p, its bending amplitude increases is a value that corresponds to the Q-factor j. Therefore, the increased bending amplitude of a microconsole 13.p, expressed, for example, in a disturbed voltage balance of a measuring bridge, is an indication that the frequency of the actuating pulse current f e and the resonant frequency f cp are with close values. It is also known to those skilled in the art that the bending amplitude is maximum when the values of the frequencies f e and f cp are equal. Therefore, the frequency f e at which the maximum bending amplitude of a microconsole 13.p,: 1h. :: · ..:. : * · .: • · · · ♦ · · • · · · · · · · · · · expressed e.g. in the maximum signal of a balanced at rest bridge, corresponds to its resonant frequency f cp .

При взаимодействие с газа 2, постъпващ през отворите 7.i и 9.j и микрофлуидния елемент 30, към микроконзолите 13.р, тяхното огъване и усукване се променя. Тъй като големината на промените съответства на параметрите на газа 2 по специфичен начин, тези параметри могат да бъдат определени.Upon interaction with the gas 2 entering through the openings 7.i and 9.j and the microfluidic element 30 to the microconsoles 13.p, their bending and twisting change. Since the magnitude of the changes corresponds to the parameters of gas 2 in a specific way, these parameters can be determined.

В друго изпълнение на този вариант на изобретението, когато актюиращият импулсен ток fe е сума от два или повече тока с отличаващи се честоти fei, fe2 и т.н., могат едновременно да бъдат осцилирани с увеличена амплитуда микроконзоли 13.р с различни резонансни честоти. Съответно, могат да бъдат определени едновременно промените на споменатите по-горе параметри на хармонична осцилация на повече от една от микроконзолите 13.р, при тяхното взаимодействие с газа 2.In another embodiment of this invention, when the actuating pulse current f e is the sum of two or more currents with different frequencies fei, fe2, etc., microconsoles 13.p with different resonances can be oscillated simultaneously with increased amplitude. frequencies. Accordingly, the changes of the above-mentioned harmonic oscillation parameters of more than one of the microconsoles 13.p, when they interact with the gas 2, can be determined simultaneously.

Освен това, когато електрическият ток има непериодична (вкл., постоянна) компонента, тази компонента може да бъде използвана за фина настройка на параметрите на сензорния сигнал от избрана микроконзола, като напр. настройка на напрежението на празен ход или постигане на аналогова компенсация на сигналите при определянето на два или повече различни параметри на газа 2, с две или повече микроконзоли 13.р. Затова, за предпочитане, в настоящото изобретение на всяка микроконзола 13 е разположена допълнителна метална пътечка (микронагревател) 28.In addition, when the electric current has a non-periodic (incl., Constant) component, this component can be used to fine-tune the parameters of the sensor signal from a selected microconsole, such as. setting the idle voltage or achieving analog signal compensation when determining two or more different gas parameters 2, with two or more microconsoles 13.p. Therefore, preferably, in the present invention, an additional metal track (microheater) 28 is arranged on each microconsole 13.

Така, в прибора 1, показан на Фиг. 6, средствата за определяне на физическите параметри, съдържат само микроконзоли 13.р с нагряваща се метална пътечка 28, които са подходящи както за статично, така и за динамично едновременно определяне на множество параметри на газа 2, чиито максимален брой е равен на броя на споменатите микроконзоли. Примери за такива параметри са: поток на вещества или топлина, температура, налягане, вискозитет, топлопроводност, влажност, наличие и концентрация на избрани химически вещества и др. подобни.Thus, in the device 1 shown in FIG. 6, the means for determining the physical parameters contain only microconsoles 13.p with a heated metal path 28, which are suitable for both static and dynamic simultaneous determination of multiple parameters of the gas 2, the maximum number of which is equal to the number of said microconsoles. Examples of such parameters are: flow of substances or heat, temperature, pressure, viscosity, thermal conductivity, humidity, presence and concentration of selected chemicals, etc. similar.

В това изпълнение повърхностите на всички микроконзоли могат да бъдат модифицирани така, че микроконзолите 13.к и 13.р да не адсорбират компоненти на газа 2.In this embodiment, the surfaces of all microconsoles can be modified so that the microconsoles 13.k and 13.p do not adsorb gas components 2.

В друго предпочитано изпълнение на същия вариант, ИЧ активиращият елемент - снопът 17 е надлъжен на тялото 3, като входно/изходните елементи 4 и 4’ са използвани и като оптичен вход/изход 16 и 16 .В този вариант, отделните микроконзоли 13.к се разполагат извън оптичния път на снопа 17. За целта се избират подходящи форма и размери на отворите 7.Ϊ и 9.j, както е обичайно за областта.In another preferred embodiment of the same embodiment, the IR activating element - the beam 17 is extended to the body 3, as the input / output elements 4 and 4 'are also used as an optical input / output 16 and 16. In this embodiment, the individual microconsoles 13.k are located outside the optical path of the beam 17. For this purpose, suitable shapes and sizes of the openings 7.Ϊ and 9.j are selected, as is customary for the field.

В най-предпочитаното изпълнение на този вариант, снопът 17 е формиран от множество под-снопове от тясноспектърни лазери 17.к, каквито са твърдотелните или газовите лазери, всеки с фиксирана дължина на вълната λκ и отделен модулатор, като напр., с използване на влакнеста оптика, се формира снопът 17.In the most preferred embodiment of this embodiment, the beam 17 is formed by a plurality of sub-beams of narrow-spectrum lasers 17.k, such as solid-state or gas lasers, each with a fixed wavelength λκ and a separate modulator, such as, using fiber optics, the beam is formed 17.

Така, неочаквано бе установено, че показаният на Фиг. 6 прибор 1, съдържащ средства за определяне на химическия състав на газ 2, които включват оптически вход 16 и изход 16 за преминаване на ИЧ светлинен сноп 17, който е ИЧ актюиращ елемент и е съставен от дискретно множество монохроматични под-снопове 17.к, всеки с различна дължина на вълната λκ· и модулиран интензитет, е подходящ за едновременно детектиране на множество компоненти Ак на газ, когато броят на микроконзолите 13 .к съответства на броя на споменатите монохроматични лазерни под-снопове, амплитудите на които са модулирани с честоти fk, равни на резонансните честоти fck на съответните микроконзоли 13 .к.Thus, it was unexpectedly found that the one shown in FIG. 6 is an apparatus 1 comprising means for determining the chemical composition of a gas 2, which includes an optical input 16 and an output 16 for passing an IR light beam 17, which is an IR actuating element and is composed of a discrete plurality of monochromatic sub-beams 17.k, each with a different wavelength λκ · and modulated intensity, is suitable for the simultaneous detection of multiple gas components Ak, when the number of microconsoles 13 .k corresponds to the number of said monochromatic laser sub-beams, the amplitudes of which are modulated with frequencies fk , equal to the resonant frequencies f c k of the respective microconsoles 13 .k.

Този вариант на изобретението не ограничава ориентацията и броя на микроконзолите * · ♦ » rf · ♦ • · « ·M : i4.‘ . : : . . '..j • · · ♦· · ♦ • · · · · · · · · · · · ·This embodiment of the invention does not limit the orientation and number of microconsoles * · ♦ »rf · ♦ • ·« · M: i4. ’. ::. . '..j • · · ♦ · · ♦ • · · · · · · · · · · ·

13.k в равнината XY.13.k in the XY plane.

В един друг особено предпочитан вариант на изпълнение на настоящото изобретение, средствата за определяне на химическия състав на газ 2, включват поне два оптически прозрачни елемента - вход 16 и изход 16‘, ИЧ актюиращ елемент - ИЧ светлинен сноп 17, както е илюстрирано на примера от Фиг. 7, и една-единствена микроконзола 13.к от множеството микроконзоли 13, разположени върху един-единствен микросензор 12.1. При промяна на дължината на вълната λk на снопа 17, който е с модулиран интензитет с честота fi, при достигане на линията на поглъщане на един компонент Aj от газа, той поглъща светлината и предизвиква акустични трептения. Трептенията могат да бъдат регистрирани със споменатата единствена микроконзола 13.к, при условие, че снопът 17 е модулиран с честота fi, равна на или близка до, резонансната честота fck на споменатата единствена микроконзола.In another particularly preferred embodiment of the present invention, the means for determining the chemical composition of gas 2 include at least two optically transparent elements - inlet 16 and outlet 16 ', an IR actuating element - an IR light beam 17, as illustrated in the example of FIG. 7, and a single microconsole 13.k of the plurality of microconsoles 13 located on a single microsensor 12.1. When the wavelength λk of the beam 17, which has a modulated intensity with frequency fi, changes, upon reaching the absorption line of one component Aj of the gas, it absorbs light and causes acoustic oscillations. The oscillations can be registered with said single microconsole 13.k, provided that the beam 17 is modulated with a frequency fi equal to or close to, the resonant frequency fck of said single microconsole.

Когато дължината на вълната λί на снопа се променя с времето, а амплитудата на снопа е модулирана с честота, равна на резонансната честота fck на избраната микроконзола 13.к, усилената амплитуда на сензорния сигнал от микроконзолата 13.к е индикация за присъствието на компонент А с линия на поглъщането, която съответства на моментната стойност на дължината на вълната λί. Така този вариант на прибора 1 е подходящ за последователно детектиране на множество компоненти At, Aj+i, ... на газа 2.When the wavelength λί of the beam changes with time and the amplitude of the beam is modulated with a frequency equal to the resonant frequency fck of the selected microconsole 13.k, the amplified amplitude of the sensor signal from the microconsole 13.k is an indication of the presence of component A with an absorption line corresponding to the instantaneous value of the wavelength λί. Thus, this variant of the instrument 1 is suitable for sequential detection of many components At, Aj + i, ... of the gas 2.

В най-предпочитаното изпълнение на това изобретение, показано на Фиг. 7, снопът 17 е монохроматичен във всеки момент време t, дължината на вълната му λ(ί) се променя с времето по известен закон λ = λ(ί), а средствата за определяне на химическия състав съдържат една-единствена микроконзолата 13.к, при което интензитетът на снопа 17 е модулиран с честота fi равна на резонансната честота fin на споменатата единствена микроконзола 13.к. По този начин, когато се променя дължината на вълната λ(ί) могат да бъдат последователно регистрирани множество компоненти Ai на газа 2.In the most preferred embodiment of this invention, shown in FIG. 7, the beam 17 is monochromatic at any time t, its wavelength λ (ί) changes with time according to a known law λ = λ (ί), and the means for determining the chemical composition contain a single microconsole 13.k, wherein the intensity of the beam 17 is modulated with a frequency fi equal to the resonant frequency fin of said single microconsole 13.k. Thus, when the wavelength λ (ί) changes, multiple components Ai of gas 2 can be sequentially registered.

В друго изпълнение на това изобретение, монохроматичният сноп 17 е съставен от множество под-снопове 17.к от тясноспектърни лазери, каквито са твърдотелните или газовите лазери, всеки с фиксирана дължина на вълната λί. Снопът е формиран напр. с използване на влакнеста оптика, комутатор за избор на един от лазерите и един общ модулатор на интензитета на споменатите лазери, с честота fi равна на резонансната честота fin на единствената микроконзола 13.к, предназначена за определяне на химическия състав на газа 2.In another embodiment of this invention, the monochromatic beam 17 is composed of a plurality of sub-beams 17.k of narrow-spectrum lasers, such as solid-state or gas lasers, each with a fixed wavelength λί. The bundle is formed e.g. using fiber optics, a switch for selecting one of the lasers and a common intensity modulator of said lasers, with a frequency fi equal to the resonant frequency fin of the single microconsole 13.k, designed to determine the chemical composition of the gas 2.

В още едно друго изпълнение на изобретението, монохроматичният сноп 17 е получен от широкоспектърен източник, напр. полупроводников лазер, и монохроматор, каквито са известни на специалистите в областта.In yet another embodiment of the invention, the monochromatic beam 17 is obtained from a broad spectrum source, e.g. semiconductor laser, and a monochromator as known to those skilled in the art.

В описания вариант на изпълнение на изобретението, докато средствата за определяне на химическия състав на газа 2 включват само една-единствена микроконзола 13.к, то средствата за определяне на физическите параметри на газа 2 могат да включват множество микроконзоли 13.р с микронагреватели 28, поместени върху същия микросензор 12.1. Такъв прибор е подходящ за последователно детектиране на множество компоненти Ак на газове, с висока степен на времева и пространствена кохерентност на едновременно измерените сензорни сигнали за определяне на физическите параметри, необходими за точно определяне на всеки от параметрите на газа.In the described embodiment of the invention, while the means for determining the chemical composition of the gas 2 include only a single microconsole 13.k, the means for determining the physical parameters of the gas 2 may include a plurality of microconsoles 13.p with microheaters 28, placed on the same microsensor 12.1. Such an instrument is suitable for sequentially detecting multiple components Ak of gases, with a high degree of temporal and spatial coherence of simultaneously measured sensor signals to determine the physical parameters needed to accurately determine each of the gas parameters.

Пример 3 -Прибор с инфрачервена и пиезоакустична актюация на микроконзолиExample 3 -Device with infrared and piezoacoustic actuation of microconsoles

В един друг вариант на изпълнение на изобретението, показан на Фиг. 8а, микро.: ·* · . ·. ” .ι :15.' . ί ’ . ’ • · · ♦ · * · • · · · · · · · · · · · · конзолните сензори 12.m са два: 12.1. и 12.2, и са монтирани на два носача 6.1 и 6.3, а дистанционните вложки са четири 8.1 - 8.4.In another embodiment of the invention shown in FIG. 8a, micro .: · * ·. ·. ”.Ι: 15. ' . it's. ’• · · ♦ · * · • · · · · · · · · · · · console sensors 12.m are two: 12.1. and 12.2, and are mounted on two brackets 6.1 and 6.3, and the remote inserts are four 8.1 - 8.4.

При това, микроконзолите от сензора 12.1 са част от средствата за мониторинг на химическия състав и за определяне на обичайни физически параметри на газ 2, например температура, налягане и подобни, а микроконзолите на сензора 12.2 са част от средствата за определяне и мониторинг на специфични физически параметри на газа 2, например вискозитет, топлинен капацитет и подобни. На носача 6.2 е монтиран пиезоакустичен (ПА) резонатор 31, който изпълнява функцията на актюиращ елемент 14 за огъване или усукване на микроконзолите 13.р за определяне на физическите параметри, а на дистанционната вложка 8.3 е оформен отвор 32 за разполагане на споменатия резонатор 31.In addition, the microconsoles of the sensor 12.1 are part of the means for monitoring the chemical composition and for determining normal physical parameters of gas 2, such as temperature, pressure and the like, and the microconsoles of the sensor 12.2 are part of the means for determining and monitoring specific physical gas parameters 2, eg viscosity, heat capacity and the like. A piezoacoustic (PA) resonator 31 is mounted on the support 6.2, which performs the function of an actuating element 14 for bending or twisting the microconsoles 13.p to determine the physical parameters, and a hole 32 for forming said resonator 31 is formed on the remote insert 8.3.

Всички микроконзоли 13 от сензора 12.1, необозначени на фигурата, с изключение на една избрана микроконзола 13.к, са предназначени за определяне на обичайно множество физически параметри на газа 2, докато спомената 13.к, подобно на предходния пример, е предназначена за определяне на химическите компоненти и техните концентрации в газа 2.All microconsoles 13 of the sensor 12.1, not indicated in the figure, with the exception of one selected microconsole 13.k, are designed to determine a common set of physical parameters of the gas 2, while said 13.k, like the previous example, is designed to determine chemical components and their concentrations in the gas 2.

Останалите микроконзоли 13.р (р 7 к) от сензорите 12.1 и 12.2, могат да бъдат осцилирани, посредством акустични трептения на газа 2 в камерата 11. Трептенията са създадени от допълнителен елемент 31, напр. ПА резонатор 31 или друг прибор с подобна функция. За целта, ПА или друг резонатор 31, е монтиран на модифицирания активен носач 6.2, както е показано на Фиг. 86. Резонаторът 31 е монтиран частично над отвора 7 и при подадено подходящо напрежение, той генерира акустични вълни в обема на камерата 11. За целта, на вложката 8.3 е оформен допълнителен отвор 32, който е свързан с отвора 9 и, чиито общи размери са такива, че е побран ПА резонатора 31, без да е в контакт със стените на отвора 32. Тъй като отворът 32 е свързан с отвора 9.3 на вложката 8.3, резонаторът 31 е поместен изцяло в общата камера 11 с малък обем, което повишава ефективността на акустично трептене на газа.The remaining microconsoles 13.p (p 7 k) of sensors 12.1 and 12.2 can be oscillated by means of acoustic oscillations of the gas 2 in the chamber 11. The oscillations are created by an additional element 31, e.g. PA resonator 31 or other instrument with a similar function. For this purpose, a PA or other resonator 31 is mounted on the modified active carrier 6.2, as shown in FIG. 86. The resonator 31 is partially mounted above the hole 7 and when a suitable voltage is applied, it generates acoustic waves in the volume of the chamber 11. For this purpose, an additional hole 32 is formed on the insert 8.3, which is connected to the hole 9 and whose overall dimensions are such that the PA resonator 31 is housed without contact with the walls of the hole 32. Since the hole 32 is connected to the hole 9.3 of the insert 8.3, the resonator 31 is housed entirely in the common chamber 11 with a small volume, which increases the efficiency of acoustic vibration of the gas.

Микроконзолите 13.р откликват на акустичните вълни, като се огъват или усукват, а когато вълните са с честота fa, която е близка до резонансната честота fcp на някоя микроконзола 13.р, съответната амплитуда на актюиране е увеличена. При това, няма допълнителни изисквания за пространствена ориентация на споменатите микроконзоли, които да се налагат от използването на ПА резонатор 31. Така, посредством промяна на честотата fa на генерираните акустични вълни, могат да бъдат определени промените на характеристиките на хармоничното трептене на всяка от еластичните микроконзоли 13.р, като: резонансна честота, амплитуда и фаза на трептенето, качествен фактор, които промени са в резултат от взимодействието на микроконзолата с газа 2. Съответно, могат да бъдат определени промените на споменатите характеристики при взаимодействие на микроконзолите 13.р е компонентите на газа 2, което позволява използването им за неговото точно охарактеризиране.Microconsoles 13.p respond to acoustic waves by bending or twisting, and when the waves have a frequency f a that is close to the resonant frequency f cp of a microconsole 13.p, the corresponding activation amplitude is increased. However, there are no additional requirements for the spatial orientation of said microconsoles to be imposed by the use of a PA resonator 31. Thus, by changing the frequency f a of the generated acoustic waves, changes in the characteristics of the harmonic oscillation of each of the elastic microconsoles 13.p, such as: resonant frequency, amplitude and phase of oscillation, quality factor, which changes are a result of the interaction of the microconsole with gas 2. Accordingly, changes in the mentioned characteristics can be determined by the interaction of microconsoles 13.p is the components of gas 2, which allows their use for its accurate characterization.

За специалистите в областта е ясно, че когато един ПА резонатор 31 е избран подходящо, той може да осигури акустични трептения в желан честотен диапазон. За предпочитане е дисков резонатор с минимален размер и с отвор в средата, монтиран симетрично спрямо отвора 9.j. Вкл., резонансната честота на микроконзолата 13.к предназначена за определяне на химическите компоненти и честотният диапазон на резонатора 31, могат да бъдат избрани така, че по избор резонаторът 31 да актюира или да не актюира микроконзолата 13.к с резонансна амплитуда. Също така е ясно, че когато са използвани повече от един резонатори 31, посредством едновременното им въздействие върху газа 2 в камерата 11, може да бъде ускорено сканирането по честота и/или да се повиши • 4 · *···· :16:' ·: :: ‘Ч · ··· 4» ······· ефективността на акустичното активиране.It will be apparent to those skilled in the art that when a PA resonator 31 is appropriately selected, it can provide acoustic oscillations in a desired frequency range. Preferably, a disk resonator with a minimum size and a hole in the middle is mounted symmetrically to the hole 9.j. Including, the resonant frequency of the microconsole 13.k designed to determine the chemical components and the frequency range of the resonator 31 can be selected so that the resonator 31 optionally activates or does not activate the microconsole 13.k with resonant amplitude. It is also clear that when more than one resonator 31 is used, by simultaneously acting on the gas 2 in the chamber 11, the frequency scanning can be accelerated and / or increased: 4 : * ····: 16: '·: ::' Ч · ··· 4 »······· the efficiency of acoustic activation.

Мястото на разполагане на един или множество модифицирани активни носачи 6.i с ПА резонатори 31 в прибора 1, може да бъде избрано така, че допълнително да осигурява максимална ефективност на тяхната работа.The location of one or more modified active carriers 6.i with PA resonators 31 in the device 1 can be selected so as to further ensure maximum efficiency of their operation.

Така показаният на Фиг. 8а прибор 1, включващ както поне един модифициран носач 6.i с монтиран ПА резонатор 31 или друг източник на акустични трептения, така и една или повече дистанционни 8.j вложки с допълнителни отвори 32 за поместване на източника 31, е подходящ за актюирането на множество, произволно ориентирани микроконзоли 13.р. Малкият обем на измервателната камера 11, осигурява повишена ефективност на акустичното прехвърляне на енергия от източника 31 към микроконзолите 13.р, както и времева и пространствена кохерентност на сензорните сигнали.Thus shown in FIG. 8a, a device 1 comprising at least one modified carrier 6.i with a PA resonator 31 or other acoustic oscillation source mounted, and one or more remote 8.j inserts with additional openings 32 to accommodate the source 31, is suitable for activating multiple, randomly oriented microconsoles 13.p. The small volume of the measuring chamber 11 provides increased efficiency of the acoustic energy transfer from the source 31 to the microconsoles 13.p, as well as the temporal and spatial coherence of the sensor signals.

Пример 4 - Прибор с инфрачервена и електромагнитна актюация на множество микроконзолиExample 4 - Device with infrared and electromagnetic actuation of multiple microconsoles

В друг предпочитан вариант на изпълнение на прибора 1 за мониторинг на газ от изобретението, средствата за определяне на физическите параметри, включват избрано множество микроконзоли 13.р, на които са оформени метални пътечки 28 за тяхното актюиране във външно магнитно поле В. В този пример металните пътечки заедно с източника на магнитното поле В, изпълняват функцията на актюиращия елемент 14 за активиране на микроконзолите 13.р, което е независимо от състава на газа 2. Такива микроконзоли са показани на Фиг. 9а и Фиг. 96. Магнитното поле В е създадено от напр. постоянен магнит, непоказан на фигурите. За да бъдат актюирани микроконзолите, металните пътечки 28 са оформени така, че през тях да протича ток в диапазона от 0.01мА до 10мА, за предпочитане от 0.05мА до 5мА, без съществено загряване на микроконзолите. Прието е такова актюиране на микроконзолите да се нарича електромагнитно (ЕМ).In another preferred embodiment of the gas monitoring device 1 of the invention, the means for determining the physical parameters include a selected plurality of microconsoles 13.p, on which are formed metal tracks 28 for their activation in an external magnetic field B. In this example the metal tracks, together with the source of the magnetic field B, perform the function of the actuating element 14 for activating the microconsoles 13.p, which is independent of the composition of the gas 2. Such microconsoles are shown in FIG. 9a and FIG. 96. The magnetic field B is created by e.g. permanent magnet not shown in the figures. In order to activate the microconsoles, the metal paths 28 are shaped so that a current flows in them in the range from 0.01 mA to 10 mA, preferably from 0.05 mA to 5 mA, without substantially heating the microconsoles. It is customary to call such activation of microconsoles electromagnetic (EM).

Когато протичащият ток I(fe) е апериодичен, в т.ч. постоянен, огъването на микроконзолата е синфазно с тока и апериодично, в т.ч., постоянно. Когато протичащият ток I(fe) е периодичен с честота fe, а една микроконзола 13.р е разположена в постоянно магнитно поле (B=const), както е показано на Фиг. 9а или Фиг. 96, на нея действат периодични електромагнитни сили F(fe) с честота fe, посоката и силата на които зависят от посоката на магнитното поле В и големината на тока I(fe).When the current I (f e ) is aperiodic, incl. constant, the bending of the microconsole is in phase with the current and aperiodically, incl., constant. When the current I (f e ) is periodic with frequency f e and a microconsole 13.p is located in a constant magnetic field (B = const), as shown in FIG. 9a or FIG. 96, it is acted upon by periodic electromagnetic forces F (f e ) with frequency f e , the direction and strength of which depend on the direction of the magnetic field B and the magnitude of the current I (f e ).

В примера, показан на Фиг. 9а, когато магнитните силови линии са ориентирани надлъжно на микроконзолата IЗ.р, се генерира Лоренцовата сила Fc(fe), перпендикулярна на повърхността на микроконзолата, която действа само на участъка, в който направлението на металната пътечка 28 е различно от направлението на магнитните силови линии. Съответно, при промяна на честотата на импулсния ток l(fe), микроконзолата може да бъде огъвана под действието на споменатата сила Fc(fe), като огъването е с увеличена амплитуда, когато честотата на тока I(fe) съвпада с резонансна честота fCk на огъване.In the example shown in FIG. 9a, when the magnetic field lines are oriented along the Micro-IZ.r is generated Lorentz force F c (f e), perpendicular to the surface of Micro-which acts only on the portion in which the direction of the metal track 28 is different from the direction of magnetic field lines. Accordingly, when changing the pulse current frequency l (f e ), the microconsole can be bent under the action of said force F c (f e ), the bending being of increased amplitude when the current frequency I (f e ) coincides with resonant frequency f C k of bending.

Алтернативно, в примера показан на Фиг. 96, когато магнитните силови линии са ориентирани напречно на микроконзолата 13.р, се генерира двойка Лоренцови сили Fc(fe), перпендикулярни на нейната повърхност, които действат на участъците, в които металната пътечка 28 е ориентирана в направление, което е различно от направлението на магнитното поле В. Такава двойка сили усуква микроконзолата 13.р около нейната надлъжна ос. Съответно, при промяна на честотата на импулсния ток I(fe),Alternatively, in the example shown in FIG. 96, when the magnetic field lines are oriented transversely to the microconsole 13.p, a pair of Lorentz forces F c (fe) is generated, perpendicular to its surface, which act on the sections in which the metal track 28 is oriented in a direction different from the direction of the magnetic field B. Such a pair of forces twists the microconsole 13.p around its longitudinal axis. Accordingly, when the pulse current frequency I (f e ) changes,

микроконзолата 13.р се усуква периодично под действието на споменатата двойка сили Fctfe), а когато честотата fe на тока съвпада с резонансна честота fck на усукване, усукването е с увеличена амплитуда.the microconsole 13.p is twisted periodically under the action of said pair of forces Fctfe), and when the frequency f e of the current coincides with the resonant frequency fck of torsion, the torsion is of increased amplitude.

Така, неочаквано бе установено, че ефективността на актюиране на една микроконзола 13.р, може да бъде модулирана чрез избора на нейната ориентация спрямо магнитното поле В. Когато се цели използване на модове на огъване, най-ефективно е поле, което е ориентирано надлъжно на избраната микроконзола. Когато се цели използване на модове на усукване - най-ефективно е поле, което е ориентирано перпендикулярно (напречно) на микроконзолата 13.р.Thus, it was unexpectedly found that the activation efficiency of a microconsole 13.p can be modulated by choosing its orientation relative to the magnetic field B. When aiming to use bending modes, the most effective is a field that is oriented longitudinally. on the selected microconsole. When the goal is to use torsion modes - the most effective is a field that is oriented perpendicularly (transversely) to the microconsole 13.p.

Съответно, използването на външно магнитно поле В позволява актюиране на микроконзоли 13.р в различни модове на осцилация, когато честотата на импулсния ток I(fe) е близка до съответните резонансни честоти fck на огъване или усукване.Accordingly, the use of an external magnetic field B allows the activation of microconsoles 13.p in different oscillation modes when the pulse current frequency I (fe) is close to the corresponding resonant frequencies fck of bending or twisting.

Друго важно предимство на сензорите 12 с ЕМ актюация е това, че една и съща амплитуда на осцилация може да бъде постигната с електрически ток I(fe), чиято стойност при ЕМ актюация, в зависимост от стойността на магнитното поле, е от 10 до над 30 пъти по-малка от тока, необходим за ЕТ актюация, което води до намаляване със 100 и повече пъти нежелано нагряване на микроконзолите 13.р и сензорите 12.Another important advantage of sensors 12 with EM activation is that the same oscillation amplitude can be achieved with an electric current I (f e ), whose value at EM activation, depending on the value of the magnetic field, is from 10 to more than 30 times less than the current required for ET activation, which leads to a reduction of 100 and more times unwanted heating of the microconsoles 13.p and the sensors 12.

Един вариант на реализация на прибор 1 е ЕМ актюация, е показан на Фиг. 10а. Активните носачи са два, на всеки от които е монтиран по един сензор 12,m (m = 1, 2). Постоянното магнитно поле В е генерирано от един постоянен магнит 33, разположен в отвор 34, формиран в дистанционната вложка 8.3. Вид отгоре на една такава дистанционна вложка 8.j, е показан на Фиг. 106. При това ширината w на отвора 34 и дебелината d на вложката се избират така, че да съответстват на размерите на постоянния магнит 33. За предпочитане, w ~d, а постоянният магнит е избран с цилиндрична форма, диаметърът на който е приблизително равен и по-малък от споменатите размери w и d.One embodiment of device 1 is EM actuation, shown in FIG. 10a. There are two active carriers, each of which is equipped with a sensor 12, m (m = 1, 2). The permanent magnetic field B is generated by a permanent magnet 33 located in an opening 34 formed in the spacer insert 8.3. A top view of such a remote insert 8.j is shown in FIG. 106. In this case, the width w of the hole 34 and the thickness d of the insert are chosen to correspond to the dimensions of the permanent magnet 33. Preferably, w ~ d and the permanent magnet is chosen to be cylindrical in shape, the diameter of which is approximately equal to and smaller than said sizes w and d.

Отворите 34 могат да бъдат повече от един и да са ориентирани в различни направления, спрямо ориентацията на микроконзолите 13.р. Когато един отвор 34, е ориентиран спрямо две взаимно перпендикулярни микроконзоли под ъгъл а, който е различен от 0° или 90° (при което 0°< а < 90°), съответният магнит 33, може да бъде използван за едновременно актюиране на споменатите микроконзоли, за сметка на намалена сила на актюация Fk(fe). Така, неочаквано бе установено, че за всеки две ортогонални микроконзоли 13.р, напр., ориентирани по направленията X и Y, дори когато се желае тяхно осцилиране с еднакви модове или огъване в статичен режим при протичане на един и същ ток I(fe), може да бъде определен ъгъл а на разполагане на магнита 33 спрямо направлението X, както е показано схематично на Фиг. 1 Ов, така че съответните сензорни сигнали да бъдат с избрано отношение, вкл., да бъдат еднакви или различни. Това позволява напр., аналогова компенсация на амплитудите на сензорните сигнали от две или повече микроконзоли 13.р, когато те измерват селективно различни параметри на газа 2. Алтернативно и когато това е възможно, подобна компенсация може да бъде осигурена чрез промяна на големините на токовете I(fe) през металните пътечки 28.The openings 34 may be more than one and be oriented in different directions, relative to the orientation of the microconsoles 13.p. When one hole 34 is oriented relative to two mutually perpendicular microconsoles at an angle a other than 0 ° or 90 ° (where 0 ° <a <90 °), the corresponding magnet 33 can be used to simultaneously activate said microconsoles, at the expense of reduced actuation force Fk (f e ). Thus, it was unexpectedly found that for every two orthogonal microconsoles 13.p, eg, oriented in the X and Y directions, even when it is desired to oscillate them with the same modes or bend them in static mode under the same current I (fe ), an angle a of the magnet 33 relative to the X direction can be determined, as shown schematically in FIG. 1 Ov, so that the respective sensor signals are of the selected ratio, incl., Identical or different. This allows, for example, analog compensation of the amplitudes of the sensor signals from two or more microconsoles 13.p when they selectively measure different gas parameters 2. Alternatively and where possible, such compensation can be provided by changing the magnitudes of the currents. I (f e ) through metal tracks 28.

Така, показаният на Фиг. 10а прибор 1, включващ дистанционна вложка 8.j с отвор 34 за поместване на постоянен магнит 33, е подходящ както за актюирането на множество различно ориентирани микроконзоли 13.р с метални пътечки 28, така и за постигане на желани съотношения на сензорните сигнали от тях, при многократно (>100 пъти) намалено нагряване на микроконзолите в сравнение със случая, когато е използвана ЕТ актюация. Мястото на разполагане в прибора 1 и ориентацията на една модифицирана дистанционна вложка 8.j с монтирани в нея постоянни магнити 33, може да бъде избрано така, че да осигурява желано отношение на сензорни сигнали от предварително избрани микроконзоли с ЕМ актюация.Thus, the one shown in FIG. 10a, a device 1 comprising a remote insert 8.j with an opening 34 for accommodating a permanent magnet 33 is suitable both for activating a plurality of differently oriented microconsoles 13.p with metal tracks 28 and for achieving desired ratios of sensor signals therefrom. , with repeatedly (> 100 times) reduced heating of the microconsoles compared to the case when ET actuation was used. The location in the device 1 and the orientation of a modified remote insert 8.j with permanent magnets 33 mounted therein can be selected so as to provide the desired ratio of sensor signals from pre-selected EM-activated microconsoles.

Когато през металната пътечка 28 протича постоянен ток Ie = const, съответната микроконзола 13.р може да бъде използвана за статично измерване. Когато през метална пътечка 28 протича периодичен ток 1е с честота fe, съответната микроконзола 13.р може да бъде използвана за динамично измерване на даден параметър на газа 2. При това, енергията за актюиране на микроконзолите 13.р, може да бъде намалена повече от 100 пъти в сравнение с ЕТ актюация с подобна амплитуда. When a direct current I e = const flows through the metal track 28, the corresponding microconsole 13.p can be used for static measurement. When a periodic current 1 e of frequency f e flows through a metal path 28, the corresponding microconsole 13.p can be used to dynamically measure a gas parameter 2. In doing so, the actuation energy of the microconsoles 13.p can be reduced. more than 100 times compared to ET activation with similar amplitude.

Всички микроконзоли 13, с изключение на една избрана, напр. 13.1 от сензора 12.1, са предназначени за определяне на обичайни параметри на газа 2. Микроконзолата 13.1 може да бъде актюирана с помощта на ИЧ актюиращ елемент - монохроматичен ИЧ сноп 17, който е с модулиран интензитет, с честота ft равна или близка до нейната резонансна честота fci. Аналогично на Примери 2 и 3, когато в обема на камерата 11 се съдържа компонент Ак с линия на поглъщане, която съответства на дължината Хк на снопа 17, усилена амплитуда на осцилация на микроконзолата 13.1, е индикация за наличието на компонент Акв газа 2. Така с една микроконзола 13.1, последователно, вещество-повещество могат да бъдат определяни концентрациите на специфичните химически компоненти на газа 2, без тя да взаимодейства директно с тях. Затова, такъв сензор е подходящ за непрекъсната работа, без регенерация.All microconsoles 13 except one selected, e.g. 13.1 of the sensor 12.1, are designed to determine the usual parameters of the gas 2. The microconsole 13.1 can be activated using an IR actuating element - monochromatic IR beam 17, which has a modulated intensity, with a frequency ft equal to or close to its resonant frequency f c i. Analogously to Examples 2 and 3, when the volume of the chamber 11 contains a component Ak with an absorption line corresponding to the length Xk of the beam 17, the amplified oscillation amplitude of the microconsole 13.1 is an indication of the presence of a component Akv gas 2. Thus with one microconsole 13.1, sequentially, substance-substance, the concentrations of the specific chemical components of gas 2 can be determined without it interacting directly with them. Therefore, such a sensor is suitable for continuous operation without regeneration.

Пример 5 - Прибор с три актюиращи елементаExample 5 - Device with three actuating elements

Един друг вариант на реализация на настоящото изобретение е показан на Фиг. 11, при който се използват два различни начина за активиране на микроконзолите 13, предназначени за определяне на физическите параметри на газа 2. Приборът 1 съдържа четири активни носача 6.1 - 6.4 и шест дистанционни вложки 8.1 - 8.6. Сензорите 12.1., 12. 2 и 12.3 са монтирани съответно на носачите 6.1., 6.3 и 6.4. На носача 6.2 е монтиран ПА резонатор 31, като е поместен в отвор 32, формиран във вложката 8.3. В отвор 34 на вложката 8.5 е монтиран постоянен магнит 33.Another embodiment of the present invention is shown in FIG. 11, in which two different ways of activating the microconsoles 13 are used, intended for determining the physical parameters of the gas 2. The device 1 contains four active carriers 6.1 - 6.4 and six remote inserts 8.1 - 8.6. The sensors 12.1., 12. 2 and 12.3 are mounted on the brackets 6.1., 6.3 and 6.4 respectively. A PA resonator 31 is mounted on the support 6.2 and is placed in an opening 32 formed in the insert 8.3. A permanent magnet 33 is mounted in the opening 34 of the insert 8.5.

Когато през металните пътечки 28 на микроконзоли 13, които се желае да бъдат с ЕМ актюация, протича постоянен електрически ток, стойността на тока може да бъде избрана така, че да бъдат постигнати желаните статични стойности на сензорните сигнали на отделните избрани микроконзоли. По избор, тази настройка се извършва в присъствие или отсъствие на поток от газ 2.When a constant electric current flows through the metal tracks 28 of the microconsoles 13, which are desired to be EM activated, the current value can be selected so as to achieve the desired static values of the sensor signals of the individual selected microconsoles. Optionally, this setting is performed in the presence or absence of gas flow 2.

Едновременно с това, в обема на камерата lie помощта на акустичния резонатор 31 се генерират акустични вълни с честота^, а при протичането и на променлив ток с честота fe през металните пътечки 28, микроконзолите 13 се разтрептяват допълнително и с тази честота.At the same time, in the volume of the chamber lie with the help of the acoustic resonator 31 acoustic waves with frequency ^ are generated, and when alternating current with frequency fe passes through the metal tracks 28, the microconsoles 13 are additionally shaken with this frequency.

Когато споменатите честоти fa wfe, са с близки или значително отличаващи се стойности, могат да бъдат използвани допълнителни външни елементи за хетеродинно смесване и/или фазова детекция на споменатите различни честоти, както е известно на специалистите в областта. Така може да се постигне повишена точност на анализа на сигналите, напр. за точно определяне на амплитудата, фазата и честотата на осцилация на избрана микроконзола 13. Тъй като приборът 1 съдържа два независими актюиращи елемента, между които може да бъде генерирано биене или да бъде определена фазовата разлика между акустичната вълна и ЕМ осцилацията на микроконзолата 13, характеристиките на осцилация на всяка микроконзола 13 могат да бъдат определени сWhen said frequencies f a wfe have close or significantly different values, additional external elements for heterodyne mixing and / or phase detection of said different frequencies may be used, as is known to those skilled in the art. Thus, increased accuracy of signal analysis can be achieved, e.g. to accurately determine the amplitude, phase and oscillation frequency of a selected microconsole 13. Since the instrument 1 contains two independent actuating elements, between which a beat can be generated or the phase difference between the acoustic wave and the EM oscillation of the microconsole 13 can be determined, the characteristics of the oscillation of each microconsole 13 can be determined by

допълнително повишена точност.further increased accuracy.

За специалистите в областта е ясно, че споменатите хетеродинно смесване и/или фазова детекция е актюиращ елемент 14 могат да бъдат прилагани и към микроконзолите 13.к, които са актюирани с инфрачервен сноп 17 в примерите от 1 до 4, без ограничение.It will be apparent to those skilled in the art that said heterodyne mixing and / or phase detection is an actuating element 14 may also be applied to the microconsoles 13k, which are activated by an infrared beam 17 in Examples 1 to 4, without limitation.

Сензорите 12.т са многоконзолни, като всеки сензор осигурява сигнали за определяне на различни групи величини. Напр., по избор, микроконзолите на сензора 12.1 и ПА резонатор 31 могат да бъдат избрани така, че сензорните сигнали самостоятелно от този сензор да са достатъчни за определянето на едно обичайно множество физически параметри на газа 2 е желана точност, независимо от наличието на магнитно поле. Микроконзолите на сензорите 12.3 и ориентацията на постоянния магнит 33 могат да бъдат избрани така, че техните статични и/или динамични сигнали да служат за точно определяне на друго множество специфични физични параметри на газа. Накрая, една част микроконзолите 13.к на сензора 12.2 са предназначени за определяне на химическия състав на газа и приблизителната концентрация на компонентите му чрез актюиране е инфрачервен сноп 17. Останалите микроконзоли 13.р на сензора 12.2. са предназначени за определяне на специфични физически параметри, като: вискозитет, топлопроводност или др. подобни, необходими за допълнително уточняване на споменатите концентрации на компонентите на газа 2.The 12.t sensors are multi-console, as each sensor provides signals for determining different groups of quantities. For example, optionally, the microconsoles of the sensor 12.1 and the PA resonator 31 can be selected so that the sensor signals from this sensor alone are sufficient to determine a common set of physical parameters of the gas 2 is the desired accuracy, regardless of the presence of magnetic field. The microconsoles of the sensors 12.3 and the orientation of the permanent magnet 33 can be selected so that their static and / or dynamic signals serve to accurately determine another set of specific physical parameters of the gas. Finally, one part of the microconsoles 13.k of the sensor 12.2 are designed to determine the chemical composition of the gas and the approximate concentration of its components by activation is an infrared beam 17. The other microconsoles 13.p of the sensor 12.2. are designed to determine specific physical parameters, such as: viscosity, thermal conductivity, etc. similar, necessary to further specify said concentrations of gas components 2.

За специалистите в областта е ясно, че елементи от всеки от посочените варианти за изпълнение на изобретението, могат да бъдат комбинирани свободно в един сензорен прибор 1. За предпочитане е, всеки от отделните сензори 12.т да съдържа множество микроконзоли 13, чиито брой и конструкции да осигуряват определянето на специфично множество физически параметри и/или състав на газа, обичайни за дадена област на индустрията или живота. Това позволява, както бързо и лесно окомплектоване на прибора 1 за конкретно приложение, така и времева и пространствена кохерентност на достатъчен брой сензорни сигнали, необходими за точно определяне на параметрите на газа. Ключово предимство е използването на микроконзолни сензори, които не се нуждаят от регенерация и могат да работят непрекъснато.It will be apparent to those skilled in the art that elements of each of said embodiments of the invention may be freely combined in a single sensor device 1. Preferably, each of the individual sensors 12m comprises a plurality of microconsoles 13, the number and constructions to provide the determination of a specific set of physical parameters and / or gas composition common to an industry or life. This allows both quick and easy assembly of the instrument 1 for a specific application, as well as temporal and spatial coherence of a sufficient number of sensor signals necessary for accurate determination of the gas parameters. A key advantage is the use of microconsole sensors that do not require regeneration and can operate continuously.

За специалистите в областта е ясно, че за определяне параметрите на газове, всеки от описаните варианти за актюиране на микроконзоли - ЕТ, ПА и ЕМ, могат да бъдат използвани заедно с ИЧ сноп или самостоятелно в произволни комбинации.It is clear to those skilled in the art that to determine the gas parameters, each of the described options for activating microconsoles - ET, PA and EM, can be used together with the IR beam or alone in arbitrary combinations.

Claims (12)

1. Прибор за мониторинг на газ, състоящ се от тяло, снабдено с входен и изходен елементи за осигуряване на поток от газ, при което в тялото са поместени сензори за мониторинга на газа, характеризиращ се с това, че приборът (1) е комбиниран за едновременно определяне на физическите параметри и на химическите компоненти, от които е съставен газа, и тяхната концентрация, при което сензорите (12) са снабдени с микроконзоли (13) с подбрана селективност и чувствителност, като приборът (1) съдържа средства за споменатото едновременно определяне на физическите параметри и химическите компоненти и тяхната концентрация в газа, всяко от които включва избрани микроконзоли (13) и актюиращ елемент (14, 17) към тях, разположени в обща измервателна камера (11), формирана във вътрешността на тялото (3), и по избор в сензорите (12) са оформени микрофлуидни елементи (30) за модифициране на потока на газа.Gas monitoring device consisting of a body provided with inlet and outlet elements for providing gas flow, in which gas monitoring sensors are placed in the body, characterized in that the device (1) is combined for simultaneous determination of the physical parameters and of the chemical components of which the gas is composed and their concentration, at which the sensors (12) are provided with microconsoles (13) with selected selectivity and sensitivity, the instrument (1) containing means for said simultaneous determination of the physical parameters and chemical components and their concentration in the gas, each of which includes selected microconsoles (13) and an actuating element (14, 17) to them, located in a common measuring chamber (11) formed inside the body (3) , and optionally microfluidic elements (30) are formed in the sensors (12) to modify the gas flow. 2. Прибор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че общият брой на микроконзолите (13) е равен или по-голям от броя на едновременно определяните параметри и компоненти, и микроконзолите (13) са с вградени пиезорезистори (26), свързани в един или повече еднакви или различни диференциални измервателни мостове.Apparatus according to claim 1, characterized in that the total number of microconsoles (13) is equal to or greater than the number of simultaneously determined parameters and components, and the microconsoles (13) have built-in piezoresistors (26) connected in one or more identical or different differential measuring bridges. 3. Прибор съгласно претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че броят на сензорите (12), включени в прибора (1), съответства на броя на групите от параметри, химическите компоненти на газа и концентрациите им, които се определят.Device according to claims 1 and 2, characterized in that the number of sensors (12) included in the device (1) corresponds to the number of groups of parameters, the chemical components of the gas and their concentrations to be determined. 4. Прибор съгласно претенции от 1 до 3, характеризиращ се е това, че тялото (3) на прибора (1) е разглобяемо.Device according to claims 1 to 3, characterized in that the body (3) of the device (1) is detachable. 5. Прибор съгласно претенции от 1 до 4, характеризиращ се с това, че актюиращите елементи (14, 17) за активиране на микроконзолите (13) са поне два, като наймалко един актюиращ елемент (14) е предназначен за определяне на физическите параметри на газа и е избран от електротермичен, пиезоакустичен, електромагнитен елемент, а другият актюиращ елемент е инфрачервен сноп (17) за определяне на химическите компоненти и тяхната концентрация в газа.Device according to claims 1 to 4, characterized in that the actuating elements (14, 17) for activating the microconsoles (13) are at least two, at least one actuating element (14) is intended for determining the physical parameters of gas and is selected from an electrothermal, piezoacoustic, electromagnetic element, and the other actuating element is an infrared beam (17) for determining the chemical components and their concentration in the gas. 6. Прибор съгласно претенция 5, характеризиращ се е това, че средствата за определяне на химическите компоненти и тяхната концентрация в газа се състоят от една или повече микроконзоли (13.к) и актюиращ елемент инфрачервен сноп (17), състоящ се от един или повече монохроматични под-снопове (17.к) с дължини на вълната Хк, съответстващи на линиите на поглъщане на всеки от компонентите Ак на газа, като интензитетът на всеки под-сноп (17.к) е модулиран с честота, равна на резонансната честота на една от споменатите микроконзоли (13.к), предназначени за едновременно определяне на съответните компоненти Ак.Apparatus according to claim 5, characterized in that the means for determining the chemical components and their concentration in the gas consist of one or more microconsoles (13.k) and an actuating element infrared beam (17) consisting of one or more more monochromatic sub-beams (17.k) with wavelengths Hk corresponding to the absorption lines of each of the gas components Ak, the intensity of each sub-beam (17.k) being modulated with a frequency equal to the resonant frequency of one of the mentioned microconsoles (13.k), intended for simultaneous determination of the respective components Ac. 7. Прибор съгласно претенция 6, характеризиращ се с това, че монохроматичните снопове (17.к) са комутирани един-по-един в актюиращия елемент инфрачервен сноп (17), а микроконзолата 13.к е само една.Device according to claim 6, characterized in that the monochromatic beams (17.k) are switched one by one in the actuating element infrared beam (17), and the microconsole 13.k is only one. 8. Прибор съгласно всяка предходна претенция, характеризиращ се с това, че в средствата за определяне на физическите параметри на газа актюиращият елемент (14) за активиране на микроконзолите (13) е електротермичен и е оформен като нагряващи се метални пътечки (28) върху микроконзолите (13).Device according to any one of the preceding claims, characterized in that in the means for determining the physical parameters of the gas, the actuating element (14) for activating the microconsoles (13) is electrothermal and is formed as heating metal tracks (28) on the microconsoles. (13). 9. Прибор съгласно претенции от 1 до 7, характеризиращ се с това, че в средствата за определяне на физическите параметри на газа актюиращият елемент (14) е пиезоакуетичен резонатор (31).Apparatus according to claims 1 to 7, characterized in that in the means for determining the physical parameters of the gas, the actuating element (14) is a piezoacoustic resonator (31). 10. Прибор съгласно претенции от 1 до 7, характеризиращ се с това, че средствата за определяне на физическите параметри на газа съдържат като актюиращ елемент (14) метални пътечки (28) върху микроконзолите (13) и установен към тях в тялото (3) поне един постоянен магнит (33).Apparatus according to claims 1 to 7, characterized in that the means for determining the physical parameters of the gas comprise as an actuating element (14) metal tracks (28) on the microconsoles (13) and mounted thereon in the body (3). at least one permanent magnet (33). 11. Прибор съгласно претенция 10, характеризиращ се с това, че съдържа поне една двойка микроконзоли (13), разположени взаимно ортогонално, а установеният към тях постоянен магнит (33) е разположен под ъгъл а спрямо една от споменатите микроконзоли (13), които всички са снабдени с метални пътечки (28), за осигуряване на предварително зададено съотношение на сензорните сигнали от двете избрани ортогонални микроконзоли (13).Device according to claim 10, characterized in that it comprises at least one pair of microconsoles (13) arranged mutually orthogonally, and the permanent magnet (33) attached to them is arranged at an angle a to one of said microconsoles (13), which all are provided with metal tracks (28) to provide a predetermined ratio of sensor signals from the two selected orthogonal microconsoles (13). 12. Прибор съгласно всяка една от предходните претенции, характеризиращ се с това, че средствата за едновременно определяне на физическите параметри на газа съдържат микроконзоли (13) и поне два актюиращи елемента (14), избрани от: електротермичен актюатор нагряващи се метални пътечки (28), пиезоакустичен резонатор (31) и метални пътечки (28) заедно с постоянен магнит (33).Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that the means for simultaneously determining the physical parameters of the gas comprise microconsoles (13) and at least two actuating elements (14) selected from: an electrothermal actuator, heated metal tracks (28) ), a piezoacoustic resonator (31) and metal tracks (28) together with a permanent magnet (33).
BG112997A 2019-09-17 2019-09-17 Gas monitoring device BG112997A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG112997A BG112997A (en) 2019-09-17 2019-09-17 Gas monitoring device
PCT/IB2020/056597 WO2021053410A1 (en) 2019-09-17 2020-07-14 Gas monitoring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BG112997A BG112997A (en) 2019-09-17 2019-09-17 Gas monitoring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BG112997A true BG112997A (en) 2021-03-31

Family

ID=71728836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BG112997A BG112997A (en) 2019-09-17 2019-09-17 Gas monitoring device

Country Status (2)

Country Link
BG (1) BG112997A (en)
WO (1) WO2021053410A1 (en)

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PT760474E (en) 1995-09-04 2004-10-29 Siemens Building Tech Ag FOTOACUSTIC DETECTOR OF GAS AND ITS UTILIZATION
US5933245A (en) 1996-12-31 1999-08-03 Honeywell Inc. Photoacoustic device and process for multi-gas sensing
US6126311A (en) 1998-11-02 2000-10-03 Claud S. Gordon Company Dew point sensor using mems
US7288404B2 (en) * 2002-04-29 2007-10-30 Regents Of The University Of California Microcantilevers for biological and chemical assays and methods of making and using thereof
US20060177349A1 (en) 2003-03-18 2006-08-10 Jacob Thaysen Chemical sensor
US7207206B2 (en) 2004-02-19 2007-04-24 Ut-Battelle, Llc Chemically-functionalized microcantilevers for detection of chemical, biological and explosive material
KR100631208B1 (en) * 2004-07-20 2006-10-04 삼성전자주식회사 Apparatus for detecting bio-bonding using electromagnetic and detecting method using the same
US20080011058A1 (en) * 2006-03-20 2008-01-17 The Regents Of The University Of California Piezoresistive cantilever based nanoflow and viscosity sensor for microchannels
WO2008020903A2 (en) 2006-05-10 2008-02-21 Drexel University Self-exciting, self-sensing piezoelectric cantilever sensor for detection of airborne analytes directly in air
US8481335B2 (en) 2006-11-27 2013-07-09 Drexel University Specificity and sensitivity enhancement in cantilever sensing
US7928343B2 (en) 2007-12-04 2011-04-19 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Microcantilever heater-thermometer with integrated temperature-compensated strain sensor
US9513261B2 (en) 2013-10-14 2016-12-06 Infineon Technologies Ag Photoacoustic gas sensor device and a method for analyzing gas
US10466174B2 (en) 2016-12-13 2019-11-05 Infineon Technologies Ag Gas analyzer including a radiation source comprising a black-body radiator with at least one through-hole and a collimator
DE102016124910A1 (en) * 2016-12-20 2018-06-21 Endress+Hauser Flowtec Ag Gas analyzer and gas analyzer

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021053410A1 (en) 2021-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5189914A (en) Plate-mode ultrasonic sensor
US5129262A (en) Plate-mode ultrasonic sensor
US5719324A (en) Microcantilever sensor
Wysocki et al. Influence of molecular relaxation dynamics on quartz-enhanced photoacoustic detection of CO 2 at λ= 2 μm
Hajjaj et al. A resonant gas sensor based on multimode excitation of a buckled microbeam
Zhou et al. Zeolite-modified microcantilever gas sensor for indoor air quality control
JP3910217B2 (en) Chemical sensor
CN101371132B (en) Self-exciting, self-sensing piezoelectric cantilever sensor
Fu et al. Small-volume highly-sensitive all-optical gas sensor using non-resonant photoacoustic spectroscopy with dual silicon cantilever optical microphones
US7784327B2 (en) Reduction of pressure induced temperature influence on the speed of sound in a gas
JP4913032B2 (en) Electrostatic measurement of chemical reactions based on stress
JP7055543B2 (en) Gas sensor and its operation method
KR20080053502A (en) Hydrogen sensor
US9164080B2 (en) System and method for sensing NO
JP6042774B2 (en) Sample sensor and sample sensing method
JP2749451B2 (en) Gas sensor composed of surface acoustic wave components
Qi et al. High-precision photoacoustic nitrogen dioxide gas analyzer for fast dynamic measurement
JP2947904B2 (en) Oxygen sensing method and device
BG112997A (en) Gas monitoring device
JP2006275999A (en) Surface acoustic wave device and utilization method therefor
JP2007240297A (en) Spherical surface acoustic wave element and spherical optical element
JPH1114580A (en) Gas sensor with multilevel sensitivity circuit
RU2533692C1 (en) Multiplexer acoustic array for &#34;electronic nose&#34; and &#34;electronic tongue&#34; analytical instruments
JP4437022B2 (en) Measuring method and biosensor device using a vibrator used for tracking chemical reactions and analyzing conditions in the fields of biochemistry, medicine and food
JP6466533B2 (en) Sample sensor and sample sensing method