BR102017015638A2 - SIMULATOR / CALIBRATOR DEVICE FOR TESTING IN GAS MIXER ANALYZERS, NITROGEN OXYGEN MIXER SYSTEM OR ANY INERTS GASES - Google Patents
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Abstract
resumo ?dispositivo simulador/calibrador para testes em analisadores de misturas de gases, em sistema misturador oxigenio em nitrogenio ou qualquer gases inertes? para detecção de falhas no sistema, através de simulações e calibração do analisador do misturador. o dispositivo checa a integridade da sonda de oxigênio eletroquímica além das condições do analisador do misturador também faz simulações no analisador para vários parâmetros, indicando ao técnico com grande precisão e rapidez solução de eventuais problemas, trazendo maior segurança no ar estéril usado em hospitais.simulator / calibrator device for testing in gas mixture analyzers, oxygen mixing system in nitrogen or any inert gases? for system fault detection through mixer analyzer simulations and calibration. The device checks the integrity of the electrochemical oxygen probe in addition to the conditions of the mixer analyzer and also simulates the analyzer for various parameters, indicating to the technician with great precision and speedy solution of eventual problems, bringing greater safety in the sterile air used in hospitals.
Description
“DISPOSITIVO SIMULADOR/CALIBRADOR PARA TESTES EM ANALISADORES DE MISTURAS DE GASES, EM SISTEMA MISTURADOR DE OXIGÊNIO EM NITROGÊNIO OU QUAISQUER GASES INERTES”“SIMULATOR / CALIBRATOR DEVICE FOR TESTS IN GAS MIXTURE ANALYZERS, IN NITROGEN OXYGEN MIXER SYSTEM OR ANY INERT GASES”
Introdução:Introduction:
[001]Refere-se o presente relatório descritivo ao pedido de patente de invenção para um dispositivo que permite a calibração e simulação em sistemas de misturador de oxigênio e nitrogênio para composição de ar atmosférico estéril, para hospitais. O dispositivo possibilita a detecção de falhas no sistema através de simulações e também possibilita a calibração do analisador do misturador. Através de uma de suas conexões o dispositivo checa a integridade da sonda de oxigênio tipo eletroquímica e o analisador das misturas e também faz simulações no analisador para vários parâmetros de referências.[001] This descriptive report refers to the patent application for a device that allows calibration and simulation in oxygen and nitrogen mixer systems for composing sterile atmospheric air, for hospitals. The device allows the detection of system failures through simulations and also allows the calibration of the mixer analyzer. Through one of its connections the device checks the integrity of the electrochemical type oxygen probe and the mixer analyzer and also simulates the analyzer for various reference parameters.
Comentários da técnica:Technique comments:
[002]O sistema misturador de oxigênio e nitrogênio é utilizado em hospitais para composição do ar estéril, igualmente ao ar atmosférico, porém sem nenhum tipo de contaminação, utilizado principalmente por pacientes internados em quartos e UTIs, Este sistema é ligado a grandes tanques de oxigênio e nitrogênio. Assim, através desses tanques de grande capacidade os gases são conduzidos para um misturador, o qual tem a função de efetuar a mistura na proporção correta para formar o ar sintético. Esta mistura deve ser precisamente monitorada e para isto é utilizado um sistema de análise, o qual geralmente é utilizado aos pares por questão de extrema segurança para que, caso ocorra algum tipo de falha em um, o outro assume a[002] The oxygen and nitrogen mixer system is used in hospitals for the composition of sterile air, also in atmospheric air, but without any type of contamination, used mainly by inpatients in rooms and ICUs. This system is connected to large tanks of oxygen and nitrogen. Thus, through these large-capacity tanks the gases are taken to a mixer, which has the function of mixing in the correct proportion to form synthetic air. This mixture must be precisely monitored and for this purpose an analysis system is used, which is generally used in pairs for reasons of extreme security so that, in the event of any type of failure in one, the other assumes the
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2/9 monitoração, assim, este monitora do sistema para manter a proporção de oxigênio na mistura. A proporção deverá estar em torno de 20.9 % de oxigênio, sendo o restante de nitrogênio, exatamente igual ao ar atmosférico que respiramos. A leitura desta proporção é feita por uma célula eletroquímica, sendo esta um sensor que emite mais ou menos corrente elétrica de acordo com o percentual de oxigênio presente na mistura, corrente esta que deverá esta na faixa de normalidade entre 95 a 20 microamperes.2/9 monitoring, thus, it monitors the system to maintain the oxygen ratio in the mixture. The proportion should be around 20.9% oxygen, the remainder being nitrogen, exactly the same as the atmospheric air we breathe. The reading of this proportion is made by an electrochemical cell, which is a sensor that emits more or less electric current according to the percentage of oxygen present in the mixture, which current should be in the normal range between 95 to 20 microamperes.
[003]Um dos grandes problemas enfrentados nestes sistemas misturadores de oxigênio e nitrogênio está exatamente no analisador e sua célula sensora que, como foi dito, monitora estas misturas, sendo responsável por desligar todo o sistema misturador quando detecta qualquer irregularidade ou desproporção. Quando tal evento ocorre entra um sistema auxiliar igualmente ao principal para manter o fornecimento da mistura para o hospital, porém, nesses casos os gases serão fornecidos por cilindros, ou seja, com pouca capacidade de demanda exigindo movimentação em curto período, obrigando o fornecedor a disponibilizar veículos levando e trazendo esses cilindros até a normalização do sistema principal.[003] One of the major problems faced in these oxygen and nitrogen mixing systems is exactly in the analyzer and its sensor cell, which, as has been said, monitors these mixtures, being responsible for turning off the entire mixing system when it detects any irregularity or disproportion. When such an event occurs, an auxiliary system also enters the main system to maintain the supply of the mixture to the hospital, however, in these cases the gases will be supplied by cylinders, that is, with little demand capacity requiring movement in a short period, forcing the supplier to make vehicles available bringing and bringing these cylinders until the main system normalizes.
[004]Quando ocorre qualquer irregularidade automaticamente o sistema misturador cai, ou seja, desativa a circulação dos gases pelas tubulações através de eletroválvulas bloqueadoras. A normalização depende de um técnico enviado pela empresa responsável pelo fornecimento dos gases, o qual tem a função de checar todo o sistema que envolve este misturador, tais como: tubulações, eletroválvulas, o (CLP) controlador lógico[004] When any irregularity occurs automatically, the mixer system falls, that is, it deactivates the circulation of gases through the pipes through blocking solenoid valves. Normalization depends on a technician sent by the company responsible for supplying the gases, which has the function of checking the entire system that involves this mixer, such as: pipes, solenoids, the logic controller (PLC)
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3/9 programável, o próprio misturador e principalmente o sistema de análise.3/9 programmable, the mixer itself and mainly the analysis system.
[005]Situações em que ocorre a desativação do sistema.[005] Situations in which the system is deactivated.
[006]A desativação ou bloqueio do sistema acontece por algumas irregularidades tais como, quando o percentual de oxigênio monitorado pelo analisador acusa uma variação fora da tolerância, seja para cima ou para baixo do valor especificado. Cabo de comunicação com a célula sensora danificado. Problema físico como eletroválvulas danificadas ou válvulas dos tanques. Célula sensora com sinal irregular, se desgastando, saindo das faixas de especificação de sua corrente elétrica, picos de tensão quando a energia cai e entra sistema auxiliar, ocorrendo interrupção e volta abrupta, sendo que neste caso o analisador pode apresentar um defeito que impede a normalização da leitura. Assim quando ocorre tais problemas o analisador os detecta, e envia sinais para o CLP que toma a iniciativa de desativar o sistema controlando as eletroválvulas de bloqueio.[006] System deactivation or blocking occurs due to some irregularities, such as when the percentage of oxygen monitored by the analyzer shows a variation outside the tolerance, either above or below the specified value. Communication cable with damaged sensor cell. Physical problem such as damaged solenoid valves or tank valves. Sensor cell with irregular signal, wearing out, leaving the specification ranges of its electrical current, voltage peaks when the energy falls and the auxiliary system enters, occurring an interruption and abrupt return, in which case the analyzer may present a defect that prevents the normalization of reading. So when such problems occur, the analyzer detects them, and sends signals to the PLC, which takes the initiative to deactivate the system by controlling the blocking solenoid valves.
[007]A maioria destas situações de defeitos é relacionada diretamente com o analisador ou somente com a célula sensora de oxigênio. Em alguns casos poderá ser feita uma calibração para regularizar a situação ou, em caso extremo haverá a necessidade de substituição do analisador e ou da célula sensora de oxigênio.[007] Most of these defect situations are directly related to the analyzer or only to the oxygen sensing cell. In some cases, a calibration may be performed to regularize the situation or, in extreme cases, there will be a need to replace the analyzer and / or the oxygen sensor cell.
Objetivo da patente:Patent objective:
[008]O sistema de analise é formado por uma base de alojamento de uma célula sensora de oxigênio, cabos de interligação e o analisador de oxigênio. A função primordial do[008] The analysis system is formed by a base housing an oxygen sensor cell, interconnection cables and the oxygen analyzer. The primary function of the
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4/9 sistema de análise é monitorar e informar o (CLP) de situações onde o ar sintético está fora da faixa segura [009]Com o intuito de auxiliar o técnico em campo a detectar rapidamente os defeitos neste sistema analisador de oxigênio, foi criado o instrumento em questão, até então inexistente para esta finalidade.4/9 analysis system is to monitor and inform the (PLC) of situations where synthetic air is outside the safe range [009] In order to assist the technician in the field to quickly detect the defects in this oxygen analyzer system, it was created the instrument in question, hitherto non-existent for this purpose.
[010]Com o instrumento em mãos o técnico poderá detectar alguns problemas no analisador na célula sensora base desta célula e cabos de interligação e o próprio analisador, de forma precisa colocando o sistema misturador rapidamente em funcionamento, evitando na maioria dos casos o grande inconveniente citado anteriormente que é o deslocamento de cilindros de pouca capacidade.[010] With the instrument in hand, the technician will be able to detect some problems in the analyzer in the base sensor cell of this cell and interconnection cables and the analyzer itself, precisely putting the mixing system into operation quickly, avoiding in most cases the major inconvenience previously mentioned which is the displacement of low capacity cylinders.
[011]Para utilização deste dispositivo o técnico deve utilizar conjuntamente um multímetro acoplado para fazer a leitura da corrente elétrica e assim o referido dispositivo idealizado permitirá realizar testes e simulação, os quais não poderíam ser realizados até então. Para tanto conta com um circuito eletrônico dedicado que permite, por exemplo, receber correntes baixíssimas da ordem de microampéres que poderão ser lidas no display do multímetro na escala de milivolts VDC, pois nenhum multímetro faz leituras da ordem de microampéres com precisão necessária aos testes.[011] To use this device, the technician must jointly use a coupled multimeter to read the electric current and so the idealized device will allow to perform tests and simulation, which could not be performed until then. For this purpose it has a dedicated electronic circuit that allows, for example, to receive very low currents of the order of microamperes that can be read on the multimeter's display on the VDC millivolt scale, since no multimeter reads the order of microamperes with the precision necessary for the tests.
[012]Um exemplo a citar de quão útil se torna o dispositivo em questão, é o fato de que sem o mesmo, quando se realiza um novo ajuste no analisador não se sabe qual a corrente está sendo emitida pela célula sensora. Devido a este fato o alarme de mínima foi fixado pela programação do analisador a uma[012] An example to cite of how useful the device in question becomes, is the fact that without it, when a new adjustment is made in the analyzer, it is not known which current is being emitted by the sensor cell. Due to this fact, the minimum alarm was set by programming the analyzer to a
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5/9 corrente de 19 microampéres e este é o limite critico deste sensor. Sendo assim, um dos testes iniciais após o sistema cair ou ser desativado, será o sensor de oxigênio o qual deverá ter verificada a sua situação de sinal. Deverá também ser checado o nível mínimo e máximo de percentual em que o analisador está atuando, sendo este índice ligado diretamente à corrente do sensor. Como uma forma preventiva será possível monitorar mensalmente a condição do sensor de oxigênio prevendo-se quando será necessário ser substituído antes de apresentar problema, ou seja, antes de chegar à sua corrente mínima.5/9 current of 19 microamperes and this is the critical limit of this sensor. Therefore, one of the initial tests after the system falls or is deactivated, will be the oxygen sensor which should have checked its signal situation. The minimum and maximum percentage level in which the analyzer is operating should also be checked, this index being directly connected to the sensor current. As a preventive way, it will be possible to monitor the condition of the oxygen sensor monthly, predicting when it will be necessary to be replaced before presenting a problem, that is, before reaching its minimum current.
[013] O dispositivo contem um circuito de controle de fonte agregado de 25 mA que alimenta a batería interna recarregável de 9 Volts e 250 mA NI-MH, oferecendo uma autonomia de aproximadamente 50 horas de uso continuo, sendo que para seu carregamento o dispositivo é fornecido com um carregador de 18 Volts a ligar em rede externa.[013] The device contains a 25 mA aggregate source control circuit that supplies the internal 9 Volt 250 mA NI-MH rechargeable battery, offering a range of approximately 50 hours of continuous use, and for charging the device is supplied with an 18 Volt charger to be connected to an external network.
[014]Assim descrito até então, passa o dispositivo a ser melhor compreendido fisicamente através dos desenhos anexos pelos quais se vêem:[014] Thus described until then, the device is better understood physically through the attached drawings by which we see:
[015]Figura 1 - Apresenta um diagrama de blocos de todo o sistema de fornecimento do ar sintético, com tanques, eletroválvulas, misturador, sistema de análise e o dispositivo em questão, acoplado ao multímetro. O sistema encontra-se em situação normal;[015] Figure 1 - Presents a block diagram of the entire synthetic air supply system, with tanks, solenoid valves, mixer, analysis system and the device in question, coupled to the multimeter. The system is in a normal situation;
[016]Figura 2 - Apresenta uma situação de calibração da célula sensora, feito pelo analisador;[016] Figure 2 - It presents a calibration situation of the sensor cell, made by the analyzer;
[017]Figura 3 - Apresenta uma situação de análise do sensor, feito pelo dispositivo em questão;[017] Figure 3 - It presents a situation of analysis of the sensor, made by the device in question;
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6/9 [018]Figura 4 - Apresenta o circuito eletrônico dedicado contido no dispositivo, através do qual é possibilitado que seja feita a leitura em microampéres pelo multímetro;6/9 [018] Figure 4 - Shows the dedicated electronic circuit contained in the device, through which it is possible to read in microamperes by the multimeter;
[019]Figura 5 - vista em perspectiva do dispositivo, mostrando sua configuração física, evidenciando os pinos de ligação ao multímetro;[019] Figure 5 - perspective view of the device, showing its physical configuration, showing the pins connecting to the multimeter;
[020]Figura 6 - vista do dispositivo com seus LED’s indicativos, botão liga/desliga e botão do potenciômetro, estando alinhado por seus pinos ao multímetro;[020] Figure 6 - view of the device with its indicative LEDs, on / off button and potentiometer button, being aligned by its pins to the multimeter;
[021]Figura 7 - vista do dispositivo acoplado, para trabalho com o multímetro.[021] Figure 7 - view of the coupled device, for working with the multimeter.
[022]De acordo com os desenhos anexos, o “DISPOSITIVO SIMULADOR/CALIBRADOR PARA TESTES EM ANALISADORES DE MISTURAS DE GASES, EM SISTEMA MISTURADOR DE OXIGÊNIO EM NITROGÊNIO OU QUAISQUER GASES INERTES”, constitui-se de um dispositivo (1) dotado de uma conexão geradora (2), saída (3) de multímetro (M), um LED indicador (4), botão liga/desliga (5) e um potenciômetro (6), alimentado por bateria (B).[022] According to the attached drawings, the “SIMULATOR / CALIBRATOR DEVICE FOR TESTS IN GAS MIXTURES ANALYZERS, IN NITROGEN OXYGEN MIXER SYSTEM OR ANY INERT GASES”, consists of a device (1) equipped with a generator connection (2), multimeter output (3) (M), an indicator LED (4), on / off button (5) and a potentiometer (6), powered by battery (B).
[023]Para utilização do dispositivo (1), deve-se primeiramente acoplá-lo pela sua saída (3) ao multímetro (M). Este dispositivo (1) foi constituído fisicamente de modo a facilitar seu uso com o multímetro (M) contendo em sua face inferior dois terminais de pinos os quais coincidem perfeitamente nas entradas padrão da maioria dos multímetros comercias como pode ser observado nas figuras 5, 6 e 7.[023] To use the device (1), you must first connect it through its output (3) to the multimeter (M). This device (1) was physically constituted in order to facilitate its use with the multimeter (M) containing on its bottom face two pin terminals which perfectly match the standard inputs of most commercial multimeters as can be seen in figures 5, 6 and 7.
[024]O sistema misturador é formado basicamente por duas eletroválvulas bloqueadoras (V) localizadas no misturador (D)[024] The mixing system is basically formed by two blocking solenoid valves (V) located in the mixer (D)
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7/9 este é responsável por efetuar a mistura nas proporções corretas e obter-se o ar estéril, sendo este misturador (D) controlado pelo CLP este, recebe informações do analisador (A) que utiliza como referência a célula sensora (S) do tipo célula eletroquímica, fixado em seu alojamento (L).7/9 this is responsible for making the mixture in the correct proportions and obtaining sterile air, being this mixer (D) controlled by the PLC east, it receives information from the analyzer (A) that uses the sensor cell (S) as reference electrochemical cell type, fixed in its housing (L).
[025]Assim constituído o dispositivo (1), em seu local de uso, quando o técnico é acionado por uma situação de desativação do sistema misturador, será possibilitada uma checagem diretamente no analisador (A) e célula sensora (S).[025] Thus constituted the device (1), in its place of use, when the technician is activated by a situation of deactivation of the mixing system, it will be possible to check directly on the analyzer (A) and sensor cell (S).
[026]Para análise da célula sensora (S), esta deverá ser retirada de seu alojamento (L) e exposto ao ar ambiente, ajustado-se então o analisador para indicação em seu display em 20,9 % como referência padrão de oxigênio no ar atmosférico como pode ser visto na figura 2. Feito isto, desacopla-se o cabo desta célula sensora (S) deixando-a de lado e conectando-se o cabo do dispositivo (1), que sai de sua conexão geradora (3) ao cabo utilizado na célula sensora (S) proveniente do alojamento (L). Isso permitirá a leitura pelo multímetro (M) de quantos microampéres a célula sensora (S) está enviando naquele momento, leitura esta, sendo impossível de ser medida sem o dispositivo (1), tendo-se assim condições de saber se o sinal em microamperes está dentro das faixas de operação especificada desta célula sensora (S). Caso esteja fora o técnico poderá substituir esta célula sensora (S) com toda certeza de que está danificada.[026] For the analysis of the sensor cell (S), it must be removed from its housing (L) and exposed to ambient air, then the analyzer adjusted to indicate on its display by 20.9% as the standard oxygen reference in the atmospheric air as can be seen in figure 2. Once this is done, disconnect the cable from this sensor cell (S) leaving it aside and connecting the device cable (1), which comes out of its generator connection (3) the cable used in the sensor cell (S) from the housing (L). This will allow the multimeter (M) to read how many microamperes the sensor cell (S) is sending at that moment, this reading being impossible to measure without the device (1), thus being able to know if the signal in microamperes is within the specified operating ranges of this sensor cell (S). If you are out, the technician can replace this sensor cell (S) with certainty that it is damaged.
[027]Outro recurso oferecido também pelo dispositivo (1) é a monitoração da célula sensora (S). Quando o técnico estiver efetuando a medição deste sensor (S) com o dispositivo (1),[027] Another feature also offered by the device (1) is the monitoring of the sensor cell (S). When the technician is measuring this sensor (S) with the device (1),
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8/9 medindo a corrente que este está emitindo inicialmente, esta medição poderá ser conferida mensalmente e, no mês seguinte feita nova medição. Caso constate caída na corrente, através de cálculos será previsto quanto tempo esta célula poderá durar, podendo ser então agendada em uma planilha quando deverá ser substituída antes que apresente problemas e, assim, impedindo a parada do sistema misturador por esse fator.8/9 by measuring the current it is initially emitting, this measurement can be checked monthly and, in the following month, a new measurement is made. If it finds a drop in the current, through calculations it will be predicted how long this cell can last, and can then be scheduled in a spreadsheet when it should be replaced before it presents problems and, thus, preventing the stopping of the mixing system by this factor.
[028]Como função de calibrador, o dispositivo (1) irá checar o nível mínimo e máximo do índice de percentual de oxigênio emitindo uma corrente em microamperes que irá variar o percentual de oxigênio no analisador (A), até o mínimo de 20 e máximo de 23 %, sendo que, abaixo deste mínimo o alarme dispara e acima também, ocorrendo o desligamento do misturador. Para esta calibração o técnico utiliza-se do potenciômetro (6) do dispositivo (1) girando-o para abaixar ou subir a corrente que é enviada ao analisador (A), o qual, por sua vez registra mais ou menos percentual, podendo assim levar o percentual a até por exemplo abaixo de 20, situação em que o alarme seja acionado, ou acima de 23 também, até que o alarme seja acionado. Assim poderá verificar se esta calibração no analisador encontra-se fora destes padrões. Caso esteja fora do mínimo ou máximo, ou seja, ocorrendo o alarme de baixa somente com menos de 20 e /ou alarme de alta com mais de 23, o técnico poderá efetuar o ajuste no painel do analisador (A) para que fique dentro destes parâmetros que são tolerados por normas.[028] As a calibrator function, the device (1) will check the minimum and maximum level of the oxygen percentage index by emitting a current in microamperes that will vary the oxygen percentage in the analyzer (A), up to a minimum of 20 and maximum of 23%, and below this minimum the alarm goes off and above also, the mixer is turned off. For this calibration, the technician uses the potentiometer (6) of the device (1) turning it to lower or increase the current that is sent to the analyzer (A), which, in turn, registers more or less percentages, thus being able to take the percentage to, for example, below 20, in which case the alarm is triggered, or above 23 too, until the alarm is triggered. This way you can check if this calibration on the analyzer is outside these standards. If it is outside the minimum or maximum, that is, the low alarm occurs only with less than 20 and / or high alarm with more than 23, the technician can make the adjustment on the analyzer panel (A) so that it stays within these parameters that are tolerated by standards.
[029]O dispositivo (1) poderá ser usado em todos os analisadores de oxigênio, medicinais ou industriais que[029] The device (1) can be used in all oxygen, medical or industrial analyzers that
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9/9 empregam o princípio da célula eletroquímica, por exemplo, hidróxido de potássio KoH: Teledyne 3290; 3190; 306w; 306WAI; 3.000TA;311;301;325, 329R [030]Este dispositivo (1) é um gerador de corrente de 0 a 230 microamperes, que atinge toda a faixa de resposta de uma célula eletroquímica de oxigênio e acopla-se a um multímetro digital utilizando-se a escala de 200 ou 1000 milivolts DC, efetuandose a leitura direta da corrente que está sendo gerada. A corrente de calibração é ajustada de zero a 230 microamperes através de um potenciômetro de precisão de dez voltas.9/9 employ the electrochemical cell principle, for example, potassium hydroxide KoH: Teledyne 3290; 3190; 306w; 306WAI; 3.000TA; 311; 301; 325, 329R [030] This device (1) is a current generator from 0 to 230 microamperes, which reaches the entire response range of an electrochemical oxygen cell and is coupled to a digital multimeter using the scale of 200 or 1000 millivolts DC, making a direct reading of the current being generated. The calibration current is adjusted from zero to 230 microamperes via a precision ten-turn potentiometer.
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