CZ2011184A3 - Zarízení pro merení koncentrace kyslíku v plynných smesích obsahujících helium a/nebo vodík - Google Patents
Zarízení pro merení koncentrace kyslíku v plynných smesích obsahujících helium a/nebo vodík Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2011184A3 CZ2011184A3 CZ20110184A CZ2011184A CZ2011184A3 CZ 2011184 A3 CZ2011184 A3 CZ 2011184A3 CZ 20110184 A CZ20110184 A CZ 20110184A CZ 2011184 A CZ2011184 A CZ 2011184A CZ 2011184 A3 CZ2011184 A3 CZ 2011184A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- branch
- measuring
- measuring tube
- gas mixture
- oxygen concentration
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating 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
- G01N29/02—Analysing fluids
- G01N29/024—Analysing fluids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
Abstract
Zarízení k merení koncentrace kyslíku v plynných smesích, obsahujících helium a/nebo vodík, zvlášte pro potápecské dýchací prístroje, sestává ze senzoru (100), tvoreného mernou trubicí (1), opatrenou vstupním otvorem (8) pro plnení merenou dýchací plynnou smesí a výstupním otvorem (9) pro prebytek plynné smesi, dále vybavené první odbockou (10) a se vzájemným odstupem usporádanými druhou odbockou (11) a tretí odbockou (12), pricemž první odbocka (10) u vstupního otvoru (8) je opatrena vysílacem (2) zvukových pulzu, zatímco druhá odbocka (11), jakož i tretí odbocka (12) jsou opatreny mikrofony (3, 4), pripojenými k obvodu (5) merení casového rozdílu prijímaných zvukových pulzu a jeho prostrednictvím pocetnímu bloku (6) s výstupem (7) ve forme sbernice k nadrízeným rídícím a zobrazovacím obvodum.
Description
Vynález se týká zařízení pro měření koncentrace kyslíku v plynných směsích obsahujících helium a/nebo vodík, zvláště pro potápěčské dýchací přístroje.
Dosavadní stav techniky
10*
Pro měření koncentrace kyslíku v plynných směsích, zvláště pro dýchací přístroje pro potápěče, jsou používány elektro-galvanické palivové články a termoparamagnetické senzory.
Elektro-galvanické palivové Články jsou tvořeny olověnou anodou a pozlacenou katodou, mezi nimiž je elektrolyt na bázi vodného roztoku hydroxidu draselného. Elektrolyt se sytí kyslíkem z okolního prostředí a článek produkuje proud úměrný koncentraci kyslíku v elektrolytu. Při měření elektrochemickým článkem se spotřebovává materiál elektrody, což omezuje životnost článku. Po uplynutí životnosti 20 nebo významném zhoršení jeho vlastností se musí článek vyměnit. Elektrochemický článek mění během své životnosti vlastnosti a musí se proto často kalibrovat. Při kalibraci je nutné dýchací přístroj nebo jeho část určenou k měření koncentrace kyslíku odstavit a naplnit vzduchem nebo jiným plynem o známém obsahu kyslíku.
Termoparamagnetické senzory využívají paramagnetických vlastností kyslíku který je vtahován do magnetického pole tvořeného permanentním magnetem s pólovými nástavci. Protože magnetická susceptibilita kyslíku je mnohem větší než u dusíku, helia, argonu a dalších plynů obsažených v dýchacích směsích, působí magnetické pole na kyslík selektivně. Prostor mezi pólovými nástavci je asymetricky ohříván odporovým drátem. Magnetická susceptibilita kyslíku s teplem klesá a ohřátý kyslík je tak vytlačován novým, chladnějším kyslíkem přicházejícím změřeného prostředí, čímž vzniká proudění plynu jehož rychlost roste s rostoucím obsahem kyslíku. Rychlost proudění plynu se detekuje mírou ochlazování odporového topného drátu a z této
-2 veličiny se výpočtem podle kalibrační křivky určuje obsah kyslíku. Termoparamagnetické senzory mají principiálně neomezenou životnost, ale mají velkou spotřebu elektrického proudu, což se u mobilních potápěčských zařízení napájených zpravidla z baterie jeví jako nevýhoda.
a'
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení k měření koncentrace kyslíku v plynných směsích, obsahujících helium a/nebo vodík, zvláště pro potápěčské dýchací přístroje, * f využívající zjištěné skutečnosti, že v plynné směsi dýchacího přístroje kolísá obsah kyslíku, zatímco vzájemný poměr obsahu nedýchatelných plynů zůstává stálý a že proto není nutné používat senzor specificky citlivý na kyslík s tím, že následně lze obsah kyslíku v plynné směsi určit nepřímo měřením rychlosti šíření zvuku v plynné směsi a následným výpočtem na základě stanovení koncentrace helia a vodíku a znalosti jejich zastoupení mezi ostatními nedýchatelnými složkami ve zkoumané dýchací plynné směsi, přičemž jeho podstata spočívá v tom, že sestává ze senzoru, tvořeného měrnou trubicí, opatřenou vstupním otvorem pro plnění zkoumanou dýchací plynnou směsí a výstupním otvorem pro přebytek plynné směsi, dále vybavené první odbočkou a se vzájemným odstupem uspořádanými druhou odbočkou a třetí odbočkou, přičemž první 20 odbočka u vstupního otvoru je opatřena vysílačem zvukových pulzů, zatím co druhá odbočka, jakož i třetí odbočka jsou opatřeny mikrofony, připojenými k obvodu měření časového rozdílu přijímaných zvukových pulzů a jeho prostřednictvím k početnímu bloku s výstupem ve formě sběrnice k nadřízeným řídícím a zobrazovacím obvodům.
Pro zpřesnění funkce navrženého zařízení je výhodné, že k početnímu bloku je přiřazen korekční teplotní senzor, uspořádaný při výstupním otvoru měrné trubice senzoru.
Standardně se podle vynálezu jeví výhodné, že měrná trubice senzoru je kalibrovaná a její parciální rozměry, zejména délka jejích odboček a jejich vzájemné rozteče jsou 30 přesně stanoveny, přičemž vysílačem vysílané zvukové pulsy jsou o vlnové délce přesahující průměr měrné trubice, zpravidla o frekvenci 2 kHz při trvání pulzů 20 ms.
Přehled obrázků na výkresu
Další výhody a t účinky vynálezu jsou dále patrny z připojeného výkresu, kde značí </' jediný obrázeký schematické znázornění senzoru pro měření koncentrace kyslíku 5/ v plynné směsi a jeho schematické zapojení na obvod měření časových rozdílů v rychlosti šíření zvuku v senzoru a na početní blok.
Příklad provedení vynálezu
Zařízení pro měření koncentrace kyslíku v plynných směsích obsahujících helium a/nebo vodík, zvláště pro potápěčské dýchací přístroje, vychází ze zjištění, že koncentrace helia a vodíku se dá stanovit měřením rychlosti zvuku v dýchací směsi. Vzhledem k výrazně odlišným rychlostem šíření zvuku v heliu (973 m/s při teplotě 273.15 K) a vodíku (1261 m/s při teplotě 273.15 K) od rychlosti zvuku v kyslíku (315 15 m/s při teplotě 273.15 K) lze koncentraci helia a vodíku stanovit s dostatečnou přesností.
Rychlost zvuku se měří přímou metodou vysláním zvukového pulsu do měrné trubice 1 senzoru 100, naplněné zkoumanou plynnou směsí a jeho přijetím dvěma různými 20 přijímači jako například mikrofony 3,4, přiřazenými^ trubici 1 ve známé vzájemné vzdálenosti.
Koncentrace kyslíku se následně určí výpočtem jako řešení rovnice pro rychlost zvuku v plynech:
C, RT
C, ’ M (1) kde c je rychlost zvuku [ms-1]
Cp měrné teplo při stálém tlaku [JK-1 ] (jako vážený průměr tepel jednotlivých složek 3Ó směsi)
Cv měrné teplo při stálém objemu [JK-1] (jako vážený průměr tepel jednotlivých složek plynné směsi)
Λ univerzální plynová konstanta (8.3145 Jmol-1 K-1)
T termodynamická teplota směsi [K]
Λ/ molámí hmotnost směsi [kg/mol]
5Í K měření koncentrace kyslíku v plynné směsi je výhodné použiti senzoru 100, který se skládá z měrné trubice 1 opatřené trojicí odboček 10, 11 a 12. Měrná trubice 1 je kalibrovaná a její rozměry, zejména vzdálenost a délka první odbočky 11 a druhé odbočky 12 jsou přesně změřeny. Měrná trubice 1 se plní měřenou dýchací plynnou směsí vstupním otvorem 8 tak, aby měřená směs vyplňovala celý prostor měrné trubice ltí 1 včetně všech odboček 10, 11 a 12. Přebytek plynné směsi odchází z měrné trubice 1 senzoru 100 výstupním otvorem 9.
Měrná trubice 1 je na první odbočce 10 opatřena vysílačem 2 zvukových pulsů tvořeném reproduktorem. Vysílač 2 opakovaně vysílá zvukové pulsy o vhodné 15 frekvenci. Frekvence je zvolena tak, aby vlnová délka zvukových vln přesahovala průměr měrné trubice 1. Vhodný průměr měrné trubice je 5 mm a frekvence 2 kHz při trvání pulsů 20 ms.
Zvukové pulsy se měrnou trubicí 1 šíří rychlostí zvuku, která závisí na složení měřené 20 plynné směsi. Každý vyslaný puls je nejdříve přijat přijímačem - mikrofonem 3 umístěným na druhé odbočce 11 a poté přijímačem - mikrofonem 4 umístěným na třetí odbočce 12. Elektrický signál z obou mikrofonů 3 a 4 je přiveden do obvodu 5 měření časového rozdílu. Změřený časový rozdíl je z obvodu 5 měření časového rozdílu přenášen do početního bloku 6.
V měrné trubici 1 je dále umístěn teplotní senzor 13, tvořený například monolitickým integrovaným obvodem. Teplotní senzor 13 zjišťuje teplotu zkoumané plynné směsi. Teplota ovlivňuje rychlost zvuku a musí být vzata v úvahu při následných výpočtech. Početní blok 6 na základě známé vzdálenosti druhé odbočky 11 a třetí odbočky 12 a 30 časového rozdílu přijatých pulsů určí rychlost zvuku v měřené plynné směsi jako:
Δί (2) t ♦ * t t t' » · · I * «9 t «· « * ♦ « 1 ft 1 < · I t· *<· tl< J í i«« < « » ♦ *
- 5 kde c je rychlost zvuku [ms-1]
ΔΖ časový rozdíl mezi zvukovými pulsy přijatými mikrofony 3 a 4 [s] l vzdálenost mezi odbočkami 11 a 12 [m] ť a následně numerickým řešením rovnice (1) se zjistí koncentrace kyslíku ve zkoumané plynné směsi. Výsledná výpočtem zjištěná koncentrace kyslíku se předává na výstup 7. Obvod 5 měření časového rozdílu a početní blok 6 jsou společně realizovány mikroprocesorem a výstup 7 je řešen jako sběrnice, po které jsou naměřená data IQ přenášena nadřazeným řídicím obvodům a zobrazovacím obvodům.
Průmyslová využitelnost
Vynález je vedle měření koncentrace kyslíku v dýchací technice rekreačního, 1 5 pracovního a saturačního potápění, využitelný v některých speciálních případech lékařských přístrojů apod.
Claims (3)
1. Zařízení k měření koncentrace kyslíku v plynných směsích, obsahujících helium £ a/nebo vodík, zvláště pro potápěčské dýchací přístroje, vyznačující se tím, že sestává ze senzoru (100), tvořeného měrnou trubicí (1), opatřenou vstupním otvorem (8) pro plnění měřenou dýchací plynnou směsí a výstupním otvorem (9) pro přebytek plynné směsi, dále vybavené první odbočkou (10) a se vzájemným odstupem uspořádanými druhou odbočkou (11) a třetí odbočkou (12), přičemž první odbočka (10) u vstupního 10 otvoru (8) je opatřena vysílačem (2) zvukových pulzů, zatím co druhá odbočka (11), jakož i třetí odbočka (12) jsou opatřeny mikrofony (3,4), připojenými k obvodu (5) měření časového rozdílu přijímaných zvukových pulzů a jeho prostřednictvím k početnímu bloku (6) s výstupem (7) ve formě sběrnice k nadřízeným řídícím a zobrazovacím obvodům.
K
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že k početnímu bloku (6) je přiřazen korekční teplotní senzor (13), uspořádaný při výstupním otvoru (9) měrné trubice (1).
3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že měrná trubice (1) je kalibrovaná a 2Q její parciální rozměry, zejména délka jejích odboček (10,11,12) a jejich vzájemné rozteče jsou přesně stanoveny, přičemž vysílačem (2) vysílané zvukové pulsy jsou o vlnové délce přesahující průměr měrné trubice (1), zpravidla o frekvenci 2 kHz při trvání pulzů 20 ms.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110184A CZ2011184A3 (cs) | 2011-04-01 | 2011-04-01 | Zarízení pro merení koncentrace kyslíku v plynných smesích obsahujících helium a/nebo vodík |
| PCT/CZ2012/000027 WO2012130194A1 (en) | 2011-04-01 | 2012-03-21 | Device for measuring oxygen concentration in gas mixtures containing helium and/or hydrogen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20110184A CZ2011184A3 (cs) | 2011-04-01 | 2011-04-01 | Zarízení pro merení koncentrace kyslíku v plynných smesích obsahujících helium a/nebo vodík |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ303577B6 CZ303577B6 (cs) | 2012-12-19 |
| CZ2011184A3 true CZ2011184A3 (cs) | 2012-12-19 |
Family
ID=46052491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20110184A CZ2011184A3 (cs) | 2011-04-01 | 2011-04-01 | Zarízení pro merení koncentrace kyslíku v plynných smesích obsahujících helium a/nebo vodík |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2011184A3 (cs) |
| WO (1) | WO2012130194A1 (cs) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103743445A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-04-23 | 科迈（常州）电子有限公司 | 一种氧气流量浓度检测装置 |
| AU2018251534B2 (en) * | 2017-04-14 | 2023-10-19 | Fisher & Paykel Healthcare Limited | Flow path sensing for flow therapy apparatus |
| CN108508054B (zh) * | 2018-04-08 | 2020-06-30 | 许昌学院 | 一种氢气声转动弛豫探测方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE906023C (de) * | 1948-10-02 | 1954-04-05 | Norbert Kurt Endell Dipl Ing | Einrichtung zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts von Gasen |
| GB788801A (en) * | 1955-03-11 | 1958-01-08 | Parsons C A & Co Ltd | Improvements in or relating to sonic gas analysers |
| US3468157A (en) * | 1966-03-03 | 1969-09-23 | Phillips Petroleum Co | Acoustical apparatus for detecting the composition of a gas |
| JPH022306A (ja) * | 1988-04-28 | 1990-01-08 | Tokutaro Komuro | 海洋生物の網状付着基材 |
| US5060514A (en) * | 1989-11-30 | 1991-10-29 | Puritan-Bennett Corporate | Ultrasonic gas measuring device |
| WO1992003724A1 (en) * | 1990-08-17 | 1992-03-05 | The Commonwealth Industrial Gases Limited | Gas analyser |
| ES2114492B1 (es) * | 1996-05-22 | 1999-01-16 | Barba Trigueros Francisco | Dispositivo para la deteccion en el aire de gases combustibles, de los suministrados a edificios habitados de uso no industrial mediante ultrasonidos. |
| US20020062681A1 (en) * | 2000-11-30 | 2002-05-30 | Livingston Richard A. | Oxygen sensor and flow meter device |
| DE10117586A1 (de) * | 2001-04-07 | 2002-10-10 | Volkswagen Ag | Verfahren zur vorbeugenden Explosionsgefahrerkennung |
| SE0200184D0 (sv) * | 2002-01-24 | 2002-01-24 | Siemens Elema Ab | Acoustic Gas Meter |
-
2011
- 2011-04-01 CZ CZ20110184A patent/CZ2011184A3/cs not_active IP Right Cessation
-
2012
- 2012-03-21 WO PCT/CZ2012/000027 patent/WO2012130194A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ303577B6 (cs) | 2012-12-19 |
| WO2012130194A1 (en) | 2012-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110927346B (zh) | 一种气体浓度测试系统校准方法及装置 | |
| CN110300701B (zh) | 具有集成呼吸气体分析仪的罐内压力变送器 | |
| US7399118B2 (en) | Thermal gas flowmeter comprising a gas quality indicator | |
| WO2008079869A3 (en) | Signal quality determination and signal correction system and methods | |
| US11874199B2 (en) | Device and process for determining the size of a leak hole in a sample | |
| EA201390860A1 (ru) | Способ и устройство для измерения концентрации алкоголя в выдыхаемом воздухе | |
| MX2009009771A (es) | Metodo de monitoreo y/o determinacion de la condicion de dispositivo de medicion de fuerza, y dispositivo de medicion de fuerza. | |
| RU2013157824A (ru) | Способ и устройство для определения и контроля статического давления флюида с помощью вибрационного измерителя | |
| WO1992003724A1 (en) | Gas analyser | |
| CZ2011184A3 (cs) | Zarízení pro merení koncentrace kyslíku v plynných smesích obsahujících helium a/nebo vodík | |
| CN103364279A (zh) | 一种探空气球爆破仪的校验方法及其校验装置 | |
| RU133936U1 (ru) | Устройство для градуировки и поверки анализаторов растворенного кислорода | |
| PL358891A1 (en) | Gas meter | |
| EP1353173B1 (en) | Acoustic gas monitor | |
| KR20090112299A (ko) | 음주측정기 | |
| CN113933213B (zh) | 基于气体替代法的二元混合气体混气比测量方法及装置 | |
| EP1734347A2 (en) | Apparatus for metering consumption and carbon dioxide content of natural gas | |
| JP3620522B2 (ja) | 計測装置 | |
| UA94792C2 (ru) | Сенсорный датчик для измерения содержания кислорода в чугунном расплаве | |
| CN103344676B (zh) | 一种氟化氢中微量水份的测定方法 | |
| JP2014130017A (ja) | ガス検出装置 | |
| CN113933211B (zh) | 基于气体替代法的三元混合气体混气比测量方法及装置 | |
| GB201013451D0 (en) | Improvements in or relating to gas specific gravity sensing | |
| AU643066B2 (en) | Gas analyser | |
| CN113933212A (zh) | 基于气体密度外标法二元混合气体混气比测量方法及装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20180401 |