FI94466C - Kaasuilmaisin - Google Patents

Description

1 94466

Kaasuilmaisin.- Gasdetektor.

Keksintö liittyy laitteeseen kantokaasuun sisältyvien merkki-kaasujen vähäisten pitoisuuksien ilmaisemiseksi, erityisesti ilmassa olevien taistelukaasujen ilmaisemiseksi.

Julkaisussa US-A 35 58 283 selitetään menetelmää autojen tai pakokaasujen reaktiivisten hiilivetyjen sisällön määrittämiseksi, jolloin mainittujen kaasujen virta saatetaan koskettamaan Wheatsone-sillan vastakkaisten haarojen sähköisesti kuumennettuja kuumennushiloja. Jälkeenpäin reaktiiviset hiilivedyt poistetaan virrasta johtamalla tämä virta tislauskolonniin ja johtamalla sitten tämä virta saman sillan vastakkaisten toisten varsien yli ja soveltamalla Wheatstone-sillan lähtöä signaalin muodostamiseksi, joka on verrannollinen pakokaasuissa olevien reaktiivisten hiilivetyjen määrään. Julkaisussa US-A 35 58 283 esitetyssä toisessa suoritusmuodossa kaasuvirta jaetaan kahteen yhtä suureen osaan, jolloin toinen osa poltetaan. Reaktiiviset hiilivedyt poistuvat toisesta mainitusta osasta johtamalla se tislauskolonnin läpi ja polttamalla sen jälkeen myös mainittu toinen osa. Lopuksi kummankin osan palamisen lämpövaikutukset muunnetaan sähkösignaaleiksi ja differentiaalivahvistimen avulla ne kehittävät sähkösignaalin, joka on verrannollinen pakokaasuissa olevien reaktiivisten hiilivetyjen määrään.

Ensimmäinen Wheatstone-siltajärjestelyn käsittävä menetelmä vaatii neljä erillista mittauskammiota ja on siten mutkikas. Toinen muunnelma riippuu voimakkaasti siitä, että kaasuvirran molemmat osat pidetään yhtä suurina. Sama koskee muita mittauslaitteita, jotka käyttävät kahta rinnakkaista kaasuvirtaa, kuten US-A 39 97 397 ja 36 20 931.

Julkaisussa US-A 38 35 328 selitetään labyrinttikenno-mittaus-laitetta merkkikaasujen pienten pitoisuuksien ilmaisemiseksi, jossa mainittuja merkkikaasuja sisältävä kaasuseos virtaa 2 94466 labyrinttikennon läpi, joka käsittää säteilylähteen kaasumole-kyylien ionisoimiseksi, rekombinaatiovyöhykkeen käsittäen väliseiniä tai vastaavia laitteita virtausreitin labyrintin tapaista pidentämistä varten, sekä kollektorielektrodin mainitun rekombinaatiovyöhykkeen ulostulossa. Tämän ionisointi-il-maisimen lisäparannuksia on selitetty US-patenteissa 40 75 550, 42 38 678 ja 43 62 941. Kaikissa näissä tunnetuissa labyrint-tikennoissa kennon läpi kulkeva ilmavirta kehitetään tuulettimen tai pumpun avulla. Kennon sisäänmenoon on järjestetty ionisoin-tiväline, kuten säteilylähde, ja kaasuvirta kulkee pitkin virtausreittiä, jonka pituutta on lisätty labyrinttimuodolla. Tämän labyrinttireitin puitteissa enin osa ionisoiduista kan-tokaasumolekyyleistä yhtyy uudestaan, kun taas merkkikaasut yhdessä kantokaasuionien kanssa muodostavat molekyylipakkauksia eli rypäleitä, jotka eivät yhdy uudelleen mainitussa labyrintissä. Nämä rypäleet liikkuvat sen sijaan kollektorielektrodille ja kehittävät siinä vastaavan sähkövirran.

Ongelmia syntyy, jos merkkikaasua, kuten sinappikaasua, on läsnä ainoastaan hyvin pieninä pitoisuuksina, ja sen johdosta kehi- —12 tetyt sähkövirrat ovat käytettävissä vain alueella 10 A -12 (10 A = 1 pA). Näissä tapauksissa seuraavana olevan vahvistimen kohina voi peittää mittaussignaalin. Lisäksi ei voida olla varmoja siitä, että kaikki ionisoidut kantokaasumolekyylit todella yhtyvät uudelleen, joten uudelleen yhtymättömien kan-tokaasumolekyylien esiintyessä voi muodostua toinen häiriösig-naali. Erityisiä vaikeuksia syntyy silloin kun ilmaisinta on käytettävä laajalla lämpötila-alueella, kuten alueella -30°C ... +50*C, ja sen odotetaan mittaavan tarkasti koko alueella. Lisäksi on toivottavaa, etteivät syöttöjännitteen vaihtelut tai mahdollinen ulkopuolinen sähkömagneettinen säteily vaikuttaisi mittaustulokseen.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on esittää merkkikaasuil-maisin, erityisesti LOST-ilmaisin, jonka tarkkuutta ja luotettavuutta ei heikennetä sisäisillä häiriöillä, kuten uudelleen yhtymättä jääneillä kantokaasuioneilla tai vesihöyryjäämillä, 3 94466 ja joita ei heikennetä ulkoisilla häiriöillä, kuten esimerkiksi lämpötilan tai syöttöjännitteen vaihteluilla, taikka ulkoisella sähkömagneettisella säteilyllä. Nämä ja muut tavoitteet saavutetaan patenttivaatimuksen 1 mukaisella ilmaisulaitteella, jolloin ensimmäinen labyrinttikenno ja ilmaistavien merkki-kaasujen suodatin, kaasuvirran generointiväline, ja mainitun suodattimen alavirran puolelle järjestetty toinen labyrinttikenno muodostavat suljetun kaasusilmukan, niin että molempien kennojen läpi kulkee sauna virtaus. Patenttivaatimuksen mukainen kummankin kennon lähteen ja kollektorin elektrodien liitäntä muodostaa lähtösignaalin, joka on verrannollinen ilmaistavan merkkikaasun pitoisuuteen. Labyrinttikenno, joka sijaitsee kaasusilmukassa ennen suodatinta ja/tai kuivausvälinettä tuottaa lähtövirran, joka riippuu ilmaistavasta merkkikaasusta sekä mahdollisista sisäisistä häiriövaikutuksista. Suodattimen ja/tai kuivausvälineen jälkeen oleva labyrinttikenno reagoi kuitenkin näihin häiriövaikutuksiin. Näiden kahden signaalin erotuksen muodostaminen poistaa näiden sisäisten ja ulkoisten häiriöiden vaikutuksen, niin että erotus-lähtösignaali riippuu vain merkkikaasun pitoisuudesta.

Toinen ongelma syntyy kun ilmaistaan kuplamaisia aineita, erityisesti rikki-LOST (sinappikaasu S(CH2CH2)2CL2) ja typpi-LOST N (CH2CH2CL)3), koska suuret vesihöyryn pitoisuudet estävät merkkikaasurypäleiden muodostumista. Tämä ongelma voidaan ratkaista siten, että keksinnön toisen parannuksen mukaisesti kaasusekoitus syötetään suljettuun kaasusilmukkaan vesihöyry-esteen, kuten piikalvon läpi. Tämä suljettu kaasusilmukka sisältää silloin vain hyvin pienen jäännöksen vesihöyryä, joka kuivaimen avulla voidaan stabiloida kastepisteeseen, joka on pienempi kuin -30 eC. Sellainen kuivain toimii samalla suodattimena, tai se voidaan yhdistää aktiivihiilisuodattimen kanssa. Keksinnön muita edullisia muunnelmia selitetään epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa. Keksinnössä paljastetaan pienikokoinen merkkikaasuilmaisin, joka ei tarvitse suurjännitettä, vaan jota voidaan käyttää pienjänniteparistoilla. Ilmaisin ei vaadi kaasuvirran säätövälineitä identtisten virtausten ylläpitämi- 4 94466 seksi kahdessa rinnakkaishaarassa, koska molemmat kennot on kytketty sarjaan ja sama virtaus kulkee niiden läpi. Mainittu ilmaisin voidaan pienen tehonkulutuksen ja pienten mittojensa puolesta yhdistää toiseen ilmaisimeen, joka reagoi muihin tais-telukaasuihin, kuten hermoaineisiin, pienikokoiseksi yleis-il-maisimeksi. Sopiva hermoaineilmaisin, joka käsittää niin sanotun dynaamisen hilakennon, on kuvattu US-patentissa 47 75 795.

Keksintöä selitetään nyt viitaten piirustuksessa esitettyyn edulliseen suoritusmuotoon. Tässä piirustuksessa kuvio 1 esittää esimerkin kuplamaisten aineiden ilmaisimesta, joka käsittää keksinnön mukaisen suljetun kaasusilmu-kan, j a kuvio 2 esittää sellaisen ilmaisimen ja kahden muun ilmaisimen yhdistelmän yhdeksi ainoaksi yleiskäyttöiseksi taiste-lukaasuilmaisinyksiköksi, jolloin toinen ilmaisin käsittää dynaamisen hilakennon hermoaineiden ilmaisemista varten ja kolmas ilmaisin on sähkökemiallinen kenno shokkiaineiden ilmaisemiseksi.

Kuvio 1 esittää kaasukanavan 1 suljetun silmukan, johon ensimmäinen labyrinttikenno 2, pumppu 3, suodatin 4 ja toinen labyrinttikenno 5 on sijoitettu peräkkäin. Tutkittavaa kaasua syötetään tähän kaasukanavaan 1 kalvon 6 muodostaman vesihöyry-esteen kautta. Kummallakin labyrinttikennolla 2 ja 5 voi olla esimerkiksi US-patentista 38 35 328 tunnettu rakenne. Molemmat käsittävät silloin lähde-elektrodin 21 ja vastaavasti 51, sekä kollektorielektrodin 22 ja vastaavasti 52. Kennon läpi virtaa-vien kaasumolekyylien ionisoimiseksi ja siten kaasurypäleiden muodostamiseksi, jotka on rikastettu merkkikaasujen molekyy- • · leiliä, molemmat labyrinttikennot 2 ja 5 käsittävät radioaktiivisen säteilylähteen, esim. kalvon joka on päällystetty radioaktiivisella alkuaineella amerikium 241. Kantokaasun (ilma) ionit yhtyvät uudelleen virratessaan kennojen labyrinttireitin läpi. Kuplamaisilla aineilla rikastetut negatiiviset rypäleet eivät kuitenkaan yhdy uudelleen. Nämä rypäleet sen sijaan « s 94466 liikkuvat kennon 2 läpi ja kehittävät virrat sen kollektorilla 22. Suodatin 4 poistaa kaikki merkkikaasun osat kaasuvirrasta ja tätä tarkoitusta varten se voi olla aktiivihiilisuodatin. Samanaikaisesti tämä suodatin käsittää kuivaimen jäljelle jääneiden vesihöyrymolekyylien poistamiseksi kaasusilmukasta. Tämän johdosta kennon 5 läpi virtaa ionisoitu merkkikaasuvapaa kantokaasu. Kollektorielektrodilla 52 kehitetty sähkösignaali riippuu sen vuoksi vain kantokaasun ionien virtauksesta. Kummankin kennon 2 ja 5 lähtösignaaleista johdetun erotussig-naalin muodostaminen aikaansaadaan liittämällä yhteen liitoksessa 9 ensimmäisen kennon 2 kollektorielektrodi 22 ja toisen kennon 5 lähde-elektrodi 51. Liitos 9 on kytketty esivahvistimen 7 tuloon. Kytkin 8 katkaisee differentiaalivirran jaksollisesta, ja virran taukojen aikana differentiaalivahvistin toimii avoimella tai maadoitetulla tulolla, ja tällöin se voidaan säätöpiirin avulla automaattisesti säätää ja balansoida. Kaikki kaasun tai mittauslaitteen lämpötilamuutosten aiheuttama kohina tai häiriöt, tai kummankin labyrinttikennon syöttöjännitteen vaihteluiden aiheuttama, tai pumpun nopeuden vaihteluiden aiheuttama kohina tai häiriöt, vaikuttavat kummankin labyrinttikennon lähtösignaaleihin samalla tavalla ja yhtä paljon, ja sen vuoksi ne kompensoituvat erotuksen muodostavassa piirissä. Molemmat labyrinttikennot 2 ja 5 on valittu siten, että niiden ominaisarvot vastaavat toisiaan. Mittauslaite voidaan balansoida tai säätää syöttämällä laitteeseen ensin kantokaasua, joka ei sisällä mitään merkkikaasuja, ja vahvistimen 7 lähtö 10 sekä sen jälkeen olevamittauspiiri balansoidaan siten, että se tässä tapauksessa osoittaa nolla-lähtösignaalia (ei merkkikaasuja). Ensimmäisen labyrinttikennon 2 lähde-elektrodi 21 ja toisen labyrinttikennon 5 kollektorielektrodi 52 on kytketty jännitteisiin, joiden amplitudi on yhtä suuri mutta napaisuus vastakkainen (-20 V ja vastaavasti +20 V).

Kuviossa 2 esitetty yhdistetty taistelukaasuilmaisin sisältää alaosassaan kuplamaisten aineiden ilmaisimen, jota selitettiin edellä kuvioon 1 viitaten. Tämä on yksi moduuli koko ilmaisin-laitteessa, ja se on kytketty toisen ilmaisimen virtausreittiin 6 94466 40 kalvon 6 kautta. Tämä kalvo 6 on järjestetty kuplamaisten aineiden ilmaisimen kalvopidikkeen 61 ja toisen virtausreitin 40 kalvopidikkeen 62 väliin. Toinen ilmaisin käsittää kaasun sisäänmenon 41 ja edellä mainitun kalvopidikkeen 62 välissä toisen ilmaisinmoduulin, joka käsittää hiukkassuodattimen 42, dynaamisen hilakennon 43 ja lämpötilailmaisimen 44. Esimerkki sellaisesta toisesta ilmaisimesta, joka reagoi shokkiaineisiin, tunnetaan US-patentista 47 75 795. Kaasuvirtaus dynaamisen hilakennon 43 läpi aikaansaadaan tuulettimella tai pumpulla 45. Sähkökemiallinen kenno 47 on järjestetty mainitun pumpun ja kaasun ulostulon 46 väliin. Tätä sähkökemiallista kennoa 47 voidaan käyttää shokkiaineiden ilmaisemiseksi. Tämän sähkökemiallisen kennon 47 rakenne ei kuulu tähän keksintöön. Kuvion 2 mukainen lohkokaavio esittää lisäksi, että tässä on yhdistetty kolme suodatinmoduulia pienikokoiseksi taistelukaasuilmaisi-meksi, jossa nämä kolme moduulia reagoivat kaikkiin tällä hetkellä tunnettuihin taistelukaasuihin. Mikään ionisoivista kennoista 43, 2 ja 5 ei vaadi suurjännitesyöttöä, eikä mitään kemikaaleja tarvitse syöttää, valvoa tai hävittää eri taistelukaasujen ilmaisemiseksi. Esillä olevan keksinnön periaatetta, nimittäin suodattimen kautta suljetuksi silmukaksi kytketyn kahden mittauskennon käyttämistä ja lähtösignaalien erotuksen muodostamista, voidaan käyttää muidenkin merkkikaasujen ilmaisemiseksi eikä vain sinappikaasun tai muiden taisteluaineiden ilmaisemiseksi.

• « ( * · ft

Il IU l Ukit l l -t M : : 1

Claims (7)

7 94466

1. Laite kaasusekoitukseen, kuten ilmaan sisältyvien merkki-kaasujen ilmaisemiseksi, jolloin kaasuvirtauksen generoimisvä-lineilla (3) aikaansaatu kaasuvirtaus jatkuvasti virtaa kahden mittauskennon (2, 5) ja niiden väliin sijoitetun suodattimen (4) läpi, jolloin mainittu suodatin poistaa ilmaistavan merk-kikaasun, tunnettu siitä, että a) jokainen mittauskenno on labyrinttikenno, joka käsittää ai) lähde-elektrodin (21, 51); a2) säteilylähteen kaasumolekyylien ionisoimiseksi; a3) mainitun säteilylähteen alavirran puolella olevan uudelleenyhtymisvyöhykkeen, joka käsittää väliseiniä tai vastaavia laitteita virtausreitin pituuden labyrinttimäistä pidentämistä varten; ja a4) kollektorielektrodin (22, 52) mainitun uudelleenyhtymisvyöhykkeen ulostulossa; b) ensimmäinen ja toinen labyrinttikenno (2, 5) muodostavat suodattimen (4) ja kaasuvirran generaattorin (3) kanssa suljetun kaasusilmukan (1); c) ensimmäisen labyrinttikennon (2) lähde-elektrodi (21) ja toisen labyrinttikennon (5) kollektorielektrodi (52) on kytketty syöttöjännitteisiin, joiden amplitudi on yhtä suuri mutta napaisuus vastakkainen; ja d) ensimmäisen labyrinttikennon (2) kollektorielektrodi (22) ja toisen labyrinttikennon (5) lähde-elektrodi (51) on kytketty yhteen (kohdassa 9) ja kytketty ilmaistavan merkkikaasun pitoisuuteen verrannollisen mittaussignaalin esivahvistimen (7) tuloon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että merkkikaasun suodatin (4) käsittää kaasun kuivausvälineen kaasun kastepisteen stabiloimiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että ensimmäisen labyrinttikennon (2) eteen, suljetun kaasusilmukan (1) sisäänmenoon on järjestetty kalvosuodatin (6) vesihöyryn pääsyn estämiseksi mainittuun suljettuun kaasusilmukkaan. 8 94466

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että suljetusta kaasusilmukasta (1) poispäin olevalla puolella mainittuun kalvoon (6) kohdistuu toisen, ainakin yhdelle eri merkkikaasulle herkän mittausjärjestelmän (40 - 45) kaasuvirta.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu toinen, erilaiselle merkkikaasulle herkkä mittausjärjestelmä käsittää hilakennon (43) ionien liikkuvuuden spektroskopiaa varten, ja että mainittuun kalvoon (6) kohdistuu mainitun hilakennon (43) alavirran puolinen kaasuvirta.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että toinen kaasuvirran generoimisväline (45), kuten pumppu tai tuuletin, on järjestetty toisen merkkikaasujen mittausjärjestelmän (40 - 45) läpi kulkevan kaasuvirran kaasureitille (40).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että toinen mittauskenno (47) on järjestetty toisen kaasuvirtauksen generoimisvälineen (45) alavirran puolelle, jolloin mainittu . toinen mittauskenno reagoi merkkikaasujen kolmanteen tyyppiin ja on erityisesti sähkökemiallinen mittauskenno. * , ’ md t dii ti I mi > 9 94466 Patentkrav.