PL227076B1 - Sposób prowadzenia pomiarów kategorii iintensywnosci woni wpowietrzu iukład dorealizacji tego sposobu - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadzenia pomiarów kategorii i intensywności woni w powietrzu, który polega na tym, że wstępnie oczyszczoną próbkę powietrza z pyłu i wilgoci rozdziela się na dwa strumienie, przy czym pierwszy strumień poddaje się obróbce w generatorze powietrza zerowego (ZAG), a uzyskane powietrze zerowe miesza się z drugim strumieniem tak, aby uzyskać mieszaninę gazową o żądanym rozcieńczeniu. Rozcieńczenie reguluje się, korzystnie przy pomocy co najmniej jednego zaworu proporcjonującego (ZP). Mieszaninę gazową kieruje się do komory mieszania (M), korzystnie termostatowanej do temperatury 20°C - 25°C, w której poddaje się homogenizacji i wyrównaniu stężeń, przy czym w komorze mieszania (M) dokonuje się pomiaru temperatury i wilgotności względnej, a następnie mieszaninę gazową kieruje się do modułu czujników półprzewodnikowych (Mcz). Pracą zaworu proporcjonującego (ZP) steruje się za pomocą układu sterowania (US), a w przypadku wystąpienia stężeń przekraczających dolną granicę wybuchowości i/lub bezpieczną granicę zawartości gazów palnych i/lub przyrostu sygnałów powyżej 90% wartości nasycenia sygnałów czujników półprzewodnikowych (Mcz), korzystnie każdego czujnika, zwiększa się stopień rozcieńczenia. Ujawniono również układ do prowadzenia pomiarów kategorii i intensywności woni.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób prowadzenia pomiarów kategorii i intensywności woni w powietrzu i układ do realizacji tego sposobu, w szczególności mający zastosowanie do monitoringu woni w pobliżu obiektów przemysłowych lub składowisk odpadów.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 213 770 znany jest elektroniczny nos wyposażony w dwie niezależne sensorowe matryce, matrycę pomiarową i matrycę odniesienia. Na każdą z tych matryc skierowana jest niezależna dysza wylotowa strumieni powietrza z dwóch oddalonych przestrzennie miejsc. Wyjście elektryczne każdej z matryc połączone jest z wejściami wzmacniacza różnicowego, a jego wyjście połączone jest poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy z komputerem.

Ze zgłoszenia wynalazku nr CN 102 590 288 znany jest nos użyteczny w analizie żywności. Rozwiązanie oparte jest na dwóch systemach oczyszczania mieszaniny gazowej, z których pierwszy dotyczy komory próbki, a drugi powietrza stanowiącego próbkę odniesienia. Ponadto, istotą tego rozwiązania jest również kompensacja dryftu sygnału odpowiedzi czujników półprzewodnikowych poprzez krzyżową korelację stochastyczną.

Ze zgłoszenia wynalazku nr WO 2012 049 341 znany jest elektroniczny nos do ilościowego i jakościowego określania składu mieszaniny gazowej. Urządzenie wyposażone jest w niezależne komory czujników - komorę pomiarową i komorę gazu odniesienia.

Ze zgłoszenia wynalazku nr US 007/7 296 460 znany jest sposób wykrywania zmian patologicznych w płucach ssaków. Sposób pomiaru opiera się na dozowaniu wcześniej pobranej próbki oddechu do nosa elektronicznego, zbudowanego z czujników półprzewodnikowych, umożliwiających wytworzenie profilu zapachowego badanej mieszaniny i porównanie z dostępną biblioteką.

Z opisu wynalazku nr US 2014/0 023 557 znany jest elektroniczny nos zbudowany z wentylatora, matrycy czujników, jednostki sterującej i systemu przetwarzania danych. Jako czujnik gazu w urządzeniu wykorzystuje się czujnik typu półprzewodnikowego.

Z opisu wynalazku nr KR 2012/0 038 041 znany jest analizator gazu służący do badania poziomu lotnych związków organicznych w powietrzu zewnętrznym. Analizator zbudowany jest z czujnika półprzewodnikowego, umożliwiającego ciągłą kontrolę poziomu zanieczyszczeń powietrza.

Z polskiego opisu patentowego nr 198 042 znany jest półprzewodnikowy czujnik gazu, służący do wykrywania i określania składu chemicznego mieszanin gazowych, który zbudowany jest z krzemowej struktury, posiadającej podłoże, kontakty elektryczne, pola montażowe, a także membranę z wbudowanym grzejnikiem i elektrycznie odizolowane od niego elektrody pomiarowe z warstwą chemoczułą.

Niedogodnością znanych rozwiązań jest brak możliwości wykrywania gazów palnych i/lub gazowych mieszanin wybuchowych. Istotną niedogodnością znanych układów jest brak możliwości należytej realizacji pomiarów, gdy sygnał z czujników półprzewodnikowych przekracza 90% wartości zakresu pomiarowego.

Sposób prowadzenia pomiarów kategorii i intensywności woni w powietrzu polegający na przepływowym pomiarze w próbce powietrza, przy użyciu czujników półprzewodnikowych i układu sterowania, charakteryzuje się według wynalazku tym, że wstępnie oczyszczoną próbkę powietrza z pyłów i wilgoci rozdziela się na dwa strumienie, przy czym pierwszy strumień poddaje się obróbce w generatorze powietrza zerowego, a uzyskane powietrze zerowe miesza się z drugim strumieniem tak, aby uzyskać mieszaninę gazową o żądanym rozcieńczeniu. Rozcieńczenie reguluje się, korzystnie przy pomocy co najmniej jednego zaworu proporcjonującego. Następnie, mieszaninę gazową kieruje się do komory mieszania, korzystnie termostatowanej do temperatury 20°C-25°C, w której poddaje się homogenizacji i wyrównaniu stężeń. W komorze mieszania dokonuje się pomiaru temperatury i wilgotności względnej, a następnie mieszaninę gazową kieruje się do modułu czujników półprzewodnikowych. Pracą zaworu proporcjonującego steruje się za pomocą układu sterowania, a w przypadku wystąpienia stężeń przekraczających dolną granicę wybuchowości i/lub bezpieczną granicę zawartości gazów palnych i/lub przyrostu sygnałów powyżej 90% wartości nasycenia sygnałów czujników półprzewodnikowych, korzystnie każdego czujnika, zwiększa się stopień rozcieńczenia.

Korzystnie, szybkość przepływu mieszaniny gazowej przez moduł czujników półprzewodnikowych reguluje się przy pomocy pompy ssącej i rotametrów.

Korzystnie, w komorze mieszania utrzymuje się temperaturę niższą niż w komorze czujników półprzewodnikowych.

PL 227 076 B1

Układ do prowadzenia pomiarów kategorii i intensywności woni w powietrzu charakteryzuje się według kolejnego wynalazku tym, że wyposażony jest w pierwszy kanał zasilający z pierwszym króćcem wlotem i drugi kanał zasilający z drugim króćcem wlotowym. W pierwszym kanale zasilającym zamontowane są pierwsze filtry pyłu/mgły, generator powietrza zerowego i pierwszy rotametr. W drugim kanale zasilającym zamontowane są drugie filtry pyłu/mgły i drugi rotametr, przy czym pierwszy kanał zasilający i drugi kanał zasilający połączone są poprzez wspólny zawór proporcjonujący z kanałem zbiorczym, w którym osadzony jest czujnik mieszanin wybuchowych/gazów palnych. Kanał zbiorczy doprowadzony jest do komory mieszania, która połączona jest z modułem czujników półprzewodnikowych, z którego wyprowadzony jest kanał wylotowy, który doprowadzony jest do pompy ssącej, w którym zamontowany jest korzystnie trzeci rotametr. Kanał wylotowy zakończony jest króćcem wylotowym. Do układu sterowania dołączone są niezależnie: zawór proporcjonalny, czujnik gazów palnych i/lub mieszanin wybuchowych, oraz czujnik temperatury i czujnik wilgotności w komorze mieszania, a także moduł czujników półprzewodnikowych, oraz układ sterowania pompy ssącej.

Korzystnie, pomiędzy komorą mieszania a modułem czujników półprzewodnikowych usytuowany jest dozownik do pobierania próbki gazowej celem dodatkowej kontroli składu chemicznego mieszaniny gazowej o określonej woni, korzystnie technikami chromatograficznymi.

Wynalazek umożliwia przeprowadzenie rozcieńczenie mieszaniny gazowej o określonej woni powietrzem z generatora „zero-air” w zależności od wartości uzyskiwanego gradientu sygnału z czujników, dzięki czemu możliwe jest prowadzenie analizy wonności w sposób ciągły.

Układ sterowania może zostać podłączony do komputera z zaimplementowaną bazą danych odpowiednią do miejsca monitorowania celem określenia kategorii i intensywności woni.

Wynalazek znajduje zastosowanie do oceny:

- złowonności rafineryjno-petrochemicznego i oczyszczalni ścieków z przemysłu rafineryjno-petrochemicznego,

- złowonności komunalnych oczyszczalni ścieków,

- złowonności odpadów przemysłowych i bytowych,

- stopnia świeżości i jakości żywności,

- kontroli szczelności/nieszczelności instalacji przemysłowych, rafineryjnych, petrochemicznych, chemicznych, spożywczych, gorzelniczych,

- jakości półproduktów i produktów chemicznych, spożywczych, farmaceutycznych.

Zaletą wynalazku jest również możliwość bezpiecznego wykonywania analiz powietrza zawierającego gazy palne i/lub wybuchowe.

Wynalazek został bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono schemat ideowy układu do prowadzenia pomiarów kategorii i intensywności woni.

P r z y k ł a d 1

Układ do prowadzenia pomiarów kategorii i intensywności woni wyposażony jest w pierwszy kanał zasilający 1 z pierwszym króćcem wlotem WL1 i drugi kanał zasilający 2 z drugim króćcem wlotowym WL2. W pierwszym kanale zasilającym 1 zamontowane są pierwsze filtry pyłu/mgły F1, generator powietrza zerowego ZAG i pierwszy rotametr R1. W drugim kanale zasilającym 2 zamontowane są drugie filtry pyłu/mgły F2 i drugi rotametr R2. Pierwszy kanał zasilający 1 i drugi kanał zasilający 2 połączone są poprzez wspólny zawór proporcjonujący ZP z kanałem zbiorczym 3, w którym osadzony jest czujnik mieszanin wybuchowych/gazów palnych PEL. Kanał zbiorczy 3 doprowadzony jest do komory mieszania M, która połączona jest z modułem czujników półprzewodnikowych Mcz, z którego wyprowadzony jest kanał wylotowy 4, który doprowadzony jest pompy ssącej PSS, w którym zamontowany jest trzeci rotametr R3. Kanał wylotowy 4 zakończony jest króćcem wylotowym WYL. Do układu sterowania US dołączone są niezależnie: zawór proporcjonujący ZP, czujnik gazów palnych i/lub mieszanin wybuchowych PEL oraz czujniki temperatury T i czujniki wilgotności φ zainstalowane w komorze mieszania M i module czujników półprzewodnikowych, a także moduł czujników półprzewodnikowych Mcz oraz układ sterowania pompy ssącej PSS.

Badane powietrze zasysane jest za pomocą pompy ssącej PSS do dwóch oddzielnych kanałów. Pierwszy strumień w pierwszym kanale zasilającym 1 oczyszcza się z węglowodorów, tlenku azotu, ditlenku azotu, ditlenku siarki, ozonu, tlenku węgla, ditlenku węgla oraz z pozostałej wilgotności w generatorze powietrza zerowego ZAG oraz pierwszym filtrze pyłu/mgły F1. Wielkość powietrza wychodzącego z generatora ZAG mierzona jest za pomocą pierwszego rotametru R1. W drugim strumieniu przepływającym przez drugi kanał zasilający 2, powietrze oczyszcza się z pyłu i mgły za pomo4

PL 227 076 B1 cą drugiego filtra pyłu/mgły F2, przy czym przepływ tego powietrza mierzony jest za pomocą drugiego rotametru R2.

Uzyskane powietrze zerowe z generatora ZAG miesza się w powietrzem z drugiego strumienia przy pomocy zaworu proporcjonującego ZP współpracującego z układem sterowania US tak, aby uzyskać mieszaninę gazową o żądanym rozcieńczeniu. Mieszaninę gazową kieruje się do komory mieszania M termostatowanej do temperatury 20-25°C, w której dokonuje się pomiaru temperatury i wilgotności względnej i poddaje się homogenizacji i wyrównaniu stężeń. Następnie, mieszaninę gazową kieruje się do modułu czujników półprzewodnikowych Mcz.

W przypadku stwierdzenia wysokiego stężenia gazów palnych lub mieszanin wybuchowych zamontowany w kanale zbiorczym 3 czujnik typu pellistor PEL wysyła sygnał do układu sterowania US celem uruchomienia zaniknięcia zaworu proporcjonującego ZP i otwarcia dopływu powietrza z pierwszego kanału zasilającego 1.

W przypadku przekroczenia 90% wartości nasycenia sygnału czujników półprzewodnikowych Mcz, z uwagi na techniczne możliwości prowadzenia precyzyjnych pomiarów z wykorzystaniem czujników półprzewodnikowych, dokonywany jest proces zamknięcia zaworu proporcjonującego ZP i uruchomienia rozcieńczania powietrzem z generatora ZAG.

Skład chemiczny wytworzonej mieszaniny gazowej o określonej woni kontroluje się za pomocą jednej ze znanych technik chromatograficznych: GC-MS, GC-FID, GC-PID, GC-FPD, GC-NPD, GC-ECD pobierając próbkę za pomocą gazoszczelnej strzykawki wykorzystując w tym celu zamontowany na kanale zbiorczym 3 dozownik D.

Sygnał z modułu czujników półprzewodnikowych MCz kierowany jest do układu sterowania US, który wyposażony jest w komputer z zaimplementowaną bazą danych dostosowaną do miejsca monitorowania.

Układ sterowania US umożliwia przetworzenie sygnału, gromadzenie i przetwarzanie danych za pomocą wyspecjalizowanych algorytmów przetwarzania danych, tworzenie bazy danych i porównanie z danymi bibliotecznymi.

Powietrze po opuszczeniu modułu czujników półprzewodnikowych Mcz kierowane jest do trzeciego rotametru R3 celem pomiaru przepływu, a następnie do wylotu WL.

W wyniku przeprowadzonych działań uzyskuje się identyfikację kategorii woni i dane informujące ojej intensywności.

P r z y k ł a d 2

W celu określeniu stopnia świeżości i jakości żywności, jakości półproduktów i produktów chemicznych, spożywczych, farmaceutycznych wykonuje się układ i postępuje się w sposób opisany w przykładzie 1, z tym, że w module czujników instaluje się co najmniej 16 czujników mierzących stężenia potencjalnie występujących związków chemicznych w badanej woni.

P r z y k ł a d 3

W celu określenia kategorii i intensywności woni w przemyśle rafineryjno-petrochemicznym, oczyszczalni ścieków, przy składowiskach odpadków komunalnych i bytowych wykonuje się układ i postępuje się w sposób opisany w przykładzie 1 z tym, że w module czujników instaluje się co najmniej 6 czujników półprzewodnikowych mierzących stężenia potencjalnie występujących związków chemicznych w badanej woni.

Claims (5)

1. Sposób prowadzenia pomiarów kategorii i intensywności woni w powietrzu polegający na przepływowym pomiarze w próbce powietrza, przy użyciu czujników półprzewodnikowych i układu sterowania, który wyposażony jest w bibliotekę danych kategorii woni i jej intensywności z zaimplementowanymi algorytmami służącymi do przyporządkowania próbki powietrza do określonej kategorii i intensywności, przy czym pomiarów dokonuje się po wstępnym oczyszczeniu powietrza z pyłów i wilgoci, znamienny tym, że wstępnie oczyszczoną próbkę powietrza rozdziela się na dwa strumienie, przy czym pierwszy strumień poddaje się obróbce w generatorze powietrza zerowego (ZAG), a uzyskane powietrze zerowe miesza się z drugim strumieniem tak, aby uzyskać mieszaninę gazową o żądanym rozcieńczeniu, przy czym rozcieńczenie reguluje się, korzystnie przy pomocy co najmniej jednego zaworu proporcjonującego (ZP), po czym mieszaninę gazową kieruje się do komory mieszania (M), koPL 227 076 B1 rzystnie termostatowanej do temperatury 20°C-25°C, w której poddaje się homogenizacji i wyrównaniu stężeń, przy czym w komorze mieszania (M) dokonuje się pomiaru temperatury i wilgotności względnej, a następnie mieszaninę gazową kieruje się do modułu czujników półprzewodnikowych (Mcz), zaś pracą zaworu proporcjonującego (ZP) steruje się za pomocą układu sterowania (US), a w przypadku wystąpienia stężeń przekraczających dolną granicę wybuchowości i/lub bezpieczną granicę zawartości gazów palnych, i/lub przyrostu sygnałów powyżej 90% wartości nasycenia sygnałów czujników półprzewodnikowych (Mcz), korzystnie każdego czujnika, zwiększa się stopień rozcieńczenia.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że szybkość przepływu mieszaniny gazowej przez moduł czujników półprzewodnikowych (Mcz) reguluje się przy pomocy pompy ssącej (PSS) i rotametrów (R1, R2, R3).

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w komorze mieszania (M) utrzymuje się temperaturę niższą niż w komorze czujników półprzewodnikowych (Mcz).

4. Układ do prowadzenia pomiarów kategorii i intensywności woni w powietrzu składający się z dyszy wlotowej powietrza, kanału zasilającego i dyszy wylotowej oraz układu czujników półprzewodnikowych, znamienny tym, że wyposażony jest w pierwszy kanał zasilający (1) z pierwszym króćcem wlotem (WL1) i drugi kanał zasilający (2) z drugim króćcem wlotowym (WL2), zaś w pierwszym kanale zasilającym (1) zamontowane są pierwsze filtry pyłu/mgły (F1), generator powietrza zerowego (ZAG) i pierwszy rotametr (R1), zaś w drugim kanale zasilającym (2) zamontowane są drugie filtry pyłu/mgły (F2) i drugi rotametr (R2), przy czym pierwszy kanał zasilający (1) i drugi kanał zasilający (2) połączone są poprzez wspólny zawór proporcjonujący (ZP) z kanałem zbiorczym (3), w którym osadzony jest czujnik mieszanin wybuchowych/gazów palnych (PEL), zaś kanał zbiorczy (3) doprowadzony jest do komory mieszania (M), która połączona jest z modułem czujników półprzewodnikowych (Mcz), z którego wyprowadzony jest kanał wylotowy (4), który doprowadzony jest pompy ssącej (PSS), w którym zamontowany jest korzystnie trzeci rotametr (R3), przy czym kanał wylotowy (4) zakończony jest króćcem wylotowym (WYL), zaś do układu sterowania (US) dołączone są niezależnie: zawór proporcjonalny (ZP), czujnik gazów palnych i/lub mieszanin wybuchowych (PEL), oraz czujnik temperatury (T) i czujnik wilgotności (φ) w komorze mieszania (M), a także moduł czujników półprzewodnikowych (Mcz) oraz układ sterowania pompy ssącej (PSS).

5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że pomiędzy komorą mieszania (M) a modułem czujników półprzewodnikowych (Mcz) usytuowany jest dozownik (D) do pobierania próbki gazowej celem dodatkowej kontroli składu chemicznego mieszaniny gazowej, korzystnie technikami chromatograficznymi.