RU156168U1 - Струйный детектор газов - Google Patents

Abstract

Струйный детектор газов, содержащий сопло анализируемого газа, ось симметрии которого расположена перпендикулярно внешней поверхности плоской упругой металлической мембраны, а срез сопла обращен в сторону этой поверхности, отличающийся тем, что он дополнительно содержит электроакустический преобразователь, звукоизлучающий элемент которого вмонтирован в стенку вспомогательной камеры, а его вход соединен с выходом генератора электрических колебаний, звуковод, а также электронный усилитель, к входу которого подключены мембрана и противоэлектрод, расположенный внутри камеры электретного микрофона, а к выходу последовательно подключены выпрямитель и вольтметр, при этом упругая металлическая мембрана выполнена подвижной, на ее внутреннюю поверхность нанесен слой плоского электрета, обращенный навстречу противоэлектроду, а звуковод включен между камерой электретного микрофона и вспомогательной камерой.

Description

Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно, к средствам измерений концентраций и физико-химических свойств газов.

Известен струйный детектор газов (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Автоматические детекторы газов. М.: Энергия. 1972, С. 38), содержащий подвижную перегородку, укрепленную на оси, установленной в подшипниках и снабженную противодействующими пружинами, а также сопло, служащее для формирования струи анализируемого газа, и фотоэлектрическое устройство для преобразования угла поворота перегородки в электрический сигнал.

При истечении из сопла струи анализируемого газа с постоянной скоростью сила удара струи о подвижную перегородку однозначно определяется плотностью газа. При изменении плотности газа изменяется сила удара струи о перегородку и угол поворота последней, значение которого преобразуется в электрический сигнал.

Недостатком такого детектора является сложность конструкции, связанная с наличием подвижных элементов, и высокая чувствительность к вибрациям.

Наиболее близким по технической сущности является струйный детектор газов (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Азим-заде А.Ю. Автоматические детекторы газов и жидкостей. М.: Энергоатомиздат. 1983, С. 27), содержащий сопло анализируемого газа, ось симметрии которого расположена перпендикулярно внешней поверхности плоской упругой металлической мембраны, а срез сопла обращен в сторону этой поверхности. Детектор также содержит преобразователь прогиба мембраны в электрический сигнал (обычно для измерения прогиба мембраны используют емкостные или индуктивные преобразователи перемещения).

При истечении анализируемого газа из сопла на внешнюю поверхность мембраны с постоянной скоростью за счет кинетической энергии струи возникает прогиб мембраны, который зависит от плотности анализируемого газа.

Недостатком такого детектора является относительная сложность конструкции, связанная с необходимостью тщательного экранирования преобразователя перемещений.

Задачей данной полезной модели является создание простого струйного детектора газов на базе миниатюрного электретного микрофона.

Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции струйного детектора газов.

Технический результат достигается тем, что струйный детектор газов, содержащий сопло анализируемого газа, ось симметрии которого расположена перпендикулярно внешней поверхности плоской упругой металлической мембраны, а срез сопла обращен в сторону этой поверхности, согласно полезной модели, дополнительно содержит электроакустический преобразователь, звукоизлучающий элемент которого вмонтирован в стенку вспомогательной камеры, а его вход соединен с выходом генератора электрических колебаний, звуковод, а также электронный усилитель, к входу которого подключены мембрана и противоэлектрод, расположенный внутри камеры электретного микрофона, а к выходу последовательно подключены выпрямитель и вольтметр, при этом упругая металлическая мембрана выполнена подвижной, на ее внутреннюю поверхность нанесен слой плоского электрета, обращенный навстречу противоэлектроду, а звуковод включен между камерой электретного микрофона и вспомогательной камерой.

Такая конструкция струйного детектора обеспечивает простоту преобразований перемещений мембраны, вызванных изменением плотности газов, в электрический сигнал, а именно, при работе детектора с помощью акустических колебаний, поступающих по звуководу в камеру электретного микрофона, создаются непрерывные колебания его мембраны и нанесенного на ее внутреннюю поверхность слоя электрета, что вызывает появление электрического сигнала на выходе электретного микрофона, который усиливается и выпрямляется, а интенсивность сигнала измеряется с помощью вольтметра. При изменении плотности анализируемого газа, например при увеличении, интенсивность сигнала увеличивается.

По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов их взаимного расположения.

Схема струйного детектора газов показана на фиг. 1.

Струйный детектор газа содержит сопло 1 анализируемого газа, ось симметрии 2 которого расположена перпендикулярно внешней поверхности 3 плоской упругой металлической мембране 4, а срез сопла 5 обращен в сторону этой поверхности. Детектор также содержит электроакустический преобразователь 6, звукоизлучающий элемент 7 которого вмонтирован в стенку 8 вспомогательной камеры 9, а его вход соединен с выходом генератора 10 электрических колебаний. Детектор включает в себя звуковод 11, электронный усилитель 12, к входу которого подключены мембрана 4 и противоэлектрод 13, расположенный внутри камеры 14 электретного микрофона 15, а к выходу последовательно подключены выпрямитель 16 и вольтметр 17. Мембрана 4 выполнена подвижной, на ее внутреннюю поверхность 18 нанесен слой плоского электрета 19, обращенный навстречу противоэлектроду 13. При этом звуковод 11 включен между камерой 14 электретного микрофона 15 и вспомогательной камерой 9. Мембрана 4 установлена в опоре 20, а противоэлектрод 13 установлен на изоляторе 21 в камере 14 электретного микрофона.

Струйный детектор газов работает следующим образом.

Поток анализируемого газа поступает с постоянной скоростью в сопло 1 и вытекает через срез 5 сопла 1 в виде струи, которая воздействует на мембрану 4. При этом сила удара R струи газа о мембрану зависит от скорости и плотности ρ газа: R=ρFV²

где F - площадь поперечного сечения струи.

При постоянных значениях F и V сила удара определяется плотностью анализируемого газа.

Электрические колебания от генератора 10 поступают к электроакустическому преобразователю 6. При этом возникают механические колебания его звукоизлучающего элемента 7, т.е. излучается звук. Этот звук по звуководу 11 направляется из вспомогательной камеры 9 в камеру 14 электретного микрофона 15. Поступление звуковых колебаний под мембрану 4 вызывает ее механическое колебание. При этом вместе с мембраной 4 колеблется слой плоского электрета 19, который несет электрический заряд. За счет перемещения мембраны 4 с электретом 19 относительно противоэлектрода 13 во внешней цепи электронного усилителя 12 вход, которого подключен к мембране 4 и противоэлектроду 13, возникает сигнал переменного электрического тока. Этот сигнал усиливается, преобразуется выпрямителем 16 и измеряется вольтметром 17. При деформации мембраны 4, под действием струи анализируемого газа, уменьшается расстояние между мембраной 4 и противоэлектродом 13, что приводит к увеличению амплитуды электрического сигнала на входе электронного усилителя 12 и, как следствие, увеличение показаний вольтметра 17. Изменение показаний последнего несет информацию об изменении плотности анализируемого газа.

Экспериментальная проверка струйного детектора газов, выполненная на лабораторном макете, реализованного с использованием электретного микрофона типа МКЭ-3 и электроакустического преобразователя (малогабаритного телефона типа ТМ-2А), показало, что чувствительность составляет 15-20 мВ/% об. (по пропану) при частоте колебаний 5 кГц.

Преимущество предлагаемого технического решения:

- простота конструкции;

- малые размеры;

- низкая стоимость.

Предложенный струйный детектор газов может быть реализован на базе стандартных электретного микрофона и миниатюрного телефона, а также распространенных и дешевых средств электронной техники.

Струйный детектор газов может найти применение в лабораторных и промышленных средствах контроля плотности газов, а также в газовой хроматографии.

Claims (1)

1. Струйный детектор газов, содержащий сопло анализируемого газа, ось симметрии которого расположена перпендикулярно внешней поверхности плоской упругой металлической мембраны, а срез сопла обращен в сторону этой поверхности, отличающийся тем, что он дополнительно содержит электроакустический преобразователь, звукоизлучающий элемент которого вмонтирован в стенку вспомогательной камеры, а его вход соединен с выходом генератора электрических колебаний, звуковод, а также электронный усилитель, к входу которого подключены мембрана и противоэлектрод, расположенный внутри камеры электретного микрофона, а к выходу последовательно подключены выпрямитель и вольтметр, при этом упругая металлическая мембрана выполнена подвижной, на ее внутреннюю поверхность нанесен слой плоского электрета, обращенный навстречу противоэлектроду, а звуковод включен между камерой электретного микрофона и вспомогательной камерой.

   

Images