RU159141U1

RU159141U1 - PRIMARY CONVERTER OF PHOTOCOLORIMETRIC GAS ANALYZER

Info

Publication number: RU159141U1
Application number: RU2015137157/28U
Authority: RU
Inventors: Александр Егорович Яцук; Юрий Борисович Яненко; Михаил Федорович Бродский; Михаил Сергеевич Бочарников; Наталья Николаевна Куртина; Екатерина Николаевна Петрашова; Геннадий Львович Розинов
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2016-02-10

Abstract

Первичный преобразователь фотоколориметрического газоанализатора, включающий корпус с держателем газочувствительного индикаторного элемента и измерительного узла со светодиодом и фотоприемниками, соединенными с регистратором сигнала, отличающийся тем, что установленные на одной оси первый фотодиод и светодиод являются оптопарой и разделены индикаторной лентой, при этом второй фотодиод расположен соосно в непосредственной близости за светодиодом, при этом преобразователь выполнен в виде отдельного узла с возможностью его установки в качестве сменного элемента в приборную часть с побудителем расхода газа и лентопротяжным механизмом, при этом газовый тракт первичного преобразователя герметично пристыковывается к входному тракту побудителя и обеспечивается стыковка цепей питания и интерфейса.A primary converter for a photocolorimetric gas analyzer, including a housing with a holder for a gas-sensitive indicator element and a measuring unit with an LED and photodetectors connected to a signal recorder, characterized in that the first photodiode and LED mounted on the same axis are an optocoupler and separated by an indicator tape, while the second photodiode is aligned in the immediate vicinity of the LED, while the converter is made as a separate unit with the possibility of its installation and as a replacement element in the instrument part with a driving force of gas flow and tape transport mechanism, wherein the gas path of the primary device sealingly attaches to the driving force input path and provides a circuit and docking interface.

Description

Полезная модель относится к аналитическим приборам, используемым для измерения концентрации вредных веществ (газов) в воздухе, основанным на фиксации изменений оптических свойств поверхности газочувствительного элемента под воздействием анализируемой среды и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Первичный преобразователь предназначен для количественного преобразования контролируемой газовой микропримеси в значение ее концентрации в воздухе промышленных зон, в том числе во взрывоопасных помещениях.The utility model relates to analytical instruments used to measure the concentration of harmful substances (gases) in air, based on recording changes in the optical properties of the surface of the gas-sensitive element under the influence of the analyzed medium and can be used in various industries. The primary converter is intended for the quantitative conversion of a controlled gas microimpurity to the value of its concentration in the air of industrial zones, including in explosive rooms.

Общие принципы построения фотоколориметрического газоанализатора предусматривают наличие корпуса, держателя с газочувствительным индикаторным элементом, электродвигатель, на оси которого расположены держатель индикаторного элемента и оптически сопряженные источник света и фотоэлемент, и регистрирующий прибор.General principles for constructing a photocolorimetric gas analyzer include a housing, a holder with a gas-sensitive indicator element, an electric motor, on the axis of which there is an indicator element holder and optically coupled light source and photocell, and a recording device.

Газоанализатор предназначается для анализа воздушной среды путем непрерывной регистрации концентрации анализируемого компонента в течение заданного времени с применением метода фотоколориметрического анализа, что позволяет определять концентрации веществ по изменениям оптических характеристик чувствительного элемента.The gas analyzer is designed to analyze the air environment by continuously recording the concentration of the analyzed component for a given time using the method of photocolorimetric analysis, which allows you to determine the concentration of substances from changes in the optical characteristics of the sensitive element.

Известен Фотоколориметрический ленточный газосигнализатор для обнаружения токсичных примесей в воздухе по патенту на полезную модель RU 47100 (публ. 10.08.2005, G01N 21/00), содержащий корпус, лентопротяжный механизм с индикаторной лентой, дозатор индикаторных реактивов, пневматическую систему подачи анализируемого воздуха к индикаторной ленте, фотоблок с осветителем и фотоприемником, блок электроники, соединенный с фотоблоком, и с регистратором сигнала, при этом узел которого выполнен в виде датчика, электрические узлы которого расположены во взрывозащищенных оболочках в его корпусе, и выносного пульта управления и сигнализации, располагаемого вне взрывоопасной зоны.Known Photocolorimetric tape gas detector for detecting toxic impurities in the air according to the patent for utility model RU 47100 (publ. 10.08.2005, G01N 21/00), comprising a housing, a tape drive mechanism with an indicator tape, a dispenser for indicator reagents, a pneumatic system for supplying analyzed air to the indicator tape, photoblock with illuminator and photodetector, an electronics unit connected to the photoblock, and with a signal recorder, the node of which is made in the form of a sensor, the electrical nodes of which are located in the protected shells in its housing, and a remote control and alarm panel located outside the hazardous area.

Недостатком известного решения является усложнение конструкции и невозможность использования решений в съемной компоновке.A disadvantage of the known solution is the complexity of the design and the inability to use solutions in a removable layout.

Известен фотоколорометрический газоанализатор по патенту на изобретение RU 2038585 (публ. 27.06.1995, G01N 21/78) содержащий индикаторный элемент, с одной стороны которого установлены два светоизлучающих диода, оптические оси которых расположены в одной плоскости под одинаковыми углами к плоскости размещения индикаторного элемента, и основной фотоприемник, выход которого соединен с регистрирующим устройством, при этом светодиоды расположены так, что угол между оптическими осями светодиодов составляет 10-45°, между светодиодами и индикаторным элементом симметрично относительно оптических осей светодиодов под углом 0-30° к плоскости размещения индикаторного элемента установлено плоское тонкое стекло, на поверхность которого, обращенную к светодиодам, нанесено полупрозрачное светоотражающее покрытие, основной фотоприемник выполнен в виде планарного фотодиода, расположенного на тонком плоском стекле со стороны светодиодов вне направления распространения их излучения, в оптической тени основного фотоприемника от излучения светодиодов, отраженного от индикаторного элемента, на направлении распространения излучения светодиодов, отраженного от полупрозрачного светоотражающего покрытия и от поверхности тонкого плоского стекла, расположен дополнительный фотоприемник, идентичный основному, при этом на направлении распространения излучения, отраженного от индикаторного элемента в пределах апертуры дополнительного фотоприемника, размещена оптическая ловушка, а выход дополнительно фотоприемника электрически соединен с входами светодиодов через усилитель отрицательной обратной связи.Known photocolorometric gas analyzer according to the patent for invention RU 2038585 (publ. 06/27/1995, G01N 21/78) containing an indicator element, on one side of which two light-emitting diodes are installed, the optical axis of which are located in the same plane at the same angles to the plane of placement of the indicator element, and the main photodetector, the output of which is connected to the recording device, the LEDs being located so that the angle between the optical axes of the LEDs is 10-45 °, between the LEDs and the indicator element symmetrically relative to the optical axes of the LEDs at an angle of 0-30 ° to the plane of placement of the indicator element, flat thin glass is installed, on the surface of which, facing the LEDs, a translucent reflective coating is applied, the main photodetector is made in the form of a planar photodiode located on a thin flat glass on the side LEDs outside the direction of propagation of their radiation, in the optical shadow of the main photodetector from the radiation of LEDs reflected from the indicator element, on an additional photodetector identical to the main one is located in the direction of propagation of the LED radiation reflected from the translucent reflective coating and from the surface of thin flat glass, while an optical trap is placed on the direction of the radiation reflected from the indicator element within the aperture of the additional photodetector, and the output of the additional photodetector is electrically connected to the inputs of the LEDs through a negative feedback amplifier.

Газоанализатор содержит два светодиода, индикаторный элемент, основной фотоприемник, тонкое плоское стекло, дополнительный фотоприемник, регистрирующее устройство, усилитель обратной связи, полупрозрачное светоотражающее покрытие, оптическую ловушку, выполненную, например, в виде черного экрана или черного конуса.The gas analyzer contains two LEDs, an indicator element, a main photodetector, thin flat glass, an additional photodetector, a recording device, a feedback amplifier, a translucent reflective coating, an optical trap made, for example, in the form of a black screen or black cone.

Недостатком известного устройства являются усложненная конструкция устройства, влияющая на его эксплуатационную надежность. В данном устройстве обеспечивается получение информации об интенсивности потоков света, отражаемого двумя участками индикаторной ленты, один из которых обдувается (продувается) анализируемой смесью газов. При этом в предположении, что все участки индикаторной ленты имеют постоянный начальный коэффициент отражения, достигается компенсация изменений светимости источника света во времени. Схема такого устройства включает светоделитель с тонкой юстировкой и дополнительные средства, препятствующие проникновению анализируемой пробы к не обдуваемому участку ленты. Кроме того указанное устройство не позволяют создать миниатюрный фотоколориметрический преобразователь.A disadvantage of the known device is the complicated design of the device, affecting its operational reliability. This device provides information on the intensity of the light flux reflected by two sections of the indicator tape, one of which is blown (blown) by the analyzed gas mixture. Moreover, under the assumption that all sections of the indicator tape have a constant initial reflection coefficient, compensation is made for changes in the luminosity of the light source over time. The scheme of such a device includes a beam splitter with fine adjustment and additional means that impede the penetration of the analyzed sample to the non-blown section of the tape. In addition, the specified device does not allow you to create a miniature photocolorimetric Converter.

Техническим решением, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является повышение точности и надежности работы при исключении нестабильности метрологических характеристик при миниатюризации узла фотоколориметрического преобразователяThe technical solution to which the claimed utility model is aimed is to increase the accuracy and reliability of operation while eliminating the instability of metrological characteristics during miniaturization of the photocolorimetric converter unit

Указанный технический результат достигается тем, что первичный преобразователь фотоколориметрического газоанализатора, включающий корпус с держателем газочувствительного индикаторного элемента и измерительного узла с светодиодом и фотоприемниками, соединенными с регистратором сигнала, отличающийся тем, что, установленные на одной оси первый фотодиод и светодиод являются оптопарой и разделены индикаторной лентой, при этом второй фотодиод расположен соосно в непосредственной близости за светодиодом, при этом преобразователь выполнен в виде отдельного узла, с возможностью его установки в качестве сменного элемента в приборную часть с побудителем расхода газа и лентопротяжным механизмом, при этом газовый тракт первичного преобразователя герметично пристыковывается к входному тракту побудителя и обеспечивается стыковка цепей питания и интерфейса.The indicated technical result is achieved in that the primary converter of the photocolorimetric gas analyzer, comprising a housing with a holder of a gas-sensitive indicator element and a measuring unit with an LED and photodetectors connected to a signal recorder, characterized in that the first photodiode and LED installed on the same axis are an optocoupler and are separated by an indicator pair tape, while the second photodiode is located coaxially in the immediate vicinity of the LED, while the converter ene as a separate unit, to be mounted as a replacement element in the instrument part with a driving force of gas flow and tape transport mechanism, wherein the gas path of the primary device sealingly attaches to the driving force input path and provides a circuit and docking interface.

Такая схема может быть реализована в варианте, представленном на фиг. 1-2.Such a circuit may be implemented in the embodiment of FIG. 1-2.

Преобразователь в сборе состоит из кассеты со свернутым в рулон запасом ленточного чувствительного элемента и измерительного узла первичного фотоколориметрического преобразователя.The transducer assembly consists of a cassette with a rolled-up stock of tape sensing element and a measuring unit of the primary photocolorimetric converter.

Первичный преобразователь, выполнен в пластмассовом корпусе 1 с пластмассовой крышкой 2 и с двумя отсеками: для рулона индикаторной ленты 3, длиной до 25 м и шириной 8 мм и платы электронного монтажа 4, является самостоятельным изделием, однозначно определяющим метрологические характеристики газоанализатора. В первичном преобразователе вытягиваемый из ленточного отсека конец ленты 5 попадает в зазор 6 между свето- и фотодиодами (7-10). Участок ленты, находящийся в этом зазоре, является рабочим участком. Корпус и крышка в этом месте снабжены штуцерами 9, обеспечивающими омывание рабочего участка ленты потоком анализируемой пробы. С тыльной стороны светодиода 7 установлен еще один фотодиод 8, отслеживающий светимость светодиода. Выводы диодов попадают на плату 4, имеющую габариты 25×65 мм, где размещена схема питания светодиода и преобразования сигналов фотодиодов.The primary converter, made in a plastic case 1 with a plastic cover 2 and with two compartments: for a roll of indicator tape 3, up to 25 m long and 8 mm wide and electronic mounting board 4, is an independent product that uniquely determines the metrological characteristics of the gas analyzer. In the primary converter, the end of the tape 5 pulled out from the tape compartment falls into the gap 6 between the light and photodiodes (7-10). The portion of the tape located in this gap is a work portion. The housing and the cover in this place are equipped with fittings 9, which provide washing the working section of the tape with the flow of the analyzed sample. On the back of the LED 7 is installed another photodiode 8, tracking the luminosity of the LED. The findings of the diodes fall on board 4, having dimensions of 25 × 65 mm, where the power supply circuit of the LED and the conversion of the signals of the photodiodes are located.

Для проведения процедуры фотометрирования участка ленты используется оптико-электронная конструкция, состоящая из светодиода, например, КИПД 21 И-Г и двух фотодиодов типа КФДМ. Один фотодиод 10, именуемый главным, расположен за лентой и предназначен для измерения значения освещенности светового потока прошедшего через ленту. Второй фотодиод 8 расположен в непосредственной близости за светодиодом и предназначен для контроля уровня освещенности, создаваемой светодиодом. Такое решение позволяет избежать ошибок измерений, связанных с изменением электрических характеристик и светимости светодиода.To carry out the photometric procedure for the tape section, an optoelectronic design is used, consisting of an LED, for example, KIPD 21 I-G and two photodiodes of the KFDM type. One photodiode 10, called the main one, is located behind the tape and is designed to measure the value of the illumination of the light flux passing through the tape. The second photodiode 8 is located in the immediate vicinity of the LED and is designed to control the level of illumination created by the LED. This solution avoids measurement errors associated with changes in the electrical characteristics and luminosity of the LED.

При такой схеме динамика изменения отношения сигнала основного фотодиода 10 к одновременному сигналу дополнительного 8 фотодиода, т.е. динамика изменения коэффициента пропускания рабочего участка индикаторной ленты, напрямую связана с концентрацией контролируемого компонента. Выявление этого соотношения, динамики его изменения, вычисление концентрации и подготовку сообщения о результате измерения выполняет электрическая схема преобразователя.With this scheme, the dynamics of the change in the ratio of the signal of the main photodiode 10 to the simultaneous signal of the additional 8 photodiode, i.e. the dynamics of the transmittance of the working section of the indicator tape is directly related to the concentration of the controlled component. The detection of this ratio, the dynamics of its change, the calculation of the concentration and the preparation of a message about the measurement result are performed by the electrical circuit of the converter.

На плате также должен быть размещен процессор, включающий ЦАП и АЦП (например, ADUC 824) с элементами, обеспечивающими его функционирование. Монтаж элементов может быть реализован с обеих сторон платы. Цепи питания платы и цепи интерфейса T×D и R×D выводятся на разъем. Загрузка компьютерной программы осуществляется через конвертер интерфейса. Калибровка преобразователя, поверка, а также штатное функционирование осуществляется при его установке в приборную часть с вспомогательными устройствами: побудителем расхода газа, лентопротяжным механизмом, процессором, дисплеем, и источником питания. В отсутствии преобразователя в приборе должен быть обеспечен автономный запуск в работу побудителя расхода газа, лентопротяжного механизма, а также выведение на дисплей заранее обусловленной информации с целью проверки работоспособности этих устройств.The processor must also be located on the board, including the DAC and ADC (for example, ADUC 824) with elements that ensure its functioning. Installation of elements can be implemented on both sides of the board. Board power circuits and T × D and R × D interface circuits are output to the connector. Download a computer program through the interface converter. Calibration of the converter, calibration, as well as regular operation is carried out when it is installed in the instrument part with auxiliary devices: gas flow inducer, tape drive, processor, display, and power source. In the absence of a converter in the device, an autonomous start-up of a gas flow inducer, a tape drive, and also displaying of predetermined information on the display in order to verify the operability of these devices should be provided.

Операция поверки преобразователя в эксплуатации не предусмотрены. Преобразователь поверяется при выпуске из производства и поставляется с гарантией сохранности в течении одного года. По истечении этого срока, либо по израсходованию ленты преобразователь подлежит утилизации в обычном порядке, либо возврату на завод-изготовитель, т.к. показатели надежности (без учета ЛЧЭ) позволяют его многократное использование.The verification operation of the converter is not provided for in operation. The converter is verified upon release from production and comes with a guarantee of preservation for one year. After this period, either by using up the tape, the converter must be disposed of in the usual way, or returned to the manufacturer, because reliability indicators (excluding LEC) allow its multiple use.

Claims

A primary converter for a photocolorimetric gas analyzer, including a housing with a holder for a gas-sensitive indicator element and a measuring unit with an LED and photodetectors connected to a signal recorder, characterized in that the first photodiode and LED mounted on the same axis are an optocoupler and separated by an indicator tape, while the second photodiode is aligned in the immediate vicinity of the LED, the converter is made as a separate unit with the possibility of its installation and as a replacement element in the instrument part with a driving force of gas flow and tape transport mechanism, wherein the gas path of the primary device sealingly attaches to the driving force input path and provides a circuit and docking interface.