RU186910U1

RU186910U1 - Multicomponent gas analyzer for selective measurement of freon concentration in life support systems

Info

Publication number: RU186910U1
Application number: RU2018114439U
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Снытко; Виктор Андреевич Трубаров
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2019-02-11

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике. Многокомпонентный инфракрасный газоанализатор содержит источник инфракрасного излучения, рабочую камеру с окнами, прозрачными в диапазоне длин волн поглощения измеряемых газов, оптические фильтры, пропускающие излучение по линиям поглощения измеряемых газов, приемники инфракрасного излучения, устройство для модуляции потока инфракрасного излучения, устройство подачи анализируемого газа. Модуляция потока инфракрасного излучения по линиям поглощения анализируемого газа осуществляется путем периодического изменения давления в рабочей камере. Технический результат заключается в обеспечении функциональной стабильности нулевых показаний газоанализатора в течение срока службы и повышении селективности измерений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to measuring technique. A multicomponent infrared gas analyzer contains an infrared radiation source, a working chamber with windows transparent in the absorption wavelength range of the measured gases, optical filters that transmit radiation along the absorption lines of the measured gases, infrared radiation receivers, a device for modulating the infrared radiation stream, and a sample gas supply device. Modulation of the flow of infrared radiation along the absorption lines of the analyzed gas is carried out by periodically changing the pressure in the working chamber. The technical result consists in ensuring the functional stability of the zero readings of the gas analyzer during the service life and increasing the selectivity of measurements. 2 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Газоанализатор предназначен для селективного и одновременного измерения концентрации двух хладонов в системах жизнеобеспечения объектов МО РФ, в которых могут одновременно находиться установки, например, холодильники, кондиционеры, системы пожаротушения и др., использующие различные типы хладонов. Селективность измерения должна быть очень высокой, чтобы обеспечивалась своевременная, однозначная идентификация неисправностей, вызывающих возможные утечки любого хладона.The gas analyzer is designed for the selective and simultaneous measurement of the concentration of two freons in the life support systems of the RF Ministry of Defense facilities, which may simultaneously contain installations, for example, refrigerators, air conditioners, fire extinguishing systems, etc., using various types of freons. The selectivity of the measurement must be very high to ensure timely, unambiguous identification of malfunctions that cause possible leaks of any freon.

Уровень техникиState of the art

Полупроводниковые газоанализаторыSemiconductor Gas Detectors

Принцип действия данных газоанализаторов основан на изменении поверхностного сопротивления полупроводника при воздействии анализируемого компонента смеси. Газоанализаторы на основе полупроводниковых сенсоров простые по конструкции, экономичные, дешевые, но имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение в ответственных случаях применения, а именно:The principle of operation of these gas analyzers is based on a change in the surface resistance of the semiconductor when exposed to the analyzed component of the mixture. Gas analyzers based on semiconductor sensors are simple in design, economical, cheap, but have a number of disadvantages that limit their use in critical applications, namely:

- низкая селективность,low selectivity

- низкая стойкость к воздействию агрессивных компонентов. Известен газоанализатор СИГМА-03 ГПСК07.00.00.000РЭ,- low resistance to aggressive components. Known gas analyzer SIGMA-03 GPSK07.00.00.000RE,

выпускаемый ООО «Промприбор - Р», г. Москва, который предназначен для измерения концентрации различных вредных веществ, в том числе и хладонов R12, R22, R113, R114B2, R125, R134A, R141B, R152, R407C и др. по выбору. В газоанализаторе используются полупроводниковые датчики, низкая селективность которых не позволяет производить одновременно раздельное измерение даже двух хладонов на одном объекте. Кроме того, полупроводниковые датчики на хладоны теряют свои параметры при наличии в анализируемой среде агрессивных веществ. Чувствительность газоанализатора СИГМА-03 недостаточна для применения в системах жизнеобеспечения объектов МО РФ.manufactured by Prompribor-R LLC, Moscow, which is designed to measure the concentration of various harmful substances, including Freon R12, R22, R113, R114B2, R125, R134A, R141B, R152, R407C, etc., by choice. The gas analyzer uses semiconductor sensors, the low selectivity of which does not allow simultaneous separate measurement of even two freons on the same object. In addition, freon semiconductor sensors lose their parameters in the presence of aggressive substances in the analyzed medium. The sensitivity of the SIGMA-03 gas analyzer is insufficient for use in the life support systems of the RF Ministry of Defense facilities.

Оптические газоанализаторыOptical Gas Analyzers

Оптические газоанализаторы основаны на использовании зависимости того или иного оптического свойства анализируемой газовой смеси от изменения концентрации измеряемого компонента. Наибольшее распространение получили оптические абсорбционные газоанализаторы, основанные на селективном поглощении лучистой энергии в инфракрасной области спектра. Оптические абсорбционные газоанализаторы широко применяются для измерения концентрации газов, имеющих спектры поглощения в ближней и средней областях инфракрасного (далее - ИК) спектра. В связи с тем, что характерные линии поглощения хладонов расположены в дальней ИК области (8-10 мкм), имеется ряд технических проблем, затрудняющих создание газоанализаторов для измерения хладонов с высокими эксплуатационными характеристиками.Optical gas analyzers are based on the use of the dependence of one or another optical property of the analyzed gas mixture on the change in the concentration of the measured component. The most widely used optical absorption gas analyzers based on the selective absorption of radiant energy in the infrared region of the spectrum. Optical absorption gas analyzers are widely used to measure the concentration of gases having absorption spectra in the near and middle regions of the infrared (hereinafter - IR) spectrum. Due to the fact that the characteristic absorption lines of freons are located in the far IR region (8-10 μm), there are a number of technical problems that make it difficult to create gas analyzers for measuring freons with high operational characteristics.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Сущность полезной модели заключается в том, что в оптическом абсорбционном газоанализаторе осуществляется модуляция потока ИК - излучения только по линиям поглощения газов, находящихся в рабочей камере. При этом, газоанализатор приобретает функциональную стабильность нуля, то есть при отсутствии измеряемого газа в анализируемой газовой смеси измерительный сигнал равен нулю. Нет газа - нет сигнала, что важно при измерении малых концентраций газов, когда выходные сигналы приемников ИК -излучения также малы. Модуляция потока излучения по линиям поглощения осуществляется путем периодического изменения давления в рабочей камере, что вызывает изменение оптической плотности по линиям поглощения и появление сигнала в приемнике излучения, пропорционального концентрации измеряемого компонента. Установив на пути потока ИК - излучения несколько приемников излучения с оптическими фильтрами по линиям поглощения разных газов, получаем многокомпонентный газоанализатор.The essence of the utility model is that the optical absorption gas analyzer modulates the IR radiation flux only along the absorption lines of gases in the working chamber. At the same time, the gas analyzer acquires functional stability of zero, that is, in the absence of the measured gas in the analyzed gas mixture, the measuring signal is zero. No gas - no signal, which is important when measuring low gas concentrations, when the output signals of the infrared radiation receivers are also small. The radiation flux along the absorption lines is modulated by periodically changing the pressure in the working chamber, which causes a change in the optical density along the absorption lines and the appearance of a signal in the radiation receiver proportional to the concentration of the measured component. By installing several radiation detectors with optical filters along the absorption lines of different gases on the path of the IR radiation stream, we obtain a multicomponent gas analyzer.

Принцип действия многокомпонентного газоанализатора пояснен на функциональной схеме Фиг. 1. Газоанализатор содержит рабочую камеру 1, через которую пропускают анализируемую газовую смесь, источник ИК - излучения 2, создающий поток ИК - излучения 3, подключенный к источнику питания 5, окно 4, прозрачное для ИК - излучения в диапазоне длины волны поглощения анализируемого газа, оптические фильтры 6, 7, пропускающие излучение по характерным линиям поглощения измеряемых хладонов, приемники ИК - излучения 8,9, устройство преобразования сигналов 10, устройство индикации концентрации измеряемых компонентов 11, насос 12, осуществляющий подачу пробы в рабочую камеру 1 с целью повышения давления, ресивер 13, в котором создается повышенное давление, необходимое для быстрого заполнения рабочей камеры, насос 14, осуществляющий удаление пробы из рабочей камеры с целью понижения давления, ресивер 15, в котором создается пониженное давление с целью ускорения понижения давления в рабочей камере, электроклапаны 16, 17, 18, 19, осуществляющие коммутацию подачи пробы в газоанализаторе в соответствии с алгоритмом работы, датчик давления 20, предназначенный для контроля давления в рабочей камере, блок управления 21, обеспечивающий управление работой газоанализатора.The principle of operation of the multi-component gas analyzer is explained in the functional diagram of FIG. 1. The gas analyzer contains a working chamber 1 through which the analyzed gas mixture is passed, an IR radiation source 2, generating an IR radiation stream 3 connected to a power source 5, a window 4 transparent to IR radiation in the absorption wavelength range of the analyzed gas, optical filters 6, 7, transmitting radiation along the characteristic absorption lines of the measured chladones, IR radiation receivers 8.9, a signal conversion device 10, a device for indicating the concentration of the measured components 11, a pump 12 supplying the robe into the working chamber 1 in order to increase the pressure, a receiver 13 in which the increased pressure necessary to quickly fill the working chamber is created, a pump 14 that removes samples from the working chamber in order to reduce the pressure, the receiver 15, in which a reduced pressure is created in order to acceleration of lowering the pressure in the working chamber, solenoid valves 16, 17, 18, 19, switching the sample supply in the gas analyzer in accordance with the operating algorithm, a pressure sensor 20, designed to control the pressure in the working chamber, to control 21, providing control over the operation of the gas analyzer.

Работа газоанализатора производится путем периодического повышения и понижения давления в рабочей камере. Электроклапаны 16, 17, 18, 19 закрыты. Насос 12 создает в ресивере 13 повышенное давление. Насос 14 создает в ресивере 15 пониженное давление. Цикл модуляции происходит следующим образом: электроклапан 16 открывается и, за счет повышенного давления в ресивере 13, происходит быстрый подъем давления в рабочей камере 1. Стабилизация повышенного давления в рабочей камере 1 производится путем регулировки работы насоса 12 по сигналу от датчика давления 20. Далее клапан 16 закрывается и открывается клапан 18. Происходит быстрый спад давления в рабочей камере 1. Клапан 18 закрывается и открывается клапан 19. За счет пониженного давления в ресивере 15 происходит разрежение в рабочей камере 1. Стабилизация пониженного давления в рабочей камере 1 производится путем регулировки работы насоса 14 по сигналу от датчика давления 20. Клапан 19 закрывается и открывается клапан 17. Вследствие созданного разрежения в рабочей камере, происходит быстрое заполнение рабочей камеры анализируемой пробой. Клапан 17 закрывается. Далее цикл модуляции давления в рабочей камере повторяется.The gas analyzer is operated by periodically increasing and decreasing the pressure in the working chamber. The solenoid valves 16, 17, 18, 19 are closed. The pump 12 creates an increased pressure in the receiver 13. The pump 14 creates a reduced pressure in the receiver 15. The modulation cycle is as follows: the electrovalve 16 opens and, due to the increased pressure in the receiver 13, the pressure rises rapidly in the working chamber 1. The high pressure in the working chamber 1 is stabilized by adjusting the operation of the pump 12 according to the signal from the pressure sensor 20. Then the valve 16 closes and opens the valve 18. There is a rapid drop in pressure in the working chamber 1. The valve 18 closes and opens the valve 19. Due to the reduced pressure in the receiver 15 there is a vacuum in the working chamber 1. The lowered pressure in the working chamber 1 is localized by adjusting the operation of the pump 14 by a signal from the pressure sensor 20. The valve 19 closes and the valve 17 opens. Due to the created vacuum in the working chamber, the working chamber is quickly filled with the analyzed sample. Valve 17 closes. Next, the pressure modulation cycle in the working chamber is repeated.

Существенные признаки, характеризующие полезную модельThe essential features that characterize the utility model

Таким образом, модуляция спектральных линий поглощения методом изменения давления в рабочей камере обеспечивает функциональную стабильность нулевых показаний газоанализатора в течение срока службы и повышение селективности измерений вследствие того, что нет модуляции полного потока излучения. Кроме того, газоанализатор устойчив к воздействию жестких внешних воздействующих факторов, так как в нем нет механических узлов для модуляции потока излучения, снижающих надежность газоанализатора, что существенно, исходя из условий применения. Устройство модуляции давления в рабочей камере одновременно осуществляет подачу анализируемой газовой пробы через рабочую камеру газоанализатора. Многокомпонентный газоанализатор освоен в производстве и выпускается серийно - газоанализатор КГС-Ф-01 (ИБЯЛ. 413411.005 ТУ часть 2).Thus, the modulation of the absorption spectral lines by changing the pressure in the working chamber ensures the functional stability of the zero readings of the gas analyzer during the service life and increases the selectivity of measurements because there is no modulation of the total radiation flux. In addition, the gas analyzer is resistant to harsh external factors, since it does not have mechanical components for modulating the radiation flux that reduce the reliability of the gas analyzer, which is significant based on the conditions of use. The pressure modulation device in the working chamber simultaneously delivers the analyzed gas sample through the working chamber of the gas analyzer. The multicomponent gas analyzer is mastered in production and is mass-produced - the gas analyzer KGS-F-01 (IBYAL. 413411.005 TU part 2).

Claims

1. A multi-component infrared gas analyzer containing an infrared radiation source, a working chamber with windows transparent in the absorption wavelength range of the measured gases, optical filters that transmit radiation through the absorption lines of the measured gases, infrared radiation receivers, a device for modulating the infrared radiation stream, an analyte supply device gas, characterized in that the modulation of the flow of infrared radiation along the absorption lines of the analyzed gas is carried out by periodically a slight change in pressure in the working chamber.

2. The multi-component infrared gas analyzer according to claim 1, characterized in that, in order to increase the sensitivity of the gas analyzer, the pressure in the working chamber is changed both towards increasing pressure and decreasing pressure.

3. The multi-component infrared gas analyzer according to claim 1, characterized in that the pressure modulating device in the working chamber simultaneously delivers the analyzed sample through the working chamber of the gas analyzer.