RU191610U1

RU191610U1 - INFRARED GAS ANALYZER

Info

Publication number: RU191610U1
Application number: RU2019106220U
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Загнитько; Николай Пантелеевич Зарецкий; Иван Дмитриевич Мацуков
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2019-08-14

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к устройствам, предназначенным для определения концентрации метана и других газообразных углеводородов, и может быть использована для измерения объемной концентрации метана и паров регазифицированного сжиженного природного газа. Инфракрасный газоанализатор состоит из цилиндрического корпуса, на поверхности которого установлен разъем для подключения внешних цепей, а внутри которого расположены инфракрасный оптический датчик, включающий в себя отверстия для входа и выхода анализируемого газа, инфракрасный светодиод, интерференционные фильтры и расположенная по ходу инфракрасного излучения светодиода газовая кювета с фокусирующими линзами инфракрасного излучения, фотоприемники инфракрасного излучения и электронный блок управления, включающий в себя коммуникационную плату, к которой присоединены управляющий микроконтроллер, формирователь сигналов интерфейса, в состав газоанализатора включен газовый канал, состоящий из коаксиальных внутренней и внешней цилиндрических труб, причем внешняя труба герметично присоединена к цилиндрическому корпусу и на ее выходе размещен пылевой фильтр, а внутренняя труба коаксиально и герметично соединена с инфракрасным оптическим датчиком, внутри которой коаксиально и последовательно расположены пористый металлический наполнитель, аэрозольный фильтр, побудитель расхода анализируемого газа и измеритель внутренней температуры, на ее торце расположен измеритель наружной температуры газа и защитная сетка, снаружи нее установлена цилиндрическая электропечь, внутри цилиндрического корпуса установлена дополнительная плата управления. Техническим результатом является улучшение технических характеристик инфракрасного газоанализатора. 1 ил.The utility model relates to the field of measurement technology, namely, devices designed to determine the concentration of methane and other gaseous hydrocarbons, and can be used to measure the volume concentration of methane and vapor regasified liquefied natural gas. The infrared gas analyzer consists of a cylindrical body, on the surface of which a connector for connecting external circuits is installed, and inside which there is an infrared optical sensor, which includes openings for the input and output of the analyzed gas, an infrared LED, interference filters and a gas cell located along the infrared radiation of the LED with focusing lenses for infrared radiation, infrared photodetectors and an electronic control unit including communes a kation board, to which a control microcontroller, an interface signal conditioner are connected, a gas channel is included in the gas analyzer, which consists of coaxial inner and outer cylindrical pipes, the outer tube being sealed to the cylindrical body and a dust filter placed at its outlet, and the inner tube coaxial and hermetically connected to an infrared optical sensor, inside of which a porous metal filler, an aerosol filter are coaxially and sequentially located, obuditel flow of sample gas and measuring the internal temperature at its outer end is located a gas meter temperature and a protective grid, it is installed outside the cylindrical electric furnace, inside of cylindrical body installed additional control board. The technical result is to improve the technical characteristics of an infrared gas analyzer. 1 ill.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к устройствам, предназначенным для определения концентрации метана и других газообразных углеводородов (пропан, гексан и др.), и может быть использована для измерения объемной концентрации метана и паров регазифицированного сжиженного природного газа (СПГ) на объектах их добычи и хранения.The utility model relates to the field of measurement technology, namely, devices designed to determine the concentration of methane and other gaseous hydrocarbons (propane, hexane, etc.), and can be used to measure the volume concentration of methane and vapor regasified liquefied natural gas (LNG) on objects of their extraction and storage.

Уровень техникиState of the art

Известен газоанализатор, содержащий газовый датчик, подключенный к электронному блоку питания, управления и внешней коммутации (патент РФ на полезную модель №84563).Known gas analyzer containing a gas sensor connected to an electronic power supply, control and external switching (RF patent for utility model No. 844563).

Недостатками данного газоанализатора являются относительно большое значение временного отклика τ₉₀>10 с, поскольку молекулы анализируемого газа поступает к газовому датчику за счет молекулярной диффузии, а также невозможность детектировать анализируемые газы при температуре ниже - 40°С, так как газовый датчик и электронный блок питания, управления и внешней коммутации не защищены от неблагоприятного воздействия низких температур. Величина временного отклика τ₉₀ определяется как время, необходимое для регистрации объемной концентрации газовой смеси на уровне 90% от конечного значения после ее быстрого изменения (Малышев В.В., Писляков А.В., Исследование газочувствительности полупроводниковых оксидов металлов на основе двуокиси олова к метану в широкой области температур, концентраций и влажности газовой среды // Ж. Аналитической химии. 2009. Т. 64. №1. С. 99-110 и Vasiliev А.А., Malyshev V.V., Sensors for the ultra-fast monitoring of explosive gas concentrations, J. Sensors and Actuators. 2013. В 189. P. 260-267).The disadvantages of this gas analyzer are the relatively large value of the time response τ ₉₀ > 10 s, since the molecules of the analyzed gas are supplied to the gas sensor due to molecular diffusion, as well as the inability to detect the analyzed gases at temperatures below -40 ° C, since the gas sensor and electronic power supply , control and external switching are not protected from the adverse effects of low temperatures. The time response value τ ₉₀ is defined as the time required to record the volume concentration of the gas mixture at 90% of the final value after its rapid change (Malyshev V.V., Pislyakov A.V., Study of the gas sensitivity of semiconductor metal oxides based on tin dioxide to methane in a wide range of temperatures, concentrations and humidity of a gaseous medium // J. Analytical Chemistry. 2009.V. 64. No. 1. P. 99-110 and Vasiliev A.A., Malyshev VV, Sensors for the ultra-fast monitoring of explosive gas concentrations, J. Sensors and Actuators. 2013. 189. P. 260-267).

Известен газоанализатор с сенсорным модулем, включающим газовый датчик, плату для предварительной обработки аналогового сигнала, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, и вторичный микропроцессор, считывающий информацию с выхода сенсорного модуля (патент РФ №2321847).A known gas analyzer with a sensor module including a gas sensor, a board for pre-processing an analog signal, an amplifier, an analog-to-digital converter, a microcontroller, and a secondary microprocessor that reads information from the output of the sensor module (RF patent No. 2321847).

Недостатками этого газоанализатора являются большое значение τ₉₀>10 с, а также невозможность анализировать газы при температуре ниже -40°С, так как газовый датчик, микроконтроллер и вторичный микропроцессор не защищены от неблагоприятного воздействия низких температур.The disadvantages of this gas analyzer are the large value of τ ₉₀ > 10 s, as well as the inability to analyze gases at temperatures below -40 ° C, since the gas sensor, microcontroller and secondary microprocessor are not protected from the adverse effects of low temperatures.

Известен газоанализатор токсичных, радиоактивных и горючих газов (патент РФ на полезную модель №127928), содержащий датчик радиоактивности и набор съемных газовых сенсоров, расположенных в газовом канале с внешним обогревателем для устранения конденсации влаги, внутренний измеритель температуры газов, пылевой фильтр на входе в газовый канал, на выходе из которого установлен побудитель расхода газа, и электронный модуль, включающий платы питания, интерфейса и внешней коммутации для питания и управления.Known gas analyzer of toxic, radioactive and combustible gases (RF patent for utility model No. 127928), containing a radioactivity sensor and a set of removable gas sensors located in the gas channel with an external heater to eliminate moisture condensation, an internal gas temperature meter, a dust filter at the gas inlet a channel, at the output of which a gas flow inducer is installed, and an electronic module including power, interface, and external switching cards for power and control.

Недостатками этого газоанализатора являются относительно большое значение τ₉₀≥15-30 с для используемых термокаталитического, полупроводникового и/или электрохимического сенсоров токсичных и горючих газов, а также невозможность их детектировать при температуре ниже -40°С (Система газоаналитическая СКВА-01, Руководство по эксплуатации, ЕКРМ.411741.001РЭ, ООО НПФ ИНКРАМ Москва, 2013).The disadvantages of this gas analyzer are the relatively high value of τ ₉₀ ≥15-30 s for the used thermocatalytic, semiconductor and / or electrochemical sensors of toxic and combustible gases, as well as the inability to detect them at temperatures below -40 ° C (Gas Analytical System SKVA-01, Guide to operation, ЕКРМ.411741.001РЭ, LLC NPF INKRAM Moscow, 2013).

Известен инфракрасный газоанализатор (патент РФ №2187093) для измерения объемной концентрации метана и других газообразных углеводородов, включающий инфракрасный оптический датчик, содержащий корпус с отверстиями для входа и выхода анализируемого газа, инфракрасный светодиод, интерференционные фильтры для выделения опорной и рабочих длин волн инфракрасного излучения, расположенную по ходу инфракрасного излучения светодиода измерительную газовую кювету, установленные за ней фотоприемники инфракрасного излучения опорного и рабочего измерительных каналов, электронный модуль, с усилителем сигналов, стабилизатором питания, управляющим микропроцессором и коммуникационную плату с устройством внешней коммутации, стабилизированного питания, управляющим микропроцессором и интерфейсом с формирователем цифровых сигналов.Known infrared gas analyzer (RF patent No. 2187093) for measuring the volume concentration of methane and other gaseous hydrocarbons, including an infrared optical sensor containing a housing with holes for the inlet and outlet of the analyzed gas, an infrared LED, interference filters to highlight the reference and working wavelengths of infrared radiation, a measuring gas cell located along the infrared radiation of the LED, photodetectors of infrared radiation of the reference and working measuring channels, an electronic module, with a signal amplifier, a power supply stabilizer, a microprocessor control and a communication board with an external switching device, stabilized power supply, a microprocessor control and an interface with a digital signal shaper.

Недостатками эго инфракрасного газового анализатора являются относительно большая величина τ₉₀ ≈ 10 с, вследствие диффузионного отбора газа в измерительную газовую кювету оптического инфракрасного датчика, а также невозможность анализировать газы при температуре ниже -40°С и генерация ложных сигналов при существенном градиенте температуры инфракрасного оптического датчика dT/dt≥2-3 град/мин (Малогабаритный измерительный датчик взрывоопасных газов MIPEX-02-X-X-X.1 (RX). Руководство по эксплуатации ESAT.413347.002 РЭ. Версия 04 19.04.2017. 50 С. ООО "Оптосенс". Санкт-Петербург).The disadvantages of the ego infrared gas analyzer are the relatively large value of τ ₉₀ ≈ 10 s, due to diffusive gas extraction into the measuring gas cell of the optical infrared sensor, as well as the inability to analyze gases at temperatures below -40 ° C and the generation of false signals with a significant temperature gradient of the infrared optical sensor dT / dt≥2-3 deg / min (Small explosive gas measuring sensor MIPEX-02-XXX.1 (RX). Operation manual ESAT.413347.002 RE. Version 04 04/19/2017. 50 C. Optosens LLC. Sun t Petersburg).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели (прототипом) является автономный стационарный газоанализатор (преобразователь) ИГМ-10-X-00 (Преобразователи измерительные ИГМ-10, Руководство по эксплуатации КДЮШ.413347.005-12 РЭ, ООО «ЭМИ-Прибор» (IGM-Detector), Санкт Петербург, 2016), включающий аэрозольный фильтр, цилиндрический корпус, внутри которого расположены электронный блок с усилителями сигналов, платами стабилизированного питания и микроконтролером и плата внешней коммуникации, а на его поверхности установлен разъем для подключения внешних цепей и инфракрасный оптический датчик с отверстиями в его корпусе для входа и выхода анализируемого газа.The closest in technical essence to the claimed utility model (prototype) is an autonomous stationary gas analyzer (converter) IGM-10-X-00 (Measuring converters IGM-10, Operation manual KDYUSh.413347.005-12 RE, EMI-Pribor LLC ( IGM-Detector), St. Petersburg, 2016), including an aerosol filter, a cylindrical housing, inside of which there is an electronic unit with signal amplifiers, stabilized power boards and a microcontroller, and an external communication board, and a connector for Connections of external circuits and an infrared optical sensor with holes in its body for the entrance and exit of the analyzed gas.

Инфракрасный оптический датчик с отверстиями в его корпусе для входа и выхода анализируемого газа содержит инфракрасный светодиод с опорной и рабочей длинной волн инфракрасного излучения, интерференционные фильтры для выделения опорной и рабочих длин волн инфракрасного излучения, расположенную по ходу инфракрасного излучения светодиода, газовую кювету с фокусирующими линзами инфракрасного излучения на входе и выходе, установленные за газовой кюветой фотоприемники инфракрасного излучения опорного и рабочего измерительных каналов (разработан ООО "Оптосенс" под маркой MIPEX-02-Х-Х-Х.1 (RX). Малогабаритный измерительный датчик взрывоопасных газов).An infrared optical sensor with holes in its body for input and output of the analyzed gas contains an infrared LED with a reference and a working wavelength of infrared radiation, interference filters for separating the reference and working wavelengths of infrared radiation, located along the infrared radiation of the LED, a gas cell with focusing lenses infrared radiation at the inlet and outlet, photodetectors of infrared radiation of the reference and working measuring channels installed behind the gas cell developed by Optosens LLC under the brand name MIPEX-02-X-X-X.1 (RX). Small-sized explosive gas measuring sensor).

Принцип действия инфракрасного газоанализатора основан на избирательном поглощении инфракрасного излучения молекулами исследуемого газа (для метана - в области длин волн 3,31 мкм). Инфракрасное излучение светодиода проходит через измерительную газовую кювету диффузионного типа и попадает на два фотоприемника, один из которых регистрирует только излучение в диапазоне длин волн 3,31 мкм, а другой в диапазоне длин волн 3,6-3,7 мкм. Исследуемый газ, находящийся в кювете, поглощает излучение рабочей длины волны (λр=3,31 мкм) и не влияет на излучение опорной длины волны (λо=3,65 мкм). Амплитуда рабочего сигнала фотоприемника изменяется пропорционально концентрации метана и других углеводородных газов. Описанный инфракрасный газоанализатор метана и других газообразных углеводородов по прототипу выпускается ООО «ЭМИ-прибор» в виде инфракрасного оптического газоанализатора преобразователя измерительного ИГМ-10-Х-00.The principle of operation of an infrared gas analyzer is based on the selective absorption of infrared radiation by the molecules of the test gas (for methane, in the wavelength region of 3.31 μm). The infrared radiation of the LED passes through a diffusion-type measuring gas cell and enters two photodetectors, one of which registers only radiation in the 3.31 μm wavelength range, and the other in the 3.6-3.7 μm wavelength range. The test gas in the cuvette absorbs the radiation of the working wavelength (λр = 3.31 μm) and does not affect the radiation of the reference wavelength (λо = 3.65 μm). The amplitude of the working signal of the photodetector varies in proportion to the concentration of methane and other hydrocarbon gases. The described infrared gas analyzer of methane and other gaseous hydrocarbons according to the prototype is produced by EMI-instrument LLC in the form of an infrared optical gas analyzer measuring transmitter IGM-10-X-00.

Недостатками инфракрасного газоанализатора по прототипу являются отсутствие измерителя температуры анализируемого газа снаружи устройства и невозможность детектировать метан и/или пары регазифицированного СПГ при температуре ниже -40°С, относительно большое значение времени τ₉₀ ≈ 10 с, поскольку молекулы анализируемого газа поступают в измерительную газовую кювету инфракрасного оптического датчика за счет молекулярной диффузии через пористый аэрозольный фильтр, а также генерация ложных сигналов при возникновении существенного градиента температуры инфракрасного оптического датчика с величиной dT/dt≥2-3 град/мин, вследствие быстрого и существенного изменения температуры анализируемого газа. Это не позволяет использовать его для контроля быстроизменяющейся за время менее 10 с концентрации метановоздушных выбросов в шахтах или при разгерметизации резервуаров хранения и переработки метана и СПГ, а также для мониторинга флуктуирующих по объемной концентрации и температуре выбросов и облаков метана или паров регазифицированного СПГ в атмосфере за времена менее 10 с и при Т≤-40°С.The disadvantages of the infrared gas analyzer of the prototype are the lack of a temperature analyzer for the analyzed gas outside the device and the inability to detect methane and / or vapor regasified LNG at temperatures below -40 ° C, a relatively large value of time τ ₉₀ ≈ 10 s, since the molecules of the analyzed gas enter the measuring gas cell infrared optical sensor due to molecular diffusion through a porous aerosol filter, as well as the generation of false signals when a significant temperature gradient of an infrared optical sensor with a value of dT / dt≥2-3 deg / min, due to the rapid and significant change in the temperature of the analyzed gas. This does not allow it to be used to monitor methane-air emissions in mines, which are rapidly changing in less than 10 s, or during depressurization of methane and LNG storage and processing tanks, as well as to monitor emissions and clouds of methane or regasified LNG vapor fluctuating in volume over temperature and times less than 10 s and at T≤-40 ° C.

Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель является унификация конструкции инфракрасного газоанализатора и расширение его функциональных возможностей.The technical problem to which the claimed utility model is directed is to unify the design of the infrared gas analyzer and expand its functionality.

Раскрытие сущности полезной моделиUtility Model Disclosure

Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение технических характеристик инфракрасного газоанализатора.The technical result of the claimed utility model is to improve the technical characteristics of an infrared gas analyzer.

Для достижения технического результата предложен инфракрасный газоанализатор, состоящий из цилиндрического корпуса, на поверхности которого установлен разъем для подключения внешних цепей, а внутри которого расположены инфракрасный оптический датчик, включающий в себя отверстия для входа и выхода анализируемого газа, инфракрасный светодиод, интерференционные фильтры и расположенную по ходу инфракрасного излучения светодиода газовую кювету с фокусирующими линзами инфракрасного излучения, фотоприемники инфракрасного излучения и электронный блок управления, включающий в себя коммуникационную плату, к которой присоединены управляющий микроконтроллер, формирователь сигналов интерфейса, при этом, в состав газоанализатора включен газовый канал, состоящий из коаксиальных внутренней и внешней цилиндрических труб, причем внешняя труба герметично присоединена к цилиндрическому корпусу и на ее выходе размещен пылевой фильтр, а внутренняя труба коаксиально и герметично соединена с инфракрасным оптическим датчиком, внутри которой коаксиально и последовательно расположены пористый металлический наполнитель, аэрозольный фильтр, побудитель расхода анализируемого газа и измеритель внутренней температуры, на ее торце расположен измеритель наружной температуры газа и защитная сетка, снаружи нее установлена цилиндрическая электропечь, внутри цилиндрического корпуса установлена дополнительная плата управления.To achieve a technical result, an infrared gas analyzer is proposed, consisting of a cylindrical body, on the surface of which there is a connector for connecting external circuits, and inside of which there is an infrared optical sensor, which includes openings for the input and output of the analyzed gas, an infrared LED, interference filters and located in the course of infrared radiation of the LED gas cuvette with focusing lenses of infrared radiation, photodetectors of infrared radiation and an electronic control unit including a communication board to which a control microcontroller, an interface signal conditioner are attached, and a gas channel consisting of coaxial inner and outer cylindrical pipes is included in the gas analyzer, the outer pipe being hermetically connected to and on the cylindrical body a dust filter is placed at the outlet, and the inner tube is coaxially and hermetically connected to an infrared optical sensor, inside of which it is coaxially and sequentially located Wives have a porous metal filler, an aerosol filter, a stimulator for the consumption of the analyzed gas and an internal temperature meter, at its end there is an external gas temperature meter and a protective grid, a cylindrical electric furnace is installed outside it, an additional control board is installed inside the cylindrical body.

В результате создания газового канала, удается расширить функциональные возможности заявленной конструкции инфракрасного газоанализатора путем непрерывного измерения внешней температуры анализируемого газа и одновременного расширения более чем в два раза низкотемпературного диапазона измерения флуктуирующих значений объемной концентрации метана и других газообразных углеводородов от - 40°С (по прототипу) до -(80-100)°С. Кроме того, удалось обеспечить повышение точности ее анализа путем уменьшения величины временного отклика от τ₉₀ ≈ 10 с (по прототипу) до τ₉₀<1 с за счет создания с помощью побудителя расхода газа стационарного потока конвективной диффузии анализируемого газа в измерительную газовую кювету инфракрасного оптического датчика через отверстия в его корпусе для входа и выхода анализируемого газа без защитных аэрозольных фильтров, причем анализируемый газовый поток предварительно отфильтровывается от аэрозольных примесей металлическим пористым наполнителем и аэрозольным фильтром и предварительно нагревается до температуры (5-25)°С в газовом канале с помощью металлического пористого наполнителя и цилиндрической электропечи.As a result of the creation of the gas channel, it is possible to expand the functionality of the claimed design of the infrared gas analyzer by continuously measuring the external temperature of the analyzed gas and simultaneously expanding more than twice the low temperature range of the fluctuation values of the volume concentration of methane and other gaseous hydrocarbons from -40 ° C (according to the prototype) up to - (80-100) ° С. In addition, it was possible to increase the accuracy of its analysis by reducing the time response from τ ₉₀ ≈ 10 s (according to the prototype) to τ ₉₀ <1 s due to the creation of a steady-state convective diffusion stream of the analyzed gas using a gas flow inducer into the infrared optical gas measurement cell the sensor through the holes in its housing for the inlet and outlet of the analyzed gas without protective aerosol filters, and the analyzed gas stream is pre-filtered from aerosol impurities by metal pores stym filler and an aerosol filter and is preheated to a temperature (5-25) ° C in the gas passage using a metal porous filler and a cylindrical electric furnace.

В прототипе отсутствует побудитель расхода анализируемого газа, а на отверстиях корпуса инфракрасного оптического датчика для входа анализируемого газа в измерительную газовую кювету газовой кюветы установлены защитные аэрозольные фильтры. Это не позволяет создавать принудительный и стабилизированный перенос анализируемого газа в измерительную газовую кювету и анализируемый газ поступает в нее за счет молекулярной диффузии. В заявленной конструкции за счет установки побудителя расхода стационарная скорость конвективного диффузионного потока анализируемого газа в газовую кювету через отверстия в корпусе для его входа и выхода существенно превышает скорость поступления молекул за счет их молекулярной диффузии. В результате существенно уменьшается до менее одной секунды величина временного отклика заявленного инфракрасного газового анализатора. Кроме того, в отличие от прототипа в заявленном устройстве конвективный поток анализируемого газа предварительно фильтруется от аэрозольных примесей и нагревается до температуры 5-25°С с одновременным контролем температуры анализируемого газа снаружи. Выход газового канала защищен пылевым фильтром.In the prototype, there is no stimulator of the consumption of the analyzed gas, and protective aerosol filters are installed on the openings of the infrared optical sensor housing for the entrance of the analyzed gas into the measuring gas cuvette of the gas cuvette. This does not allow creating a forced and stable transfer of the analyzed gas to the measuring gas cell and the analyzed gas enters into it due to molecular diffusion. In the claimed design, due to the installation of a flow inducer, the stationary velocity of the convective diffusion flow of the analyzed gas into the gas cell through the openings in the housing for its entry and exit significantly exceeds the rate of entry of the molecules due to their molecular diffusion. As a result, the time response of the claimed infrared gas analyzer is substantially reduced to less than one second. In addition, unlike the prototype in the inventive device, the convective flow of the analyzed gas is pre-filtered from aerosol impurities and heated to a temperature of 5-25 ° C while controlling the temperature of the analyzed gas from the outside. The outlet of the gas channel is protected by a dust filter.

В отличие от прототипа газоанализатор содержит внутри цилиндрического корпуса дополнительную управляющую плату с микропроцессором и источником стабилизированного питания, к которой подключены цилиндрическая электропечь, побудитель расхода газа, измерители внешней и внутренней температуры анализируемого газа. Дополнительная управляющая плата включает стабилизированный источник питания побудителя расхода анализируемого газа с постоянным напряжением от 5 до 12 В, стабилизированный источник питания цилиндрической электропечи до 48 В, соединенный обратной связью с анализатором показаний измерителей внешней и внутренней температуры анализируемого газа, и управляемый микропроцессором для регулировки мощности электропечи. Это позволяет из анализа показаний измерителей температуры анализируемого газа снаружи инфракрасного газоанализатора и внутри газового канала регулировать рабочие характеристики внешней цилиндрической электропечи и осуществлять нагрев отбираемого анализируемого газа выше 5°С при условии, что его наружная температура может достигать величины до -(80-100)°С. Оптимальный диапазон нагревания анализируемого газа в газовом канале составляет от 5 до 25°С.In contrast to the prototype, the gas analyzer contains an additional control board inside the cylindrical body with a microprocessor and a stabilized power supply, to which a cylindrical electric furnace, a gas flow inducer, and external and internal temperature meters of the analyzed gas are connected. An additional control board includes a stabilized power source for the analyzer gas flow with a constant voltage of 5 to 12 V, a stabilized power source for a cylindrical electric furnace up to 48 V, feedback-connected to the analyzer of readings of the external and internal temperature of the analyzed gas, and controlled by a microprocessor to adjust the power of the electric furnace . This allows analyzing the readings of the temperature of the analyzed gas from the outside of the infrared gas analyzer and inside the gas channel to regulate the performance of an external cylindrical electric furnace and to heat the sampled gas above 5 ° C, provided that its external temperature can reach values of up to - (80-100) ° WITH. The optimal range of heating of the analyzed gas in the gas channel is from 5 to 25 ° C.

В отличие от прототипа в заявленном устройстве создана система регистрации внешней температуры анализируемого газа. Измерение температуры снаружи инфракрасного газового анализатора непрерывно осуществляется измерителем внешней температуры и регистрируется дополнительной управляющей платой с микропроцессором и с непрерывной передачей данных на удаленный до 1200 м компьютер. Это позволяет осуществлять одновременное дистанционное измерение распределений концентрации и температуры в потенциально опасных облаках и выбросах метановоздушной смеси.Unlike the prototype, the claimed device has a system for recording the external temperature of the analyzed gas. The temperature measurement outside the infrared gas analyzer is continuously carried out by an external temperature meter and is recorded by an additional control board with a microprocessor and with continuous data transfer to a computer remote up to 1200 m. This allows simultaneous remote measurement of concentration and temperature distributions in potentially dangerous clouds and methane-air emissions.

Металлический пористый наполнитель, расположенный во внутренней трубе газового канала предназначен не только для оптимизации условий равномерного нагревания анализируемого газа, но и для его предварительной очистки от грубодисперсных аэрозольных примесей. За металлическим пористым наполнителем размещен аэрозольный фильтр для защиты инфракрасного оптического датчика от проникновения тонкодисперсных аэрозольных частиц (пыль, дым, туман), поскольку рассеивание и/или поглощение инфракрасного излучения аэрозольными частицами в измерительной газовой кювете может существенно влиять на точность измерения объемной концентрации метана и паров регазифицированного СПГ с генерацией ложных сигналов. На выходе внешней трубы газового канала размещен пылевой фильтр для защиты инфракрасного оптического датчика от проникновения аэрозольных примесей (пыль, дым, туман), которые могут существенно влиять на точность измерения объемной концентрации газообразных углеводородов из-за рассеивания и поглощения инфракрасного излучения аэрозольными частицами.The porous metal filler located in the inner pipe of the gas channel is designed not only to optimize the conditions for uniform heating of the analyzed gas, but also for its preliminary purification from coarse aerosol impurities. An aerosol filter is placed behind the porous metal filler to protect the infrared optical sensor from the penetration of finely divided aerosol particles (dust, smoke, fog), since the dispersion and / or absorption of infrared radiation by aerosol particles in the measuring gas cell can significantly affect the accuracy of measuring the volume concentration of methane and vapors regasified LNG with the generation of false signals. A dust filter is placed at the output of the external pipe of the gas channel to protect the infrared optical sensor from the penetration of aerosol impurities (dust, smoke, fog), which can significantly affect the accuracy of measuring the volume concentration of gaseous hydrocarbons due to dispersion and absorption of infrared radiation by aerosol particles.

В результате решается поставленная задача заявленного инфракрасного газоанализатора.As a result, the task of the claimed infrared gas analyzer is solved.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 изображена принципиальная схема заявленного инфракрасного газоанализатора, где:In FIG. 1 shows a schematic diagram of the claimed infrared gas analyzer, where:

1 - инфракрасный оптический датчик;1 - infrared optical sensor;

2 - отверстие для входа анализируемого газа;2 - hole for the entrance of the analyzed gas;

3 - отверстие для выхода анализируемого газа;3 - hole for the exit of the analyzed gas;

4 - электронный блок управления;4 - electronic control unit;

5 - цилиндрический корпус;5 - a cylindrical body;

6 - коммуникационная плата;6 - communication board;

7 - дополнительная плата управления;7 - additional control board;

8 - внутренняя коаксиальная цилиндрическая труба;8 - inner coaxial cylindrical pipe;

9 - внешняя коаксиальная цилиндрическая труба;9 - external coaxial cylindrical pipe;

10 - защитная сетка;10 - a protective grid;

11 - измеритель наружной температуры анализируемого газа;11 - meter for the outside temperature of the analyzed gas;

12 - пористый металлический наполнитель;12 - porous metal filler;

13 - цилиндрическая электропечь;13 - cylindrical electric furnace;

14 - аэрозольный фильтр;14 - aerosol filter;

15 - побудитель расхода анализируемого газа;15 - stimulator of the flow rate of the analyzed gas;

16 - измеритель внутренней температуры;16 - internal temperature meter;

17 - пылевой фильтр;17 - dust filter;

18 - разъем для подключения внешних цепей;18 - connector for connecting external circuits;

19 - инфракрасный светодиод;19 - infrared LED;

20 - интерференционные фильтры;20 - interference filters;

21 - газовая кювета с фокусирующими линзами инфракрасного излучения;21 - gas cell with focusing lenses of infrared radiation;

22 - фотоприемники инфракрасного излучения опорного и рабочего измерительных каналов.22 - photodetectors of infrared radiation of the reference and working measuring channels.

Q - расход анализируемого газа в инфракрасный газоанализатор.Q is the flow rate of the analyzed gas in the infrared gas analyzer.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

На фиг. 1 изображена принципиальная схема заявленного инфракрасного газоанализатора. Он содержит инфракрасный оптический датчик 1 с отверстиями в его корпусе для входа 2 и выхода 3 анализируемого газа, подключенный к электронному блоку управления 4, коммуникационную плату 6 и дополнительную плату управления 7, установленные внутри цилиндрического корпуса 5. Газовый канал состоит из внутренней 8 и внешней 9 коаксиальных, цилиндрических труб, причем на торце внутренней трубы 8 с защитной сеткой 10 расположен измеритель наружной температуры анализируемого газа 11. Кроме того, внутри внутренней трубы 8 последовательно и коаксиально установлены пористый металлический наполнитель 12, аэрозольный фильтр 14, побудитель расхода анализируемого газа 15 и измеритель его внутренней температуры 16, а снаружи внутренней трубы 8 расположена цилиндрическая электропечь 13. Пылевой фильтр 17, установлен на выходе внешней трубы 9. Разъем для подключения внешних цепей 18, расположен на поверхности корпуса электронного блока управления 5.In FIG. 1 shows a schematic diagram of the claimed infrared gas analyzer. It contains an infrared optical sensor 1 with holes in its body for input 2 and output 3 of the analyzed gas, connected to an electronic control unit 4, a communication board 6 and an additional control board 7 installed inside the cylindrical body 5. The gas channel consists of an internal 8 and an external 9 coaxial, cylindrical pipes, and at the end of the inner pipe 8 with a protective grid 10 is a meter of the external temperature of the analyzed gas 11. In addition, inside the inner pipe 8 is sequentially and coaxial about installed a porous metal filler 12, an aerosol filter 14, a stimulator for the flow of the analyzed gas 15 and a meter for its internal temperature 16, and outside the inner pipe 8 is a cylindrical electric furnace 13. A dust filter 17 is installed at the output of the outer pipe 9. Connector for connecting external circuits 18 located on the surface of the housing of the electronic control unit 5.

Инфракрасный оптический датчик 1 герметично состыкован с внутренней трубой 8 и включает корпус с отверстиями для входа 2 и выхода 3 анализируемого газа, инфракрасный светодиод 19 с опорной и рабочей длинной волн инфракрасного излучения, интерференционные фильтры 20 для выделения опорной и рабочих длин волн инфракрасного излучения и расположенную по ходу инфракрасного излучения светодиода 19 газовую кювету с фокусирующими линзами инфракрасного излучения 21. На входе и выходе установлены фотоприемники инфракрасного излучения опорного и рабочего измерительных каналов 22.The infrared optical sensor 1 is hermetically connected to the inner tube 8 and includes a housing with holes for input 2 and output 3 of the analyzed gas, an infrared LED 19 with a reference and working wavelength of infrared radiation, interference filters 20 to separate the reference and working wavelength of infrared radiation and located along the infrared radiation of the LED 19, a gas cell with focusing lenses of infrared radiation 21. At the input and output, photodetectors of infrared radiation of the reference and work which measuring channels 22.

Электронный блок управления 4 содержит усилители сигналов, платы стабилизированного питания и микроконтролер (на фиг. 1 не показаны).The electronic control unit 4 contains signal amplifiers, stabilized power boards and a microcontroller (not shown in FIG. 1).

Коммуникационная плата 6 включает устройство внешней коммутации и стабилизированного питания, управляющий микропроцессор и интерфейс с формирователем цифровых сигналов (на фиг. 1 не показаны).The communication board 6 includes an external switching device and stabilized power supply, a control microprocessor and an interface with a digital signal shaper (not shown in Fig. 1).

Диапазон рабочих температур инфракрасного оптического датчика 1 варьируется от -40 до 60°С при условии, что скорость изменения его температуры dT/dt<2-3°С/мин.The operating temperature range of the infrared optical sensor 1 varies from -40 to 60 ° C, provided that the rate of change of its temperature is dT / dt <2-3 ° C / min.

Измерители внешней 11 и внутренней 16 температуры анализируемого газа, побудитель его расхода 15 и цилиндрическая электропечь 13 подключены к дополнительной управляющей плате 7, содержащей стабилизированный источник питания побудителя расхода анализируемого газа с постоянным напряжением от 5 до 12 В, стабилизированный источник питания внешней цилиндрической электропечи до 48 В, соединенный обратной связью с анализатором показаний измерителей внешней 11 и внутренней 16 температуры анализируемого газа и управляемый микропроцессором для регулировки мощности электропечи 13 с целью поддержания заданной температуры нагрева анализируемого газа более 5°С перед подачей в отверстия 2. Оптимальный диапазон нагрева анализируемого газа составляет от 5 до 20°С.The measuring instruments of the external 11 and internal 16 temperature of the analyzed gas, the flow rate driver 15 and the cylindrical electric furnace 13 are connected to an additional control board 7, which contains a stabilized power source for the flow rate analyzer of the analyzed gas with a constant voltage of 5 to 12 V, a stabilized power source of the external cylindrical electric furnace to 48 B, connected by feedback to the analyzer of the readings of the meters of the external 11 and internal 16 temperature of the analyzed gas and controlled by a microprocessor for regulating irovki electric power 13 to maintain a predetermined temperature of the sample gas heating a 5 ° C before feeding into the holes 2. The optimum range of heating of the sample gas is from 5 to 20 ° C.

Цилиндрические внутренняя 8 и внешняя 9 трубы газового канала выполнены из полипропилена или никелированного металла, не сорбирующих анализируемые газы.The cylindrical inner 8 and outer 9 pipes of the gas channel are made of polypropylene or nickel-plated metal, which do not absorb the analyzed gases.

Измерители наружной 11 и внутренней 16 температуры анализируемого газа собраны из термопарного кабеля хромель-алюмель.Measuring instruments of external 11 and internal 16 temperature of the analyzed gas are assembled from a chromel-alumel thermocouple cable.

Аэрозольный фильтр 14 изготовлен из стойкого к перепадам температуры волокнистого материала класса F7-H11 для защиты инфракрасного оптического датчика от дисперсной фазы. Пылевой фильтр 17 выполнен в виде кольца из волокнистого материала класса F7 для устранения проникновения аэрозольных частиц в инфракрасный оптический датчик. Пористый металлический наполнитель 12 собран из пеноникеля или из прессованных и отожженных медных волокон с открытой пористостью около 90-95% (ГОСТ Р 51251-1999. Фильтры очистки воздуха).The aerosol filter 14 is made of temperature-resistant fiber material class F7-H11 to protect the infrared optical sensor from the dispersed phase. The dust filter 17 is made in the form of a ring of fibrous material of class F7 to prevent the penetration of aerosol particles into the infrared optical sensor. Porous metal filler 12 is assembled from foam nickel or from extruded and annealed copper fibers with an open porosity of about 90-95% (GOST R 51251-1999. Air purification filters).

Инфракрасный газоанализатор работает следующим образом. Побудитель расхода 15 непрерывно аспирирует анализируемый газ в инфракрасный газоанализатор последовательно через защитную сетку 10, пористый металлический наполнитель 12 и аэрозольный фильтр 14 в отверстия 2 инфракрасного оптического датчика 1. Его расход составляет Q=2,5-5 литр/мин. Это позволяет обеспечить доставку углеводородной смеси через входные 2 и выходные 3 отверстия в измерительную газовую кювету инфракрасного оптического датчика 21 в течение 0,15-0,3 с в зависимости от величины Q.Infrared gas analyzer operates as follows. The flow driver 15 continuously aspirates the analyzed gas into the infrared gas analyzer sequentially through the protective grid 10, the porous metal filler 12 and the aerosol filter 14 into the openings 2 of the infrared optical sensor 1. Its flow rate is Q = 2.5-5 liter / min. This allows you to ensure the delivery of the hydrocarbon mixture through the inlet 2 and outlet 3 openings in the measuring gas cell of the infrared optical sensor 21 for 0.15-0.3 s, depending on the value of Q.

Метан и другие углеводородные газы детектируются путем измерения избирательного поглощения молекулами метана инфракрасного излучения с рабочей длиной волны 3,31 мкм. Инфракрасное излучение светодиода проходит через измерительную газовую кювету 21 и попадает на два фотоприемника 22, один из которых регистрирует только излучение в диапазоне длин волн 3,31 мкм, а другой в диапазоне длин волн 3,5-3,7 мкм. Исследуемый газ, находящийся в измерительной газовой кювете 21, поглощает излучение рабочей длины волны и не влияет на излучение опорной длины волны 3,65 мкм. В измерительную газовую кювету 21 анализируемая проба газа поступает через отверстия 2 и 3 в корпусе инфракрасного оптического датчика 1 за счет создания принудительного потока конвективной диффузии побудителем расхода 15, скорость которой существенно превышает скорость переноса молекул метана за счет молекулярной диффузии с коэффициентом диффузии D_CH4 ≈ 0,2 см²/с в нормальных условиях.Methane and other hydrocarbon gases are detected by measuring the selective absorption by the methane molecules of infrared radiation with a working wavelength of 3.31 microns. The infrared radiation of the LED passes through a measuring gas cell 21 and enters two photodetectors 22, one of which registers only radiation in the wavelength range of 3.31 μm, and the other in the wavelength range of 3.5-3.7 μm. The test gas located in the measuring gas cell 21 absorbs the radiation of the working wavelength and does not affect the radiation of the reference wavelength of 3.65 μm. The analyzed gas sample enters the measuring gas cuvette 21 through openings 2 and 3 in the body of the infrared optical sensor 1 by creating a forced convective diffusion flux by a flow inducer 15, the rate of which significantly exceeds the transport rate of methane molecules due to molecular diffusion with a diffusion coefficient D _CH4 ≈ 0 , 2 cm ² / s under normal conditions.

Цилиндрическая электропечь 13 для нагревания углеводородной смеси в газовом канале подключена к дополнительной управляющей плате 7, содержащей стабилизированный источник ее питания (на фиг. 1 не показан), соединенный обратной связью с анализатором показаний измерителей наружной 11 и внутренней 16 температуры анализируемого газа и управляемый микропроцессором для регулировки мощности электропечи 13 с целью поддержания заданной температуры нагрева анализируемого газа более 5°С перед подачей в отверстия 2. Нагрев аспирационного газа осуществляется при пониженной температуре, когда ее величина снаружи газоанализатора согласно показаниям измерителя 11 опускается до -(20-100)°С. При температуре ниже -40°С функциональные характеристики чувствительного инфракрасного оптического датчика 1 нарушаются, а при температуре более 60°С датчик разрушается. Максимальная температура анализируемой пробы газа не превышает 60°С.A cylindrical electric furnace 13 for heating a hydrocarbon mixture in a gas channel is connected to an additional control board 7 containing a stabilized source of its power (not shown in Fig. 1), connected by feedback to the analyzer of readings of the external 11 and internal 16 temperature of the analyzed gas and controlled by a microprocessor for adjust the power of the electric furnace 13 in order to maintain a predetermined heating temperature of the analyzed gas of more than 5 ° C before feeding into the holes 2. The aspiration gas is heated S THE at low temperature when its value is outside the gas analyzer according to indications of the meter 11 is lowered to - (20-100) ° C. At temperatures below -40 ° C, the functional characteristics of the sensitive infrared optical sensor 1 are violated, and at temperatures above 60 ° C, the sensor is destroyed. The maximum temperature of the analyzed gas sample does not exceed 60 ° C.

Измерение температуры газа снаружи инфракрасного газового анализатора осуществляется датчиком 11, а его концентрация регистрируется электронным блоком 4 и дополнительной платой управления 7 с микропроцессором (на фиг. 1 не показан) с передачей данных через разъем 18 на внешний компьютер (на фиг. 1 не показан) на расстояние до 1200 м с использованием интерфейса RS-485.The temperature of the gas outside the infrared gas analyzer is measured by the sensor 11, and its concentration is recorded by the electronic unit 4 and an additional control board 7 with a microprocessor (not shown in FIG. 1) with data transmission through connector 18 to an external computer (not shown in FIG. 1) at a distance of up to 1200 m using the RS-485 interface.

Пример.Example.

Для регистрации метана и других углеводородных газов использовался инфракрасный оптический датчик 1 модели MIPEX-02-1-II-2.1(А)-ОПТОСЕНС с отверстиями 2 и 3 в корпусе для поступления анализируемого газа в измерительную газовую кювету 21 с электронным блоком 4 и коммуникационной платой 6 согласно (Максютенко М.А., Непомнящий СВ., Погодина С.Б., Шелехин Ю.Л., Недисперсионный многоканальный инфракрасный газовый анализатор, патент РФ, №2187093, «Малогабаритный измерительный датчик взрывоопасных газов MIPEX-02-X-X-X.1 (RX)». Руководство по эксплуатации ESAT.413347.002 РЭ. Версия 04 19.04.2017. 50 С. Собственность ООО "Оптосенс" г. Санкт-Петербург, «Автономный стационарный газоанализатор (преобразователь) ИГМ-10, ИГМ-10-Х-00». Преобразователи измерительные ИГМ-10, Руководство по эксплуатации КДЮШ.413347.005-12 РЭ, ООО «ЭМИ-Прибор» (IGM-Detector) г. Санкт Петербург, 2016). Характерное время срабатывания его электронной схемы составляет менее 0,35 с.To register methane and other hydrocarbon gases, an MIPEX-02-1-II-2.1 (A) -OPTOSENS model 1 infrared optical sensor was used with openings 2 and 3 in the housing for the analyte to enter the measuring gas cell 21 with an electronic unit 4 and a communication board 6 according to (Maksyutenko MA, Nepomnyashchy SV., Pogodina SB, Shelekhin Yu.L., Non-dispersive multichannel infrared gas analyzer, RF patent, No. 2187093, “Small-sized explosive gas measuring sensor MIPEX-02-XXX.1 (RX). ”Operating Instructions ESAT.413347.002 OM. Russia 04.04.19.04. 50 C. Ownership of Optosens LLC, St. Petersburg, "Autonomous stationary gas analyzer (converter) IGM-10, IGM-10-X-00. Measuring converters IGM-10, Operation manual KDYUSh .413347.005-12 RE, EMI-Pribor LLC (IGM-Detector, St. Petersburg, 2016). The characteristic response time of its electronic circuit is less than 0.35 s.

В качестве измерителей 11 и 16 для анализа внешней и внутренней температуры газов использовались две термопары хромель-алюмель с быстродействием около 0,15 с.As measuring instruments 11 and 16, two chromel-alumel thermocouples with a speed of about 0.15 s were used to analyze the external and internal temperature of the gases.

Внешняя цилиндрическая электропечь 13 была выполнена в виде изолированного электрического сопротивления типа С 5-35 В с номинальной мощностью рассеивания 50 Ватт и с намотанной проволокой на керамической трубке. Электропечь 13 подключена к дополнительной управляющей плате 7 с микропроцессором (на фиг. 1 не показан), содержащей стабилизированный источник с регулируемым напряжением до 48 В и током нагрузки до 0,3 А, соединенный обратной связью с анализатором показаний внешней 11 и внутренней 16 термопар хромель алюмель и управляемый микропроцессором для регулировки ее мощности. Температура нагревания анализируемого газа перед его поступлением в чувствительную зону газовой кюветы инфракрасного оптического датчика поддерживалась в диапазоне от 10 до 20°С. Нагрев аспирационного газа осуществлялся при пониженной температуре, когда ее величина снаружи газоанализатора согласно показаниям термопары 11 варьировалась от 0 до -100°С.The external cylindrical electric furnace 13 was made in the form of an isolated electrical resistance of type C 5-35 V with a rated dissipation power of 50 watts and with a wound wire on a ceramic tube. The electric furnace 13 is connected to an additional control board 7 with a microprocessor (not shown in Fig. 1), containing a stabilized source with an adjustable voltage of up to 48 V and a load current of up to 0.3 A, connected by feedback to the analyzer of readings of external 11 and internal 16 chromel thermocouples alumel and microprocessor controlled to adjust its power. The heating temperature of the analyzed gas before it entered the sensitive zone of the gas cell of the infrared optical sensor was maintained in the range from 10 to 20 ° C. The suction gas was heated at a reduced temperature, when its value outside the gas analyzer, according to the readings of thermocouple 11, varied from 0 to -100 ° С.

Внутренние диаметры коаксиальных внутренней 8 и внешней 9 труб газового канала из никелированного металла были равны 13 и 70 мм. Фильтры 14 и 17 были изготовлены из волокнистого полиэстера.The inner diameters of the coaxial inner 8 and outer 9 pipes of the gas channel of the nickel-plated metal were 13 and 70 mm. Filters 14 and 17 were made of fiber polyester.

В качестве побудителя расхода анализируемого газа 15 использовался взрывозащищенный вентилятор ЕС2008НН05 с 19000 об/мин, производительностью до 0,05 м³/мин и с постоянным напряжением питания 5 В от источника стабилизированного питания дополнительной управляющей платы 7 с микропроцессором. Расстояние между вентилятором и входными отверстиями 2 инфракрасного оптического датчика составляло менее 6-7 мм.An EC2008НН05 explosion-proof fan with 19000 rpm, with a capacity of up to 0.05 m ³ / min and with a constant supply voltage of 5 V from the stabilized power supply of an additional control board 7 with a microprocessor was used as a stimulator of the consumption of the analyzed gas 15. The distance between the fan and the inlet 2 of the infrared optical sensor was less than 6-7 mm.

Для изучения концентрационных, температурных и временных характеристик устройства использовались калиброванные метаноазотные смеси, а также в отдельных опытах потенциально опасные метановоздушные составы из баллонов. Перед подачей в инфракрасный газовый анализатор их охлаждение до заданной температуры осуществлялось в трубчатом теплообменнике с жидким азотом. Величина объемной концентрации метана варьировалась от 1 до 100% об.To study the concentration, temperature and time characteristics of the device, calibrated methane-nitrogen mixtures were used, as well as in some experiments, potentially dangerous methane-air compositions from cylinders. Before being fed to the infrared gas analyzer, they were cooled to a predetermined temperature in a tubular heat exchanger with liquid nitrogen. The volumetric concentration of methane varied from 1 to 100% vol.

Анализ калиброванных смесей метана и азота из баллонов показал, что заявленное устройство позволяет измерять объемную концентрацию метана в диапазоне от 1 до 100% об. с относительной погрешностью менее 5% при понижении ее температуре на входе в газовый канал от 20-25 до -(80-100)°С.Analysis of calibrated mixtures of methane and nitrogen from cylinders showed that the claimed device allows to measure the volume concentration of methane in the range from 1 to 100% vol. with a relative error of less than 5% when lowering its temperature at the entrance to the gas channel from 20-25 to - (80-100) ° C.

Для измерения временного отклика τ₉₀ использовались импульсы метаноазотных или метановоздушных смесей из баллонов, которые подавались в газоанализатор с помощью быстродействующего отсечного клапана, установленного перед сеткой 10 газового канала. Время срабатывания клапана составляло менее 0,08 с. Величина τ₉₀ зависела от скорости аспирации анализируемого газа и варьировалась от 0,4 до 0,95 с. Изменение его температуры в диапазоне от -(80-100) до+60°С не существенно влияло на значение τ₉₀.To measure the temporal response τ ₉₀ , pulses of methane-nitrogen or methane-air mixtures from cylinders were used, which were supplied to the gas analyzer using a high-speed shut-off valve installed in front of the grid 10 of the gas channel. The valve response time was less than 0.08 s. The value of τ ₉₀ depended on the aspiration rate of the analyzed gas and ranged from 0.4 to 0.95 s. A change in its temperature in the range from - (80-100) to + 60 ° С did not significantly affect the value of τ ₉₀ .

Аналогичные параметры инфракрасного газоанализатора были получены при детектировании объемной концентрации паров регазифицированного СПГ с концентрацией метана около 95% об. и 5% об. широкой фракции легких углеводородов (этан, пропан, бутан, пентан, гексан и т.п.). Температура газового облака в воздухе при диспергировании и испарении СПГ варьировалась от (10-15) до -(80-100)°С. Инфракрасный оптический датчик предварительно был прокалиброван для использованного СПГ с известным химическим составом. Измерены распределения температуры от (10-15) до -(80-100)°С и концентрации паров СПГ в диапазоне (1-30) % об. от времени внутри облака углеводородной смеси с воздухом с величиной τ₉₀<1 с.Similar parameters of the infrared gas analyzer were obtained by detecting the volume concentration of vapor of regasified LNG with a methane concentration of about 95% vol. and 5% vol. a wide fraction of light hydrocarbons (ethane, propane, butane, pentane, hexane, etc.). The temperature of the gas cloud in the air during dispersion and evaporation of LNG ranged from (10-15) to - (80-100) ° С. The infrared optical sensor was previously calibrated for used LNG with a known chemical composition. The temperature distribution was measured from (10-15) to - (80-100) ° С and LNG vapor concentration in the range (1-30)% vol. versus time inside a cloud of a hydrocarbon mixture with air with a value of τ ₉₀ <1 s.

Таким образом, сравнение характеристик заявленного инфракрасного газоанализатора с прототипом показывает, что удалось расширить функциональные возможности заявленной конструкции путем непрерывного измерения внешней температуры анализируемого газа (в прототипе этой функции нет) и расширения в (2-2,5) раза низкотемпературного диапазона измерения флуктуирующих значений объемной концентрации метана и других газообразных углеводородов от -40°С (по прототипу) до -(80-100)°С, а также повысить точность ее анализа путем уменьшения величины временного отклика с ≈ 10 с (по прототипу) до менее 1 с. Кроме того, в отличие от прототипа удалось исключить варьирование градиента температуры инфракрасного оптического датчика за счет стабилизации температуры анализируемого газа и, соответственно, устранить генерацию его ложных сигналов при dT/dt>2-3 град/мин и конденсации влаги.Thus, a comparison of the characteristics of the claimed infrared gas analyzer with the prototype shows that it was possible to expand the functionality of the claimed design by continuously measuring the external temperature of the analyzed gas (this function is not in the prototype) and expanding (2-2.5) times the low-temperature range of measurement of fluctuating volumetric values the concentration of methane and other gaseous hydrocarbons from -40 ° C (according to the prototype) to - (80-100) ° C, and also to increase the accuracy of its analysis by reducing the magnitude of the times th response to ≈ 10 (prototype) to less than 1 s. In addition, unlike the prototype, it was possible to eliminate the temperature gradient of the infrared optical sensor by stabilizing the temperature of the analyzed gas and, accordingly, eliminate the generation of its false signals at dT / dt> 2-3 deg / min and moisture condensation.

Claims

An infrared gas analyzer consisting of a cylindrical body, on the surface of which there is a connector for connecting external circuits, and inside which there is an infrared optical sensor, which includes openings for the input and output of the analyzed gas, an infrared LED, interference filters and a gas located along the infrared radiation of the LED a cuvette with focusing infrared lenses, infrared photodetectors and an electronic control unit, including a comm a unique board to which a control microcontroller, an interface signal conditioner are connected, characterized in that the gas analyzer includes a gas channel consisting of coaxial inner and outer cylindrical pipes, the outer pipe being hermetically connected to the cylindrical body and a dust filter is placed at its output, and the inner tube is coaxially and hermetically connected to an infrared optical sensor, inside of which a porous metal filling coaxially and sequentially spruce, aerosol filter, stimulator of the analyzed gas flow rate and internal temperature meter, an external gas temperature meter and a protective grid are located at its end, a cylindrical electric furnace is installed outside it, an additional control board is installed inside the cylindrical body.