RU2138856C1 - Warning unit indicating fire and explosion hazard in flying vehicle - Google Patents
Warning unit indicating fire and explosion hazard in flying vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2138856C1 RU2138856C1 RU97104315A RU97104315A RU2138856C1 RU 2138856 C1 RU2138856 C1 RU 2138856C1 RU 97104315 A RU97104315 A RU 97104315A RU 97104315 A RU97104315 A RU 97104315A RU 2138856 C1 RU2138856 C1 RU 2138856C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- oxygen
- microprocessor
- measuring
- channel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для сигнализации и предупреждения пожаро- взрывоопасной ситуации в емкостях, в которых возможно натекание водорода и кислорода. The invention relates to instrumentation and can be used to signal and prevent a fire and explosion hazard situation in tanks in which leakage of hydrogen and oxygen is possible.
В настоящее время в аэрокосмической технике используются водородно-кислородные двигатели. Кислородно-водородные газовые смеси, накапливающиеся в различных емкостях летательных аппаратов в результате утечки газов, представляют большую опасность при достижении взрывоопасной концентрации кислорода и водорода. Поэтому надежный контроль за пожаро-взрывоопасной ситуацией необходимо осуществлять, контролируя оба компонента в газовой смеси. Currently, aerospace technology uses hydrogen-oxygen engines. Oxygen-hydrogen gas mixtures that accumulate in various capacities of aircraft as a result of gas leakage pose a great danger when an explosive concentration of oxygen and hydrogen is reached. Therefore, reliable control of a fire and explosion hazard situation must be carried out by controlling both components in the gas mixture.
Сложность контроля пожаро-взрывоопасных концентраций водородсодержащих газовых смесей в летательных аппаратах космической техники связана с жесткими условиями эксплуатации: температура в диапазоне от минус 50 до плюс 50oC, широкий динамический диапазон изменения давлений от 780 мм рт.ст. до 5 мм. рт. ст., высокие виброперегрузки (от 30 g при частоте 10 Гц до 300 g при частоте 2000 Гц). При этом датчики, осуществляющие контроль натекания, должны обладать высоким быстродействием (не более 3-5 секунд) и чувствительностью к низким концентрациям анализируемых газов (парциальное давление водорода около 0,0075 мм рт.ст.). Кроме того, датчики должны обладать селективностью только к анализируемому газу и не срабатывать на натекание других газов, присутствующих на борту (например, гелия).The complexity of monitoring fire-explosive concentrations of hydrogen-containing gas mixtures in spacecraft is associated with harsh operating conditions: temperature in the range from minus 50 to plus 50 o C, wide dynamic range of pressure changes from 780 mm Hg up to 5 mm. Hg. Art., high vibration overloads (from 30 g at a frequency of 10 Hz to 300 g at a frequency of 2000 Hz). At the same time, sensors that monitor leakage must have high speed (no more than 3-5 seconds) and sensitivity to low concentrations of the analyzed gases (partial pressure of hydrogen of about 0.0075 mm Hg). In addition, the sensors should have selectivity only for the analyzed gas and not be triggered by the leakage of other gases present on board (for example, helium).
Известен датчик для регистрации водорода, содержащий изолирующую подложку с подогревом, проводящие контакты и полупроводниковый чувствительный слой на основе ZnO (Мясников И.А. Поверхностные процессы на окиси цинка и ее электропроводность в атмосфере водорода. Журнал физической химии, т. XXXII, вып. 4, 1958, с. 841-847). При измерении концентрации водорода при повышенных температурах (100-400oC) датчика изменяется проводимость полупроводникового материала в результате хемосорбции водорода. С увеличением температуры растет и быстродействие датчика (10-2 торр в течение 10-15 секунд при Т 300oC).A known sensor for detecting hydrogen, containing an insulating substrate with heating, conductive contacts and a semiconductor sensitive layer based on ZnO (Myasnikov I.A. Surface processes on zinc oxide and its electrical conductivity in a hydrogen atmosphere. Journal of Physical Chemistry, vol. XXXII, issue 4 , 1958, p. 841-847). When measuring the concentration of hydrogen at elevated temperatures (100-400 o C) the sensor changes the conductivity of the semiconductor material as a result of chemisorption of hydrogen. With increasing temperature, the speed of the sensor also increases (10 -2 torr for 10-15 seconds at T 300 o C).
Недостатком датчика является низкая селективность измерения концентрации водорода в присутствии кислорода, так как адсорбция кислорода на поверхности полупроводникового чувствительного элемента также изменяет его проводимость, причем характер изменения ее имеет противоположный знак. The disadvantage of the sensor is the low selectivity of measuring the concentration of hydrogen in the presence of oxygen, since the adsorption of oxygen on the surface of the semiconductor sensitive element also changes its conductivity, and the nature of its change has the opposite sign.
Известен детектор утечки для емкостей, наполненных газом (EP N 0657728, МКИ G 01 M 3/16). Детектор содержит чувствительный элемент, находящийся в объеме, расположенном в непосредственной близости от возможного места утечки газа из газонаполненной емкости, и представляет собой электрическую спираль, выполненную из палладия, обладающего каталитической активностью и абсорбционной способностью по отношению к водороду. Сопротивление электрической спирали, включенной в измерительную цепь детектора, изменяется при наличии водорода. Через спираль протекает пульсирующий ток, имеющий период включения, достаточный по длительности для того, чтобы в районе чувствительного элемента скопилось достаточное для детектирования количество водорода. Детектор работает при температуре от минус 40 до плюс 85oC.A known leak detector for containers filled with gas (EP N 0657728, MKI G 01 M 3/16). The detector contains a sensitive element located in a volume located in close proximity to a possible place of gas leakage from a gas-filled container, and is an electric coil made of palladium, which has catalytic activity and absorption capacity with respect to hydrogen. The resistance of the electric coil included in the measuring circuit of the detector changes in the presence of hydrogen. A pulsating current flows through the spiral, which has a switching period of sufficient duration so that enough hydrogen is accumulated in the region of the sensing element for detection. The detector operates at temperatures from minus 40 to plus 85 o C.
Однако датчик обладает достаточно большой инерционностью и невысокой чувствительностью и не пригоден для измерения малых концентраций водорода (до 1 об.% при давлении 5 мм рт.ст.) в течение короткого промежутка времени (3-5 секунд). However, the sensor has a sufficiently large inertia and low sensitivity and is not suitable for measuring small concentrations of hydrogen (up to 1 vol.% At a pressure of 5 mm Hg) for a short period of time (3-5 seconds).
Известно устройство для определения наличия водорода и водородсодержащих соединений (патент США N 4661320, НКИ 422-86). Устройство содержит датчик, фотосорбция которого изменяется в присутствии водорода и водородсодержащих соединений, и оптические средства измерения фотосорбции, вызванной поглощением газа. В устройстве имеется эталонный канал. С измерительного и эталонного фотоприемника выходной сигнал поступает в детектор, сравнивается с пороговым значением и на выходе детектора получают сигнал тревоги, если это вытекает из процесса измерения. Устройство малогабаритное, надежное в работе, потребляет мало энергии, так как в качестве источника излучения используется светодиод, а в качестве фотоприемников - фотодиоды. Чувствительный элемент выполнен в виде нанесенной на твердый компаунд тонкой пленки металла, например платины, адсорбирующего и диссоциирующего водород и водородсодержащие соединения. Устройство обладает высокой чувствительностью и стабильностью во времени и при изменении температуры. A device for determining the presence of hydrogen and hydrogen-containing compounds is known (US patent N 4661320, NKI 422-86). The device includes a sensor, the photosorption of which changes in the presence of hydrogen and hydrogen-containing compounds, and optical means for measuring photosorption caused by absorption of gas. The device has a reference channel. From the measuring and reference photodetector, the output signal enters the detector, is compared with a threshold value, and an alarm signal is received at the detector output if this follows from the measurement process. The small-sized device, reliable in operation, consumes little energy, since an LED is used as a radiation source, and photodiodes as photodetectors. The sensitive element is made in the form of a thin film of a metal deposited on a solid compound, for example platinum, adsorbing and dissociating hydrogen and hydrogen-containing compounds. The device has high sensitivity and stability over time and when the temperature changes.
Однако при измерении концентрации водорода в присутствии кислорода селективность датчика снижается за счет образования воды, что приводит к существенным ошибкам детектирования водорода. Кроме того, тонкая металлическая пленка недолговечна при высоких механических перегрузках. However, when measuring the concentration of hydrogen in the presence of oxygen, the selectivity of the sensor decreases due to the formation of water, which leads to significant errors in the detection of hydrogen. In addition, a thin metal film is short-lived with high mechanical overloads.
Известен детектор водорода, основанный на регистрации изменения проводимости полупроводникового чувствительного элемента в его присутствии (патент США N 4324760, НКИ 422-98). Детектор содержит субстрат, на котором укреплено основание, слой двуокиси титана, расположенный между основанием и изоляционным слоем и контактирующий с каталитической верхней металлической пленкой, диссоциирующей водород на площади, достаточной, чтобы измерить электрическую проводимость чувствительного элемента. При этом верхняя металлическая пленка и основание находятся в электрическом контакте с внешней измерительной цепью, измеряющей изменение проводимости. Электрическая проводимость детектора изменяется при изменении концентрации кислорода в окружающей его атмосфере. Детектор измеряет концентрацию водорода до 100 ppm, что делает его хорошим устройством тревожной сигнализации при наличии 0,5 об.% водорода в воздухе (при заданной постоянной концентрации кислорода - 21 об.%). Детектор специфичен к водороду в присутствии CH4.A known hydrogen detector based on the registration of changes in the conductivity of a semiconductor sensitive element in its presence (US patent N 4324760, NKI 422-98). The detector contains a substrate on which the base is fixed, a layer of titanium dioxide located between the base and the insulating layer and in contact with the catalytic upper metal film dissociating hydrogen over an area sufficient to measure the electrical conductivity of the sensitive element. In this case, the upper metal film and the base are in electrical contact with an external measuring circuit that measures the change in conductivity. The electrical conductivity of the detector changes with a change in the concentration of oxygen in its surrounding atmosphere. The detector measures the hydrogen concentration up to 100 ppm, which makes it a good alarm device in the presence of 0.5 vol.% Hydrogen in the air (at a given constant oxygen concentration - 21 vol.%). The detector is specific for hydrogen in the presence of CH 4 .
Недостатком детектора является сложность конструкции из-за наличия нескольких слоев в детектирующем чувствительном элементе, что снижает надежность его работы при значительных механических перегрузках. Кроме того, детектор неселективен к водороду при наличии в окружающей атмосфере кислорода. The disadvantage of the detector is the design complexity due to the presence of several layers in the detecting sensitive element, which reduces the reliability of its operation with significant mechanical overloads. In addition, the detector is not selective for hydrogen in the presence of oxygen in the surrounding atmosphere.
Известно устройство для детектирования дыма или газов в измерительном объеме (ЕР N0360126, МКИ G 08 B 17/107). Устройство содержит расположенные в измерительном объеме и оптически связанные источник излучения и два фотоприемника, реагирующие на появление газов или дыма. Сигнал первого фотоприемника поступает в блок, генерирующий сигнал тревоги, если сигнал этого фотоприемника достигает установленного значения. Кроме того, в устройстве имеется блок, генерирующий контрольный сигнал, если выходной сигнал второго фотоприемника достигает установленного значения при появлении в измерительном объеме измеряемого газа. Электронный ключ сравнивает сигналы фотоприемников и выдает сигнал тревоги при появлении в объеме контаминирующих газов или дыма. A device for detecting smoke or gases in a measuring volume (EP N0360126, MKI G 08 B 17/107). The device contains located in the measuring volume and optically coupled radiation source and two photodetectors that respond to the appearance of gases or smoke. The signal of the first photodetector enters the block generating an alarm if the signal of this photodetector reaches the set value. In addition, the device has a block generating a control signal if the output signal of the second photodetector reaches the set value when the measured gas appears in the measuring volume. The electronic key compares the signals of the photodetectors and gives an alarm when contaminated gases or smoke appear in the volume.
Устройство не может быть использовано для сигнализации пожаро-взрывоопасной ситуации при наличии смеси газов водорода, так как реагирует на появление газов или дыма, сопутствующих уже начавшемуся возгоранию. The device cannot be used to signal a fire-explosive situation in the presence of a mixture of hydrogen gases, as it responds to the appearance of gases or smoke, accompanying the already started fire.
Известно устройство для диагностики предпожарной ситуации, предназначенное для предупреждения пожара в помещениях различного назначения и класса, в том числе в отсеках космических и летательных аппаратов, и сигнализирующих о появлении хотя бы одного из нежелательных газовых компонентов (патент РФ N 2022250, МКИ G 01 N 21/81). Устройство содержит оптически связанные источник излучения и несколько фотоприемников, число которых равно числу определяемых компонентов газовой смеси. Устройство прокачки забирает воздух из контролируемого помещения (из локальных объемов) и вентилятором прокачивает через кювету (измерительный объем). При появлении в контролируемом пространстве одного из типов радикалов определяемых газов, последние поглощают излучение, ослабляя поток монохроматического излучения, поступающий на соответствующий датчик. Скорректированный по шумам сигнал поступает в АЦП анализатора, из которого преобразованный в удобном для ввода виде сигнал поступает в микропроцессор, в котором происходит определение максимума поглощения и его последующее сравнение с пороговым значением и возможными величинами поглощения, характеризующими предпожарную опасность в помещении. Конечную информацию выводят на монитор. Устройство предназначено для измерения радикалов C-H, C-Cl; O-O и не может быть использовано для предупреждения пожаро-взрывоопасной ситуации в системах, содержащих в качестве горючей смеси единственный компонент - водород. Кроме того, датчики устройства реагируют на компоненты газовой смеси, появляющиеся при наличии возгорания, что недопустимо в случае присутствия в контролируемом объеме смеси водорода и кислорода в критической ситуации. A device for diagnosing a pre-fire situation is known, designed to prevent fire in premises of various purposes and classes, including in the compartments of spacecraft and aircraft, and signaling the appearance of at least one of the undesirable gas components (RF patent N 2022250, MKI G 01 N 21 / 81). The device contains an optically coupled radiation source and several photodetectors, the number of which is equal to the number of detected components of the gas mixture. A pumping device takes air from a controlled room (from local volumes) and pumps it through a cuvette (measuring volume) with a fan. When one of the types of radicals of the detected gases appears in the controlled space, the latter absorb radiation, attenuating the monochromatic radiation flux arriving at the corresponding sensor. The noise-corrected signal enters the ADC of the analyzer, from which the signal converted in a form convenient for input, enters the microprocessor, in which the absorption maximum is determined and its subsequent comparison with the threshold value and possible absorption values characterizing the pre-fire hazard in the room. The final information is displayed on the monitor. The device is designed to measure the radicals C-H, C-Cl; O-O and can not be used to prevent a fire-explosive situation in systems containing the only component as a combustible mixture - hydrogen. In addition, the sensors of the device react to the components of the gas mixture that appear in the presence of fire, which is unacceptable if there is a mixture of hydrogen and oxygen in a critical situation.
Задачей является создание устройства сигнализации пожаро- взрывоопасной ситуации, обусловленной появлением водорода и кислорода в различных емкостях летательных и космических аппаратов, заполненных инертным газом (азотом), в результате утечки. Устройство должно работать в широком диапазоне изменения температур и давления и при высоких механических нагрузках. The task is to create a device for signaling a fire and explosion hazard due to the appearance of hydrogen and oxygen in various capacities of aircraft and spacecraft filled with inert gas (nitrogen) as a result of leakage. The device must operate in a wide range of temperature and pressure and at high mechanical loads.
Поставленная задача решается предлагаемым изобретением. The problem is solved by the invention.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в устройство сигнализации пожаро-взрывоопасной ситуации в летательных аппаратах, содержащее оптический канал, выполненный в виде оптически сопряженных источника и светофильтра излучения и фотоприемников, преобразователь сигналов фотоприемников, микропроцессор, вход которого связан с выходом преобразователя сигналов фотоприемников, и газовую магистраль, связанную о оптическим каналом, введены второй микропроцессор, полупроводниковый канал для детектирования водорода, чувствительный элемент которого выполнен в виде изолирующей подложки с подогревом, на которую нанесен полупроводниковый, выполненный по толстопленочной технологии чувствительный слой с проводящими контактами, в оптический канал введены оптически сопряженные с источником возбуждения и фотоприемниками измерительная и заполненная газом постоянного состава эталонная камеры с люминесцентным чувствительным к кислороду слоем на основе полимеризованного в мономерной форме в оптически прозрачных органических материалах Al(OH) этиопорфирин II и фильтр эмиссии, установленный перед обеими камерами, при этом измерительная камера оптического канала и полупроводниковый канал размещены в газовой магистрали, первый вход второго микропроцессора связан с выходом преобразователя сигнала фотоприемника, второй его вход связан с выходом полупроводникового канала, а выход второго микропроцессора связан со вторым входом первого микропроцессора. The essence of the invention lies in the fact that the alarm device is a fire-explosive situation in aircraft, containing an optical channel made in the form of optically conjugated radiation source and filter and photodetectors, a photodetector signal converter, a microprocessor, the input of which is connected to the output of the photodetector signal converter, and a gas main connected to the optical channel, a second microprocessor, a semiconductor channel for detecting hydrogen, The sensing element is made in the form of a heated insulating substrate, on which a semiconductor sensitive layer made using thick-film technology with conductive contacts is applied, and a measurement chamber optically coupled to an excitation source and photodetectors is introduced into the optical channel, and it is filled with a gas of constant composition with a luminescent oxygen sensitive a layer based on polymerized in monomer form in optically transparent organic materials Al (OH) etioporphyrin II and f the emission filter installed in front of both cameras, while the measuring channel of the optical channel and the semiconductor channel are located in the gas line, the first input of the second microprocessor is connected to the output of the signal converter of the photodetector, its second input is connected to the output of the semiconductor channel, and the output of the second microprocessor is connected to the second input first microprocessor.
Сравнение предлагаемой конструкции с прототипом показывает, что первая имеет общие с прототипом элементы, такие как оптический канал измерения со светофильтром, источником излучения и фотоприемником, а также преобразователь сигнала фотоприемников и микропроцессор, но отличается наличием дополнительного полупроводникового канала, чувствительного к водороду, наличием измерительной и эталонной камер в оптическом канале и дополнительными связями между элементами устройства. Comparison of the proposed design with the prototype shows that the first has elements common with the prototype, such as an optical measurement channel with a filter, a radiation source and a photodetector, as well as a signal converter of photodetectors and a microprocessor, but differs by the presence of an additional semiconductor channel sensitive to hydrogen, the presence of a measuring and reference cameras in the optical channel and additional connections between the elements of the device.
Это позволяет получать сигнал предупреждения о пожаро- взрывоопасной ситуации в емкостях и отсеках летательных и космических аппаратов благодаря созданию возможности селективного измерения низких концентраций кислорода и водорода. Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "Новизна". This allows you to receive a warning signal about a fire and explosion hazard in the tanks and compartments of aircraft and spacecraft due to the creation of the ability to selectively measure low concentrations of oxygen and hydrogen. Therefore, the proposed technical solution meets the criterion of "Novelty."
Конструкция устройства с предлагаемой совокупностью входящих в нее чувствительных элементов и блоков позволяет своевременно получить сигнал тревоги о пожаро-взрывоопасной ситуации в замкнутом отсеке летательного или космического аппарата и предотвратить ее путем подачи сигнала в систему продувки азотом. Это достигается за счет совместного использования малоинерционного оптического канала, измеряющего концентрацию кислорода с помощью измерительной и эталонной камер с чувствительными к кислороду элементами, выполненными на основе полимерных пленок с заполимеризованным тонким слоем (1-2 микрона) Al(OH) этиопорфирина II в мономерной форме, и канала с полупроводниковым чувствительным элементом, работающих в широком интервале температур и устойчивых к большим механическим перегрузкам. Кроме того, в устройство введен микропроцессор коррекции сигнала полупроводникового канала по сигналу, поступающему с выхода преобразователя сигналов фотоприемников. The design of the device with the proposed combination of sensitive elements and blocks included in it allows you to receive an alarm about a fire and explosive situation in a closed compartment of an aircraft or spacecraft in a timely manner and prevent it by supplying a signal to the nitrogen purge system. This is achieved through the joint use of a low-inertia optical channel that measures oxygen concentration using measuring and reference chambers with oxygen-sensitive elements made on the basis of polymer films with a polymerized thin layer (1-2 microns) of Al (OH) etioporphyrin II in monomeric form. and a channel with a semiconductor sensitive element operating in a wide temperature range and resistant to large mechanical overloads. In addition, a microprocessor for correcting the signal of the semiconductor channel by a signal from the output of the photodetector signal converter is introduced into the device.
Это позволяет выделить сигналы, соответствующие реальным концентрациям водорода и кислорода в едином масштабе времени, что имеет большое значение, так как именно при определенном их соотношении в замкнутом объеме возникает пожаро-взрывоопасная ситуация. Кроме того, устройство позволяет предотвратить непроизводительный расход газа для продувки, когда сигнал о величине концентрации одного из компонентов еще не достиг порогового значения. This makes it possible to isolate signals corresponding to real concentrations of hydrogen and oxygen in a single time scale, which is of great importance, since it is at a certain ratio in a closed volume that a fire-explosive situation arises. In addition, the device can prevent unproductive gas flow for purging when the signal about the concentration of one of the components has not yet reached a threshold value.
Авторам не известна подобная конструкция устройства, обеспечивающая указанный технический эффект, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "Уровень техники". The authors are not aware of such a design of the device providing the specified technical effect, therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "prior art".
Большинство элементов, входящих в конструкцию устройства, изготавливаются промышленностью (источники и приемники излучения, светофильтры, микропроцессор и т.д.). Изготовление других элементов не представляет трудности в производственных условиях. Most of the elements included in the design of the device are manufactured by industry (sources and receivers of radiation, filters, microprocessor, etc.). The manufacture of other elements is not difficult in a production environment.
Высокая чувствительность и быстродействие устройства, селективность при измерении водорода и кислорода, возможность работы в широком интервале температур, давлений и механических перегрузок и невысокая стоимость дают основания предполагать, что потребность в таких устройствах при эксплуатации летательных и космических аппаратов, подводных лодок очевидна. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "Промышленная применимость". The high sensitivity and speed of the device, selectivity in the measurement of hydrogen and oxygen, the ability to work in a wide range of temperatures, pressures and mechanical overloads and low cost make it possible to assume that the need for such devices when operating aircraft, spacecraft, and submarines is obvious. Therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "Industrial applicability".
На чертеже показан вариант конструкции устройства сигнализации пожаро-взрывоопасной ситуации в летательных аппаратах. The drawing shows a design variant of a device for signaling a fire and explosion hazard situation in aircraft.
Устройство содержит газовую магистраль 1, оптический канал 2 для измерения кислорода и полупроводниковый канал 3 для измерения смеси кислорода и водорода, оптический канал 2 содержит оптически сопряженные источник излучения 4, светофильтр излучения 5, измерительную камеру 6 с люминесцентным чувствительным к кислороду слоем, эталонную камеру 7 с люминесцентным чувствительным к кислороду слоем, заполненную газом постоянного состава, светофильтр эмиссии 8, общий для фотоприемников 9, 10, преобразователь сигналов 11, входы которого связаны с выходами фотоприемников 9 и 10; канал 3 содержит чувствительный элемент 12, выполненный в виде изолирующей подложки 13 из окислов алюминия и нанесенного на нее полупроводникового чувствительного к водороду и кислороду слоя 14 из окислов цинка с платиновыми контактами, подложка 13 подключена к источнику подогрева 15; выход преобразователя 11 соединен с первым входом микропроцессора 16 сравнения сигналов двух каналов и с первым входом микропроцессора 17, а выходы чувствительного элемента 12 канала 3 соединены со вторым и третьим входами микропроцессора 16, выход которого соединен со вторым входом микропроцессора 17; измерительная камера 6 и полупроводниковый чувствительный элемент 12 расположены в газовой магистрали, связанной с емкостями, в которых определяется натекание водорода и кислорода. The device comprises a gas line 1, an optical channel 2 for measuring oxygen and a semiconductor channel 3 for measuring a mixture of oxygen and hydrogen, an optical channel 2 contains optically coupled radiation source 4, a light filter 5, a measuring chamber 6 with a luminescent oxygen sensitive layer, a reference chamber 7 with a luminescent oxygen sensitive layer filled with gas of constant composition, emission filter 8, common to photodetectors 9, 10, signal converter 11, the inputs of which are connected to the output rows of photodetectors 9 and 10; channel 3 contains a sensing element 12 made in the form of an insulating substrate 13 of aluminum oxides and a semiconductor sensitive to hydrogen and oxygen layer 14 of zinc oxides with platinum contacts deposited on it, the substrate 13 is connected to a heating source 15; the output of the converter 11 is connected to the first input of the microprocessor 16 comparing the signals of two channels and to the first input of the microprocessor 17, and the outputs of the sensing element 12 of channel 3 are connected to the second and third inputs of the microprocessor 16, the output of which is connected to the second input of the microprocessor 17; the measuring chamber 6 and the semiconductor sensing element 12 are located in the gas line connected to the tanks in which leakage of hydrogen and oxygen is determined.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Анализируемая газовая смесь поступает (за счет направленного потока со скоростью 1-10 м/с) в газовую магистраль 1 и контактирует с чувствительным к кислороду слоем измерительной камеры 6 оптического канала 2 и чувствительным элементом 12 полупроводникового канала 3. Свет от источника 4 через светофильтр возбуждения 5 поступает на чувствительный элемент измерительной 6 и эталонной 7 камер. Сигналы люминесценции, образующиеся за счет возбуждения чувствительных слоев в обеих камерах, выделяются светофильтром эмиссии 8 и поступают на соответствующие фотоприемники 9, 10 и после преобразования в электрические сигналы поступают в преобразователь сигналов 11, который преобразует сигналы с двух фотоприемников в электрический сигнал, пропорциональный парциальному давлению кислорода в газовой магистрали. Нормирование сигнала измерительной камеры 6 на сигнал эталонной камеры 7 в преобразователе сигналов фотоприемников 11 устраняет воздействие на чувствительный элемент температуры и флуктуаций источника излучения. The analyzed gas mixture enters (due to the directed flow at a speed of 1-10 m / s) into the gas line 1 and is in contact with the oxygen-sensitive layer of the measuring chamber 6 of the optical channel 2 and the sensitive element 12 of the semiconductor channel 3. The light from the source 4 through the excitation filter 5 enters the sensing element measuring 6 and the reference 7 cameras. The luminescence signals generated by the excitation of sensitive layers in both chambers are emitted by an emission filter 8 and fed to the corresponding photodetectors 9, 10 and, after being converted into electrical signals, are fed to a signal converter 11, which converts the signals from two photodetectors into an electrical signal proportional to the partial pressure oxygen in the gas line. The normalization of the signal of the measuring chamber 6 to the signal of the reference chamber 7 in the signal converter of the photodetectors 11 eliminates the effect on the sensitive element of the temperature and fluctuations of the radiation source.
Чувствительный элемент 14 полупроводникового канала 3 подогревают до 300oC, пропуская через подложку 13 ток от источника 15. На чувствительный к водороду и кислороду слой 14 подают от микропроцессора 16 напряжение и снимают электрический сигнал, пропорциональный проводимости чувствительного слоя. Электрические сигналы с 12 и 11 поступают в микропроцессор 16, в котором производится преобразование этих сигналов в электрический сигнал, пропорциональный парциальному давлению водорода, за счет их математического преобразования. Электрические сигналы с 11 и 16 поступают в микропроцессор 17, в котором они сравниваются с заданными пороговыми уровнями для кислорода и водорода и на выходе формируется сигнал управления системой продувки инертного газа (азота) в емкостях летательных и космических аппаратов для предупреждения пожаро-взрывоопасной ситуации.The sensitive element 14 of the semiconductor channel 3 is heated to 300 ° C. by passing current from the source 15 through the substrate 13. A voltage is applied to the hydrogen and oxygen sensitive layer 14 from the microprocessor 16 and an electrical signal proportional to the conductivity of the sensitive layer is removed. Electrical signals 12 and 11 enter the microprocessor 16, in which these signals are converted into an electrical signal proportional to the partial pressure of hydrogen, due to their mathematical transformation. Electrical signals 11 and 16 enter the microprocessor 17, in which they are compared with predetermined threshold levels for oxygen and hydrogen, and the output generates a control signal for the inert gas (nitrogen) purge system in the capacities of aircraft and spacecraft to prevent a fire and explosion hazard.
Чувствительные элементы камер 6 и 7 оптического канала 2 выполнены из оптически прозрачного полимерного материала, например полиметилметакрилата, с заполимеризованным тонким слоем (1-2 микрона) Al(OH) этиопорфирина II в мономерной форме. Это соединение обладает почти постоянным уровнем сигнала замедленной флуоресценции при изменении температур в диапазоне минус 50 - плюс 50oC, имеет длительное время затухания (115 мс) в средах, освобожденных от кислорода, и селективно детектирует кислород в присутствии других газов. Большое время затухания этого соединения обеспечивает высокую чувствительность при индикации малых парциальных давлений кислорода (до 1 мм.рт.ст.).The sensitive elements of the chambers 6 and 7 of the optical channel 2 are made of an optically transparent polymeric material, for example polymethylmethacrylate, with a polymerized thin layer (1-2 microns) of Al (OH) etioporphyrin II in monomeric form. This compound has an almost constant level of delayed fluorescence signal when temperatures vary in the range of minus 50 - plus 50 o C, has a long decay time (115 ms) in oxygen-free media, and selectively detects oxygen in the presence of other gases. The long decay time of this compound provides high sensitivity for indicating low partial oxygen pressures (up to 1 mmHg).
Способы синтеза различных металлопорфиринов описаны в научно-технической литературе. Methods for the synthesis of various metalloporphyrins are described in the scientific and technical literature.
Технология получения толстопленочных полупроводниковых слоев из окислов цинка освоена отечественной промышленностью. The technology for producing thick-film semiconductor layers from zinc oxides has been mastered by domestic industry.
Чувствительные слои оптического и полупроводникового каналов устойчивы и сохраняют работоспособность при больших перепадах давлений (760-5 мм.рт.ст.) и при больших механических перегрузках. The sensitive layers of the optical and semiconductor channels are stable and maintain working capacity at high pressure drops (760-5 mm Hg) and at large mechanical overloads.
Предлагаемое устройство обладает небольшими габаритами (120x70x100 мм), малым энергопотреблением (не более 6 Вт), может быть использовано не только в аэрокосмической, но в других областях промышленности. The proposed device has small dimensions (120x70x100 mm), low power consumption (not more than 6 W), can be used not only in aerospace, but in other industries.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97104315A RU2138856C1 (en) | 1997-03-20 | 1997-03-20 | Warning unit indicating fire and explosion hazard in flying vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97104315A RU2138856C1 (en) | 1997-03-20 | 1997-03-20 | Warning unit indicating fire and explosion hazard in flying vehicle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97104315A RU97104315A (en) | 1999-04-10 |
RU2138856C1 true RU2138856C1 (en) | 1999-09-27 |
Family
ID=20190972
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97104315A RU2138856C1 (en) | 1997-03-20 | 1997-03-20 | Warning unit indicating fire and explosion hazard in flying vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2138856C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2727560C1 (en) * | 2020-01-28 | 2020-07-22 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Monolithic sensor of chemical composition of substance |
-
1997
- 1997-03-20 RU RU97104315A patent/RU2138856C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2727560C1 (en) * | 2020-01-28 | 2020-07-22 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Monolithic sensor of chemical composition of substance |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1921445A1 (en) | Hydrogen gas sensor | |
EP0979401B1 (en) | Micromachined opto-flow gas sensor | |
US3765842A (en) | Fire alarm signalling system | |
CA2058928C (en) | Simple fire detector | |
CA1276532C (en) | Method for the continuous measurement of the partial pressure of gases and vapors | |
US5356819A (en) | Method of determining chemical and/or physical properties of a gaseous atmosphere | |
US3567383A (en) | Hydrogen detectors | |
JP2009506329A (en) | Digital gas detector and noise reduction method | |
EP3359934B1 (en) | Gas detector with a golay cell and method of detecting a gas using a golay cell | |
CN103278489B (en) | Fluorescent oxygen sensor | |
Courbat et al. | A colorimetric CO sensor for fire detection | |
Slaman et al. | Optical hydrogen sensors based on metal-hydrides | |
RU2138856C1 (en) | Warning unit indicating fire and explosion hazard in flying vehicle | |
CA2031325A1 (en) | Flammable gas detection | |
JP3101671B2 (en) | Method for forming oxygen-sensitive film, oxygen sensor and pressure measuring method using the same | |
RU2132551C1 (en) | Gas sensor operating process | |
Kocache | Gas sensors | |
US7795586B2 (en) | Device for detecting and device for measuring the concentration of a substance | |
Schjolberg-Henriksen et al. | Sensitive and selective photoacoustic gas sensor suitable for high-volume manufacturing | |
JPS5879141A (en) | Optical gas detector | |
CA2408136A1 (en) | Pd/v205 device for h2 detection | |
Beshay et al. | Miniaturized real-time monitor for fuel cell leak applications | |
WO1995030889A1 (en) | Method and device for optoelectronic chemical sensing | |
JPH09145644A (en) | Analyzer having detecting element such that temperature adjustment is required | |
Maugh | Air pollution instrumentation: a trend toward physical methods |