RU2400745C2 - Airborne dust, vapour and gas detector - Google Patents

Airborne dust, vapour and gas detector Download PDF

Info

Publication number
RU2400745C2
RU2400745C2 RU2008143170/28A RU2008143170A RU2400745C2 RU 2400745 C2 RU2400745 C2 RU 2400745C2 RU 2008143170/28 A RU2008143170/28 A RU 2008143170/28A RU 2008143170 A RU2008143170 A RU 2008143170A RU 2400745 C2 RU2400745 C2 RU 2400745C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
case
dust
miniature
piezosensor
air
Prior art date
Application number
RU2008143170/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008143170A (en
Inventor
Татьяна Анатольевна Кучменко (RU)
Татьяна Анатольевна Кучменко
Алексей Валерьевич Чурсанов (RU)
Алексей Валерьевич Чурсанов
Руслан Умарханович Умарханов (RU)
Руслан Умарханович Умарханов
Дарья Александровна Кучменко (RU)
Дарья Александровна Кучменко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Сенсорные Технологии"
Татьяна Анатольевна Кучменко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Сенсорные Технологии", Татьяна Анатольевна Кучменко filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Сенсорные Технологии"
Priority to RU2008143170/28A priority Critical patent/RU2400745C2/en
Publication of RU2008143170A publication Critical patent/RU2008143170A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2400745C2 publication Critical patent/RU2400745C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: airborne dust, vapour and gas detector has a miniature case with a cover and a top panel moved through a slider. In the top part there is a socket for a piezoelectric sensor with a sensitive film coating for detecting air or dust components. Also inside the case under the panel with the piezoelectric sensor there is a miniature excitation circuit connected to a microprocessor for picking up and converting the piezoelectric sensor signal, transmitting it to a digital display and storing it in memory which is independently actuated by a power element built into the case or from an external source. In the bottom part of the case there are outputs for a charging device and connection with a computer for moving information from the memory. There is also a switching on button and a digital display for displaying the picked up signal on the one lateral surface of the miniature case.
EFFECT: mobility and compactness of the detector, possibility of using compact power sources with float time or using an external power source, rapid analysis of air or mixture of gases and dust, including in field conditions without sample collection and sample preparation, possibility of measuring dust level through fast replacement of piezoelectric sensors on the movable panel of the device, duration of preservation of operational characteristics with wide variation of properties of the analysed air, as well as possibility of storing information for transmitting measurement data through built-in memory and computer output.
2 dwg

Description

Изобретение относится к технике проведения экспрессного анализа воздуха или смесей газов, в том числе для определения концентраций газов, паров, пыли в воздухе во внелабораторных условиях в режиме «на месте».The invention relates to techniques for the rapid analysis of air or gas mixtures, including for determining the concentrations of gases, vapors, dust in the air in off-laboratory conditions in the on-site mode.

В настоящее время рынок газовых датчиков и анализаторов представлен различными по природе функционирования и эксплуатационным характеристикам системами. Принципиально они делятся на системы непрерывного и периодического действия. Системы непрерывного действия малогабаритны, но, как правило, высокоселективны к отдельным газам, а газоанализаторы имеют ограничения по группе определяемых компонентов воздуха, шкала их часто отградуирована в единицах концентрации одного газа, для их устойчивого функционирования необходимы определенные исходные условия (по чистоте или влажности воздуха, нахождения в пространстве или источника питания и т.п.).Currently, the market for gas sensors and analyzers is represented by systems that differ in the nature of operation and operational characteristics. Fundamentally, they are divided into systems of continuous and periodic action. Continuous systems are small-sized, but, as a rule, highly selective for individual gases, and gas analyzers have restrictions on the group of determined air components, their scale is often graduated in units of concentration of one gas, for their stable operation certain initial conditions are needed (for purity or humidity, being in space or a power source, etc.).

Техническая задача изобретения заключается в разработке детектора для определения газа, паров и пыли в воздухе, позволяющего совместить некоторые характеристики датчиков и анализаторов, как то: минимальные размеры, экспрессность получения информации, автономность или многовариантность питания, легкое управление и изменение селективности к определяемым газам, возможность измерения уровня пыли, длительное сохранение эксплуатационных характеристик при широкой вариации свойств анализируемой воздушной среды, возможности диагностирования воздуха во внелабораторных условиях в режиме «на месте» с сохранением информации для переноса данных об измерении.The technical task of the invention is to develop a detector for detecting gas, vapors and dust in the air, which allows combining some characteristics of sensors and analyzers, such as: minimum dimensions, expressness of information, autonomy or multivariance of power, easy control and change of selectivity to detected gases, the ability dust level measurements, long-term maintenance of operational characteristics with a wide variation in the properties of the analyzed air environment, diagnostic capabilities Nia air in non-laboratory conditions in the "on the spot" preserving information for transferring the measurement data.

Для решения технической задачи изобретения предложен детектор для определения газа, паров и пыли в воздухе, который содержит миниатюрный корпус с крышкой и с выдвигающейся с помощью слайдера подвижной верхней панелью, на которой в верхней части вмонтированы гнезда для пьезосенсора с чувствительным пленочным покрытием для детектирования компонентов воздуха или пыли, внутри корпуса под панелью с пьезосенсором расположены миниатюрная схема возбуждения, соединенная с микропроцессором для регистрации, преобразования сигнала пьезосенсора, передачи его на цифровое табло и сохранения в памяти, приводящиеся в действие автономно от встроенного в корпус элемента питания или от внешнего источника, в нижней части корпуса расположены выходы для зарядного устройства и совмещения с компьютером для переноса информации из памяти, на одной из боковых поверхностей миниатюрного корпуса размещены кнопка включения, цифровое табло для отображения регистрируемого сигнала.To solve the technical problem of the invention, there is provided a detector for detecting gas, vapors and dust in the air, which contains a miniature housing with a lid and a movable upper panel that extends using a slider, on which piezosensor sockets with a sensitive film coating are mounted in the upper part for detecting air components or dust, inside the case under the panel with a piezosensor there is a miniature excitation circuit connected to a microprocessor for recording, converting the signal of the piezosensor a, transferring it to a digital display and storing it in memory, driven independently from the built-in battery or from an external source, in the lower part of the case there are outputs for a charger and combined with a computer for transferring information from the memory, on one of the side the surfaces of the miniature housing are placed a power button, a digital display for displaying the recorded signal.

Технический результат заключается в мобильности и компактности детектора с минимальными размерами при сохранении всех рабочих функций (генерация колебаний пьезосенсора, автономное или внешнее питание, регистрация, обработка и сохранение информации) за счет применения миниатюрной микросхемы и программируемого микропроцессора, возможности применения компактных источников питания с резервом времени или применения внешнего источника питания; в экспрессном получении результатов анализа воздуха или смесей газов, пыли, в том числе во внелабораторных условиях без пробоотбора и пробоподготовки (диагностика воздуха помещений, рабочих зон, анализ пробы в режиме «на месте»); в легком управлении и изменении селективности к определяемым газам, возможности измерения уровня пыли за счет быстрой смены пьезосенсоров на выдвижной панели устройства, которые являются комплектующими элементами детектора; в длительном сохранении эксплуатационных характеристик при широкой вариации свойств анализируемой воздушной среды за счет дискретного режима измерения и прекращения нагрузки пьезосенсора путем перемещения его в корпус после определенного времени контакта с анализируемой средой; в возможности сохранения информации для переноса данных об измерении за счет имеющейся встроенной памяти и выхода на компьютер (адаптер).The technical result consists in the mobility and compactness of the detector with a minimum size while maintaining all operational functions (generating a piezosensor oscillation, autonomous or external power supply, recording, processing and storing information) through the use of a miniature microcircuit and a programmable microprocessor, the possibility of using compact power supplies with a reserve of time or using an external power source; in express obtaining the results of the analysis of air or mixtures of gases, dust, including in off-laboratory conditions without sampling and sample preparation (air diagnostics of rooms, work areas, analysis of the sample in the on-site mode); in easy control and change of selectivity to the detected gases, the possibility of measuring the dust level due to the quick change of piezosensors on the device’s sliding panel, which are the detector’s components; in the long-term maintenance of operational characteristics with a wide variation in the properties of the analyzed air environment due to the discrete measurement mode and termination of the piezosensor load by moving it into the housing after a certain contact time with the analyzed medium; the ability to save information for transferring measurement data due to the available built-in memory and access to a computer (adapter).

Фиг.1 - Положение слайдера «0»:Figure 1 - The position of the slider "0":

а) общий вид детектора; б) фронтальный разрез.a) general view of the detector; b) frontal section.

Фиг.2 - Положение слайдера «1»:Figure 2 - Position of the slider "1":

а) общий вид детектора; б) фронтальный разрез.a) general view of the detector; b) frontal section.

Детектор для определения газа, паров и пыли в воздухе (Д-1, фиг.1, 2) состоит из миниатюрного корпуса 1 с крышкой 2, с подвижной верхней панелью 4, выдвигающейся из корпуса с помощью слайдера 3. На верхней поверхности подвижной панели 4 вмонтированы гнезда для пьезосенсора 5, соединенные удлиненными креплениями 6 с расположенными внутри корпуса миниатюрной схемой возбуждения 7, микропроцессором 8 для регистрации, преобразования сигнала пьезосенсора, передачи его на цифровое табло 9, сохранения в памяти, сменными аккумуляторами или иными элементами питания 10. На боковой поверхности корпуса расположено цифровое табло 9 для отображения регистрируемого сигнала пьезосенсоров, световой индикатор готовности устройства к работе 11, кнопка включения 12, в нижней части корпуса расположены выход 13 для зарядного устройства или к блоку питания и выход для совмещения с компьютером 14.The detector for determining gas, vapors and dust in the air (D-1, FIGS. 1, 2) consists of a miniature housing 1 with a cover 2, with a movable upper panel 4, sliding out of the housing using the slider 3. On the upper surface of the movable panel 4 built-in sockets for the piezosensor 5, connected by elongated mounts 6 with a miniature excitation circuit 7 located inside the housing, by a microprocessor 8 for recording, converting the piezosensor signal, transmitting it to a digital display 9, storing in memory, replaceable batteries or other elements and power 10. On the side surface of the housing there is a digital display 9 for displaying the detected signal of the piezosensors, a light indicator of the device’s readiness for operation 11, the power button 12, the output 13 for the charger or the power supply and the output for combining with a computer are located at the bottom of the case fourteen.

Детектор для определения газа, паров и пыли в воздухе работает следующим образом.The detector for determining gas, vapors and dust in the air works as follows.

Снимают крышку 2 и выдвигают подвижную панель 4 детектора из корпуса 1 путем установки слайдера 3 в положение «1» (фиг.2). Слайдер закреплен на боковой панели миниатюрного, например размером 5×3×1 см, корпуса 1, размеры которого определяются размерами встроенных блоков-схемы возбуждения и микросхемы, элементов питания. Пьезосенсор 5, например, с селективным покрытием к фенольным соединениям помещают в гнезда на подвижной панели. Через удлиненные крепления (провода) 6, которые обеспечивают устойчивую работу пьезосенсора в обоих положениях выдвижной панели («0» - фиг.1 и «1» - фиг.2), пьезосенсор соединен с миниатюрной схемой возбуждения 7, с микропроцессором 8 для регистрации и преобразования сигнала пьезосенсоров и передачи его на цифровое табло 9 (боковая поверхность корпуса), которые расположены внутри корпуса детектора и приводятся в действие от сменных аккумуляторов или иных элементов питания 10. Автономные источники питания при необходимости можно заряжать (выход 13).Remove the cover 2 and slide the movable panel 4 of the detector from the housing 1 by setting the slider 3 in position "1" (figure 2). The slider is mounted on the side panel of a miniature, for example 5 × 3 × 1 cm, housing 1, the dimensions of which are determined by the dimensions of the built-in excitation block circuits and microcircuits, batteries. A piezosensor 5, for example, with a selective coating to phenolic compounds, is placed in slots on a movable panel. Through elongated fasteners (wires) 6, which ensure stable operation of the piezosensor in both positions of the sliding panel ("0" - Fig. 1 and "1" - Fig. 2), the piezosensor is connected to a miniature excitation circuit 7, with a microprocessor 8 for recording and converting the signal of the piezosensors and transmitting it to the digital display 9 (side surface of the housing), which are located inside the detector housing and are driven by replaceable batteries or other batteries 10. Autonomous power supplies can be charged if necessary (output 13).

После установки пьезосенсора на подвижной панели слайдер 3 переводят в положение «0» (фиг.1), при этом пьезосенсор перемещается в корпус. Включают детектор кнопкой 12 (загорается световой индикатор 11), и на цифровом табло 9 высвечивается исходная частота пьезосенсора.After installing the piezosensor on the movable panel, the slider 3 is moved to the “0” position (FIG. 1), while the piezosensor is moved into the housing. The detector is turned on with button 12 (the indicator light 11 lights up), and the initial frequency of the piezosensor is displayed on the digital display 9.

Готовность к измерению определяется стабильностью исходной частоты колебания пьезосенсора, изменения которой в зависимости от природы пленочного покрытия должна составлять не более 3-7 Гц. Далее проводят детектирование соответствующих газов (в примере - фенолов) в воздухе. Для этого перемещают слайдер 3 в положение «1» (фиг.2) (пьезосенсор перемещается из корпуса в тестируемую среду). Газы самопроизвольно диффундируют к поверхности пленочного покрытия, взаимодействуют с ним определенное время, которое зависит от особенностей реакции между газом и пленочным покрытием, при этом изменяется частота колебаний пьезосенсора и наблюдается уменьшение частоты на табло. Через определенное время слайдер переводят в положение «0», пьезосенсор перемещается в корпус, и прекращается изменение частоты колебаний. Рассчитывают разницу между исходным и установившимся значением частоты колебаний пьезосенсора (ΔF, Гц), которую переносят в память.Readiness for measurement is determined by the stability of the initial oscillation frequency of the piezosensor, the changes of which, depending on the nature of the film coating, should be no more than 3-7 Hz. Next, the corresponding gases (in the example, phenols) are detected in air. To do this, move the slider 3 to position "1" (figure 2) (the piezosensor moves from the housing to the test environment). Gases diffuse spontaneously to the surface of the film coating, interact with it for a certain time, which depends on the characteristics of the reaction between the gas and the film coating, while the frequency of the piezosensor changes and a decrease in the frequency on the display is observed. After a certain time, the slider is moved to the “0” position, the piezosensor moves into the housing, and the change in the oscillation frequency stops. The difference between the initial and steady-state values of the oscillation frequency of the piezosensor (ΔF, Hz), which is transferred to the memory, is calculated.

Определяют концентрацию детектируемых газов, пыли по уравнению градуировочной функции для каждого пьезосенсораThe concentration of detected gases and dust is determined by the equation of the calibration function for each piezosensor

ΔР=а·Сх+в,ΔP = a · C x + b,

где а - коэффициент чувствительности градуировочной функции, в - уровень шумов - индивидуальны для каждого пьезосенсора, определяются природой пленочного покрытия, находятся по стандартным смесям газов (прилагаемые к каждому пьезосенсору характеристики).where a is the sensitivity coefficient of the calibration function, b is the noise level - are individual for each piezosensor, are determined by the nature of the film coating, and are found by standard gas mixtures (characteristics attached to each piezosensor).

Если необходимости мгновенного принятия решения нет, то проводят измерения, а результаты заносят в короткую память детектора с последующим переносом в компьютер с базой данных и обработкой.If there is no need for instant decision-making, then measurements are taken, and the results are entered into the detector short memory with subsequent transfer to a computer with a database and processing.

Если на пленочном покрытии протекает обратимая реакция, то для повторного применения пьезосенсор регенерируют в токе осушенного воздуха. Восстановления не требуется, когда протекает на пленочном покрытии необратимая реакция газов (при этом указано, на какое число измерений рассчитан пьезосенсор). Для восстановления рабочих характеристик таких элементов необходимо смыть пленочное покрытие с кварца и нанести новое либо приобрести готовый пьезосенсор.If a reversible reaction proceeds on the film coating, then for repeated use, the piezosensor is regenerated in a stream of dried air. Recovery is not required when an irreversible gas reaction occurs on the film coating (it is indicated how many measurements the piezosensor is designed for). To restore the performance of such elements, it is necessary to wash off the film coating from quartz and apply a new one or purchase a ready-made piezosensor.

Предложенный миниатюрный детектор для определения газа, паров и пыли в воздухе (для определения концентрации газов, паров, пыли) позволяет:The proposed miniature detector for determining gas, vapors and dust in the air (for determining the concentration of gases, vapors, dust) allows you to:

1) увеличить мобильность и компактность детектора с минимальными размерами при сохранении всех рабочих функций (генерация колебаний пьезосенсора, автономное или внешнее питание, регистрация, обработка и сохранение информации);1) increase the mobility and compactness of the detector with a minimum size while maintaining all operational functions (generation of piezosensor oscillations, autonomous or external power supply, registration, processing and storage of information);

2) экспрессно получать информацию о состоянии воздуха, газов в режиме реального времени без пробоотбора и пробоподготовки;2) expressly receive information on the state of air and gases in real time without sampling and sample preparation;

3) упростить управление и измерение концентрации газов в режиме «на месте»;3) to simplify the management and measurement of gas concentrations in the on-site mode;

4) быстро изменять селективность к определяемым газам, возможность измерения уровня пыли за счет быстрой смены пьезосенсоров на выдвижной панели устройства;4) quickly change the selectivity to the detected gases, the ability to measure dust level due to the rapid change of piezosensors on the sliding panel of the device;

5) расширить аналитические возможности миниатюрного детектора, в том числе за счет исключения градуировки устройства в единицах концентрации одного газа, преобразования микропроцессором сигналов пьезосенсора (пьезосенсоров) в отклик и последующем нахождении концентрации по градуировочному графику, индивидуальному для каждого измерительного элемента;5) expand the analytical capabilities of the miniature detector, including by eliminating the calibration of the device in units of one gas concentration, microprocessor converting the signals of the piezosensor (piezosensors) into a response and then finding the concentration according to the calibration graph, individual for each measuring element;

6) длительно сохранять эксплуатационные характеристики устройства при широкой вариации свойств анализируемой воздушной среды;6) long-term maintain the operational characteristics of the device with a wide variation in the properties of the analyzed air environment;

7) диагностировать воздух во внелабораторных условиях в режиме «на месте» с сохранением информации для переноса данных об измерении за счет малых габаритов, имеющейся встроенной памяти и выхода на компьютер (адаптер).7) diagnose air in off-laboratory conditions in the “on-site” mode with saving information for transferring measurement data due to the small size, available internal memory and access to a computer (adapter).

Аналогов не установлено.There are no analogues.

Claims (1)

Детектор для определения газов, паров и пыли в воздухе содержит миниатюрный корпус с крышкой и с выдвигающейся с помощью слайдера подвижной верхней панелью, на которой в верхней части вмонтированы гнезда для пьезосенсора с чувствительным пленочным покрытием для детектирования компонентов воздуха или пыли, внутри корпуса под панелью с пьезосенсором расположены миниатюрная схема возбуждения, соединенная с микропроцессором для регистрации, преобразования сигнала пьезосенсора, передачи его на цифровое табло и сохранения в памяти, приводящиеся в действие автономно от встроенного в корпус элемента питания или от внешнего источника, в нижней части корпуса расположены выходы для зарядного устройства и совмещения с компьютером для переноса информации из памяти, на одной из боковых поверхностей миниатюрного корпуса размещены кнопка включения, цифровое табло для отражения регистрируемого сигнала. The detector for detecting gases, vapors and dust in the air contains a miniature case with a lid and a movable top panel that extends with a slider and mounted on the top of which are mounted a piezosensor socket with a sensitive film coating for detecting air or dust components inside the case under the panel with a miniature excitation circuit connected to a microprocessor for recording, converting a piezosensor signal, transmitting it to a digital display and storing in memory is located by a piezosensor operating independently from a battery built into the case or from an external source, at the bottom of the case there are outputs for a charger and combining with a computer for transferring information from memory, on one of the side surfaces of the miniature case there is a power button, a digital display for reflecting signal.
RU2008143170/28A 2008-10-30 2008-10-30 Airborne dust, vapour and gas detector RU2400745C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008143170/28A RU2400745C2 (en) 2008-10-30 2008-10-30 Airborne dust, vapour and gas detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008143170/28A RU2400745C2 (en) 2008-10-30 2008-10-30 Airborne dust, vapour and gas detector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008143170A RU2008143170A (en) 2010-05-10
RU2400745C2 true RU2400745C2 (en) 2010-09-27

Family

ID=42673468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008143170/28A RU2400745C2 (en) 2008-10-30 2008-10-30 Airborne dust, vapour and gas detector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2400745C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2571280C1 (en) * 2014-08-07 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВПО ВГУИТ) Portable gas analyser with array of piezosensors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2571280C1 (en) * 2014-08-07 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВПО ВГУИТ) Portable gas analyser with array of piezosensors

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008143170A (en) 2010-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5921562B2 (en) Multifunction breath analyzer
Korotcenkov Handbook of humidity measurement, volume 2: Electronic and electrical humidity sensors
CN108680734B (en) Operation and verification of portable clinical analysis system
Olivares et al. The Outdoor Dust Information Node (ODIN)–development and performance assessment of a low cost ambient dust sensor
Ozmen et al. Design of a portable E-nose instrument for gas classifications
BR112013007332B1 (en) aerosol detection apparatus, and method for detecting particles in an aerosol
KR20130038342A (en) Hand-held test meter with deep power conservation mode
CN109187667A (en) Environmental gas apparatus for measuring concentration and its application method
CA2641889C (en) Electrochemical carbon monoxide sensor supervision
Dong et al. Silicon microfabrication based particulate matter sensor
JP2006226906A (en) Instrument for measuring concentration of suspended particulate matter
RU2400745C2 (en) Airborne dust, vapour and gas detector
RU2408007C2 (en) Portable gas analyser
CN208505822U (en) A kind of portable cereal auto moisture analyzer
Sekhar et al. Packaging and testing of a hydrogen safety sensor prototype
KR20050044586A (en) Fluid analyser systems
RU2571280C1 (en) Portable gas analyser with array of piezosensors
CN204405666U (en) There is the alcohol content tester of two independent sample analytic system
RU2595811C1 (en) Miniature device for rapid assessment of motor oils
RU2634803C1 (en) Device for express-analysis of product quality
RU180961U1 (en) LUMINOMETER
RU2632997C1 (en) Piezoresonance sensor for determining relative air humidity
CN205719962U (en) A kind of humidity tester using laser
Fielden et al. Detection of toluene diisocyanate with a coated quartz piezoelectric crystal: part 4. A portable automatic detector with humidity correction
WO2023145501A1 (en) Gas detection device and gas detection system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20111031