RU2542604C1 - Method of testing gas analytical sensors for operation speed with response time of less than 4 seconds - Google Patents
Method of testing gas analytical sensors for operation speed with response time of less than 4 seconds Download PDFInfo
- Publication number
- RU2542604C1 RU2542604C1 RU2013145859/28A RU2013145859A RU2542604C1 RU 2542604 C1 RU2542604 C1 RU 2542604C1 RU 2013145859/28 A RU2013145859/28 A RU 2013145859/28A RU 2013145859 A RU2013145859 A RU 2013145859A RU 2542604 C1 RU2542604 C1 RU 2542604C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- sensor
- control
- mixture
- mixtures
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при испытаниях на быстродействие газоаналитических датчиков с временем отклика менее 4 секунд.The invention relates to instrumentation and can be used in tests for the speed of gas analytical sensors with a response time of less than 4 seconds.
Важнейшим фактором обеспечения безопасности испытаний кислородно-водородных ракетных блоков (РБ), двигательных установок (ДУ) и жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) является контроль опасных концентраций рабочих компонентов топлива [1]. Компоненты попадают в атмосферу, в помещения и в закрытые отсеки изделий в результате разгерметизации или разрушения систем хранения или транспортирования компонентов, связанного, например, с аварийным исходом испытания. Базовым звеном в системах контроля опасных накоплений (СКОН) являются газоаналитические датчики, определяющие концентрацию компонентов топлива (водорода, кислорода) в атмосфере помещений и отсеках изделия. Высокая пожаро-взрывоопасность смесей водорода с воздухом требует максимального быстродействия и надежности газоаналитических датчиков. По сигналам газоаналитических датчиков оперативно включаются системы пожаро-взрывопредупреждения для предотвращения пожаров и взрывов водородно-воздушных смесей. Потенциально опасные зоны и отсеки заполняются инертными газами, продуваемыми в дренаж для удаления опасных накоплений. При накоплении в опасных зонах более 80 кг водорода безопасность испытаний снижается и становится недостаточной. Причина этого заключается в ограниченных ресурсах систем пожаро-взрывопредупреждения. Для продувки или тушения возгорания может, например, не хватить запасенных инертных газов, последствия аварийных исходов испытаний часто развиваются лавинообразно. В связи с этим к газоаналитическим датчикам, устанавливаемым на стендах испытаний кислородно-водородных ДУ с ЖРД, предъявляются высокие требования по быстродействию и надежности. В настоящее время для обеспечения безопасности кислородно-водородных испытательных стендов, ракетных стартов и сооружений по производству жидкого водорода требуются газоаналитические датчики водорода и кислорода, обладающие реальным быстродействием менее 4 секунд (время отклика с момента поступления утечки водорода на чувствительный элемент датчика до момента достижения порогового значения выходного сигнала, вызывающего срабатывания системы пожаро-взрывопредупреждения). Такое значение времени отклика по соображениям безопасности испытаний ограничивается сверху. Из анализа результатов экспериментальной отработки ракетных двигателей, использующих жидкий водород в качестве горючего, установлено, что современные системы пожаро-взрывопредупреждения не могут справиться с выбросом водорода, превосходящим по массе учетверенный секундный расход водорода, протекающего через ракетный двигатель. Разрушения от взрыва такого количества опасной смеси будут недопустимо велики. Следовательно, системы пожаро-взрывопредупреждения должны запускаться не позднее 4 секунд с момента обнаружения утечки водорода газоаналитическими датчиками.The most important factor in ensuring the safety of testing oxygen-hydrogen rocket blocks (RBs), propulsion systems (ДУ) and liquid-propellant rocket engines (LRE) is the control of hazardous concentrations of the working components of the fuel [1]. The components enter the atmosphere, into the rooms and into the closed compartments of the products as a result of depressurization or destruction of the storage or transportation systems of the components, associated, for example, with an emergency test result. The basic link in hazardous storage monitoring systems (SCWS) are gas-analytical sensors that determine the concentration of fuel components (hydrogen, oxygen) in the atmosphere of rooms and product compartments. The high fire and explosion hazard of mixtures of hydrogen with air requires maximum speed and reliability of gas analysis sensors. According to the signals of gas analysis sensors, fire and explosion warning systems are quickly turned on to prevent fires and explosions of hydrogen-air mixtures. Potentially hazardous areas and compartments are filled with inert gases blown into the drain to remove hazardous accumulations. If more than 80 kg of hydrogen is accumulated in hazardous areas, the safety of the tests decreases and becomes insufficient. The reason for this is the limited resources of fire and explosion warning systems. For purging or extinguishing a fire, for example, there may not be enough stored inert gases; the consequences of accidental test results often develop like an avalanche. In this regard, the gas analysis sensors installed on the test benches of oxygen-hydrogen remote control with LRE high requirements are placed on speed and reliability. At present, to ensure the safety of oxygen-hydrogen test benches, rocket launches and liquid hydrogen production facilities, gas-analytic hydrogen and oxygen sensors are required that have a real speed of less than 4 seconds (the response time from the moment a hydrogen leak arrives at the sensor element until the threshold value is reached output signal that triggers the fire and explosion warning system). This response time is limited from above for safety reasons. From an analysis of the results of experimental testing of rocket engines using liquid hydrogen as a fuel, it was found that modern fire and explosion warning systems cannot cope with a hydrogen emission exceeding in mass the quadruple second flow rate of hydrogen flowing through the rocket engine. The damage from the explosion of such an amount of dangerous mixture will be unacceptably large. Consequently, fire and explosion warning systems must be started no later than 4 seconds after the detection of a hydrogen leak by gas analytical sensors.
Причины задержек срабатывания газоаналитических датчиков выявлены и численно оценены [2]. Показано, что наибольшая по длительности задержка срабатывания вызывается медленным переносом контролируемых компонентов (водорода, кислорода) от места течи до чувствительного элемента (ЧЭ) датчика. Длительность транспортирования целевого компонента к ЧЭ газоаналитического датчика является характеристикой рабочего места, а не одного лишь датчика газового анализа. После доставки целевого компонента к ЧЭ время задержки срабатывания датчика определяется его собственным быстродействием, то есть собственной характеристикой датчика. Отсюда следует, что необходимо проведение испытаний газоаналитических датчиков, в том числе и на быстродействие, в составе специальных испытательных установок.The causes of delays in the operation of gas analytical sensors are identified and numerically evaluated [2]. It is shown that the longest response delay is caused by the slow transfer of controlled components (hydrogen, oxygen) from the leak to the sensor element (SE) of the sensor. The duration of the transportation of the target component to the SE of the gas analysis sensor is a characteristic of the workplace, and not just the gas analysis sensor. After the target component is delivered to the SE, the response time of the sensor is determined by its own speed, that is, the sensor’s own characteristic. It follows that it is necessary to test gas analytic sensors, including speed, as part of special test facilities.
Целью испытаний газоаналитических датчиков является выявление их рабочих характеристик, прежде всего собственного быстродействия. Быстродействие газоаналитического датчика определяется временем стабилизации выходного сигнала, измеряемым от момента достоверного попадания контролируемого компонента на ЧЭ. При этом важно отсутствие в окружающей газовой среде компонентов, искажающих характеристики газоаналитических датчиков. Так, например, гелий, кислород, пары органических веществ оказывают искажающее воздействие и вызывают ложные показания газоаналитических датчиков некоторых типов. Реальное быстродействие газоаналитического датчика по отношению к целевому компоненту (например, к водороду) зависит от его нечувствительности (селективности) по отношению к неконтролируемым компонентам, содержащимся в газовоздушных смесях. В связи с этим к установкам для динамических испытаний газоаналитических датчиков предъявляются высокие требования по скорости и достоверности замены испытательных контрольных смесей на ЧЭ датчика.The purpose of testing gas analytical sensors is to identify their performance characteristics, primarily their own speed. The speed of the gas analytic sensor is determined by the stabilization time of the output signal, measured from the moment of reliable hit of the controlled component on the SE. Moreover, it is important that there are no components in the surrounding gas environment that distort the characteristics of gas analytical sensors. So, for example, helium, oxygen, vapors of organic substances have a distorting effect and cause false readings of gas analysis sensors of some types. The real speed of the gas analytic sensor with respect to the target component (for example, to hydrogen) depends on its insensitivity (selectivity) with respect to uncontrolled components contained in gas-air mixtures. In this regard, the requirements for the speed and reliability of the replacement of test control mixtures with the SE of the sensor are imposed on installations for dynamic testing of gas analytic sensors.
Известен способ испытаний на быстродействие газоаналитического датчика, включающий поочередную подачу на чувствительный элемент газоаналитического датчика контрольных газовых смесей с разными заданными концентрациями контролируемого компонента со сбросом каждой смеси из полости газоаналитического датчика в дренаж, регистрацию выходного сигнала газоаналитического датчика и определение быстродействия газоаналитического датчика по времени достижения стабилизации его выходного сигнала [3].A known method of testing the speed of a gas analytic sensor, which includes alternately supplying control gas mixtures with different predetermined concentrations of a controlled component to a sensing element of a gas analytic sensor with dumping each mixture from a gas analytic sensor cavity into a drain, detecting the output signal of a gas analytic sensor and determining the speed of a gas analytic sensor by the time stabilization is achieved its output signal [3].
Способ реализован на экспериментальной установке для испытаний сенсоров водорода, созданной в исследовательском центре Joint Research Centre (JRC) Энергетического института в Нидерландах [3]. Назначение установки - проведение научных исследований, проверки характеристик водородных сенсоров в климатических условиях, приближенных к условиям эксплуатации. Она состоит из устройства подготовки и накопления двух контрольных газовых смесей, устройства подачи обеих контрольных смесей к испытуемому газоаналитическому датчику, компьютеризированных устройств контроля и отображения параметров и управления установкой. Устройство подготовки контрольных смесей включает газовые редукторы, смесители газов, испарители, влагомеры, расходомеры и хроматографы.The method is implemented in an experimental setup for testing hydrogen sensors, created at the research center Joint Research Center (JRC) of the Energy Institute in the Netherlands [3]. The purpose of the installation is to conduct scientific research, verify the characteristics of hydrogen sensors in climatic conditions close to operating conditions. It consists of a device for the preparation and accumulation of two control gas mixtures, a device for supplying both control mixtures to the gas analyte under test, computerized devices for monitoring and displaying parameters and controlling the installation. The preparation of control mixtures includes gas reducers, gas mixers, evaporators, moisture meters, flow meters and chromatographs.
Установка JRC позволяет проводить испытания, заключающиеся в измерении времени задержки отклика газоаналитического датчика с электрохимическим принципом действия на изменение концентрации контрольной газовой смеси на ЧЭ датчика, поскольку такие датчики обладают низким собственным быстродействием на уровне десятков секунд. Использование установки JRC для оценки быстродействия современных быстродействующих датчиков ГА с временем отклика после поступления контрольной газовой смеси на ЧЭ на уровне менее 4 секунд невозможно вследствие ее недостатков. Это связано с тем, что контрольная газовая смесь, подаваемая к ЧЭ датчика в первые секунды испытаний на установке JRC, не соответствует заданной по составу и давлению. Этот недостаток обусловлен переходными процессами, неизбежными для систем подготовки и подачи газовых смесей, а именно:The JRC installation allows testing consisting in measuring the response delay time of a gas analytical sensor with an electrochemical principle of action on a change in the concentration of a control gas mixture on a SE of a sensor, since such sensors have a low intrinsic speed of tens of seconds. Using the JRC setup to evaluate the performance of modern high-speed GA sensors with a response time after the control gas mixture reaches the CE at a level of less than 4 seconds is impossible due to its shortcomings. This is due to the fact that the control gas mixture supplied to the SE of the sensor in the first seconds of testing at the JRC installation does not correspond to the specified composition and pressure. This disadvantage is due to transients that are inevitable for systems for the preparation and supply of gas mixtures, namely:
- медленной стабилизацией состава контрольных смесей, создаваемых устройством подготовки смесей в первые секунды после включения;- slow stabilization of the composition of the control mixtures created by the device for preparing mixtures in the first seconds after switching on;
- нестабильностью давления контрольной смеси, подаваемой газовыми редукторами в статическом и динамическом режимах.- instability of the pressure of the control mixture supplied by gas reducers in static and dynamic modes.
Рассмотрим первую причину подробнее. Контрольные газовые смеси в экспериментальной установке JRC создаются с помощью дозирующих электроуправляемых клапанов-регуляторов расхода газов фирмы Brooks с тепловой обратной связью. Динамические свойства подобных клапанов-регуляторов недостаточно высоки, время от момента включения до получения кондиционного состава контрольной смеси измеряется минутами. Прекращение подачи контрольной смеси в заполненную накопительную емкость также вызывает отклонения ранее заданных настроек дозирующих клапанов, что неизбежно искажает состав контрольной смеси в накопительной емкости. Вследствие этого контрольные газовые смеси, подаваемые в накопительные емкости, некондиционны по составу.Consider the first reason in more detail. The control gas mixtures in the JRC pilot plant are created using Brooks electrically controlled gas flow metering valves with thermal feedback. The dynamic properties of such control valves are not high enough, the time from the moment of switching on to obtaining the conditioned composition of the control mixture is measured in minutes. Stopping the supply of the control mixture to the filled storage tank also causes deviations of the previously set settings of the metering valves, which inevitably distorts the composition of the control mixture in the storage tank. As a result, the control gas mixtures supplied to the storage tanks are substandard in composition.
Аналогичные данные по динамическим расходным характеристикам клапанов-регуляторов имеет отечественный генератор газовых смесей ГГС-03-03, характеристики которого указаны в работе [4]. Генератор ГГС-03-03 базируется на аналогичных клапанах-регуляторах расхода фирмы Brooks с тепловой обратной связью. Время получения с помощью генератора ГГС-03-03 кондиционных по составу модельных газовых смесей не может быть меньше чем 30 минут после включения генератора. Указанный временной интервал недопустимо велик для определения времени отклика газоаналитических датчиков на уровне 4 c.Similar data on the dynamic flow characteristics of the control valves has a domestic gas mixture generator GGS-03-03, the characteristics of which are indicated in [4]. The GGS-03-03 generator is based on similar Brooks flow control valves with thermal feedback. The time to obtain, using the GGS-03-03 generator, model gas mixtures of compositionally conditioned gas mixtures cannot be less than 30 minutes after the generator is turned on. The indicated time interval is unacceptably large for determining the response time of gas analytical sensors at a level of 4 s.
Вторая причина - нестабильность давления контрольных смесей, подаваемых установкой к газоаналитическому датчику в первые секунды испытания, заключается в следующем. Обе контрольные смеси, созданные в установке, хранятся в баллонах и периодически, на время, подаются к испытуемому датчику посредством клапанов и пружинных газовых редукторов. После получения отклика испытуемого датчика подача контрольной смеси прекращается посредством закрытия запорного клапана. Известно, что статические (безрасходные) характеристики газовых редукторов с пружинной обратной связью отличаются от их динамических (расходных) характеристик. После прекращения движения газа через редуктор его настройка на заданное выходное давление, как правило, самопроизвольно изменяется в сторону повышения в соответствии с его статической рабочей характеристикой. К чувствительному элементу испытуемого датчика в первые секунды будет подводиться газовая смесь с завышенным и меняющимся во времени давлением. Поскольку газоаналитические датчики обладают чувствительностью к давлению контролируемых газовых сред, выходной сигнал датчика будет искаженным, зависящим не только от концентрации целевого компонента, но и от давления подачи смеси. Это является нарушением внешних условий, при которых функционирует датчик газового анализа.The second reason is the instability of the pressure of the control mixtures supplied by the installation to the gas analyzer in the first seconds of the test, is as follows. Both control mixtures created in the installation are stored in cylinders and periodically, temporarily, are supplied to the tested sensor by means of valves and gas spring reducers. After receiving the response of the test sensor, the supply of the control mixture is stopped by closing the shut-off valve. It is known that the static (waste-free) characteristics of gas reducers with spring feedback differ from their dynamic (flow) characteristics. After the gas stops flowing through the pressure reducer, its adjustment to the given output pressure, as a rule, spontaneously changes in the direction of increase in accordance with its static operating characteristic. In the first seconds, a gas mixture with an overstated and time-varying pressure will be supplied to the sensitive element of the tested sensor. Since gas analytical sensors are sensitive to the pressure of controlled gas media, the output signal of the sensor will be distorted, depending not only on the concentration of the target component, but also on the supply pressure of the mixture. This is a violation of the external conditions under which the gas analysis sensor operates.
Указанные недостатки экспериментальной установки JRC не позволяют при испытании быстродействующих газоаналитических датчиков достоверно оценить время отклика, если оно менее 4 секунд. Для определения столь малых значений времени отклика требуется выполнять замену стабильных по составу и давлениям контрольных газовых смесей на чувствительном элементе датчика за время, измеряющееся десятыми долями секунды, а скорость потока и давление контрольных смесей во все время испытания должны оставаться стабильными и одинаковыми.The indicated shortcomings of the JRC experimental setup do not allow reliable testing of the response time if it is less than 4 seconds when testing high-speed gas analytical sensors. To determine such small values of the response time, it is necessary to replace control gas mixtures that are stable in composition and pressure on the sensor element of the sensor for a time measured in tenths of a second, and the flow rate and pressure of the control mixtures should remain stable and the same throughout the test.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении достоверности определения быстродействия газоаналитического датчика за счет подачи на чувствительный элемент газоаналитического датчика стабильных по составу и давлению контрольных газовых смесей в динамическом режиме.The technical problem solved by the invention is to increase the reliability of determining the speed of the gas analytical sensor by supplying to the sensitive element of the gas analytical sensor stable in composition and pressure control gas mixtures in dynamic mode.
Это достигается тем, что в способе испытаний на быстродействие газоаналитического датчика со временем отклика менее 4 секунд, включающем поочередную подачу на чувствительный элемент газоаналитического датчика контрольных газовых смесей с разными заданными концентрациями контролируемого компонента со сбросом каждой смеси в дренаж, регистрацию выходного сигнала газоаналитического датчика и определение быстродействия газоаналитического датчика по времени достижения стабилизации его выходного сигнала на каждой контрольной газовой смеси, согласно изобретению предварительно поочередно устанавливают одинаковые объемные расходы контрольных газовых смесей с разными заданными концентрациями контролируемого компонента на чувствительный элемент газоаналитического датчика со сбросом каждой смеси в дренаж, затем проводят испытания газоаналитического датчика, при этом подают на чувствительный элемент газоаналитического датчика первую контрольную газовую смесь со сбросом ее в дренаж и одновременно подают вторую контрольную газовую смесь в обход чувствительного элемента газоаналитического датчика со сбросом ее в дренаж, после достижения стабилизации выходного сигнала датчика производят замену первой контрольной газовой смеси на вторую в динамическом режиме, при этом одновременно: прекращают подачу первой контрольной газовой смеси на чувствительный элемент газоаналитического датчика и сбрасывают ее в обход чувствительного элемента газоаналитического датчика в дренаж, прекращают сброс второй контрольной газовой смеси в обход чувствительного элемента газоаналитического датчика в дренаж и подают ее на чувствительный элемент газоаналитического датчика со сбросом ее в дренаж, а быстродействие газоаналитического датчика определяют с учетом времени задержки поступления каждой контрольной газовой смеси к чувствительному элементу газоаналитического датчика.This is achieved by the fact that in the method of testing the performance of a gas analytic sensor with a response time of less than 4 seconds, which includes alternately supplying control gas mixtures with different predetermined concentrations of the monitored component to the sensing element of the gas analyzer with the discharge of each mixture into the drain, recording the output signal of the gas analytic sensor and determining the speed of the gas analyzer in time to achieve stabilization of its output signal on each control gas Mesi, according to the invention, the same volumetric flow rates of control gas mixtures with different predetermined concentrations of the monitored component are preliminarily set on the sensor element of the gas analyzer with the discharge of each mixture into the drain, then the gas analyzer is tested, and the first control gas mixture is supplied to the sensor element of the gas analyzer dumping it into the drainage and at the same time serves the second control gas mixture bypassing the sensitive ele enth of the gas analytic sensor with its discharge into the drainage, after reaching stabilization of the sensor output signal, the first control gas mixture is replaced with the second in the dynamic mode, at the same time: the first control gas mixture is cut off to the sensitive element of the gas analytic sensor and dumped bypassing the sensitive element of the gas analytical the sensor into the drain, stop the discharge of the second control gas mixture bypassing the sensitive element of the gas analysis sensor into the drain and the hearth they are placed on the sensitive element of the gas analytic sensor with its discharge into the drainage, and the speed of the gas analytic sensor is determined taking into account the delay time of receipt of each control gas mixture to the sensitive element of the gas analytic sensor.
При этом сначала на чувствительный элемент газоаналитического датчика подают контрольную газовую смесь с меньшей концентрацией контролируемого компонента, а потом - с большей.In this case, first, a control gas mixture with a lower concentration of the component being monitored is supplied to the sensing element of the gas analysis sensor, and then with a higher concentration.
Поочередную установку одинаковых объемных расходов контрольных газовых смесей с разными заданными концентрациями контролируемого компонента через чувствительный элемент газоаналитического датчика проводят после поочередной установки таких же объемных расходов контрольных газовых смесей с разными заданными концентрациями контролируемого компонента в обход чувствительного элемента газоаналитического датчика со сбросом каждой смеси в дренаж.The alternate installation of the same volumetric flow rates of the control gas mixtures with different predetermined concentrations of the monitored component through the sensor element of the gas analyzer is carried out after the alternate installation of the same volumetric flows of the control gas mixtures with different preset concentrations of the controlled component bypassing the sensitive element of the gas analyzer with the discharge of each mixture into the drain.
Сущность изобретения заключается в том, что смена контрольных газовых смесей с разными заданными концентрациями контролируемого компонента на чувствительном элементе газоаналитического датчика осуществляется в динамическом режиме при постоянных и одинаковых, равных заранее установленным, расходах из разных источников контрольных газовых смесей с разными заданными концентрациями контролируемого компонента. При этом смена газовых смесей с разными заданными концентрациями контролируемого компонента на чувствительном элементе газоаналитического датчика и достижение стабилизации выходного сигнала датчика, соответствующего уровню концентрации контролируемого компонента на чувствительном элементе газоаналитического датчика, обеспечивается при одинаковых параметрах контрольных газовых смесей и в минимальное время, которое легко рассчитывается и учитывается при определении быстродействия газоаналитического датчика. Это и обеспечивает достоверность определения быстродействия газоаналитического датчика.The essence of the invention lies in the fact that the change of control gas mixtures with different predetermined concentrations of the monitored component on the sensitive element of the gas analysis sensor is carried out in dynamic mode at constant and identical, equal to the pre-set, flows from different sources of control gas mixtures with different predetermined concentrations of the controlled component. In this case, the change of gas mixtures with different predetermined concentrations of the monitored component on the sensing element of the gas analyzer and achieving stabilization of the output signal of the sensor corresponding to the concentration level of the monitored component on the sensing element of the gas analyzer is ensured with the same parameters of the control gas mixtures and in a minimum time that is easily calculated and taken into account when determining the performance of a gas analyzer sensor. This ensures the reliability of determining the speed of the gas analytic sensor.
На фиг.1 изображена схема установки, на которой реализуется способ испытания газоаналитических датчиков на быстродействие, а на фиг.2 - узел подвода контрольных газовых смесей к чувствительному элементу газоаналитического датчика и их отвода в дренаж (повернут на 180° вокруг горизонтальной оси), на фиг.3 - рабочая характеристика газоаналитического датчика - график зависимости выходного сигнала U от концентрации C, на фиг.4 - график, на котором представлена зависимость выходного сигнала с газоаналитического датчика от времени при поступлении контрольных газовых смесей с разными концентрациями контролируемого компонента.Figure 1 shows the installation diagram, which implements a method for testing gas analytical sensors for speed, and figure 2 - node supply control gas mixtures to the sensitive element of the gas analytical sensor and their drainage (rotated 180 ° around the horizontal axis), figure 3 is a working characteristic of a gas analyzer sensor - a graph of the dependence of the output signal U on the concentration C, figure 4 is a graph showing the dependence of the output signal from the gas analyzer on time upon receipt of control gas mixtures with different concentrations of the controlled component.
Установка включает две магистрали 1 и 2, соединенные с источниками контрольных газовых смесей с разными заданными концентрациями контролируемого компонента (на чертеже условно не показаны). В качестве источников контрольных газовых смесей могут использоваться баллоны с газовыми редукторами или генераторы газовых смесей, например, ГГС-03-03 [4]. В качестве контрольной газовой смеси №1 используется паспортизованная газовая смесь с известной концентрацией контролируемого компонента, например водорода, а в качестве контрольной газовой смеси №2 используется паспортизованная газовая смесь с другой известной концентрацией контролируемого компонента или, например, чистый водород. Обе магистрали 1 и 2 соединены с кольцевым коллектором 9, подключенным к испытываемому газоаналитическому датчику 3, объем проточной полости 10 к чувствительному элементу 4 которого минимизирован (см. фиг.2). Это достигается установкой уплотнения 5 между корпусом датчика 3 и рабочим столом 7, на котором датчик 3 закреплен с помощью прижимного кольца 6 и стяжных шпилек. При этом узел подвода контрольных газовых смесей к чувствительному элементу 4 газоаналитического датчика 3 из магистралей 1 и 2 подачи контрольных газовых смесей №1 и №2 с разными заданными концентрациями контролируемого компонента и их отвода выполнен в виде коаксиально установленных кольцевого коллектора 9 и патрубка 8 соответственно. Кольцевой коллектор 9 соединен с магистралями подачи контрольных газовых смесей №1 и №2 к датчику 3, а патрубок 8 - с дренажной магистралью 23. На магистрали 1 до датчика 3 последовательно установлены ручной вентиль 11 и быстродействующий клапан 12, а на магистрали 2 - ручной вентиль 13 и быстродействующий клапан 14 соответственно. Кроме того, на участке между вентилем 11 и клапаном 12 последовательно установлены манометр 15 и регулируемый дроссель 16, а на участке между вентилем 13 и клапаном 14 соответственно - последовательно установлены манометр 17 и регулируемый дроссель 18. При этом эти участки после дросселей 16 и 18 соединены с дренажными магистралями 19 и 20, на которых установлены быстродействующие клапаны 21 и 22 соответственно. Причем дренажные магистрали 19 и 20 объединены в общий коллектор, на выходе которого установлен объемный расходомер газа - 25, а на дренажной магистрали 23 - объемный расходомер газа 24. Электрические выходы всех быстродействующих клапанов соединены с системой управления (СУ) (на чертеже условно не показана). Электрический выход датчика 3 соединен с системой регистрации (на чертеже условно не показана). Поперечные сечения и длины участков магистралей 1 и 2 подачи контрольных газовых смесей к чувствительному элементу 4 газоаналитического датчика 3 и дренажных магистралей 23, 19 и 20 соответственно равны. Вследствие этого обеспечиваются равные объемные расходы контрольных газовых смесей и, как следствие, обеспечивается равенство давлений и скоростей потоков обеих контрольных смесей на чувствительном элементе 4 датчика 3 в момент переключения потоков. Длительность продувки контрольной смесью кольцевого коллектора 9 и полости с чувствительным элементом 4 рассчитывается по их размерам и величине объемного расхода газовых смесей.The installation includes two
Способ испытания газодинамических датчиков на быстродействие реализуется следующим образом.A method of testing gas-dynamic sensors for speed is as follows.
По имеющейся рабочей характеристике (фиг.3) газоаналитического датчика, указанной в его паспорте, определяют скорость потока контрольных газовых смесей к чувствительному элементу 4 газоаналитического датчика 3, которая должна быть реализована во время испытания на быстродействие. Рассчитывают значение объемного расхода контрольных газовых смесей в полости 10 с чувствительным элементом 4 датчика 3, используя в расчете ранее назначенную скорость потока смесей и геометрические размеры коаксиальных кольцевого коллектора 9 и патрубка 8.According to the available operating characteristic (Fig. 3) of the gas analysis sensor indicated in its passport, the flow rate of the control gas mixtures to the sensing element 4 of the
Предварительно перед проведением испытания газоаналитического датчика 3 поочередно устанавливают одинаковые объемные расходы (равные ранее рассчитанным) контрольных газовых смесей №1 и №2 через чувствительный элемент 4 газоаналитического датчика 3 со сбросом каждой смеси в дренажную магистраль 23 через расходомер 24. Для этого при закрытых всех клапанах открывают вентили 11 и 13 и обеспечивают, например, с помощью баллонных газовых редукторов (на чертеже условно не показаны) на магистралях 1 и 2 на входах клапанов 12, 14, 21 и 22 выравнивание статических давлений смесей с контролем по манометрам 15 и 17.Prior to testing the gas
Затем открывают клапан 12 и по расходомеру 24 в дренажной магистрали 23 контролируют величину расхода контрольной газовой смеси из магистрали №1 на чувствительный элемент 4 испытуемого датчика 3. С помощью регулируемого дросселя 16 устанавливают заданный объемный расход (равный ранее рассчитанному) контрольной газовой смеси №1. После этого дроссель 16 фиксируют в этом положении и закрывают вентиль 11 и клапан 12. С помощью регулируемого дросселя 18 аналогично устанавливают такой же объемный расход контрольной газовой смеси №2, при этом открывают клапан 14 и контролируют величину расхода контрольной смеси из магистрали №2 через чувствительный элемент 4 испытуемого датчика 3 в дренажной магистрали 23 по расходомеру 24. После этого дроссель 18 фиксируют в этом положении и закрывают вентиль 13 и клапан 14.Then the
Затем приступают к испытанию газоаналитического датчика 3 на быстродействие с поочередной подачей на чувствительный элемент 4 газоаналитического датчика 3 контрольных газовых смесей №1 и №2.Then they begin to test the gas
Для обеспечения натурных условий функционирования газоаналитического датчика целесообразно проводить испытания датчика, подавая на чувствительный элемент датчика сначала газовую смесь с меньшей концентрацией контролируемого компонента (смесь №1), а потом - с большей (смесь №2). Это связано с тем, что главной целью применения газоаналитических датчиков является обнаружение в контролируемой атмосфере появления примесей опасного компонента, вследствие чего концентрация опасного компонента в атмосфере растет, а не уменьшается. Это не исключает и обратный порядок подачи контрольных газовых смесей при испытании по предложенному способу, целью которого может быть определение скорости уменьшения выходного сигнала газоаналитического датчика, в реальных условиях имеющее место, например, при включении систем пожаро-взрывобезопасности.To ensure the natural conditions for the functioning of the gas analytic sensor, it is advisable to test the sensor by applying to the sensor element the gas mixture with a lower concentration of the controlled component (mixture No. 1) and then with a higher concentration (mixture No. 2). This is due to the fact that the main purpose of using gas analytical sensors is to detect the appearance of impurities of a hazardous component in a controlled atmosphere, as a result of which the concentration of a hazardous component in the atmosphere increases, but not decreases. This does not exclude the reverse order of supply of control gas mixtures during testing according to the proposed method, the purpose of which can be to determine the rate of decrease in the output signal of a gas analytic sensor, which in real conditions takes place, for example, when fire and explosion safety systems are turned on.
В исходном положении все вентили и клапаны закрыты. СУ по команде оператора открывает одновременно клапаны 12 и 22, а вентили 11 и 13 открывают вручную и включают регистрацию выходного сигнала U с газоаналитического датчика 3. При этом начинается проток контрольной газовой смеси №1 через кольцевой коллектор 9, проточную полость 10 на чувствительный элемент 4 испытуемого датчика 3, и патрубок 8 в дренажную магистраль 23 с контролем объемного расхода по расходомеру 24, а контрольная газовая смесь №2 сбрасывается в дренажную магистраль 20 через расходомер 25. Благодаря ранее выполненной настройке расходов газовых смесей №1 и №2 дросселями 16 и 18 расходы газовой смеси №1 через датчик 3 и дренажную магистраль 23 и газовой смеси №2 через клапан 14 в дренажную магистраль 20 остаются равными и постоянными. По регистратору контролируют выходной сигнал U газоаналитического датчика 3 до достижения соответствия концентрации C1 контролируемого компонента в контрольной газовой смеси №1 (см. фиг.4) значению этой концентрации на рабочей характеристике датчика (см. фиг.3). Как правило, быстродействие датчика оценивается по времени достижения стабилизации выходного сигнала датчика U, соответствующего 95% (см. фиг.4) значения этой концентрации на рабочей характеристике датчика (см. фиг.3) после подвода газовой смеси к чувствительному элементу датчика. Этому времени достижения значения концентрации C1 соответствует величина выходного сигнала U1.In the initial position, all valves and valves are closed. The control system, at the command of the operator, opens
В этот момент СУ одновременно подает управляющие сигналы на клапаны 12, 22, 14 и 21. При этом одновременно закрываются клапаны 12 и 22 и открываются клапаны 14 и 21, причем контрольная газовая смесь №2 начинает проток через кольцевой коллектор 9, проточную полость 10 на чувствительный элемент 4 испытуемого датчика 3, через патрубок 8 в дренажную магистраль 23 на расходомер 24, а контрольная газовая смесь №1 прекращает поступать к чувствительному элементу 4 датчика 3 и начинает сбрасываться в дренажную магистраль 19 на расходомер 25. В полости с чувствительным элементом 4 происходит замена газовой смеси №1 на газовую смесь №2 в динамическом режиме, так как длительность одновременного переключения клапанов 12, 14, 21 и 22 составляет сотые доли секунды, что соответствует интервалу времени t1 (см. фиг.4). Система регистрации продолжает регистрацию выходного сигнала газоаналитического датчика, значение которого за время t3 возрастает от значения U1 до значения 95% от U2, соответствующего концентрации контролируемого компонента C2 контрольной смеси №2 на рабочей характеристике датчика (см. фиг.3). Время достижения стабилизации выходного сигнала U2 газоаналитического датчика t3 (см. фиг.4), соответствующего 95% от значения этой концентрации на рабочей характеристике датчика (см. фиг.3), является значением быстродействия испытуемого газоаналитического датчика 3 концентрации контролируемого компонента в газовой смеси №2.At this moment, the SU simultaneously supplies control signals to
В случае, если конструкция газоаналитического датчика не позволяет сразу проводить установку заданных объемных расходов газовых смесей №1 и №2 протоком через чувствительный элемент в дренаж по условиям нарушения его целостности или выхода из строя, проводят сначала поочередную установку одинаковых объемных расходов (равные ранее рассчитанным) контрольных газовых смесей №1 и №2 до газоаналитического датчика 3 со сбросом каждой смеси в дренажные магистрали 19 и 20 через расходомер 25. Для этого при закрытых всех клапанах открывают вентили 11 и 13 и обеспечивают, например, с помощью баллонных газовых редукторов (на чертеже условно не показаны) на магистралях 1 и 2 на входах клапанов 12, 14, 21 и 22 выравнивание статических давлений смесей с контролем по манометрам 15 и 17.If the design of the gas analytic sensor does not allow the installation of the specified volumetric flow rates of gas mixtures No. 1 and No. 2 through the sensing element into the drainage immediately under the conditions of violation of its integrity or malfunction, first they carry out the installation of the same volumetric flows (equal to previously calculated) control gas mixtures No. 1 and No. 2 to the
Далее открывают клапан 21 на дренажной магистрали 19 и с помощью регулируемого дросселя 16 по расходомеру 25 устанавливают расход смеси №1, равный ранее рассчитанному расходу смесей. После чего клапан 21 закрывают, а клапан 22 открывают и проводят установку такого же объемного расхода газовой смеси №2.Next, open the valve 21 on the drainage line 19 and using an adjustable throttle 16 on the flow meter 25 set the flow rate of the mixture No. 1 equal to the previously calculated flow rate of the mixtures. Then the valve 21 is closed, and the valve 22 is opened and the installation of the same volumetric flow rate of the gas mixture No. 2 is carried out.
После этого поочередно устанавливают такие же объемные расходы (равные ранее рассчитанным) контрольных газовых смесей №1 и №2 через чувствительный элемент 4 газоаналитического датчика 3 со сбросом каждой смеси в дренажную магистраль 23 через расходомер 24 (операция описана выше).After that, the same volumetric flows (equal to previously calculated) of the control gas mixtures No. 1 and No. 2 through the sensing element 4 of the
Время завершения стабилизации выходного сигнала датчика до уровня ~95% от максимального значения измеряется, регистрируется и является характеристикой быстродействия испытуемого датчика.The time to complete stabilization of the sensor output signal to a level of ~ 95% of the maximum value is measured, recorded, and is a characteristic of the speed of the tested sensor.
Применение динамического режима подачи газовой смеси №1, а также замены газовой смеси №1 на газовую смесь №2 во время испытания газоаналитического датчика позволяет быстрее стабилизировать заданную концентрацию контролируемого компонента на чувствительном элементе газоаналитического датчика и тем самым обеспечить постоянство давления и состава газовых смесей на чувствительном элементе датчика, что повышает достоверность оценки его быстродействия. При таком режиме подачи газовых смесей рабочие характеристики газовых редукторов на источниках подачи контрольных газовых смесей остаются динамическими и не влияют на процесс подвода стабильной газовой смеси при программных переключениях клапанов.The use of the dynamic mode of supplying the gas mixture No. 1, as well as replacing the gas mixture No. 1 with the gas mixture No. 2 during the test of the gas analytic sensor, makes it possible to stabilize the predetermined concentration of the monitored component on the sensing element of the gas analyzer faster and thereby ensure that the pressure and composition of the gas mixtures are constant on the sensitive sensor element, which increases the reliability of evaluating its performance. With this mode of supply of gas mixtures, the performance of gas reducers at the sources of supply of control gas mixtures remains dynamic and does not affect the process of supplying a stable gas mixture during program switchings of valves.
Кроме того, благодаря ранее выполненной настройке равных расходов газовых смесей №1 и №2 регулируемыми дросселями 16 и 18 через датчик 3 и через дренажные магистрали 20 и 21, их расходы остаются равными и постоянными при переключениях клапанов, что соответствует натурным условиям функционирования газоаналитического датчика и повышает достоверность результатов испытаний.In addition, due to the earlier adjustment of equal flow rates of gas mixtures No. 1 and No. 2 with adjustable throttles 16 and 18 through
Источники информацииInformation sources
1. Разработка мероприятий по обеспечению безопасности испытательного стенда при огневых и холодных испытаниях разгонного блока с заправкой 4,5 т жидкого водорода. Разработка методических основ наземной отработки кислородно-водородных ДУ разгонного блока для длительной работы в космосе в режиме многократных включений. / Отчет ФГУП НИИХиммаш. 2004.1. Development of measures to ensure the safety of the test bench during the fire and cold tests of the upper stage with the filling of 4.5 tons of liquid hydrogen. Development of methodological foundations for ground-based testing of oxygen-hydrogen remote control booster for long-term operation in space in the mode of multiple inclusions. / Report FSUE NIIKhimmash. 2004.
2. Попов Б.Б. Контроль концентраций водорода на стендах испытаний ракетно-космических систем. / Общерос. научно-техн. журнал «Полет», юб. вып. ФКП «НИЦ РКП», 2009, с.18-24.2. Popov B.B. Monitoring of hydrogen concentrations at the test benches of space rocket systems. / General. scientific and technical magazine "Flight", skirt issue FKP "SIC RCP", 2009, p.18-24.
3. О. Salyk and P. Castello. Hydrogen sensors in systems for alternative fuels. Chem. Listy, 99, Environmental Chemistry & Technology. 2005. s 49-s 652.3. O. Salyk and P. Castello. Hydrogen sensors in systems for alternative fuels. Chem. Listy, 99, Environmental Chemistry & Technology. 2005. s 49-s 652.
4. Генератор газовых смесей ГГС-03-03. Руководство по эксплуатации ШДЕК. 418313.001 РЭ. НПО «Мониторинг», С-Петербург, 2000 г.4. Generator of gas mixtures GGS-03-03. Operation manual SDEC. 418313.001 RE. NPO Monitoring, St. Petersburg, 2000
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013145859/28A RU2542604C1 (en) | 2013-10-14 | 2013-10-14 | Method of testing gas analytical sensors for operation speed with response time of less than 4 seconds |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013145859/28A RU2542604C1 (en) | 2013-10-14 | 2013-10-14 | Method of testing gas analytical sensors for operation speed with response time of less than 4 seconds |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2542604C1 true RU2542604C1 (en) | 2015-02-20 |
Family
ID=53289074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013145859/28A RU2542604C1 (en) | 2013-10-14 | 2013-10-14 | Method of testing gas analytical sensors for operation speed with response time of less than 4 seconds |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2542604C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724892C1 (en) * | 2019-02-07 | 2020-06-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "АМБ" | Method of controlling vapor of liquid propellant components in air based on semiconductor gas-sensitive sensors |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU94025670A (en) * | 1994-07-08 | 1996-05-20 | И.М. Уракаев | Method of testing of composition of gas mixture and liquid media |
| US20080110744A1 (en) * | 2004-06-30 | 2008-05-15 | Jean-Marc Girard | Method for the Preparation of a Gas or Mixture of Gases Containing Molecular Fluorine |
| RU89708U1 (en) * | 2009-08-05 | 2009-12-10 | Федеральное казенное предприятие "Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности" | INSTALLATION FOR COMPARATIVE TESTS OF GAS-ANALYTICAL SENSORS WITH SIMULATION OF NATURAL CONDITIONS |
-
2013
- 2013-10-14 RU RU2013145859/28A patent/RU2542604C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU94025670A (en) * | 1994-07-08 | 1996-05-20 | И.М. Уракаев | Method of testing of composition of gas mixture and liquid media |
| US20080110744A1 (en) * | 2004-06-30 | 2008-05-15 | Jean-Marc Girard | Method for the Preparation of a Gas or Mixture of Gases Containing Molecular Fluorine |
| RU89708U1 (en) * | 2009-08-05 | 2009-12-10 | Федеральное казенное предприятие "Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности" | INSTALLATION FOR COMPARATIVE TESTS OF GAS-ANALYTICAL SENSORS WITH SIMULATION OF NATURAL CONDITIONS |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Генератор газовых смесей ГГС-03-03. Руководство по эксплуатации ШДЕК. 418313.001 РЭ. НПО "Мониторинг", С-Петербург, 2000 . * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2724892C1 (en) * | 2019-02-07 | 2020-06-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "АМБ" | Method of controlling vapor of liquid propellant components in air based on semiconductor gas-sensitive sensors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106840588B (en) | A kind of heavy gas leakage diffusion simulations and inhibit control test system | |
| CN109682924B (en) | Device and method for testing leakage ignition of high-pressure gas pipeline to form injection fire | |
| CN204346638U (en) | A kind of pressure calibration/calibrating installation | |
| CN203643083U (en) | Low temperature pressure sensor automatic calibration device | |
| CN104090072B (en) | A kind of gas concentration detector caliberating device | |
| Cebolla et al. | GASTEF: The high pressure gas tank testing facility of the European commission joint research centre | |
| CN107831049A (en) | Intermittent sampling analytical equipment and its application method are used in a kind of LNG handling | |
| CN104297006A (en) | LNG leakage water curtain restraint experiment device | |
| US20210336433A1 (en) | Transformer simulation system, and simulation and measurement method for setting value | |
| US20200326320A1 (en) | Multi-Input Auto-Switching Gas Sample Conditioning System | |
| RU2542604C1 (en) | Method of testing gas analytical sensors for operation speed with response time of less than 4 seconds | |
| CN106769690B (en) | A kind of heavy gas leakage diffusion and control research experiment method | |
| CN210401338U (en) | Test device for forming jet fire by leakage ignition of high-pressure gas pipeline | |
| CN105352825A (en) | Test device for closed tank dynamic response under action of combustible gas explosion | |
| US8587319B1 (en) | Battery operated flame ionization detector | |
| CN203672406U (en) | Wind-pulverized coal on-line monitoring system used for boiler | |
| Morioka et al. | Development and evaluation of the calibration facility for high-pressure hydrogen gas flow meters | |
| CN106289372A (en) | Welded insulated gas cylinder Daily boil-off-rate measuring instrument method of testing | |
| US3028744A (en) | Process and apparatus for calibrating a large capacity fluid flow meter | |
| CN208383388U (en) | A kind of imitative experimental appliance of double fuel host gas leakage peculiar to vessel | |
| RU89708U1 (en) | INSTALLATION FOR COMPARATIVE TESTS OF GAS-ANALYTICAL SENSORS WITH SIMULATION OF NATURAL CONDITIONS | |
| CN101901007B (en) | Compressed air measuring and controlling system and method for power plant instrument | |
| CN207716093U (en) | Vehicle-mounted LNG gas cylinders performance monitoring device | |
| CN201251572Y (en) | Gas inflammability-testing tester | |
| RU2668628C1 (en) | Method of consumption characteristics control for differential-safety devices and installation for method implementation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151015 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20180410 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |