RU2568331C1 - Устройство для определения утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора - Google Patents
Устройство для определения утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2568331C1 RU2568331C1 RU2014117431/28A RU2014117431A RU2568331C1 RU 2568331 C1 RU2568331 C1 RU 2568331C1 RU 2014117431/28 A RU2014117431/28 A RU 2014117431/28A RU 2014117431 A RU2014117431 A RU 2014117431A RU 2568331 C1 RU2568331 C1 RU 2568331C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- leaks
- explosive
- signal
- explosive liquids
- piezosensor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Использование: для непрерывного контроля утечек взрывоопасных жидкостей (в том числе органических растворителей, аммиака, керосина, бензина) и выдачи звукового или светового сигнала при повышении концентраций паров жидкостей в воздухе помещений, замкнутых объемах (подземных сооружениях и коммуникациях) и наружных установок. Сущность изобретения заключается в том, что устройство с открытым входом для контроля утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсоров содержит частотомер с функцией непрерывного измерения скорости изменения аналитического сигнала с шагом τ=10 с (ΔF/Δτ, Гц/с) одного пьезосенсора с устойчивым и чувствительным покрытием электродов; сигнальным световым или звуковым устройством, срабатывающим при скачкообразном повышении скорости изменения аналитического сигнала вследствие быстрого повышения концентрации паров жидкостей в околосенсорном пространстве относительно фонового значения; устройством для крепления сигнализатора в местах контроля утечек жидкостей; дополнительной перфорированной крышкой, крепящейся ко дну ячейки детектирования, которая не препятствует самопроизвольной диффузии паров взрывоопасных жидкостей в околосенсороное пространство и предохраняет пьезосенсор от механических повреждений. Технический результат: обеспечение возможности непрерывного контролирования утечки взрывоопасных жидкостей (в том числе органических растворителей, аммиака, керосина, бензина) и оповещения с помощью светового или звукового сигнала о быстром повышении концентрации паров в околосенсорном пространстве относительно фонового значения. 2 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для непрерывного контроля утечек взрывоопасных жидкостей (в том числе органических растворителей, аммиака, керосина, бензина) и выдачи звукового или светового сигнала при повышении концентраций паров жидкостей в воздухе помещений, замкнутых объемах (подземных сооружениях и коммуникациях) и наружных установок.
Известны устройства для определения утечек взрывоопасных жидкостей, действие которых основано на различных принципах измерений концентраций газов и паров в воздухе, но для детектирования взрывоопасных газов наибольшее распространение получили термокаталитические благодаря экономичности, простоте конструкции, быстродействию. К недостаткам устройств на основе термокаталитических сенсоров относят ограниченный срок службы и уменьшение чувствительности с течением времени. Кроме того, ряд газов и паров (например, пары авиационного керосина) могут отравлять сенсор. Еще одной особенностью термокаталитических сенсоров является то, что для окисления горючего газа на пеллисторе необходим кислород воздуха, поэтому при калибровке сенсоров можно применять только поверочные газовые смеси «горючий газ в воздухе» (см. номер в Государственном реестре средств измерения 20851-01 «Анализатор-сигнализатор взрывоопасности АВС-1»).
Наиболее близким к заявляемому решению по технической сущности является устройство для анализа газовых сред с применением многосенсорного газоанализатора с открытым входом (см. Патент РФ №2302627 МПК G01N 27/12). Устройство состоит из корпуса 1 в виде цилиндра или усеченного конуса высотой 5-10 см с крышкой 2, на которой расположены держатели 3 для матрицы сенсоров 4 (от 1-го до 16-и) (фиг. 1). С помощью резьбы 5 фиксируют крышку с пьезосенсорами в корпусе. Для создания герметичности дно корпуса содержит резиновый обод 6. Анализируемую пробу 7 с целью тестирования ее газовой фазы накрывают корпусом газоанализатора. В результате самопроизвольного испарения легколетучих компонентов 8 пробы и диффузии их в околосенсорное пространство происходит сорбция газов на пленочных покрытиях электродов пьезосенсоров. Фиксируют отклики пьезозенсоров (частота колебаний F, Гц) с шагом 1 с в парах анализируемой пробы с применением частотомера 9. Абсолютные аналитические сигналы от каждого пьезосенсора передаются в компьютер 10, обсчитываются по определенному алгоритму, формируются в «визуальный отпечаток» запаха, который представляет собой суммарный отклик матрицы пьезосенсоров и несет аналитическую информацию.
Известное устройство на основе матрицы пьезосенсоров с различными пленочными адсорбционными покрытиями позволяет проводить анализ многокомпонентных газовых проб различного генезиса в периодическом режиме измерений при внесении жидкого или твердого образца непосредственно под корпус ячейки детектирования с открытым входом. Непрерывный мониторинг с помощью такого устройства невозможен вследствие накопительной сорбции компонентов на пленочных покрытиях пьезосенсоров и их низкой селективности: абсолютный аналитический сигнал (F, Гц) будет изменяться непрерывно, что приведет к ложному срабатыванию сигнального устройства.
Техническая задача заключается в том, что устройство на основе одного пьезосенсора должно непрерывно контролировать утечки взрывоопасных жидкостей (в том числе органических растворителей, аммиака, керосина, бензина) и оповещать с помощью светового или звукового сигнала о быстром повышении концентрации паров в околосенсорном пространстве относительно фонового значения.
Технический результат достигается тем, что известное устройство с открытым входом на основе пьезосенсоров оснащается частотомером с функцией непрерывного измерения скорости изменения аналитического сигнала с шагом τ=10 с (ΔF/Δτ, Гц/с) одного пьезосенсора с устойчивым и чувствительным покрытием электродов; сигнальным световым или звуковым устройством, срабатывающим при скачкообразном повышении скорости изменения аналитического сигнала вследствие быстрого повышения концентрации паров жидкостей в околосенсорном пространстве относительно фонового значения; устройством для крепления сигнализатора в местах контроля утечек жидкостей; дополнительной перфорированной крышкой, крепящейся ко дну ячейки детектирования, которая не препятствует самопроизвольной диффузии паров взрывоопасных жидкостей в околосенсороное пространство и предохраняет пьезосенсор от механических повреждений.
Сущность изобретения заключается в том, что устройство с открытым входом для контроля утечек взрывоопасных жидкостей измеряет не абсолютный аналитический сигнал матрицы сенсоров, а скорость изменения аналитического сигнала одного пьезосенсора с устойчивым и чувствительным покрытием, которая зависит от концентрации и природы паров взрывоопасных жидкостей, поступающих в околосенсорное пространство под действием самопроизвольной диффузии от места утечки жидкостей через перфорированное дно ячейки. При быстром повышении концентрации паров в околосенсорном пространстве относительно фонового значения скачкообразно возрастает скорость изменения аналитического сигнала и срабатывает сигнальное устройство. Такой подход позволяет с высокой надежностью непрерывно контролировать утечки жидкостей и исключает ложные срабатывания сигнализации при изменении влажности или состава атмосферного воздуха в помещениях или наружных установках.
Схема устройства для определения утечек взрывоопасных жидкостей (фиг. 2) аналогична прототипу. Отличия заключаются в том, что для работы устройства достаточно применение одного пьезосенсора 4, закрепленного в держателе 3; для свободной диффузии паров взрывоопасных жидкостей в околосенсорное пространство и защиты пьезосенсора от механических повреждений вместо резинового обода ко дну корпуса анализатора неподвижно закрепляется перфорированная крышка 6; сигнализатор закрепляют на высоте l=5-15 см от места возможной утечки взрывоопасной жидкости 7 с помощью устройства для крепления 11. В результате самопроизвольного испарения взрывоопасных жидкостей и диффузии их паров 8 в околосенсорное пространство происходит сорбция газов на пленочном покрытии электродов пьезосенсора. Дифференциальные аналитические сигналы пьезозенсора (ΔF/Δτ, Гц/с) в парах анализируемой пробы измеряются частотомером 9 с функцией измерения скорости изменения частоты колебаний пьезосенсора. При быстром (относительно фонового значения) повышения скорости изменения аналитического сигнала в результате утечки жидкости и сорбции ее паров (табл. 1) срабатывает сигнальное устройство 10.
Время срабатывания пьезосенсора зависит от природы жидкости и расстояния ячейки детектирования до места ее утечки. При l≤15 см время срабатывания датчика не превышает 10 с.
Калибровку устройства проводили по формальдегиду - веществу, адсорбирующемуся на пленочном покрытии пьезосенсора с наименьшей скоростью: при изменении скорости изменения аналитического сигнала более чем на 0,4 Гц/с срабатывает сигнальное устройство (табл. 1). При постепенном изменении влажности воздуха в околосенсорном пространстве от 40 до 100% отн. частота колебаний пьезосенсора на основе, например, гидрофобного полистирола изменяется незначительно (±0,008 Гц/с) и не мешает контролю утечек взрывоопасных жидкостей. При снижении концентрации паров газов в околосенсорном пространстве до фонового уровня происходит самопроизвольная регенерация пьезосенсора.
Число срабатываний устройства зависит от природы сорбента и адсорбата. Наиболее агрессивной средой по отношению к пьезосенсору с полистирольным покрытием с оптимальной массой 12-15 мкг (см. Кочетова Ж.Ю. Определение легколетучих органических соединений в газовой фазе с применением пьезосорбционных сенсоров на основе синтетических и природных полимеров: диссертация... кандидата химических наук: 02.00.02.- Саратов, 2002. - 143 с: ил. РГБ ОД, 61 03-2/229-4) являются пары керосина. Уменьшение массы пленочного покрытия после 100 циклов сорбция-десорбция составляют 1-2 мкг, при этом изменяется структура пленочного покрытия и, как следствие, надежность срабатывания устройства. Число циклов сорбция-десорция при детектировании паров жидкостей с концентрациями в околосенсорном пространстве, равными взрывоопасным, представлено в таблице 1. При выходе из строя пьезосенсор легко заменяется на аналогичный в держателе съемной крышки корпуса устройства.
Сравнение некоторых характеристик предлагаемого технического решения и ближайшего аналога представлено в таблице 2.
Предложенное устройство для непрерывного контроля утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора позволяет:
- расширить ассортимент определяемых взрывоопасных жидкостей;
- расширить диапазоны рабочих температур и атмосферного давления, сократить время срабатывания сигнального устройства благодаря характеристиками чувствительного элемента: пьезосенсоры характеризуются высокой устойчивостью к перепадам температур и давления, быстродействием (см. Малов);
- расширить диапазон рабочих значений относительной влажности воздуха за счет применения гидрофобного полимерного покрытия электродов пьезосенсора;
- повысить время непрерывной работы за счет микроэнергопотребления пьезосенсора;
- повысить мобильность устройства за счет уменьшения габаритных размеров и массы, а также благодаря независимости измерений от положения пьезосенсора в пространстве.
Claims (1)
- Устройство с открытым входом для контроля утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсоров, отличающееся тем, что оно оснащается частотомером с функцией непрерывного измерения скорости изменения аналитического сигнала с шагом τ=10 с (ΔF/Δτ, Гц/с) одного пьезосенсора с устойчивым и чувствительным покрытием электродов; сигнальным световым или звуковым устройством, срабатывающим при скачкообразном повышении скорости изменения аналитического сигнала вследствие быстрого повышения концентрации паров жидкостей в околосенсорном пространстве относительно фонового значения; устройством для крепления сигнализатора в местах контроля утечек жидкостей; дополнительной перфорированной крышкой, крепящейся ко дну ячейки детектирования, которая не препятствует самопроизвольной диффузии паров взрывоопасных жидкостей в околосенсороное пространство и предохраняет пьезосенсор от механических повреждений.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014117431/28A RU2568331C1 (ru) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Устройство для определения утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014117431/28A RU2568331C1 (ru) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Устройство для определения утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2568331C1 true RU2568331C1 (ru) | 2015-11-20 |
Family
ID=54597918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014117431/28A RU2568331C1 (ru) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Устройство для определения утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2568331C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2700740C1 (ru) * | 2018-11-13 | 2019-09-19 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Устройство для определения утечек топлива |
| CN111780928A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-10-16 | 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 | 一种分布式栅格化漏液检测系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2207539C1 (ru) * | 2002-06-20 | 2003-06-27 | Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия | Сенсорная ячейка детектирования |
| US20040150428A1 (en) * | 2002-12-26 | 2004-08-05 | Atsushi Itoh | Analysis method using piezoelectric resonator |
| RU2288468C1 (ru) * | 2005-07-11 | 2006-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия | Универсальная пьезосорбционная ячейка детектирования |
| RU2302627C1 (ru) * | 2006-01-31 | 2007-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Сенсорные Технологии" | Газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров |
| RU2367938C1 (ru) * | 2008-05-21 | 2009-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" | Портативное проточное устройство для анализа жидких фаз |
| RU2408007C2 (ru) * | 2008-09-11 | 2010-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Сенсорные Технологии" | Портативный газоанализатор |
-
2014
- 2014-04-29 RU RU2014117431/28A patent/RU2568331C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2207539C1 (ru) * | 2002-06-20 | 2003-06-27 | Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия | Сенсорная ячейка детектирования |
| US20040150428A1 (en) * | 2002-12-26 | 2004-08-05 | Atsushi Itoh | Analysis method using piezoelectric resonator |
| RU2288468C1 (ru) * | 2005-07-11 | 2006-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия | Универсальная пьезосорбционная ячейка детектирования |
| RU2302627C1 (ru) * | 2006-01-31 | 2007-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Сенсорные Технологии" | Газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров |
| RU2367938C1 (ru) * | 2008-05-21 | 2009-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" | Портативное проточное устройство для анализа жидких фаз |
| RU2408007C2 (ru) * | 2008-09-11 | 2010-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Сенсорные Технологии" | Портативный газоанализатор |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2700740C1 (ru) * | 2018-11-13 | 2019-09-19 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Устройство для определения утечек топлива |
| CN111780928A (zh) * | 2020-06-12 | 2020-10-16 | 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 | 一种分布式栅格化漏液检测系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6319375B1 (en) | Apparatus for identifying a gas | |
| US6435003B1 (en) | Method of identifying a gas and associated apparatus | |
| US7710568B1 (en) | Portable natural gas leak detector | |
| EP2518473A1 (en) | Photoacoustic sensor with adaptive operating frequency | |
| US8537020B2 (en) | Visual indicator of gas sensor impairment | |
| RU2568331C1 (ru) | Устройство для определения утечек взрывоопасных жидкостей на основе пьезосенсора | |
| CN101713763A (zh) | 一种测定大气中苯系物的方法 | |
| Tumbiolo et al. | Thermogravimetric calibration of permeation tubes used for the preparation of gas standards for air pollution analysis | |
| RU2302627C1 (ru) | Газоанализатор с открытым входом на основе пьезосенсоров | |
| Brown et al. | Assessment of pumped mercury vapour adsorption tubes as passive samplers using a micro-exposure chamber | |
| EP3227676B1 (en) | Photoionization detector system for organics in water | |
| KR20050044586A (ko) | 유체 분석기 시스템 | |
| Yuwono et al. | Performance test of a sensor array-based odor detection instrument | |
| Deng et al. | Unraveling fabrication and calibration of wearable gas monitor for use under free-living conditions | |
| Austin et al. | Cross-sensitivities of electrochemical detectors used to monitor worker exposures to airborne contaminants: False positive responses in the absence of target analytes | |
| CN105842105A (zh) | 一种吡啶气体检测的石英传感器的制备方法 | |
| Kim et al. | Room-tempearutre CO 2 sensing based on interdigitated capacitors and resonant cantilevers | |
| KR20140142541A (ko) | 수분투과성 평가기 | |
| Al-Okby et al. | Testing and Integration of Commercial Hydrogen Sensor for Ambient Monitoring Application | |
| Noguchi et al. | Passive flux sampler measurements of emission rates of phthalates from poly (vinyl chloride) sheets | |
| Kuchmenko et al. | A method for the rapid estimation of the level of emissions of toxic easily volatile compounds from polymeric household products using an array of quartz crystal microbalance sensors | |
| Majewski | Polymer-based sensors for measurement of low humidity in air and industrial gases | |
| RU82335U1 (ru) | Универсальное устройство поверки газоаналитических приборов на местах их установки в рабочей зоне объектов по ухо | |
| RU2288468C1 (ru) | Универсальная пьезосорбционная ячейка детектирования | |
| Ambs et al. | 2.3-Compact Photoacoustic Gas Measuring System for Carbon Dioxide Indoor Monitoring Applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170430 |