RU2675776C1 - Explosive protection infrared optical gas sensor - Google Patents
Explosive protection infrared optical gas sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675776C1 RU2675776C1 RU2018106676A RU2018106676A RU2675776C1 RU 2675776 C1 RU2675776 C1 RU 2675776C1 RU 2018106676 A RU2018106676 A RU 2018106676A RU 2018106676 A RU2018106676 A RU 2018106676A RU 2675776 C1 RU2675776 C1 RU 2675776C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- casing
- sensor according
- infrared radiation
- explosion
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
-
- G—PHYSICS
- G12—INSTRUMENT DETAILS
- G12B—CONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G12B17/00—Screening
- G12B17/08—Screening from influences producing mechanical damage, e.g. caused by blast, by external objects, by person
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам взрывозащищенных газоанализаторов, предназначенных для измерения концентрации газов, присутствующих в окружающей среде, и может использоваться в различных технологических процессах в химической, металлургической и других отраслях промышленности, где требуется анализ газовых смесей. Датчик газов может использоваться в условиях вибрации и во взрывоопасных зонах, в т.ч. производственных помещениях, где могут присутствовать взрывоопасные концентрации веществ, своевременное определение которых позволит предотвратить техногенные аварии с непредсказуемыми последствиями. The invention relates to measuring equipment, namely, devices of explosion-proof gas analyzers designed to measure the concentration of gases present in the environment, and can be used in various technological processes in the chemical, metallurgical and other industries where the analysis of gas mixtures is required. The gas sensor can be used in conditions of vibration and in hazardous areas, including industrial premises where explosive concentrations of substances may be present, the timely determination of which will prevent technogenic accidents with unpredictable consequences.
Как правило, для использования в условиях пожара, взрыва, вибрации и прочих, в том числе ударных нагрузках, электротехническое оборудование изготавливают во взрывозащищенном исполнении, в частности, помещают в прочную оболочку, способную выдержать внутренний взрыв без выхода пламени и продуктов взрыва наружу. При этом защита обеспечивается зазорами элементов корпуса, которые обеспечивают выход газов, образовавшихся во время вспышки во внешнюю атмосферу без подрыва окружающей взрывоопасной среды. Все электрические вводы тщательно герметизируют в местах ввода в оболочку (технический регламент Таможенного союза "О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах" (ТР ТС 012/2011)). Кроме того, также используют метод изоляции, основанный на принципе физического разделения взрывоопасных частей прибора от взрывоопасной среды, например, посредством их герметизации компаундом. В качестве огнепреградителей используют, в частности, сетчатые пламегасящие элементы, а также элементы из пористого и гранулированного материала.As a rule, for use in a fire, explosion, vibration, and other conditions, including shock loads, electrical equipment is manufactured in an explosion-proof version, in particular, it is placed in a durable shell that can withstand an internal explosion without leaving the flame and explosion products outside. In this case, protection is provided by the gaps of the elements of the casing, which ensure the release of gases generated during the flash into the external atmosphere without undermining the explosive atmosphere. All electrical inputs are carefully sealed at the points of entry into the shell (technical regulation of the Customs Union "On the safety of equipment for work in explosive atmospheres" (TR TS 012/2011)). In addition, they also use the isolation method based on the principle of the physical separation of the explosive parts of the device from the explosive atmosphere, for example, by sealing them with a compound. As flame arresters, in particular, mesh flame retardant elements, as well as elements of porous and granular material, are used.
Из уровня техники известны различные конструкции измерительных приборов (датчиков), взрывобезопасность которых обеспечивается за счет металлического корпуса со съемной крышкой. The prior art various designs of measuring instruments (sensors), the explosion safety of which is ensured by a metal housing with a removable cover.
Например, из патента РФ №39751 известен тепловой датчик, расположенный во взрывозащищенной коробке, содержащей соединенные между собой прочный корпус в виде цилиндрического стакана и крышку. При этом датчик установлен внутри корпуса на диэлектрической подложке. Крышка сопряжена со стаканом через уплотнитель, обеспечивая герметичность коробки. Коробка оснащена двумя кабельными вводами, встроенными в сквозные отверстия стенки коробки таким образом, что устанавливается герметичная защита полости стакана путем обжатия кабеля упругими элементами при размещении кабеля в кабельных вводах.For example, from the patent of the Russian Federation No. 39751, a thermal sensor is known located in an explosion-proof box containing a robust housing interconnected in the form of a cylindrical glass and a lid. In this case, the sensor is installed inside the housing on a dielectric substrate. The lid is interfaced with the glass through the seal, ensuring the tightness of the box. The box is equipped with two cable entries built into the through holes of the box wall in such a way that a tight protection of the glass cavity is established by crimping the cable with elastic elements when placing the cable in the cable entries.
Однако наличие жесткого крепления датчика к корпусу может привести к его разрушению под воздействием ударных нагрузок. Кроме того, за счет выполнения корпуса коробки герметичным увеличивается время срабатывания датчика, снижается информативность. При возникновении взрыва кабельные вводы оказываются в поле воздействия ударной волны и осколков, что может привести к нарушению их целостности. However, the presence of a rigid mounting of the sensor to the housing can lead to its destruction under the influence of shock loads. In addition, due to the performance of the box body leak-proof, the response time of the sensor increases, and the information content decreases. When an explosion occurs, the cable entries are in the field of the shock wave and fragments, which can lead to a violation of their integrity.
Из патента РФ №169978 известно взрывозащищенное устройство контрольно-измерительной аппаратуры, включающее соединенные между собой прочный корпус и крышку, внутри которого установлена контрольно-измерительная аппаратура. В днище выполнено одно сквозное отверстие для кабельного ввода, а крышка и стенки корпуса снабжены сквозными отверстиями, оснащенными сетчатыми фильтрами. Сквозные отверстия позволяют считывать показания датчиков при возникновении ударной волны с минимальным интервалом времени поступления сигнала непосредственно на измерительный элемент датчиков, а сетчатые фильтры исключают отрицательное влияние уровня пыли и закопчения на работу датчиков. From the patent of the Russian Federation No. 169978, an explosion-proof device for instrumentation is known, including a robust housing and a cover interconnected, inside which instrumentation is installed. The bottom has one through hole for cable entry, and the lid and walls of the housing are provided with through holes equipped with strainers. Through holes allow you to read the readings of the sensors when a shock wave occurs with a minimum interval of time the signal arrives directly at the measuring element of the sensors, and strainers eliminate the negative effect of dust and soot on the operation of the sensors.
Однако данное устройство не обеспечивает взрывозащищенность датчика внутри, поскольку оборудовано сетчатыми фильтрами, не соответствующими нормам ГОСТов (ГОСТ IEC 679-29-1-2014) по взрывоопасным средам и взрывобезопасному оборудованию. Кроме того, внутренний объем известного датчика достаточно велик, что обусловливает значительный интервал времени, проходящего с момента наступления критической концентрации газа до момента срабатывания датчика. Помимо этого, конструкция устройства, известного из патента РФ №169978, не является универсальной и не предполагает применения в ней газовых датчиков, изначально не предназначенных для взрывозащищенного исполнения.However, this device does not provide explosion protection of the sensor inside, since it is equipped with strainers that do not meet the standards of GOST (GOST IEC 679-29-1-2014) for explosive atmospheres and explosion-proof equipment. In addition, the internal volume of the known sensor is large enough, which leads to a significant interval of time elapsing from the moment of occurrence of the critical gas concentration until the sensor is triggered. In addition, the design of the device, known from the patent of the Russian Federation No. 169978, is not universal and does not imply the use of gas sensors in it, originally not intended for explosion-proof execution.
Из уровня техники известны также различные оптические сенсоры, применяемые в газоанализаторах (например, газоанализатор ИГМ-10, газосигнализаторы серии ИГС-98) с диффузионным способом забора пробы, чувствительные элементы которых расположены в неразборной оболочке, состоящей из корпуса и огнепреградителя, выполненного из металлокерамики или сетки. Для подвода внешних цепей используется взрывозащищенный кабельный ввод (например, залитый компаундом).The prior art also discloses various optical sensors used in gas analyzers (for example, an IGM-10 gas analyzer, IGS-98 series gas detectors) with a diffusion method of sampling, the sensitive elements of which are located in a non-separable shell consisting of a casing and a flame arrester made of cermet or the grid. To supply external circuits, an explosion-proof cable entry (for example, filled with a compound) is used.
Известные решения газоанализаторов характеризуются малыми габаритами, позволяющими располагать их в малом объеме, обеспечив взрывозащиту посредством стального корпуса устройства, который закрывается огнепоглотителем. Как правило, наличие огнепоглотителя и корпуса ухудшают параметры газоанализатора: увеличивается время срабатывания датчика, так как из-за наличия огнепоглотителя уменьшается скорость диффузии газа. Взрывозащищенный корпус имеет пустоты между его внутренней поверхностью и датчиком, которые должны быть заполнены газом в силу диффузионного принципа работы устройств подобного класса. Увеличение внутреннего объема полости, заполняемой газом, также приводит к увеличению времени срабатывания устройства. Кроме того, за счет отсутствия свободного протока газа, известные газоанализаторы требуют технического обслуживания после срабатывания, заключающегося в продувке корпуса сжатым воздухом или другой подходящей газовой смесью (например, азотом). Known solutions of gas analyzers are characterized by small dimensions, allowing them to be placed in a small volume, providing explosion protection through the steel casing of the device, which is closed by a fire absorber. As a rule, the presence of a fire extinguisher and a housing worsen the parameters of the gas analyzer: the response time of the sensor increases, since the diffusion rate of the gas decreases due to the presence of a fire absorber. The explosion-proof housing has voids between its inner surface and the sensor, which must be filled with gas due to the diffusion principle of operation of devices of this class. An increase in the internal volume of the cavity filled with gas also leads to an increase in the response time of the device. In addition, due to the absence of a free gas flow, known gas analyzers require maintenance after operation, which consists in blowing the housing with compressed air or another suitable gas mixture (for example, nitrogen).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является взрывозащищенный датчик-газоанализатор ДАК (http://www.analitpribor-smolensk.ru/files/rukovodstva/2015/dak/dak_ibyal_418414_071_26_re.pdf), включающий корпус в виде цилиндрического стакана с крышкой и огнепоглотителем, расположенные в корпусе оптический блок с источником и приемником ИК-излучения, при этом корпус снабжен разъемами для подключения внешних цепей.Closest to the proposed technical solution is the DAK explosion-proof sensor gas analyzer (http://www.analitpribor-smolensk.ru/files/rukovodstva/2015/dak/dak_ibyal_418414_071_26_re.pdf), which includes a case in the form of a cylindrical glass with a lid and a fire extinguisher in the case there is an optical unit with a source and receiver of infrared radiation, while the case is equipped with connectors for connecting external circuits.
Недостатками данного датчика является низкое быстродействие (60 сек.), необходимость продувки сжатым воздухом после срабатывания из-за отсутствия проточности. Кроме того, отсутствие свободной циркуляции газа увеличивает время прогрева датчика, снижает возможности термокомпенсации показаний при быстром изменении температуры окружающей среды, способствует конденсации влаги. The disadvantages of this sensor is the low speed (60 sec.), The need to purge with compressed air after operation due to lack of flow. In addition, the lack of free gas circulation increases the sensor warm-up time, reduces the possibility of thermal compensation of readings with a rapid change in ambient temperature, and promotes moisture condensation.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание надежного быстродействующего взрывозащищенного инфракрасного оптического датчика газоанализатора (по классу взрывобезопасности b).The technical problem solved by the invention is the creation of a reliable high-speed explosion-proof infrared optical detector gas detector (explosion protection class b).
Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия взрывозащищенного инфракрасного оптического датчика газов при сохранении его устойчивости к ударным нагрузкам, а также обеспечение возможности повторного использования датчика после срабатывания без дополнительного обслуживания.The technical result of the invention is to increase the speed of the explosion-proof infrared optical gas sensor while maintaining its resistance to shock loads, as well as providing the possibility of reuse of the sensor after operation without additional maintenance.
Технический результат достигается тем, что во взрывозащищенном инфракрасном оптическом датчике газов, включающем корпус со съемной крышкой, расположенные в корпусе оптический блок с основным источником ИК-излучения и приемником ИК-излучения, блок электроники с кабельными выводами, связанный с оптическим блоком, при этом корпус с крышкой снабжены сквозным входным отверстием с огнепоглотителем для доступа анализируемого газа в оптический блок, согласно предлагаемому техническому решению, оптический блок расположен в защитном кожухе, а блок электроники закреплен на кожухе с его внешней стороны; корпус снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным отверстием, закрытым огнепоглотителем; в кожухе выполнено, по меньшей мере, одно отверстие для доступа анализируемого газа в оптический блок; при этом пространство между корпусом и кожухом заполнено взрывобезопасным материалом с образованием, по меньшей мере, одного канала, соединяющего отверстия в корпусе и в кожухе, а также полости для размещения кабельных выводов от блока электроники.The technical result is achieved in that in an explosion-proof infrared optical gas sensor, including a housing with a removable cover, an optical unit located in the housing with the main source of infrared radiation and an infrared receiver, an electronics unit with cable leads connected to the optical unit, while the housing with a lid equipped with a through inlet with a fire absorber for access of the analyzed gas to the optical unit, according to the proposed technical solution, the optical unit is located in a protective casing, and the electronics unit is mounted on the casing from its outer side; the housing is provided with at least one additional hole closed with a fire absorber; at least one opening is made in the casing for access of the analyzed gas to the optical unit; the space between the housing and the housing is filled with explosion-proof material with the formation of at least one channel connecting the holes in the housing and in the housing, as well as the cavity for accommodating cable leads from the electronics.
Заполнение пространства между корпусом и кожухом может быть обеспечено посредством вставки из взрывобезопасного материала.Filling the space between the housing and the casing can be ensured by means of an insert made of explosion-proof material.
Оптический блок содержит дополнительный источник ИК-излучения, расположенный вблизи приемника ИК-излучения.The optical unit contains an additional source of infrared radiation, located near the receiver of infrared radiation.
Датчик может содержать, по меньшей мере, два дополнительных сквозных отверстия, выполненных в торцевой части корпуса со стороны приемника ИК-излучения, которые могут быть выполнены в виде прорезей в торцевой части корпуса и расположены по линии окружности симметрично относительно центра.The sensor may contain at least two additional through holes made in the end part of the housing from the side of the infrared radiation receiver, which can be made in the form of slots in the end of the housing and are located symmetrically along the circle line with respect to the center.
Датчик может содержать двенадцать дополнительных сквозных отверстий, выполненных в торцевой части корпуса со стороны приемника ИК-излучения, равномерно расположенных по линии окружности.The sensor may contain twelve additional through holes made in the end part of the housing from the side of the infrared radiation receiver, evenly spaced along a circle line.
Огнепоглотитель, закрывающий дополнительное сквозное отверстие, снабжен отверстием для кабельных выводов, выполненным в его центральной части и сообщающимся с полостью для кабельных выводов. A fire absorber covering an additional through hole is provided with a hole for cable leads made in its central part and communicating with a cavity for cable leads.
Количество отверстий в кожухе может быть равным двум, при этом одно из отверстий может быть расположено вблизи источника ИК-излучения, а другое – вблизи приемника ИК-излучения, а пространство между корпусом и кожухом может быть заполнено взрывобезопасным материалом с образованием двух каналов, один из которых соединяет входное отверстие корпуса и отверстие в кожухе вблизи источника ИК-излучения, а другой – отверстие в кожухе вблизи приемника ИК-излучения и дополнительное отверстие в корпусе.The number of holes in the casing can be equal to two, while one of the holes can be located near the source of infrared radiation, and the other near the receiver of infrared radiation, and the space between the housing and the casing can be filled with explosion-proof material with the formation of two channels, one of which connects the inlet of the housing and the hole in the casing near the source of infrared radiation, and the other is the hole in the casing near the receiver of infrared radiation and an additional hole in the casing.
Отверстие в кожухе вблизи приемника ИК-излучения может быть выполнено сквозным, проходящим через блок электроники. The hole in the casing near the receiver of infrared radiation can be made through, passing through the electronics.
Крышка может быть выполнена с возможностью соединения с корпусом посредством резьбового соединения. The cover may be configured to be connected to the housing via a threaded connection.
Огнепоглотитель может быть выполнен в виде пористого огнезащитного фильтра из бронзы пористостью 0,05-1,6 и толщиной 2-7 мм.The fire absorber can be made in the form of a porous fire-retardant filter made of bronze with a porosity of 0.05-1.6 and a thickness of 2-7 mm.
Кожух может быть выполнен цилиндрической формы или в форме параллелепипеда.The casing may be cylindrical or parallelepipedal.
Корпус может быть выполнен цилиндрической формы.The housing may be made cylindrical in shape.
Корпус выполнен из металла, а кожух – из взрывобезопасного материала, например, фторопласта.The casing is made of metal, and the casing is made of explosion-proof material, for example, fluoroplastic.
В качестве взрывобезопасного материала для заполнения пространства между корпусом и кожухом может быть выбран фторопласт или компаунд.As an explosion-proof material for filling the space between the housing and the casing, fluoroplastic or compound can be selected.
Пространство между корпусом и кожухом может быть заполнено взрывобезопасным материалом с образованием зазора между внутренней поверхностью корпуса и блоком электроники не менее 3 мм.The space between the housing and the housing can be filled with explosion-proof material with the formation of a gap between the inner surface of the housing and the electronics unit at least 3 mm.
Часть корпуса со стороны приемника ИК-излучения выполнена с возможностью соединения с внешним оборудованием, при этом кабельные выводы от блока управления выполнены загерметизированными в ней.Part of the housing on the side of the infrared receiver is configured to connect to external equipment, while the cable leads from the control unit are sealed therein.
Совокупность признаков изобретения обеспечивает ускорение процесса заполнения внутреннего пространства датчика газом, и как, следствие, повышает его быстродействие: наличие кожуха и расположение блока электроники снаружи кожуха позволяет обеспечить максимальное заполнение свободного пространства в корпусе взрывобезопасным материалом, сохранив при этом возможность доступа газа в оптический блок, и сократив тем самым время заполнения датчика газом. Наличие дополнительного отверстия в корпусе также ускоряет процесс диффузии газа, обеспечивая его «проточную» циркуляцию, способствующую увеличению скорости срабатывания датчика.The set of features of the invention accelerates the process of filling the internal space of the sensor with gas, and as a result, increases its speed: the presence of the casing and the location of the electronics unit outside the casing allows for maximum filling of the free space in the housing with explosion-proof material, while maintaining the possibility of gas access to the optical unit, and thereby reducing the gas filling time of the sensor. The presence of an additional hole in the housing also accelerates the process of gas diffusion, providing its "flow" circulation, which contributes to an increase in the response speed of the sensor.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлен продольный разрез устройства, на Фиг.2 – вариант выполнения торцевой стенки корпуса, снабженной прорезями для циркуляции газа, на Фиг.3 – вариант выполнения торцевой стенки корпуса, снабженной отверстиями для циркуляции газа, на Фиг.4 - вариант выполнения вставки для заполнения внутреннего пространства датчика между корпусом и кожухом.The inventive device is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a longitudinal section of the device, Fig. 2 is an embodiment of an end wall of a housing provided with slots for gas circulation, Fig. 3 is an embodiment of an end wall of a housing provided with openings for gas circulation, 4 is an embodiment of an insert for filling the interior of the sensor between the housing and the casing.
Позициями на чертежах обозначены:The positions in the drawings indicate:
1 – корпус датчика, 2 - крышка, 3 – кожух, 4 – оптический блок датчика, 5 – основной источник инфракрасного (ИК) излучения, 6 – дополнительный источник ИК-излучения, 7 – приемник ИК-излучения, 8 – блок электроники датчика, 9 – входное отверстие в корпусе для доступа анализируемого газа в датчик, 10 – дополнительное отверстие в корпусе, обеспечивающее проточную циркуляцию газа (из/в корпус), 11 – огнепоглотитель, закрывающий входное отверстие 9 (расположенный на входе газа в корпус), 12 – огнепоглотитель, закрывающий дополнительное отверстие 10 (расположенный на выходе газа из корпуса), 13 – входное отверстие в кожухе для доступа газа в оптический блок газоанализатора, 14 – выходное отверстие в кожухе для выхода анализируемого газа из оптического блока, 15 – кабельные выводы, 16 – часть корпуса, предназначенная для соединения с внешним оборудованием, 17 – отверстие в огнепоглотителе 12 под кабельные выводы 15; 18 – фторопластовая вставка, обеспечивающая заполнение внутреннего пространства корпуса между его внутренней поверхностью и внешней поверхностью кожуха; 19 – канал внутри корпуса, соединяющий отверстия 9 и 13; 20 – канал внутри корпуса, соединяющий отверстия 14 и 10; 21 – полость внутри корпуса для размещения кабельных выводов от блока электроники; 22 – втулка для крепления огнепоглотителя; 23 – вырез во фторопластовой втулке для формирования полости 21; 24 – вырез во фторопластовой втулке для формирования канала 20; 25 – вырез во фторопластовой втулке для формирования канала 19.1 - sensor housing, 2 - cover, 3 - casing, 4 - optical sensor unit, 5 - main source of infrared (IR) radiation, 6 - additional source of infrared radiation, 7 - infrared radiation receiver, 8 - sensor electronics unit, 9 - an inlet in the casing for access of the analyzed gas to the sensor, 10 - an additional opening in the casing for gas flow (from / to the casing), 11 - a fire absorber covering the inlet 9 (located at the gas inlet to the casing), 12 - a fire absorber covering an additional hole 10 (located laid down at the gas outlet from the housing), 13 - an inlet in the casing for gas access to the optical unit of the gas analyzer, 14 - an outlet in the casing for the outlet of the analyzed gas from the optical unit, 15 - cable outlets, 16 - part of the casing intended for connection with external equipment, 17 - hole in the fire absorber 12 for cable leads 15; 18 is a fluoroplastic insert that fills the inner space of the housing between its inner surface and the outer surface of the casing; 19 - channel inside the housing connecting the
Взрывозащищенный оптический ИК-датчик газов представляет собой корпус 1 с крышкой 2, расположенные в корпусе 1 оптический блок 4 с основным 5 и дополнительным 6 источниками ИК-излучения и приемником ИК-излучения 7 и блок электроники 8. При этом оптический блок 4 защищен кожухом 3, выполненным из негорючего материала (например, фторопласта Ф-4), который расположен во внутреннем объеме корпуса 1, а блок электроники 8 закреплен на кожухе с его внешней стороны, например, посредством винтового соединения. Крышка 2 расположена со стороны источника ИК-излучения 5 и выполнена с возможностью герметичного соединения с корпусом 1, например, посредством резьбового соединения. В корпусе 1 и крышке 2 выполнено отверстие 9 для доступа анализируемого газа в датчик, в котором установлен огнепоглотитель 11. Огнепоглотитель 11 может быть закреплен на крышке, например, с помощью втулки 22. Торцевая поверхность корпуса 1 со стороны приемника ИК-излучения 7 снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным отверстием 10, через которое газ может проникать из корпуса 1 наружу и обратно. В одном из вариантов реализации устройства, в корпусе выполнены два дополнительных отверстия в виде сквозных прорезей (пазов), симметрично расположенных друг относительно друга по линии окружности (Фиг.2). В другом частном варианте, в корпусе выполнено, по меньшей мере, четыре отверстия. На Фиг.3 представлена торцевая стенка корпуса с 12 отверстиями, равномерно расположенными по окружности. Отверстия 10 обеспечивают проточность корпуса датчика, позволяя газу свободно циркулировать в корпусе. Количество дополнительных отверстий в корпусе и их размер выбирают из условий свободного газообмена между корпусом и внешней средой. Дополнительное отверстие 10 закрыто, по меньшей мере, одним дополнительным огнепоглотителем 12. The explosion-proof optical IR gas sensor is a
В кожухе 3 выполнено, по меньшей мере, одно отверстие 13, обеспечивающее доступ газа в оптический блок 4. В одном из частных вариантов, в кожухе может быть выполнено дополнительное отверстие 14. Свободное пространство между внутренней поверхностью корпуса 1 и внешней поверхностью кожуха 3 заполнено взрывобезопасным материалом, например, фторопластом или компаундом, с образованием, по меньшей мере, одного канала, соединяющего отверстия 9, 10 в корпусе и отверстие 13 в кожухе, а также полости 21 для размещения кабелей от блока электроники 8. При использовании кожуха с двумя отверстиями 13, 14, количество каналов равно двум, при этом один из них соединяет отверстия 9 и 13 – канал 19, а другой соединяет отверстия 10 и 14 – канал 20. При этом заполнение свободного пространства между корпусом 1 и кожухом 3 может быть реализовано посредством вставки 18 из взрывобезопасного материала (например, фторопласта), в которой выполнены вырезы, один из которых (вырез 23) выполнен под блок электроники, а другие обеспечивают, при размещении вставки в корпусе, формирование каналов для циркуляции газа и полости для кабельных выводов (Фиг.4). При этом поперечные размеры каналов соответствуют диаметрам отверстий (с технологическим зазором 1-2 мм), ширина полости для кабельных выводов соответствует длине разъема для выводов на плате управления, а высота полости - высоте стандартного PLS - разъема или любого другого разъема на плате управления.At least one
Часть корпуса 16 со стороны источника ИК-излучения содержит кабельные выводы 15 для подключения внешних устройств, загерметизированные взрывобезопасным материалом, например, компаундом, с образованием соединительного узла (для подключения, например, к взрывозащищенному сигнализатору загазованности или блоку контроля). При этом соединительный узел может быть выполнен съемным, а его соединение с корпусом реализовано посредством резьбы. Part of the
Оптический блок 4 и блок электроники 8 могут быть реализованы аналогично описанным в патенте РФ №2596035. При этом оптический блок 4 содержит размещенные последовательно на одной оптической оси основной источник инфракрасного излучения с отражателем, измерительную кювету, интерференционный светофильтр и приемник инфракрасного излучения. В измерительной кювете выполнены два отверстия в боковой стенке по разные стороны от оптической оси, совпадающие с отверстиями 13, 14 кожуха 3, при этом в первом отверстии размещен широкополосный фотоприемник, во втором отверстии размещен дополнительный источник инфракрасного излучения, причем расстояние между дополнительным источником инфракрасного излучения и приемником инфракрасного излучения много меньше расстояния между основным источником инфракрасного излучения и приемником инфракрасного излучения. The optical unit 4 and the electronics unit 8 can be implemented similarly to those described in RF patent No. 2596035. In this case, the optical unit 4 comprises a main infrared radiation source with a reflector, a measuring cell, an interference filter and an infrared radiation receiver arranged sequentially on the same optical axis. In the measuring cell, two holes are made in the side wall on opposite sides of the optical axis, coinciding with the
Блок электроники 8 включает расположенные на одной плате микропроцессор, усилители, при этом микропроцессор связан с приемником ИК-излучения и фотоприемником, а также основным и дополнительным источниками инфракрасного излучения через соответствующие усилители.The electronics unit 8 includes microprocessors located on the same board, amplifiers, while the microprocessor is connected to an infrared radiation receiver and photodetector, as well as the main and additional sources of infrared radiation through the respective amplifiers.
Кожух 3 может быть снабжен углублением для размещения блока электроники 8 (платы), а выходное отверстие 14 в кожухе может проходить через плату блока электроники (Фиг.1). The
Огнепоглотители 11, 12 могут быть выполнены в виде защитных пористых фильтров из бронзы пористостью 0,05-1,6 и толщиной 2-7 мм. Фильтр 12 со стороны приемника ИК-излучения, закрывающий отверстия 10, выполненные в торцевой части корпуса, снабжен отверстием для размещения кабелей 15 от блока электроники 8, которое может располагаться соосно полости 21, при этом фильтр 12 расположен между оптическим блоком 4 и загерметизированной частью корпуса 16 с кабельными вводами.
Корпус 1 и кожух 3 могут быть выполнены цилиндрической формы или в форме параллелепипеда (иметь форму поперечного сечения в виде прямоугольника). В одном из вариантов реализации изобретения корпус 1 может быть выполнен цилиндрической формы, а кожух 3 – в форме прямоугольного параллелепипеда. При этом размеры кожуха обеспечивают его размещение вплотную к корпусу с минимизацией свободного пространства между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью кожуха. При этом расстояние между внутренней поверхностью корпуса и блоком электроники (платой управления) соответствует требованиям ГОСТ по электронному оборудованию.The
Предлагаемый датчик собирают следующим образом.The proposed sensor is collected as follows.
Блок электроники 8 датчика прикрепляют к кожуху 3, например, с помощью винтов. Основной источник ИК-излучения 5, дополнительный источник 6 и приемник ИК-излучения закрепляют на кожухе 3, например, при помощи эпоксидного клея, и подсоединяют выводами к блоку электроники 8. Затем кожух 3 (со всеми элементами) вставляют во фторопластовую вставку 18 цилиндрической формы, снабженную вырезами для формирования каналов 19, 20 и полости 21, и прикрепляют к ней винтами. Блок электроники 8 при этом заливают специальным компаундом для заливки плат таким образом, чтобы осталось отверстие 14 для выхода газа из оптического блока 4 и при размещении его в корпусе, между блоком электроники и стенкой корпуса оставался зазор не менее 3 мм в соответствии с требованиями ГОСТ. В корпус 1 вставляют огнепоглотитель 12 с центральным отверстием 17, который фиксируют на корпусе втулкой 22. Внутрь корпуса 1 вставляют фторопластовую вставку 18 с прикрепленным кожухом 3, при этом кабельные выводы 15 от блока электроники выводят наружу через отверстие 17 фильтра и часть корпуса 16, предназначенную для соединения с внешним оборудованием, и герметизируют специальным герметиком типа «Гермикон». В крышку 2 вставляют огнепоглотитель 11, который фиксируют втулкой 22. Затем крышку 2 в сборе навинчивают на корпус 1.The electronics unit 8 of the sensor is attached to the
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Воздушная смесь поступает через отверстие 9 и огнепоглотитель 11 в канал 19 корпуса 1 и затем через отверстие 13 в кожухе попадает в оптический блок 4. Поступивший в оптический блок исследуемый газ поглощает ИК-излучение основного излучателя 5 сильнее, чем воздух без присутствия этого газа, что детектируется приемником излучения 7. Сигнал с приемника 7 поступает в блок электроники 8, который формирует сигнал об изменении концентрации исследуемого газа в воздухе и передает его по кабельным выводам 15 во внешнее устройство, к которому подключен датчик. При этом работа оптического блока и блока электроники может осуществляться аналогично описанной в патенте РФ №2596035. The air mixture enters through the opening 9 and the
Поскольку принцип работы датчика является диффузионным, то газ должен заполнить все свободное пространство внутри корпуса для успешного детектирования газа. За счет уменьшенного внутреннего объема датчика (за счет фторопластовой вставки), ускоряется процесс его заполнения газом, и, как следствие, увеличивается скорость срабатывания датчика. Кроме того, за счет наличия дополнительного отверстия 10 в корпусе, которое через канал соединено с отверстием в кожухе, обеспечивается дополнительная циркуляция газа в корпусе («проточность» корпуса датчика), что позволяет дополнительно ускорить процесс диффузии газа (а значит, и увеличить скорость заполнения корпуса датчика газом). При этом скорость срабатывания датчика является прямо пропорциональной скорости заполнения корпуса газом. Таким образом, сокращается время, прошедшее с начала поступления газа в корпус прибора, до его срабатывания, т.е. увеличивается скорость срабатывания датчика, что является главным критерием оценки его эффективности. Since the principle of operation of the sensor is diffusive, the gas must fill all the free space inside the housing for successful gas detection. Due to the reduced internal volume of the sensor (due to the fluoroplastic insert), the process of filling it with gas is accelerated, and, as a result, the response speed of the sensor increases. In addition, due to the presence of an
Для повышения надежности срабатывания – отсутствия ложных срабатываний или несрабатываний датчика из-за неисправности основного источника излучения (запыленность, «старение» со временем – нелинейное изменение характеристик излучения, перебои с питанием, изменение нулевого уровня и пр.) дополнительно в оптический блок вводят второй источник излучения 6, находящийся в непосредственной близости от приемника. Данный источник формирует опорный сигнал, который используют для расчета концентрации газа.To increase the reliability of operation - the absence of false alarms or malfunctions of the sensor due to a malfunction of the main radiation source (dustiness, "aging" with time - nonlinear change in the radiation characteristics, power outages, zero level change, etc.), a second source is additionally introduced into the optical unit radiation 6, located in the immediate vicinity of the receiver. This source generates a reference signal, which is used to calculate the gas concentration.
Для промышленной апробации был изготовлен экспериментальный образец газового датчика, предназначенный для использования в качестве чувствительного элемента в составе газовых сигнализаторов, который представлял собой цилиндрический корпус длиной 98 мм и диаметром 35 мм, длина загерметизированной части корпуса, предназначенной для соединения с внешним оборудованием, составляла 15 мм, а ее диаметр – 14 мм. С торца корпуса было выполнено 12 дополнительных отверстий диаметром 2,5 мм, расположенных на расстоянии 22,5 мм от центра. Диаметр крышки составлял 32 мм, высота 12 мм, диаметр входного отверстия 25 мм. Корпус и крышка выполнены из материала сталь 8Х20Н14С2 ГОСТ 5949-75. В качестве заполнения корпуса использовалась цилиндрическая деталь из фторопласта Ф-4 (вставка) длиной 75 мм, диаметром 25 мм (Фиг.4), в которой были выполнены вырез 23 размером 25х12х4 мм (для кабельных выводов), вырез 24 размером 72х15х19 мм (для размещения оптического блока и доступа газа из оптического блока наружу) и вырез 25 размером 5х5х24 мм (для доступа газа в оптический блок). Огнепоглотители (фильтры) были выполнены из спеченных бронзовых гранул диаметром 0,6 мм, при этом диаметр "переднего" фильтра (со стороны крышки) составлял 25 мм, толщина 3 мм, диаметр "заднего" фильтра - 28 мм, толщина – 3 мм, диаметр центрального коаксиального отверстия – 14 мм. Кожух был выполнен прямоугольной формы из эбонита. Длина оптического блока (измерительной кюветы) составляла 70 мм. При этом оптический блок был реализован в соответствии с примером по патенту РФ №2596035. В кожухе были выполнены два отверстия, совпадающие с отверстиями в оптическом блоке (измерительной кювете) и выемками во фторопластовой вставке.For industrial testing, an experimental sample of a gas sensor was manufactured, intended for use as a sensitive element in gas detectors, which was a cylindrical body 98 mm long and 35 mm in diameter, the length of the sealed part of the body intended for connection with external equipment was 15 mm and its diameter is 14 mm. 12 additional holes with a diameter of 2.5 mm, located at a distance of 22.5 mm from the center, were made from the end of the case. The diameter of the lid was 32 mm, the height was 12 mm, and the diameter of the inlet was 25 mm. The body and cover are made of material 8Kh20N14S2 GOST 5949-75. As a case filling, a cylindrical part made of F-4 fluoroplastic (insert) was used, length 75 mm,
Образец датчика помещали во взрывоопасную среду (в качестве газа использовался метан СН4), подводили воспламеняющий элемент (два проводника, генерирующие искру), проводили подрыв газа путем образования искры и измеряли параметры устройства в момент до и сразу после взрыва, осуществляли контроль за целостностью компонент датчика внутри корпуса. В результате эксперимента было показано, что внутрь датчика не проникла искра и пламя от воспламенения газа. Была измерена скорость срабатывания датчика до и после эксперимента. Время срабатывания в обоих случаях составило менее 30 сек, тогда как скорость срабатывания прототипа составляет менее 60 сек. Кроме того, время прогрева в диапазоне температур от минус 30°С до верхней границы рабочих температур было уменьшено до 3-х минут (у прототипа - 10 минут). Второй эксперимент заключался в подрыве внутри корпуса аналогичной взрывоопасной среды. Оценивалась возможность проникновения пламени за пределы корпуса. В результате эксперимента установлено, что наружу из корпуса не выходило пламя, и взрывоопасная среда снаружи корпуса не воспламенялась от воспламенения, произошедшего внутри устройства. Тестирование скорости срабатывания проводилось с использованием поверочной 1,1% воздушно-метановой смеси (25% НКПР). После срабатывания подача воздушно-метановой смеси отключалась. Время выхода на нулевые показания также составило 30 сек. A sample of the sensor was placed in an explosive atmosphere (methane CH 4 was used as a gas), a flammable element was supplied (two conductors generating a spark), gas was blown up by creating a spark, and the device parameters were measured at the moment before and immediately after the explosion, component integrity was monitored sensor inside the housing. As a result of the experiment, it was shown that no spark and flame from gas ignition penetrated inside the sensor. The sensor response speed was measured before and after the experiment. The response time in both cases was less than 30 seconds, while the response speed of the prototype is less than 60 seconds. In addition, the heating time in the temperature range from minus 30 ° C to the upper limit of the operating temperature was reduced to 3 minutes (for the prototype - 10 minutes). The second experiment was a blast inside a similar explosive atmosphere. The possibility of flame penetration outside the enclosure was evaluated. As a result of the experiment, it was found that no flame exited from the case, and the explosive atmosphere outside the case was not ignited by the ignition that occurred inside the device. Testing of the response speed was carried out using a test 1.1% air-methane mixture (25% LEL). After operation, the flow of the air-methane mixture was turned off. Time to exit to zero readings was also 30 seconds.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение быстродействия взрывозащищенного ИК-датчика газа, при этом предлагаемый датчик является устойчивым к внешним воздействиям, таким как пожар, взрыв, перепады влажности, температуры или вибрации и может применяться на опасных производственных объектах. Кроме того, за счет свободной циркуляции газа сквозь датчик, не требуется осуществлять обслуживание датчика после срабатывания, циркуляция воздуха уменьшает время прогрева датчика, препятствует конденсации влаги.Thus, the proposed technical solution improves the performance of the explosion-proof infrared gas sensor, while the proposed sensor is resistant to external influences, such as fire, explosion, humidity, temperature or vibration, and can be used in hazardous industrial facilities. In addition, due to the free circulation of gas through the sensor, it is not necessary to service the sensor after operation, air circulation reduces the warm-up time of the sensor and prevents moisture condensation.
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106676A RU2675776C1 (en) | 2018-02-22 | 2018-02-22 | Explosive protection infrared optical gas sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106676A RU2675776C1 (en) | 2018-02-22 | 2018-02-22 | Explosive protection infrared optical gas sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2675776C1 true RU2675776C1 (en) | 2018-12-24 |
Family
ID=64753585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018106676A RU2675776C1 (en) | 2018-02-22 | 2018-02-22 | Explosive protection infrared optical gas sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2675776C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2596035C1 (en) * | 2015-07-06 | 2016-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр Инновационных Технологий-Плюс" | Infrared optical gas analyzer |
| RU169978U1 (en) * | 2016-08-08 | 2017-04-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | EXPLOSION-PROOF DEVICE FOR CONTROL AND MEASURING EQUIPMENT |
-
2018
- 2018-02-22 RU RU2018106676A patent/RU2675776C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2596035C1 (en) * | 2015-07-06 | 2016-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр Инновационных Технологий-Плюс" | Infrared optical gas analyzer |
| RU169978U1 (en) * | 2016-08-08 | 2017-04-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | EXPLOSION-PROOF DEVICE FOR CONTROL AND MEASURING EQUIPMENT |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS55125443A (en) | Gas detector to be used in environment of explosion danger | |
| WO2016009460A1 (en) | Photoelectric smoke sensor | |
| CN204705586U (en) | A kind of other optical sensing apparatus with explosion-resistant enclosure | |
| US8528401B2 (en) | Explosion-proof device | |
| RU2675776C1 (en) | Explosive protection infrared optical gas sensor | |
| US4797254A (en) | Protection means for a process analyzer system | |
| US4003240A (en) | Calibration device for vaporized liquids | |
| Standard | Atmosphere | |
| US11378555B2 (en) | Fluid analyzer | |
| US11852533B2 (en) | Explosion-proof and flameproof enclosure for Raman systems | |
| Darie et al. | Threshold alarm tests of electrical devices for the detection of combustible gases in domestic premises | |
| Vătavu et al. | Research on the improvement of test methods for the determination of dust penetration in enclosures of equipment intended for explosive atmospheres | |
| WO2005026695A1 (en) | Apparatus for monitoring the concentration of a gas | |
| CN113295060B (en) | Unattended vacuum stability test equipment, system and method | |
| RU35864U1 (en) | Explosion-proof pipe inspection device | |
| AU2014265625B2 (en) | In situ heated oxygen probe with intrinsically safe output | |
| Colda et al. | Method for testing compounds of explosion-proof electrical equipment with encapsulation type of protection | |
| Moldovan et al. | Aspects regarding the influence of internal explosions over the maximum surface temperature for equipment with type of protection flameproof enclosure | |
| Pupazan et al. | Tests for pressurized equipment-upgrade possibilities | |
| JPH06148126A (en) | Zirconia gas analyzer | |
| SU1245923A1 (en) | Device for calibration testing of hydrogen sulphide analyzer | |
| Rad et al. | CONSIDERATIONS ON THE TESTING OF BREATHING AND DRAINING DEVICES USED IN ELECTRICAL EQUIPMENT WITH FLAMEPROOF ENCLOSURE TYPE OF PROTECTION | |
| RO132397B1 (en) | Stand for ignition-testing small components of equipments to be used in explosive atmospheres and testing process | |
| Ghicioi et al. | NEW TOOLS FOR ASSESSMENT OF NON-ELECTRICAL EQUIPMENT INTENDED USE IN FIREDAMP UNDERGROUND MINES, RELATED TO EUROPEAN DIRECTIVE ATEX 94/9/EC, ADOPTED IN ROMANIA BY GOVERNMENT DECISION NO. 752/2004 | |
| RAD et al. | REQUIREMENTS FOR TESTING AND VERIFICATION FOR BREATHING AND DRAINING DEVICES. |