RU2785604C1 - Method for monitoring the residual operating life of an insulating gas mask with chemically bonded oxygen and apparatus for implementation thereof - Google Patents
Method for monitoring the residual operating life of an insulating gas mask with chemically bonded oxygen and apparatus for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785604C1 RU2785604C1 RU2022108894A RU2022108894A RU2785604C1 RU 2785604 C1 RU2785604 C1 RU 2785604C1 RU 2022108894 A RU2022108894 A RU 2022108894A RU 2022108894 A RU2022108894 A RU 2022108894A RU 2785604 C1 RU2785604 C1 RU 2785604C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impeller
- breathing
- flow rate
- mixture
- respiratory
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 17
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 17
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 claims abstract description 65
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 59
- 230000000241 respiratory Effects 0.000 claims abstract description 49
- 230000001172 regenerating Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 26
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 24
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 11
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 9
- 210000003165 Abomasum Anatomy 0.000 claims description 7
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 230000035812 respiration Effects 0.000 claims description 3
- 230000036387 respiratory rate Effects 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective Effects 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 2
- 210000000056 organs Anatomy 0.000 abstract 1
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 5
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 229920002574 CR-39 Polymers 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102200144332 KRT28 A62V Human genes 0.000 description 1
- 210000004072 Lung Anatomy 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking Effects 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000002685 pulmonary Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Изобретение относится к измерительной технике, предназначенной для использования в средствах индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) с химически связанным кислородом.The invention relates to measuring equipment intended for use in personal respiratory protection equipment (PPE) with chemically bound oxygen.
Уровень техникиState of the art
В состав всех изолирующих СИЗОД (известных также под названиями: изолирующий противогаз, автономный дыхательный аппарат, респиратор и самоспасатель) с химически связанным кислородом входят: регенеративный патрон с источником запаса кислорода в виде регенеративного продукта (химического вещества), дыхательный мешок для компенсации колебаний дыхательной смеси при подаче или потреблении, дыхательный шланг (трубка) и лицевая часть, исполнение которой может быть различным: маска, полумаска, капюшон, загубник и др.The composition of all insulating RPE (also known as: insulating gas mask, self-contained breathing apparatus, respirator and self-rescuer) with chemically bound oxygen includes: a regenerative cartridge with an oxygen supply source in the form of a regenerative product (chemical), a breathing bag to compensate for fluctuations in the breathing mixture when serving or consuming, a breathing hose (tube) and a front part, the execution of which can be different: mask, half mask, hood, mouthpiece, etc.
В регенеративном патроне происходит регенерация газовоздушной дыхательной смеси (сокращенно - ГДС) за счет поглощения химическим веществом из выдыхаемой ГДС диоксида углерода и паров воды и выделения в нее кислорода. Скорость расходования химического вещества в регенеративном патроне зависит от многих факторов, что вызывает трудности точного определения остаточного ресурса защитного действия изолирующего средства.In the regenerative cartridge, the gas-air respiratory mixture (abbreviated as GDS) is regenerated due to the absorption of carbon dioxide and water vapor by the chemical substance from the exhaled GDS and the release of oxygen into it. The rate of consumption of a chemical in a regenerative cartridge depends on many factors, which makes it difficult to accurately determine the residual resource of the protective action of the insulating agent.
Известен способ контроля отработки регенеративного патрона, заключающийся в установке крыльчатки газового счетчика в трубке, приклеенной к дыхательному мешку в месте монтажа клапана избыточного давления, и измерении выделенной газовоздушной смеси (расхода) до момента достижения установленных предельных значений (см. патент RU 2757981, МПК: А62В 7/08, опубл. 25.10.2021).There is a known method for controlling the exhaustion of a regenerative cartridge, which consists in installing a gas meter impeller in a tube glued to the breathing bag at the place where the overpressure valve is installed, and measuring the released gas-air mixture (flow rate) until the established limit values are reached (see patent RU 2757981, IPC: А62В 7/08, published 10/25/2021).
Известный способ основан на том, что набегающий поток воздуха, стравливаемой через клапан избыточного давления газовоздушной смеси, вращает крыльчатку, угловая скорость которой пропорциональна скорости потока, а значит -расходу. Подсчитывая число оборотов крыльчатки, вычисляют объемный расход проходящей через крыльчатку дыхательной смеси, который регистрируют нарастающим итогом и сравнивают с предельной номинальной величиной объема, рассчитанной, исходя из массы химического вещества регенеративного патрона. По достижении расходом предельной величины, прибор издает звуковой, световой или другой сигнал. При этом предполагается, что объемная скорость газовоздушной смеси через клапан избыточного давления будет изменяться в соответствии с интенсивностью процесса регенерации выдыхаемого воздуха и интенсивностью дыхания.The known method is based on the fact that the oncoming air flow, bled through the overpressure valve of the gas-air mixture, rotates the impeller, the angular velocity of which is proportional to the flow rate, and hence to the flow rate. By counting the number of revolutions of the impeller, the volume flow rate of the breathing mixture passing through the impeller is calculated, which is recorded on an accrual basis and compared with the maximum nominal volume value calculated from the mass of the chemical of the regenerative cartridge. When the flow rate reaches the limit value, the device emits a sound, light or other signal. In this case, it is assumed that the volumetric velocity of the gas-air mixture through the excess pressure valve will change in accordance with the intensity of the exhaled air regeneration process and the intensity of breathing.
Подобный способ контроля ресурса регенеративного патрона используется в устройствах по патентам SU 1789231, опубл. 23.01.93 и SU 193932, опубл. 13.03.67.A similar method for controlling the resource of a regenerative cartridge is used in devices according to patents SU 1789231, publ. 01/23/93 and SU 193932, publ. 03/13/67.
К недостаткам этого способа следует отнести невысокую точность показаний остаточного ресурса, обусловленную тем, что при низких нагрузках и низкой интенсивности дыхания зачастую не образуется избыточного давления, необходимого для срабатывания клапана, а значит, прибор не фиксирует расхода. Кроме того, этот способ не учитывает зависимость объемного расхода от температуры дыхательной смеси и потери в пути движения дыхательной смеси.The disadvantages of this method include the low accuracy of readings of the residual resource, due to the fact that at low loads and low breathing intensity, there is often no excess pressure necessary to operate the valve, which means that the device does not record the flow rate. In addition, this method does not take into account the dependence of the volume flow on the temperature of the respiratory mixture and the loss in the path of the respiratory mixture.
Известен способ оценки остаточного ресурса работы СИЗОД с химически связанным кислородом, реализуемый устройством по патенту RU 180899 U1, опубликованном 19.06.2018, МПК: А62В 7/08. Способ включает размещение расходомера в магистрали дыхания между теплообменником и патроном, измерение расхода дыхательной смеси, вычисление остаточного ресурса работы СИЗОД и его визуализацию на дисплее прибора.There is a known method for assessing the residual life of RPE with chemically bound oxygen, implemented by the device according to patent RU 180899 U1, published on 06/19/2018, IPC:
Существенным недостатком такого способа является использование в качестве расходомера датчика дифференциального давления, что не позволяет обеспечить высокую точность показаний в широком диапазоне интенсивности использования дыхательного аппарата.A significant disadvantage of this method is the use of a differential pressure sensor as a flow meter, which does not allow for high accuracy of readings in a wide range of breathing apparatus use intensity.
Как правило, все известные датчики давления «настроены» на узкий диапазон измерений: либо на восприятие больших перепадов давления, либо на работу в условиях малых скачков давления. Настроить датчик давления для измерений с высокой точностью в широком диапазоне практически невозможно.As a rule, all known pressure sensors are "tuned" to a narrow measurement range: either to perceive large pressure drops, or to work in conditions of small pressure jumps. It is almost impossible to set up a pressure sensor for measurements with high accuracy over a wide range.
Зачастую эту проблему решают тем, что в расчетах используют фиксированную величину расхода при низкой интенсивности использования, например, взятую из нормативных документов. Однако это ведет к неточности получаемых результатов.Often this problem is solved by using a fixed flow rate at low intensity of use, for example, taken from regulatory documents, in the calculations. However, this leads to inaccurate results.
Кроме того, датчики давления чувствительны к температуре и влажности, что ведет к росту погрешности измерений, а также создают сопротивление дыханию, вследствие использования элементов сужения потока, что повышает нагрузку на пользователя аппарата и способствует увеличению расхода ГДС. В некоторых случаях для снижения последствий сопротивления в канал дыхания устанавливают нагнетатель, однако это усложняет конструкцию дыхательного аппарата и увеличивает его вес, что также повышает нагрузку на человека.In addition, pressure sensors are sensitive to temperature and humidity, which leads to an increase in measurement errors, and also creates breathing resistance due to the use of flow constriction elements, which increases the burden on the user of the apparatus and contributes to an increase in the consumption of GDS. In some cases, to reduce the effects of resistance, a blower is installed in the breathing channel, but this complicates the design of the breathing apparatus and increases its weight, which also increases the load on the person.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого способа контроля остаточного ресурса изолирующего противогаза принят способ, реализуемый посредством устройства контроля, входящего в состав респиратора с химически связанным кислородом, патент на изобретение RU 2001645, МПК: А62В 7/08, опубл. 24.12.1991. Как и предлагаемый, известный способ реализуется с использованием крыльчатки, размещенной на пути потока дыхательной смеси, и включает непрерывный подсчет числа оборотов крыльчатки и вычисление объемного расхода дыхательной смеси, прошедшей через крыльчатку, вычисление остаточного ресурса путем сравнения величины объемного расхода дыхательной смеси с номинальным предельным значением объема, рассчитанным исходя из массы химического вещества в регенеративном патроне, и индикацию остаточного ресурса,As the closest analogue for the proposed method for controlling the residual resource of an insulating gas mask, a method implemented by means of a control device that is part of a respirator with chemically bound oxygen, a patent for an invention RU 2001645, IPC:
Однако в известном способе не учитывается тот факт, что расходомер с крыльчаткой относится к объемным расходомерам и его показания существенно зависят от температуры дыхательной смеси, контроль которой в известном способе не осуществляется, что ведет к погрешности показаний. Кроме того, размещение крыльчатки на выходе клапана избыточного давления ведет к погрешности измерений при легких нагрузках и низкой интенсивности дыхания.However, the known method does not take into account the fact that the flow meter with an impeller refers to volume flow meters and its readings depend significantly on the temperature of the respiratory mixture, which is not controlled in the known method, which leads to an error in the readings. In addition, placing the impeller at the outlet of the overpressure valve leads to measurement errors at light loads and low breathing rates.
Известен прибор оценки остаточного ресурса работы СИЗОД с химически связанным кислородом, содержащий сужающее устройство, встроенное в магистраль дыхания, датчик дифференциального давления для измерения перепада давления в сужающем устройстве, выносной блок с элементом питания, микроконтроллером для считывания и обработки данных, поступающих с датчика дифференциального давления, и дисплей для отображения информации об остаточном ресурсе работы СИЗОД (патент RU 180599 U1, МПК: А62В 7/08, опубл. 19.06.2018).A known device for evaluating the residual life of RPE with chemically bound oxygen, containing a constriction device built into the breathing line, a differential pressure sensor for measuring the pressure drop in the constriction device, a remote unit with a battery, a microcontroller for reading and processing data from the differential pressure sensor , and a display for displaying information about the residual life of the RPE (patent RU 180599 U1, IPC: А62В 7/08, publ. 06/19/2018).
Существенным недостатком известного прибора является то, что он не позволяет с высокой точностью определить истощение ресурса в условиях широкого диапазона интенсивности использования СИЗОД, что обусловлено использованием датчика давления. При этом, как отмечалось выше, датчики давления включают элементы сужения потока, создающие сопротивление дыханию, что повышает нагрузку на пользователя и способствует повышенному расходу ГДС. Кроме того, датчики давления содержат полупроводниковые элементы, чувствительные к температуре и влаге, попадание которой не исключено при дыхании и может привести к снижению чувствительности датчика и увеличению погрешности измерений.A significant disadvantage of the known device is that it does not allow to determine the depletion of the resource with high accuracy in a wide range of RPE use intensity, which is due to the use of a pressure sensor. At the same time, as noted above, pressure sensors include flow constriction elements that create breathing resistance, which increases the load on the user and contributes to an increased consumption of GDS. In addition, pressure sensors contain semiconductor elements that are sensitive to temperature and moisture, the ingress of which is not excluded during breathing and can lead to a decrease in the sensitivity of the sensor and an increase in measurement errors.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого устройства контроля остаточного ресурса изолирующего противогаза с химически связанным кислородом, по наличию сходных конструктивных признаков, принято устройство, использованное для контроля остаточного ресурса в респираторе с химически связанным кислородом, см. патент на изобретение RU 2001645, МПК: А62В 7/08, опубл. 24.12.1991 г. As the closest analogue for the claimed device for monitoring the residual resource of an insulating gas mask with chemically bound oxygen, by the presence of similar design features, a device used to control the residual resource in a respirator with chemically bound oxygen, see patent for invention RU 2001645, IPC: A62B 7/08, publ. December 24, 1991
Известное устройство контроля, как и заявляемое, содержит крыльчатку, измерительную схему, блок обработки результатов измерений, осуществляющий вычисление объемного расхода дыхательной смеси и определение остаточного ресурса, связанный с ним блок индикации остаточного ресурса, а также источник питания, без которого невозможна работа устройства.The known control device, as claimed, contains an impeller, a measuring circuit, a measurement results processing unit that calculates the volumetric flow rate of the respiratory mixture and determines the residual resource, the residual resource indicator unit associated with it, and a power source, without which the device cannot operate.
В ближайшем аналоге крыльчатка установлена на выходе клапана избыточного давления, что является причиной низкой чувствительности известного устройства при невысоких нагрузках, и как следствие - низкой точности показаний остаточного ресурса.In the closest analogue, the impeller is installed at the outlet of the overpressure valve, which is the reason for the low sensitivity of the known device at low loads, and as a result, the low accuracy of residual resource readings.
Решаемой изобретением проблемой является разработка способа контроля остаточного ресурса (времени защитного действия) изолирующего противогаза с химически связанным кислородом, обеспечивающего высокую точность показаний в условиях изменения интенсивности дыхания в широком диапазоне, а также создание простого и компактного устройства, обеспечивающего реализацию этого способа.The problem to be solved by the invention is the development of a method for monitoring the residual resource (protective action time) of an insulating gas mask with chemically bound oxygen, which provides high accuracy of readings under conditions of a wide range of respiratory intensity changes, as well as the creation of a simple and compact device that ensures the implementation of this method.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого изобретения, является повышение точности определения остаточного ресурса изолирующего противогаза в условиях широкого диапазона изменения интенсивности дыхания.The technical result achieved by using the proposed invention is to increase the accuracy of determining the residual resource of an insulating gas mask under conditions of a wide range of changes in breathing intensity.
При этом обеспечена компактность устройства, удобство и простота его установки в СИЗОД различных конструкций.At the same time, the compactness of the device, the convenience and simplicity of its installation in RPE of various designs are ensured.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Решение вышеупомянутой технической проблемы достигается благодаря тому, что в предлагаемом способе контроля остаточного ресурса изолирующего противогаза с химически связанным кислородом, реализуемом с использованием крыльчатки, размещенной на пути потока дыхательной смеси, включающем непрерывный подсчет числа оборотов крыльчатки и вычисление объемного расхода дыхательной смеси, прошедшей через крыльчатку, вычисление остаточного ресурса путем сравнения величины объемного расхода дыхательной смеси с номинальным предельным значением объема, рассчитанным исходя из массы химического вещества в регенеративном патроне противогаза, и индикацию остаточного ресурса, согласно заявляемому изобретению, крыльчатку размещают в дыхательной линии между дыхательным шлангом и лицевой частью противогаза и осуществляют измерение температуры дыхательной смеси при ее проходе через крыльчатку, вычисление объемного расхода дыхательной смеси выполняют с учетом измеренной температуры, при этом из расчетов исключают обороты крыльчатки, совершенные по инерции при смене направления движения дыхательной смеси, предварительно вычислениям остаточного ресурса определяют интенсивность дыхания, а вычисление величины остаточного ресурса осуществляют с учетом нелинейной зависимости расхода от интенсивности дыхания.The solution to the above technical problem is achieved due to the fact that in the proposed method for monitoring the residual resource of an insulating gas mask with chemically bound oxygen, implemented using an impeller placed in the path of the respiratory mixture flow, including continuous counting of the impeller revolutions and calculation of the volume flow rate of the respiratory mixture passed through the impeller , calculating the residual resource by comparing the volumetric flow rate of the respiratory mixture with the nominal limit value of the volume, calculated based on the mass of the chemical in the regenerative cartridge of the gas mask, and indicating the residual resource, according to the claimed invention, the impeller is placed in the respiratory line between the respiratory hose and the front part of the gas mask and the temperature of the respiratory mixture is measured as it passes through the impeller, the calculation of the volumetric flow rate of the respiratory mixture is performed taking into account the measured temperature, while excluding the impeller revolutions made due to inertia when the direction of movement of the respiratory mixture is changed, the respiratory intensity is determined by preliminary calculations of the residual resource, and the calculation of the residual resource is carried out taking into account the nonlinear dependence of the flow rate on the respiratory intensity.
Решение упомянутой технической проблемы достигается и в предлагаемом устройстве контроля остаточного ресурса изолирующего противогаза с химически связанным кислородом, содержащем источник питания, крыльчатку, измерительную схему, блок обработки результатов измерений, осуществляющий вычисление объемного расхода дыхательной смеси и вычисление остаточного ресурса, и связанный с ним блок индикации остаточного ресурса. Согласно заявляемому изобретению, устройство снабжено термистором, размещенным вместе с крыльчаткой в дыхательной линии между дыхательным шлангом и лицевой частью противогаза, измерительная схема включает датчики, преобразующие обороты крыльчатки и температуру дыхательной смеси в электрические сигналы, подаваемые на блок обработки результатов измерений, который выполнен в виде программируемого логического контроллера, реализующего алгоритм измерений оборотов крыльчатки и температуры дыхательной смеси и осуществляющего вычисление объемного расхода дыхательной смеси с учетом измеренной температуры, инерции крыльчатки при смене направления движения дыхательной смеси и интенсивности дыхания, при этом источник питания подключен к контроллеру и измерительной схеме через блок активации.The solution to the mentioned technical problem is also achieved in the proposed device for monitoring the residual life of an insulating gas mask with chemically bound oxygen, containing a power source, an impeller, a measuring circuit, a measurement results processing unit that calculates the volumetric flow rate of the respiratory mixture and calculates the residual life, and an associated display unit residual resource. According to the claimed invention, the device is equipped with a thermistor placed together with an impeller in the breathing line between the breathing hose and the front part of the gas mask, the measuring circuit includes sensors that convert the speed of the impeller and the temperature of the respiratory mixture into electrical signals supplied to the measurement results processing unit, which is made in the form programmable logic controller that implements the algorithm for measuring the impeller speed and the temperature of the respiratory mixture and calculates the volumetric flow rate of the respiratory mixture, taking into account the measured temperature, the inertia of the impeller when changing the direction of movement of the respiratory mixture and the intensity of breathing, while the power source is connected to the controller and the measuring circuit through the activation unit .
Поясним использованные в описании термины и сокращения.Let us explain the terms and abbreviations used in the description.
ГДС - газовоздушная (газовая) дыхательная смесь, она же дыхательная смесь, смесь газов и паров воды, используемая для дыхания.GDS - gas-air (gas) respiratory mixture, it is also a respiratory mixture, a mixture of gases and water vapor used for breathing.
Номинал или номинальное значение - предельно допустимое, как правило, расчетное значение параметра. В предлагаемом решении - это максимальный объем газовоздушной дыхательной смеси, который можно получить из химического вещества, помещенного в регенеративный патрон изолирующего противогаза.Nominal or nominal value - the maximum allowable, as a rule, the calculated value of the parameter. In the proposed solution, this is the maximum volume of gas-air breathing mixture that can be obtained from a chemical placed in a regenerative cartridge of an insulating gas mask.
Объемный расход - объем вещества, проходящего через данное сечение трубопровода в единицу времени.Volumetric flow - the volume of a substance passing through a given section of the pipeline per unit of time.
Термистор (он же терморезистор) - полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого существенно убывает или возрастает с ростом температуры.Thermistor (aka thermistor) is a semiconductor resistor, the electrical resistance of which decreases or increases significantly with increasing temperature.
Одним существенным отличием предлагаемого технического решения от ближайшего аналога является размещение крыльчатки в дыхательной линии, соединяющей регенеративный патрон с лицевой частью противогаза, непосредственно у лицевой части (маски, загубника и т.д.), что позволяет учесть весь потребляемый для дыхания объем газовоздушной дыхательной смеси.One significant difference between the proposed technical solution and the closest analogue is the placement of the impeller in the breathing line connecting the regenerative cartridge with the front part of the gas mask, directly at the front part (mask, mouthpiece, etc.), which allows you to take into account the entire volume of gas-air breathing mixture consumed for breathing .
При этом размещенная в дыхательной линии крыльчатка свободно вращается в подшипниках скольжения, практически не оказывает сопротивления воздушному потоку и не создает дополнительной нагрузки при дыхании. Кроме того, в отличие от датчиков давления, крыльчатка не подвержена влиянию влажности и температуры.At the same time, the impeller placed in the breathing line rotates freely in plain bearings, practically does not resist the air flow and does not create additional breathing load. In addition, unlike pressure sensors, the impeller is not affected by humidity and temperature.
Другим существенным отличием является непрерывный контроль температуры дыхательной смеси, проходящей через крыльчатку, данные измерения которой используют при вычислении расхода, что позволяет учесть существующую зависимость объемного расхода ГДС от температуры.Another significant difference is the continuous monitoring of the temperature of the breathing mixture passing through the impeller, the measurement data of which are used in the calculation of the flow rate, which allows taking into account the existing dependence of the GDS volumetric flow rate on temperature.
Вычисление объемного расхода дыхательной смеси выполняют с учетом измеренной температуры, при этом из расчетов исключают обороты крыльчатки, совершенные по инерции при смене направления движения дыхательной смеси, между вдохом и выдохом. Предварительно вычислениям остаточного ресурса определяют интенсивность дыхания, и вычисление величины остаточного ресурса осуществляют с учетом нелинейной зависимости расхода от интенсивности дыхания.Calculation of the volumetric flow rate of the respiratory mixture is performed taking into account the measured temperature, while the impeller revolutions made by inertia when changing the direction of movement of the respiratory mixture between inhalation and exhalation are excluded from the calculations. Preliminary calculations of the residual resource determine the intensity of breathing, and the calculation of the value of the residual resource is carried out taking into account the non-linear dependence of the flow rate on the intensity of breathing.
В совокупности все вышеупомянутые отличительные признаки позволяют добиться высокой точности показаний остаточного ресурса изолирующего противогаза, оставшегося времени его защитного действия, вне независимости от интенсивности использования.Taken together, all the above-mentioned distinguishing features make it possible to achieve high accuracy of readings of the residual life of the insulating gas mask, the remaining time of its protective action, regardless of the intensity of use.
Для измерения температуры используют, предпочтительно, малогабаритный термистор, который размещают вблизи крыльчатки в канале дыхания.For temperature measurement, preferably a small thermistor is used, which is placed near the impeller in the breathing channel.
Выполнение всех операций способа обеспечено использованием в качестве блока обработки результатов измерений цифрового вычислительного устройства, например, программируемого логического контроллера, реализующего алгоритм измерений и вычислений.The execution of all operations of the method is ensured by using a digital computing device as a block for processing the measurement results, for example, a programmable logic controller that implements the measurement and calculation algorithm.
Снятие показаний с датчиков, преобразующих обороты крыльчатки и температуру дыхательной смеси в электрические сигналы, осуществляют с фиксированной частотой, составляющей для крыльчатки не менее трехкратной максимальной частоты дыхания, а для датчика температуры - не менее чем в 10 раз чаще снятия показаний с крыльчатки. При этом в расчетах объемного расхода используют среднюю температуру, определенную за период между снятиями показаний с крыльчатки.Readings from the sensors that convert the impeller speed and the temperature of the respiratory mixture into electrical signals are carried out at a fixed frequency, which for the impeller is at least three times the maximum respiratory rate, and for the temperature sensor - at least 10 times more often than readings from the impeller. In this case, the volume flow calculations use the average temperature determined over the period between readings from the impeller.
Интенсивность дыхания может быть определена на основании скользящего среднего для нескольких, например, трех-четырех, последних вычисленных значений объемного расхода дыхательной смеси.The respiration rate can be determined based on a moving average of several, eg, three or four, of the most recently calculated gas volume flow rates.
Индикацию остаточного ресурса, выраженного в процентном виде, осуществляют, предпочтительно, посредством светодиодной шкалы, состоящей из цветных элементов, каждому из которых соответствует равное процентное количество ресурса. В частности, это может быть линейка светодиодов, состоящая из десяти цветных элементов красного, желтого и зеленого цветов, каждому из которых соответствует 10% ресурса.The indication of the remaining resource, expressed as a percentage, is carried out, preferably, by means of an LED scale consisting of colored elements, each of which corresponds to an equal percentage of the resource. In particular, it can be a line of LEDs, consisting of ten colored elements of red, yellow and green colors, each of which corresponds to 10% of the resource.
Предпочтительно, все составляющие элементы устройства размещены в общем корпусе, выполненном с трубчатой полостью для размещения крыльчатки и термистора, встраиваемой в дыхательную линию между дыхательным шлангом и лицевой частью противогаза. Остальные элементы устройства: источник питания, блок обработки и блок индикации, располагаются снаружи полости. В корпусе может быть предусмотрена возможность размещения теплообменника и присоединения загубника.Preferably, all the constituent elements of the device are placed in a common housing, made with a tubular cavity for accommodating the impeller and thermistor, built into the breathing line between the breathing hose and the face of the gas mask. The remaining elements of the device: power supply, processing unit and display unit, are located outside the cavity. The housing may provide for the possibility of placing a heat exchanger and attaching a mouthpiece.
Такое устройство отличается высокой компактностью и может быть достаточно легко и просто встроено в дыхательную линию изолирующего противогаза любой конструкции.Such a device is highly compact and can be quite easily and simply built into the breathing line of an insulating gas mask of any design.
Благодаря тому, что источник питания подключен к контроллеру и измерительной схеме через блок активации, исключается вероятность разрядки источника питания в процессе хранения противогаза.Due to the fact that the power source is connected to the controller and the measuring circuit through the activation unit, the possibility of discharging the power source during the storage of the gas mask is eliminated.
В предпочтительном примере осуществления блок активации содержит геркон и магнит, между которыми размещена металлическая шторка (чека), удаляемая перед началом использования устройства.In a preferred embodiment, the activation block contains a reed switch and a magnet, between which is placed a metal curtain (check), which is removed before using the device.
В качестве источника питания может быть использован литиевый элемент.A lithium cell can be used as a power source.
Сущность заявляемого способа поясняется на примере работы устройства контроля остаточного ресурса изолирующего противогаза с химически связанным кислородом (далее - устройство контроля), а также чертежами и другими графическими материалами, на которых изображены:The essence of the proposed method is illustrated by the example of the operation of the device for monitoring the residual life of an insulating gas mask with chemically bound oxygen (hereinafter referred to as the control device), as well as drawings and other graphic materials, which show:
На фиг. 1 - пример общего вида изолирующего противогаза (самоспасателя) до и после встраивания в его конструкцию предлагаемого устройства контроля;In FIG. 1 - an example of a general view of an insulating gas mask (self-rescuer) before and after embedding the proposed control device in its design;
На фиг. 2 - структурная схема устройства контроля;In FIG. 2 - block diagram of the control device;
На фиг. 3 - возможный пример конструктивного исполнения корпуса устройства, изометрия, продольное сечение;In FIG. 3 - a possible example of the design of the device housing, isometry, longitudinal section;
На фиг. 4 пример исполнения блока чувствительных элементов;In FIG. 4 example of execution of the block of sensitive elements;
На фиг. 5 - схема преобразования сопротивления термистора в электрический сигнал;In FIG. 5 - circuit for converting the resistance of the thermistor into an electrical signal;
На фиг. 6 - блок активации устройства;In FIG. 6 - device activation block;
На фиг. 7 упрощенная структура алгоритма работы микроконтроллера;In FIG. 7 simplified structure of the microcontroller operation algorithm;
На фиг. 8 - фрагмент кода алгоритма отсечки инерционного вращения крыльчатки;In FIG. 8 - a fragment of the code of the algorithm for cutting off the inertial rotation of the impeller;
На фиг. 9 - пример работы алгоритма отсечки инерционного вращения крыльчатки;In FIG. 9 - an example of the operation of the algorithm for cutting off the inertial rotation of the impeller;
На фиг. 10 - график зависимости ресурса самоспасателя от нагрузки (интенсивности использования), демонстрирующий нелинейность этой зависимости.In FIG. 10 is a graph of the dependence of the life of the self-rescuer on the load (intensity of use), demonstrating the nonlinearity of this dependence.
Для шахтеров, работа которых ведется в среде с возможной опасной концентрацией газов, разработаны упрощенные изолирующие противогазы уменьшенного веса и с загубником вместо маски, так называемые самоспасатели шахтные (далее самоспасатель). Как и любой другой изолирующий противогаз, самоспасатель (СШ) включает, см. фиг. 1: регенерирующий патрон (а) с запасом химического вещества, дыхательный мешок (b), дыхательный шланг (с) и лицевую часть (d), состоящую в случае самоспасателя из загубника и очков.For miners whose work is carried out in an environment with a possible dangerous concentration of gases, simplified insulating gas masks of reduced weight and with a mouthpiece instead of a mask, the so-called mine self-rescuers (hereinafter self-rescuer), have been developed. Like any other insulating gas mask, the self-rescuer (SS) includes, see Fig. 1: regenerating cartridge (a) with chemical supply, breathing bag (b), breathing hose (c) and front part (d), consisting in the case of a self-rescuer of a mouthpiece and goggles.
Номинальное время работы в таком самоспасателе, рассчитанное для нормальных условий, составляет от 30 до 60 минут в зависимости от модели. В реальных условиях использования время защитного действия самоспасателя может изменяться в значительных пределах. Известно, что диапазон расхода ГДС, в зависимости от интенсивности дыхания рабочего, составляет от 10 л/мин в спокойном режиме до 70 л/мин, когда человек бежит. В связи с этим важным является точное понимание оставшегося времени защитного действия самоспасателя, что необходимо для возможности принятия правильного решения о покидании опасной зоны. Для этих целей в самоспасатель может быть встроено предлагаемое устройство контроля 1 (см. фиг. 1).The nominal operating time in such a self-rescuer, calculated for normal conditions, is from 30 to 60 minutes, depending on the model. In real conditions of use, the time of the protective action of the self-rescuer can vary significantly. It is known that the range of GDS flow rate, depending on the worker's breathing intensity, ranges from 10 l/min in quiet mode to 70 l/min when a person is running. In this regard, it is important to accurately understand the remaining time of the protective action of the self-rescuer, which is necessary to be able to make the right decision to leave the danger zone. For these purposes, the proposed control device 1 (see Fig. 1) can be built into the self-rescuer.
На фиг. 2 приведена структурная схема предлагаемого устройства контроля остаточного ресурса изолирующего противогаза. Устройство контроля 1 включает следующие функциональные блоки: размещенный в дыхательной линии L блок 2 чувствительных элементов, предназначенных для измерения параметров потока дыхательной смеси, измерительную схему 3, программируемый логический микроконтроллер 4, реализующий алгоритм измерений и вычислений, блок индикации 5, источник питания 6, например литиевый элемент, и блок активации 7.In FIG. 2 shows a block diagram of the proposed device for monitoring the residual life of an insulating gas mask. The
Блок 2 состоит из двух чувствительных элементов: крыльчатки 8 для измерения скорости потока и малогабаритного термистора 9 для измерения температуры потока.
Источник питания 6 предназначен для обеспечения электронной схемы электрической энергией с требуемыми параметрами. Между источником питания 6 и микроконтроллером 4 установлен источник опорного напряжения (ИОН) 10 для преобразования исходного напряжения источника 6 в стабилизированное напряжение требуемой величины, что необходимо для корректной работы аналоговой части, используемой для измерения температуры.The
Все блоки размещены в общем корпусе 11 (см. фиг. 3), выполненном с внутренней трубчатой полостью 12 для размещения крыльчатки и термистора (блок 2) и окном 13, за которым размещен блок индикации 5. За исключением блока 2, все остальные составляющие элементы устройства контроля размещены с внешней стороны полости 12.All blocks are placed in a common housing 11 (see Fig. 3), made with an internal
С одной стороны к корпусу 11 подключается дыхательный шланг (с), а с другой стороны - загубник 14, при этом в корпусе предусмотрено место 15 для теплообменника, как правило, размещаемого на входе лицевой части.On the one hand, a breathing hose (c) is connected to the
Как видно из приведенных примеров, устройство контроля 1 очень компактно и может быть легко и просто встроено в дыхательную линию изолирующих противогазов различных моделей, независимо от их конструктивного исполнения. При этом полость 12 корпуса 11 образует участок дыхательной линии L, по которой перемещается дыхательная смесь.As can be seen from the above examples, the
Пример выполнения блока 2 показан на фиг. 4. Ось крыльчатки 8 установлена на подшипниках скольжения, что обеспечивает минимальные потери на трение и высокую чувствительность даже к малым потокам ГДС. Термистор 9, благодаря своим малым размерам, обеспечивает высокую скорость реакции на изменение температуры. Чувствительные элементы устанавливаются в непосредственной близости друг от друга, чтобы приведение объемного расхода к номинальной температуре выполнялось с максимальной точностью.An example of execution of
Измерительная схема 3 состоит из двух функциональных узлов, обеспечивающих преобразование вращения крыльчатки 8 в электрический сигнал и преобразование сопротивления термистора 9 в электрический сигнал.Measuring
Узел преобразования вращения крыльчатки 8 в электрический сигнал может быть выполнен в виде фотоэлектрического датчика, включающего излучающий светодиод и принимающий фотодиод, расположенные друг напротив друга в одной плоскости с осью крыльчатки 8 и параллельно ей. Проходящий через блок 2 поток дыхательной смеси заставляет вращаться крыльчатку 8. При вращении крыльчатки ее лопасти периодически перекрывают луч инфракрасного излучения, создаваемый светодиодом. Фотодиод регистрирует прерывистое излучение и преобразует его в электрический сигнал, частота которого пропорциональна скорости вращения крыльчатки 8. Этот сигнал поступает на вывод микроконтроллера 4 для дальнейшей обработки.The unit for converting the rotation of the
Узел преобразования сопротивления термистора 9 в электрический сигнал может быть выполнен на базе делителя напряжения R1 и R2 (см. фиг. 5). Делитель подключен к источнику стабилизированного напряжения (+Uстаб). В нижнем плече делителя включен термистор R2, с которого снимается электрический сигнал, пропорциональный температуре дыхательной смеси. Полученный сигнал подается на не инвертирующий вход операционного усилителя DA1, включенного по схеме повторителя напряжения. Выходной сигнал операционного усилителя проходит через фильтр низких частот (R4 и С1) и поступает на вывод микроконтроллера 4 для дальнейшей обработки.The unit for converting the resistance of the
Блок индикации 5 в приведенном примере включает десять цветных светодиодов: два красных, три желтых и пять зеленых, расположенных на печатной плате с определенным шагом, так чтобы образовалась визуальная шкала. Каждому светодиоду соответствует 10% ресурса самоспасателя. На шкалу выводится остаточное значение ресурса самоспасателя в процентах.The
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
При вскрытии самоспасателя и отбрасывании крышки автоматически срабатывает пусковое устройство самоспасателя (на чертежах не показано) и блок активации 7 устройства контроля 1, который подключает источник питания 6 к электронной схеме устройства.When the self-rescuer is opened and the lid is thrown off, the self-rescuer starting device (not shown in the drawings) and the
Блок активации 7, предпочтительно, включает геркон 16 и магнит 17, разделенные металлической шторкой 18 (чекой) (см. фиг. 6). Геркон 16 устанавливается на печатную плату 19, а магнит 17 вклеивается в корпус 11 устройства. Между магнитом 17 и герконом 16 в корпусе 11 имеется небольшая полость 20, в которую вкладывается шторка 18, перекрывающая магнитное поле от магнита к геркону.The
На протяжении всего времени хранения СШ шторка 18 находится в полости 20, магнитное поле перекрыто, геркон 16 разомкнут.При активации самоспасателя шторка 18 выдергивается из полости 20, магнитное поле магнита 17 воздействует на геркон 16 и его контакты замыкаются, в результате чего питание поступает ко всем элементам схемы.During the entire time of storage of the SSH, the
После подключения питания микроконтроллер 4 производит инициализацию внутренней периферии и связанных с ним блоков - блока индикации 5 и измерительной схемы 3, после чего переходит к выполнению записанной в нем программы.After the power is connected, the
Основной цикл программы состоит из нескольких подпрограмм, включающих:The main program loop consists of several subroutines, including:
- подпрограмму измерения оборотов крыльчатки и напряжения на терморезисторе;- a subroutine for measuring the speed of the impeller and the voltage on the thermistor;
- подпрограмму вычисления объема и температуры ГДС, прошедшей через крыльчатку;- a subroutine for calculating the volume and temperature of the GDS that has passed through the impeller;
- подпрограмму вычисления остаточного ресурса самоспасателя;- a subroutine for calculating the residual life of the self-rescuer;
- подпрограмму индикации процентного остатка ресурса на светодиодной шкале.- a subroutine for indicating the percentage of the remaining resource on the LED scale.
На фиг. 7 представлена упрощенная структура алгоритма работы программного обеспечения микроконтроллера 4.In FIG. 7 shows a simplified structure of the
Измерение оборотов крыльчатки 8 и напряжения на терморезисторе 9 осуществляется, например, следующим образом. Угловая скорость крыльчатки 8 прямо пропорциональна скорости потока ГДС. Обороты крыльчатки 8, преобразованные фотоэлектрическим датчиком в импульсы, подаются на вход микроконтроллера 4. Микроконтроллер каждые 250 мс интегрирует зафиксированные импульсы и записывает полученное значение в переменную ni.The rotation of the
Так, как поток ГДС постоянно меняет направление, а крыльчатка 8 обладает инерцией, ее необходимо учитывать, иначе линейность датчика будет утрачена. Для отслеживания инерционного вращения крыльчатки каждое новое значение ni сравнивают с переменной, которая хранит максимальное значение импульсов ni max.Since the GDS flow is constantly changing direction, and the
Если значение ni больше ni max, то значение ni присваивается переменной ni max. В противном случае переменная ni сравнивается со значением 0,5 ⋅ ni max, и когда значение ni меньше 0,5 ⋅ ni max программа считает, что крыльчатка 8 некоторое время вращается по инерции, следовательно, значение ni исключается из расчетов. Для того чтобы включить ni обратно в расчет, программа сравнивает значение переменной ni с предыдущим значением (nilast), умноженным на 1,33.If the value of n i is greater than n i max , then the value of n i is assigned to the variable n i max . Otherwise, the variable n i is compared with the value 0.5 ⋅ n i max , and when the value n i is less than 0.5 ⋅ n i max , the program considers that the
Если значение в переменной ni превышает свое предыдущее значение в 1,33 раза и более, то программа включает переменную ni в расчет, в ином случае переменная в расчете не учитывается. На фиг. 8 представлен фрагмент кода, отвечающий за определение инерции крыльчатки. На графике фиг. 9, иллюстрирующем пример работы алгоритма, описанного выше, сплошной линией отображено значение переменной (ni), регистрируемое каждые 250 мс, а маркерами в форме окружности 21 выделены выборки переменной (ni), которые участвуют в расчете.If the value in the variable n i exceeds its previous value by 1.33 times or more, then the program includes the variable n i in the calculation, otherwise the variable is not taken into account in the calculation. In FIG. 8 shows a code fragment responsible for determining the inertia of the impeller. On the graph of Fig. 9, which illustrates an example of the operation of the algorithm described above, the solid line shows the value of the variable (n i ) recorded every 250 ms, and the markers in the form of a
Параллельно с измерением оборотов крыльчатки 8 осуществляется измерение напряжения на терморезисторе 9, которое изменяется пропорционально температуре потока ГДС, проходящего через крыльчатку. Измерение напряжения осуществляется на аппаратном уровне внутренним десятиразрядным аналого-цифровым преобразователем (далее - АЦЦ) микроконтроллера 4.In parallel with the measurement of the revolutions of the
По завершению преобразований подпрограмма, для удобства поддержания встроенного программного обеспечения, переводит единицы АЦП в милливольты по формуле:Upon completion of the conversion, the subroutine, for the convenience of maintaining the firmware, converts the ADC units to millivolts according to the formula:
где: URt - напряжение на терморезисторе, мВ;where: U Rt - voltage on the thermistor, mV;
ADCt - целочисленный результат преобразования, условные единицы;ADC t - integer conversion result, conventional units;
Urвf - опорное напряжение аналого-цифрового преобразователя.U rvf - reference voltage of the analog-to-digital converter.
После перевода условных единиц в напряжение подпрограмма выставляет флаг, который разрешает вычисление температуры. Вычисление температуры для использованного термистора выполняется по формуле:After converting arbitrary units to voltage, the subroutine sets a flag that allows temperature calculation. The temperature calculation for the used thermistor is performed using the formula:
где: t°ГДС - температура ГДС,°С; URt - напряжение на термисторе, мВ.where: t° HDS - temperature of HDS, °С; U Rt - voltage on the thermistor, mV.
Полученное значение температуры записывается в массив, который хранит десять последний значений температуры, по которым затем вычисляется ее среднее значение.The resulting temperature value is written to an array that stores the last ten temperature values, from which its average value is then calculated.
Измерение напряжения на терморезисторе 9 осуществляется как минимум, в десять раз чаще измерения числа оборотов крыльчатки 8, и в приведенном примере выполняется каждые 25 мс, что позволяет учесть быстрое изменение температуры пот ока ГДС в широком диапазоне.The voltage measurement on the
Измерение оборотов крыльчатки длится 250 мс, за это время осуществляется десять измерений температуры Так, как температура потока ГДС может существенно изменится за период между измерениями оборотов крыльчатки, необходимо знать среднюю температуру пот ока ГДС в момент этого измерения, чтобы правильно привести измеренный объемный раек од к температуре, при которой выполняются вычисления. Вычисление объемного расхода выполняется всегда, когда алгоритм отсечки инерции (фиг. 8 и 9) выставляет флаг xCalculAllowedVol в логическую единицу, который включает в расчет переменную ni.The measurement of the impeller revolutions lasts 250 ms, ten temperature measurements are made during this time. temperature at which calculations are performed. The volume flow calculation is performed whenever the inertia cutoff algorithm (FIGS. 8 and 9) sets the xCalculAllowedVol flag to a logical one, which includes the variable n i in the calculation.
Вычисление объемного расхода дыхательной смеси выполняется с учетом средней температуры ГДС, вычисления осуществляются по формуле:Calculation of the volumetric flow rate of the respiratory mixture is carried out taking into account the average temperature of the GDS, the calculations are carried out according to the formula:
где: ViГДС - объем ГДС, прошедшей через крыльчатку за одно измерение (250 мс), дм3;where: V iGDS - the volume of GDS that passed through the impeller in one measurement (250 ms), dm 3 ;
ni - кол-во импульсов крыльчатки за 250 мс;n i - number of pulses of the impeller for 250 ms;
- коэффициент тарировки, учитывающий то, что дыхательная смесь проходит через крыльчатку на вдохе и выходе, и подбираемый индивидуально для каждой крыльчатки; - calibration coefficient, which takes into account the fact that the respiratory mixture passes through the impeller on inhalation and exit, and is selected individually for each impeller;
- среднее значение температуры ГДС за одно измерение (250 мс),°С. - average value of GDS temperature for one measurement (250 ms), °C.
Вычисление остаточного ресурса защитного действия самоспасателя (изолирующего противогаза) выполняется с учетом интенсивности его использования в период между измерениями.The calculation of the residual resource of the protective action of the self-rescuer (insulating gas mask) is performed taking into account the intensity of its use in the period between measurements.
Номинальное предельное значение объема дыхательной смеси принимается и рассчитывается из условия работы самоспасателя при нагрузке средней тяжести, что согласно нормативным документам (ГОСТу 12.4.292-2015) составляет 60 мин.The nominal limit value of the volume of the breathing mixture is accepted and calculated from the operating conditions of the self-rescuer under moderate load, which, according to the regulatory documents (GOST 12.4.292-2015), is 60 min.
Согласно тому же ГОСТу, время работы само спасателя, например, самоспасателя типа ХК, при слабых нагрузках и относительном покое увеличивается относительно номинального в 3 раза, а при тяжелых нагрузках - в 3 раза снижается, из чего следует, что в режиме относительного покоя время работы составит 300% ⋅ 60 мин=180 минут; в режиме средней тяжести: 100% ⋅ 60 мин=60 минут;According to the same GOST, the operating time of a self-rescuer, for example, a self-rescuer of the XK type, at light loads and relative rest increases relative to the nominal by 3 times, and at heavy loads it decreases by 3 times, which implies that in the relative rest mode, the operating time will be 300% ⋅ 60 min = 180 minutes; in moderate mode: 100% ⋅ 60 min = 60 minutes;
и в режиме тяжелой нагрузки: 30% ⋅ 60 мин=18 минут.and in heavy load mode: 30% ⋅ 60 min = 18 minutes.
Зная время работы и легочную вентиляцию на каждом режиме, можно вычислить, номинальный расчетный ресурс самоспасателя для разных нагрузок.Knowing the operating time and pulmonary ventilation in each mode, it is possible to calculate the nominal design life of the self-rescuer for different loads.
Для режима относительного покоя он составит 180 мин ⋅ 10 дм3/мин=1800 дм3;For the relative rest mode, it will be 180 min ⋅ 10 dm 3 / min = 1800 dm 3 ;
Для режима средней тяжести: 60 мин ⋅ 35 дм3/мин=2100 дм3;For moderate mode: 60 min ⋅ 35 dm 3 / min = 2100 dm 3 ;
Для режима тяжелой нагрузки этот объем составит 18 мин ⋅ 70 дм3/мин=1260 дм3.For a heavy load mode, this volume will be 18 min ⋅ 70 dm 3 /min = 1260 dm 3 .
По указанным точкам строится график зависимости ресурса самоспасателя от нагрузки. Эта зависимость нелинейна (см. фиг. 10), что затрудняет определение оставшегося ресурса самоспасателя при смешанном (реальном) дыхании.According to the specified points, a graph of the dependence of the life of the self-rescuer on the load is built. This dependence is non-linear (see Fig. 10), which makes it difficult to determine the remaining resource of the self-rescuer with mixed (real) breathing.
Для того чтобы определить остаточный ресурс самоспасателя в любой момент времени, независимо от режима работы, приводят полученное значение объемного расхода к одному уровню с номинальным предельным значением путем умножения на весовой коэффициент, учитывающий нелинейность ресурса самоспасателя в разных режимах.In order to determine the residual life of the self-rescuer at any time, regardless of the operating mode, the resulting value of the volume flow is brought to the same level with the nominal limit value by multiplying by a weighting factor that takes into account the non-linearity of the life of the self-rescuer in different modes.
В программе устройства описанный выше алгоритм реализован следующим образом. Каждые четыре измерения Vi ГДС суммируются, и получается объем Vsec ГДС прошедший через устройство за 1 секунду (4 измерения через 250 мс).In the device program, the algorithm described above is implemented as follows. Every four measurements V i of the HDS are summed up, and the volume V sec of the HDS passed through the device in 1 second (4 measurements in 250 ms) is obtained.
По значению объема Vsec ГДС судят об интенсивности дыхания в самоспасателе и используют его для вычисления весового коэффициента, осуществляемого по формуле:According to the value of the volume V sec of the GDS , the intensity of breathing in the self-rescuer is judged and it is used to calculate the weighting coefficient, carried out according to the formula:
где RsecГДС - объем ГДС прошедший через крыльчатку за 1 секунду, дм3;where R secGDS - volume of GDS passed through the impeller in 1 second, dm 3 ;
a1 … a4 - коэффициенты полинома;a 1 ... a 4 - polynomial coefficients;
kp - весовой коэффициент, учитывающий величину отклонения от линейности ресурса самоспасателя, в зависимости от интенсивности дыхания.k p is a weighting factor that takes into account the magnitude of the deviation from the linearity of the life of the self-rescuer, depending on the intensity of breathing.
С учетом весового коэффициента kp измеренный за одну секунду объем VsесГДС складывается с объемом за все предыдущие измерения.Taking into account the weighting coefficient k p, the volume V seGDS measured in one second is added to the volume for all previous measurements.
где: Vобщ - общий объем ГДС, измеренный за все время работы самоспасателя с учетом весового коэффициента, дм3.where: Vtot is the total volume of the GDS, measured for the entire time of operation of the self-rescuer, taking into account the weighting factor, dm 3 .
Остаточный ресурс вычисляется каждую секунду по формуле:The remaining resource is calculated every second by the formula:
где:where:
ВЗД% - остаток времени защитного действия само спасателя, выраженный в процентах;HRM % - the remaining time of the protective action of the self-rescuer, expressed as a percentage;
Vобщ - общий объем ГДС, измеренный за все время работы самоспасателя с учетом весовых коэффициентов, дм3.V total - the total volume of the GDS, measured for the entire time of operation of the self-rescuer, taking into account the weighting factors, dm 3 .
Индикация остаточного ресурса защитного действия самоспасателя осуществляется при помощи светодиодной шкалы, состоящей из дести цветных элементов (светодиодов) 22 красного, желтого и зеленого цветов, каждый из которых соответствует 10% ресурса самоспасателя (блок 5 на фиг. 2). Б момент включения устройства, шкала горит полностью, что соответствует 100% оставшегося ресурса само спасателя. В процессе дыхания светодиоды по очереди гаснут, что говорит о расходовании ресурса само спасателя. Когда весь ресурс самоспасателя будет израсходован, все элементы 22 шкалы погаснут.Indication of the residual resource of the protective action of the self-rescuer is carried out using an LED scale consisting of ten colored elements (LEDs) 22 of red, yellow and green colors, each of which corresponds to 10% of the resource of the self-rescuer (
Измерение расхода ГДС и вычисление остаточного ресурса повторяются многократно, без пауз, в течение всего времени работы изолирующего противогаза.The measurement of GDS consumption and the calculation of the residual resource are repeated many times, without pauses, during the entire time of operation of the insulating gas mask.
Предлагаемое устройство обеспечивает высокую точность показаний остаточного ресурса изолирующего противогаза в условиях широкого диапазона интенсивности его использования, что было подтверждено испытаниями опытных образцов устройства, проведенными на установках искусственной вентиляции легких.The proposed device provides high accuracy of indications of the residual life of an insulating gas mask in a wide range of intensity of its use, which was confirmed by testing prototypes of the device, carried out on artificial lung ventilation units.
Предлагаемое техническое решение может быть использовано в изолирующих противогазах с различными схемами движения дыхательной смеси, при соответствующей корректировке программного обеспечения.The proposed technical solution can be used in insulating gas masks with different schemes for the movement of the respiratory mixture, with appropriate software adjustments.
Claims (10)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2785604C1 true RU2785604C1 (en) | 2022-12-09 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2813903C1 (en) * | 2023-08-07 | 2024-02-19 | Андрей Дмитриевич Романов | Method and complex of devices for training breathing technique in personal respiratory protection equipment |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4038871A1 (en) * | 1990-12-03 | 1992-06-04 | Peter Dr Sc Techn Schaller | Respirator control using sensor to measure breath vol. or flow - and supplying signal processor also receiving resistance, inverse compliance and any leakage vol. values as well as threshold values to control breathing pressure |
RU2001645C1 (en) * | 1991-12-24 | 1993-10-30 | Диденко Николай Сидорович, Инденбаум Тамара Евзеровна | Respirator with chemically bound oxygen |
US6173711B1 (en) * | 1996-10-30 | 2001-01-16 | Taema | Respiratory assistance device |
RU180599U1 (en) * | 2017-06-19 | 2018-06-19 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация "Росхимзащита" | DEVICE FOR ASSESSING RESIDUAL RESOURCE OF WORK OF MEANS OF INDIVIDUAL PROTECTION OF RESPIRATORY BODIES WITH CHEMICALLY RELATED OXYGEN |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4038871A1 (en) * | 1990-12-03 | 1992-06-04 | Peter Dr Sc Techn Schaller | Respirator control using sensor to measure breath vol. or flow - and supplying signal processor also receiving resistance, inverse compliance and any leakage vol. values as well as threshold values to control breathing pressure |
RU2001645C1 (en) * | 1991-12-24 | 1993-10-30 | Диденко Николай Сидорович, Инденбаум Тамара Евзеровна | Respirator with chemically bound oxygen |
US6173711B1 (en) * | 1996-10-30 | 2001-01-16 | Taema | Respiratory assistance device |
RU180599U1 (en) * | 2017-06-19 | 2018-06-19 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация "Росхимзащита" | DEVICE FOR ASSESSING RESIDUAL RESOURCE OF WORK OF MEANS OF INDIVIDUAL PROTECTION OF RESPIRATORY BODIES WITH CHEMICALLY RELATED OXYGEN |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2813903C1 (en) * | 2023-08-07 | 2024-02-19 | Андрей Дмитриевич Романов | Method and complex of devices for training breathing technique in personal respiratory protection equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4917108A (en) | Oxygen consumption meter | |
US4078554A (en) | Spirometric device | |
FI102511B (en) | Contents measurement from respiratory air | |
US20150196251A1 (en) | System and method for monitoring human water loss through expiration and perspiration | |
US20080257350A1 (en) | Respirator and method for calibrating flow rate measuring component thereof | |
US20120150055A1 (en) | Breath end-tidal gas monitor | |
US11033762B2 (en) | Apparatus and method for monitoring breathing air | |
US8424522B2 (en) | Method for operating a rebreather | |
US8753286B2 (en) | Spirometer with replaceable flow tube | |
NL8101088A (en) | DEVICE FOR MEASURING AT LEAST TWO PNEUMATIC LUNG PARAMETERS AND A MEASUREMENT METHOD FOR THIS. | |
SE445145B (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE ALCOHOL CONCENTRATION IN THE EXHAUST AIR WHILE COLLECTING A MINIMUM AIR FLOW THROUGH A RESPIRATORY | |
US20100012124A1 (en) | Rebreather respiratory loop failure detector | |
EP2162065A1 (en) | Device for analysing an inflammatory status of a respiratory system | |
CN102114290A (en) | Method, device and system for detecting breathing machine | |
ES2313628T3 (en) | PROCEDURE AND PROVISION TO DETERMINE THE RESIDUAL CAPACITY OF BREATHABLE AIR FOR AN OXYGEN GENERATOR BREATHING EQUIPMENT THAT OPERATES IN CIRCUIT. | |
US5386833A (en) | Method for calibrating a carbon dioxide monitor | |
WO2005115518A2 (en) | Method and system to determine nasal resistance to airflow | |
US20210196148A1 (en) | Breath sensor measurement methods and apparatus | |
US20200093399A1 (en) | Breath analyzer device | |
Bentley et al. | Acceptable levels for breathing resistance of respiratory apparatus | |
JPH0223832B2 (en) | ||
RU2785604C1 (en) | Method for monitoring the residual operating life of an insulating gas mask with chemically bonded oxygen and apparatus for implementation thereof | |
CA2112382C (en) | Oxygen consumption meter | |
RU2688724C1 (en) | System for measuring body energy expenditure in extreme conditions | |
JPH01244736A (en) | Lung function tester |