RU2802163C1 - Gas control device - Google Patents

Gas control device Download PDF

Info

Publication number
RU2802163C1
RU2802163C1 RU2023108562A RU2023108562A RU2802163C1 RU 2802163 C1 RU2802163 C1 RU 2802163C1 RU 2023108562 A RU2023108562 A RU 2023108562A RU 2023108562 A RU2023108562 A RU 2023108562A RU 2802163 C1 RU2802163 C1 RU 2802163C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensors
microcontroller
gas
hydrogen
humidity
Prior art date
Application number
RU2023108562A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Васильевич Ушков
Дмитрий Леонидович Мошкин
Илья Александрович Попов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина"
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом", Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Application granted granted Critical
Publication of RU2802163C1 publication Critical patent/RU2802163C1/en

Links

Abstract

FIELD: analytical instrumentation.
SUBSTANCE: portable small-sized and autonomous devices for gas analysis, used when carrying out research on gas release in sealed containers and enclosed spaces. The gas control device contains an analog-to-digital converter, a microcontroller, a power supply module, sensors for hydrogen, oxygen, pressure, as well as temperature and humidity, and a PC with the ability to connect to the microcontroller. The device according to the invention contains a non-volatile memory connected to the microcontroller, a real-time clock and a power control unit, which is connected to the power supply module, while the oxygen and hydrogen sensors are connected through conversion elements to an analog-to-digital converter, which is connected to the microcontroller connected to the pressure sensors, temperature and humidity. Holes are made in the body of the device, opposite which the sensors are located.
EFFECT: possibility of simultaneous measurement of temperature, humidity, pressure and composition of the measured multicomponent gaseous medium in hermetic volumes without changing its composition.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности, к переносным малогабаритным и автономным устройствам для анализа газов и может быть использовано при проведении работ по исследованиям газовыделения в герметизированных контейнерах и замкнутых объемах. Также может найти применение в газоаналитических системах и использоваться во всех отраслях промышленности для одновременного измерения основных параметров газовых сред и объемных долей компонентов (например, водорода, кислорода).The invention relates to analytical instrumentation, in particular, to portable small-sized and stand-alone devices for gas analysis and can be used in studies of gas release in sealed containers and enclosed spaces. It can also find application in gas analytical systems and be used in all industries for the simultaneous measurement of the main parameters of gaseous media and volume fractions of components (for example, hydrogen, oxygen).

Известен газоанализатор для анализа состава газовых смесей (патент РФ №2274855, МПК G01N 27/416, опубл. 20.04.2006). Газоанализатор включает гомогенизатор, измерительные ячейки с установленными в каждой их них измерительным датчиком, причем каждой различной измерительной ячейке установлен измерительный неселективный датчик различного физического принципа действия, имеющий линейную характеристику или нелинейную характеристику, линеаризуемую в области предполагаемого контроля величин электрических сигналов, у каждого из которых устранено влияние друг на друга по электрическим и пневматическим цепям. Выходы измерительных датчиков соединены с электронным блоком обработки измеренных напряжений и определения информативных параметров газовой смеси.Known gas analyzer for analyzing the composition of gas mixtures (RF patent No. 2274855, IPC G01N 27/416, publ. 20.04.2006). The gas analyzer includes a homogenizer, measuring cells with a measuring sensor installed in each of them, and each different measuring cell has a measuring non-selective sensor of a different physical principle of operation, having a linear characteristic or a non-linear characteristic linearized in the area of the intended control of the magnitudes of electrical signals, each of which has eliminated influence on each other in electric and pneumatic circuits. The outputs of the measuring sensors are connected to an electronic unit for processing the measured voltages and determining the informative parameters of the gas mixture.

Электронный блок обработки измеренных напряжений и определения информативных параметров газовой смеси представляет собой микропроцессорный блок, в память которого записаны градуировочные функции, полученные на газовых смесях известного состава, что является известным и широко используемым техническим решением в технике анализа состава многокомпонентных газовых смесей.The electronic unit for processing the measured voltages and determining the informative parameters of the gas mixture is a microprocessor unit, in whose memory the calibration functions obtained on gas mixtures of known composition are stored, which is a well-known and widely used technical solution in the technique of analyzing the composition of multicomponent gas mixtures.

Отбираемые на анализ газовые смеси пропускают через измерительные ячейки, при использовании в каждой различной ячейке измерительного неселективного датчика различного физического принципа действия, имеющего линейную или нелинейную характеристику, линеаризуемую в области предполагаемого контроля величин электрических сигналов. Количество датчиков, по крайней мере, не меньше количества компонентов газовой смеси, а значения концентраций компонентов газовых смесей определяют на основе заранее известных качественных составов газовых смесей по измеренным величинам электрических сигналов измерительных датчиков и определенных по градуировочным функциям чувствительностям измерительных датчиков относительно каждого конкретного компонента газовой смеси как результат решения системы линейных уравнений, связывающих значения электрических сигналов, чувствительностей датчиков относительно конкретного компонента газовой смеси и концентраций, причем перед пропусканием газовых смесей в измерительные ячейки осуществляют их гомогенизацию.The gas mixtures selected for analysis are passed through the measuring cells, using in each different cell a measuring non-selective sensor of a different physical principle of operation, having a linear or non-linear characteristic, linearized in the area of the intended control of the magnitudes of electrical signals. The number of sensors is at least not less than the number of gas mixture components, and the concentration values of the gas mixture components are determined on the basis of pre-known qualitative compositions of gas mixtures from the measured values of the electrical signals of the measuring sensors and the sensitivities of the measuring sensors determined by the calibration functions relative to each specific component of the gas mixture as a result of solving a system of linear equations relating the values of electrical signals, sensor sensitivities relative to a specific component of the gas mixture and concentrations, and before passing the gas mixtures into the measuring cells, they are homogenized.

Данное решение позволяет достаточно просто с использованием небольшого количества измерительных датчиков произвести анализ газовых смесей, которые могут включать большое количество компонентов. Однако данный газоанализатор не имеет возможности дистанционной обработки результатов.This solution allows quite simply using a small number of measuring sensors to analyze gas mixtures, which may include a large number of components. However, this gas analyzer does not have the ability to remotely process the results.

Известен газоанализатор водорода (патент РФ №2371710, МПК G01N 27/14, опубл. 27.10.2009), содержащий сенсорную камеру, выполненную с возможностью присоединения к контролируемому объему. Сенсорная камера содержит датчик и пористую или диффузионную мембранную стенку, селективную к водороду, сенсорная камера заполнена водородочувствительным веществом с экзотермическим откликом, датчик выполнен в виде, по крайней мере, одной термопары или терморезистора. Мембранная стенка выполнена из ударопрочного материала. Сенсорная камера снабжена герметичным патроном с крепежным кронштейном для присоединения ее к контролируемому объему. Данный газоанализатор надежен, прост и достаточно дешев, при этом обладает длительным сроком службы.A hydrogen gas analyzer is known (RF patent No. 2371710, IPC G01N 27/14, publ. 27.10.2009), containing a sensor chamber configured to be connected to a controlled volume. The sensor chamber contains a sensor and a porous or diffusion membrane wall selective to hydrogen, the sensor chamber is filled with a hydrogen-sensitive substance with an exothermic response, the sensor is made in the form of at least one thermocouple or thermistor. The membrane wall is made of impact-resistant material. The sensor chamber is equipped with a sealed cartridge with a mounting bracket for attaching it to the controlled volume. This gas analyzer is reliable, simple and quite cheap, while it has a long service life.

Однако:However:

- использование экзотермического метода определения концентрации водорода приводит к изменению температуры газовой среды;- the use of an exothermic method for determining the concentration of hydrogen leads to a change in the temperature of the gaseous medium;

- не позволяет проводить измерение давления и влажности газовой среды;- does not allow measuring the pressure and humidity of the gaseous medium;

- не позволяет проводить измерение концентрации кислорода газовой среды;- does not allow measuring the oxygen concentration of the gaseous medium;

- не производит сохранение полученных данных во внутреннюю память газоанализатора.- does not save the received data to the internal memory of the gas analyzer.

Известен газоанализатор (патент РФ №84563, МПК G01N 27/416, опубл. 10.07.2009), содержащий съемный сенсорный модуль, включающий последовательно соединенный чувствительный элемент, устройство для предварительной обработки аналогового сигнала, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и микроконтроллер, вторичный прибор, включающий микропроцессор, считывающий информацию с выхода сенсорного модуля. Сенсорный модуль и вторичный прибор выполнены с возможностью соединения между собой через разъемы путем вставки друг в друга. В съемный сенсорный модуль введен блок энергонезависимой памяти, подключенный к микроконтроллеру сенсорного модуля и содержащий данные о всех паспортных и градуировочных параметрах сенсорного модуля, а также о пороговых концентрациях измеряемого газа. Усилитель сенсорного модуля выполнен в виде усилителя с изменяемым коэффициентом усиления, а аналого-цифровой преобразователь модуля выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя с изменяемой разрядностью. Усилитель и аналого-цифровой преобразователь связаны с микроконтроллером сенсорного модуля посредством обратной связи.A gas analyzer is known (RF patent No. 84563, IPC G01N 27/416, publ. 07/10/2009), containing a removable sensor module, including a series-connected sensing element, a device for pre-processing an analog signal, an amplifier, an analog-to-digital converter and a microcontroller, a secondary device , which includes a microprocessor that reads information from the output of the sensor module. The sensor module and the secondary device are made with the possibility of interconnection through connectors by inserting into each other. A block of non-volatile memory is introduced into the removable sensor module, connected to the microcontroller of the sensor module and containing data on all passport and calibration parameters of the sensor module, as well as on the threshold concentrations of the measured gas. The sensor module amplifier is made in the form of an amplifier with a variable gain, and the analog-to-digital converter of the module is made in the form of an analog-to-digital converter with a variable bit depth. The amplifier and analog-to-digital converter are connected to the microcontroller of the sensor module via feedback.

Данный газоанализатор обеспечивает простую замену одного типа чувствительного элемента на другой тип чувствительного элемента путем автоматической корректировки параметров элементов сенсорного модуля.This gas analyzer provides a simple change from one type of sensing element to another type of sensing element by automatically adjusting the parameters of the elements of the sensor module.

Однако данный газоанализатор:However, this gas analyzer:

- не позволяет проводить измерение давления, влажности газовой среды;- does not allow measuring the pressure, humidity of the gaseous medium;

- не подходит для использования в гермообъемах с малым свободным объемом;- not suitable for use in hermetic volumes with a small free volume;

- не позволяет проводить измерение двух газов одновременно.- does not allow measurement of two gases at the same time.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является устройство анализа многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами, известное из п. РФ №2528273, МПК G01N 27/416, опубл. 10.09.2014. Устройство содержит аналитический блок (аналого-цифровой преобразователь), блок управления (микроконтроллер), аккумуляторный блок питания (модуль электропитания), селективные и неселективные датчики газовых компонентов, датчик давления, а также температуры и влажности и ПК, который соединен с блоком управления (микроконтроллером).The closest analogue of the claimed invention, selected as a prototype, is a device for analyzing a multicomponent gaseous environment of sealed containers with electronic devices, known from RF No. 2528273, IPC G01N 27/416, publ. 09/10/2014. The device contains an analytical unit (analog-to-digital converter), a control unit (microcontroller), a battery power supply unit (power supply module), selective and non-selective sensors for gas components, a pressure sensor, as well as a temperature and humidity sensor and a PC that is connected to the control unit (microcontroller ).

Устройство также содержит пробоотборное устройство, газоанализатор с измерительной ячейкой, снабженными датчиками, регистрирующими параметры анализируемой многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров. Дополнительно в герметизированном контейнере установлен сменный переходной элемент, одна часть которого постоянного сечения посажена на входной штуцер пробоотборного устройства, а противоположная часть, выполненная с ответной частью, соответствующей сечению штуцера обратного клапана какого-либо из числа анализируемых герметизированных контейнеров, посажена на штуцер обратного клапана контейнера, сменный переходной элемент, газоанализатор, выполненный переносным, измерительная ячейка газоанализатора с измерительными датчиками составляют единую пневматическую цепь с пробоотборным устройством. Измерительная ячейка снабжена селективными и неселективными датчиками для измерения содержания компонентов анализируемой газовой среды и, дополнительно, селективными датчиками для измерения температуры, влажности и давления указанной среды. Газоанализатор подключен посредством электрического соединения своим выходным портом к входному порту переносного компьютера с установленным программным обеспечением, реализующим алгоритм графической и математической обработки текущих значений измеренных параметров, составления БД текущих и БД критических значений параметров и их сравнения, все элементы единой пневмомагистрали совместно с компьютером составляют измерительно-аналитический автоматизированный комплекс.The device also contains a sampling device, a gas analyzer with a measuring cell equipped with sensors that record the parameters of the analyzed multicomponent gaseous medium of sealed containers. Additionally, a replaceable transition element is installed in the sealed container, one part of which has a constant cross section and is fitted to the inlet fitting of the sampling device, and the opposite part, made with a counterpart corresponding to the cross section of the check valve fitting of any of the analyzed sealed containers, is fitted to the fitting of the container check valve , a replaceable transition element, a portable gas analyzer, a gas analyzer measuring cell with measuring sensors constitute a single pneumatic circuit with a sampling device. The measuring cell is equipped with selective and non-selective sensors for measuring the content of the components of the analyzed gaseous medium and, additionally, with selective sensors for measuring the temperature, humidity and pressure of the said medium. The gas analyzer is connected by means of an electrical connection by its output port to the input port of a portable computer with installed software that implements an algorithm for graphical and mathematical processing of the current values of the measured parameters, compiling a database of current and a database of critical parameter values and comparing them, all elements of a single pneumatic line together with a computer make up a measuring -analytical automated complex.

Данное устройство обеспечивает возможность одновременного измерения температуры, влажности, давления и состава измеряемой многокомпонентной газовой среды герметизированных контейнеров с электронными приборами, а также возможность сравнения текущих параметров этой среды с их критическими значениями, допустимыми для конструкций данного типа.This device provides the possibility of simultaneous measurement of temperature, humidity, pressure and composition of the measured multicomponent gaseous medium of sealed containers with electronic devices, as well as the possibility of comparing the current parameters of this medium with their critical values acceptable for structures of this type.

Однако имеет следующие недостатки:However, it has the following disadvantages:

- не производит сохранение полученных данных во внутреннюю память газоанализатора;- does not save the received data to the internal memory of the gas analyzer;

- не имеет возможности дистанционного и автономного режимов работы;- does not have the possibility of remote and autonomous modes of operation;

- для эксплуатации требуется непосредственный доступ к элементам управления и индикации;- operation requires direct access to the controls and indications;

- включение и выключение газоанализатора производится в ручном режиме;- the gas analyzer is turned on and off in manual mode;

- изменяет параметры анализируемой газовой среды (при применении в замкнутых объемах), т.к. для анализа требуется производить забор газовой среды из гермообъема.- changes the parameters of the analyzed gaseous medium (when used in confined spaces), since for analysis, it is required to sample the gaseous medium from the hermetic volume.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, - возможность одновременного измерения температуры, влажности, давления и состава измеряемой многокомпонентной газовой среды в гермообъемах без изменения ее состава.The technical result obtained by using the proposed invention is the possibility of simultaneous measurement of temperature, humidity, pressure and composition of the measured multicomponent gaseous medium in hermetic volumes without changing its composition.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство газового контроля, содержащее аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, модуль электропитания, датчики водорода, кислорода, давления, а также температуры и влажности и ПК с возможностью соединения с микроконтроллером, согласно изобретению снабжено соединенными с микроконтроллером энергонезависимой памятью, часами реального времени и блоком управления питания, который соединен с модулем электропитания, датчики кислорода и водорода через элементы преобразования соединены с аналого-цифровым преобразователем, который соединен с микроконтроллером, соединенным с датчиками давления, температуры и влажности, в корпусе устройства выполнены отверстия, напротив которых расположены датчики.The specified technical result is achieved by the fact that the gas control device containing an analog-to-digital converter, a microcontroller, a power supply module, sensors for hydrogen, oxygen, pressure, as well as temperature and humidity and a PC with the ability to connect to the microcontroller, according to the invention, is equipped with a non-volatile memory connected to the microcontroller , a real-time clock and a power supply control unit, which is connected to the power supply module, oxygen and hydrogen sensors are connected through conversion elements to an analog-to-digital converter, which is connected to a microcontroller connected to pressure, temperature and humidity sensors, holes are made in the device case, on the contrary which the sensors are located.

Всей совокупностью существенных признаков обеспечивается заявленный технический результат. Этого достигли за счет следующего: наличие энергонезависимой памяти позволило сохранять градуировочные характеристики датчиков, параметры и результаты измерений с текущими значениями реального времени, а также позволило использовать ПК периодически, а не постоянно подключенным; выполнение отверстий в корпусе, напротив которых расположены датчики, позволило производить измерения параметров газовой среды без изменения ее состава непосредственно в месте установки устройства; при этом, совместное использование датчиков для измерений параметров газовой среды (абсолютное давление, температура и относительная влажность) и ее состава (концентрация кислорода и водорода), а также использование микроконтроллера и наличие модуля электропитания позволяет осуществлять одновременный контроль параметров и состава многокомпонентной газовой среды в исследуемом гермообъеме. В результате достигли возможности одновременного измерения температуры, влажности, давления и состава измеряемой многокомпонентной газовой среды в гермообъемах без изменения ее состава.The entire set of essential features provides the claimed technical result. This was achieved due to the following: the presence of non-volatile memory made it possible to save the calibration characteristics of sensors, parameters and measurement results with current real-time values, and also made it possible to use a PC periodically, rather than constantly connected; making holes in the housing, opposite which the sensors are located, made it possible to measure the parameters of the gaseous medium without changing its composition directly at the installation site of the device; at the same time, the joint use of sensors for measuring the parameters of the gaseous medium (absolute pressure, temperature and relative humidity) and its composition (oxygen and hydrogen concentration), as well as the use of a microcontroller and the presence of a power supply module, makes it possible to simultaneously control the parameters and composition of the multicomponent gaseous medium in the test hermetic volume. As a result, the possibility of simultaneous measurement of temperature, humidity, pressure and composition of the measured multicomponent gaseous medium in hermetic volumes without changing its composition has been achieved.

При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».When analyzing the prior art, no analogues were found that are characterized by features that are identical to all the essential features of this invention. And also, the fact of the popularity of the influence of the features included in the formula on the technical result of the proposed technical solution has not been revealed. Therefore, the claimed invention meets the conditions of "novelty" and "inventive step".

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства газового контроля.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed gas control device.

На фиг. 2 представлено предлагаемое устройство внутри контролируемого объекта.In FIG. 2 shows the proposed device inside the controlled object.

Устройство газового контроля (фиг. 1, 2) содержит расположенные в корпусе 1 аналого-цифровой преобразователь 2 (АЦП), элементы преобразования 3, 4 (ЭП), микроконтроллер 5 (МК), модуль электропитания 6 (МЭ), энергонезависимую память 7 (ЭНП), часы реального времени 8 (ЧРВ), блок управления питания 9 (БУП) и датчики водорода 10 (ДВ), кислорода 11 (ДК), давления 12 (ДД), а также влажности и температуры 13 (ДВТ). ДД, ДВТ, АЦП, ЭНП, БУП и ЧРВ соединены с МК 5. ДК 11, ДВ 10 соединены с АЦП 2 через элементы преобразования 3, 4, МЭ 6 соединен с БУП 9. Устройство также снабжено ПК 14 с возможностью подключения к МК 5. В корпусе 1 устройства выполнены отверстия 15, напротив которых внутри корпуса расположены все вышеуказанные датчики.The gas control device (Fig. 1, 2) contains located in the housing 1 analog-to-digital converter 2 (ADC), conversion elements 3, 4 (EP), microcontroller 5 (MC), power supply module 6 (ME), non-volatile memory 7 ( ENP), real time clock 8 (RTC), power control unit 9 (BUP) and sensors for hydrogen 10 (DV), oxygen 11 (DK), pressure 12 (DD), and humidity and temperature 13 (DVT). DD, DVT, ADC, ENP, BUP and RTC are connected to MK 5. DK 11, DV 10 are connected to ADC 2 through conversion elements 3, 4, ME 6 is connected to BUP 9. The device is also equipped with PC 14 with the ability to connect to MK 5 In the body 1 of the device, holes 15 are made, opposite which all the above sensors are located inside the body.

Устройство газового контроля работает следующим образом. Устройство размещают в контролируемой газовой среде 16 (фиг. 2). Через отверстия, расположенные на боковых поверхностях корпуса устройства, анализируемая газовая среда диффузионно попадает к датчикам, которые производят измерение. Результаты измерений передаются в микроконтроллер 5.The gas control device operates as follows. The device is placed in a controlled gas environment 16 (Fig. 2). Through the holes located on the side surfaces of the device body, the analyzed gaseous medium diffuses to the sensors that perform the measurement. The measurement results are transmitted to the microcontroller 5.

Измерение объемного содержания кислорода и водорода осуществляется с помощью датчиков кислорода 11 и водорода 10 (например, электрохимических), которые вырабатывают выходной сигнал в виде постоянного электрического напряжения, пропорционального парциальному давлению кислорода и водорода в газовой среде. Далее, сигналы усиливаются до необходимого уровня, с помощью элементов преобразования 3 и 4, и подаются на вход АЦП 2 и далее передаются в МК 5.The measurement of the volumetric content of oxygen and hydrogen is carried out using oxygen sensors 11 and hydrogen 10 (for example, electrochemical), which produce an output signal in the form of a constant electrical voltage proportional to the partial pressure of oxygen and hydrogen in the gaseous medium. Further, the signals are amplified to the required level, using conversion elements 3 and 4, and fed to the input of ADC 2 and then transferred to MK 5.

Все полученные данные, с привязкой к текущему времени, полученным от ЧРВ 8, МК 5 записывает в ЭНП 7.All received data, with reference to the current time received from the RTC 8, MK 5 writes to the ENP 7.

Преобразование зарегистрированных значений, хранящихся в ЭНП 7 устройства, в значения соответствующих физических величин осуществляется соответствующей программой в процессе получения данных при подключении устройства к ПК 14. Преобразование осуществляется программой с использованием градуировочных коэффициентов, определенных при изготовлении устройства и записанных в его ЭНП 7.The conversion of the recorded values stored in the ENP 7 of the device into the values of the corresponding physical quantities is carried out by the corresponding program in the process of obtaining data when the device is connected to PC 14. The conversion is carried out by the program using the calibration coefficients determined during the manufacture of the device and recorded in its ENP 7.

Электропитание устройства газового контроля осуществляется от МЭ 6 (например, электрохимического) с помощью блока управления питанием 9.The power supply of the gas control device is carried out from the ME 6 (for example, electrochemical) using the power control unit 9.

По измеренным параметрам определяют объемные доли водорода, кислорода, абсолютного давления, температуры, относительной влажности.The measured parameters determine the volume fractions of hydrogen, oxygen, absolute pressure, temperature, relative humidity.

Расчет значения абсолютного давления газовой смеси производится в соответствии с формулой:Calculation of the value of the absolute pressure of the gas mixture is carried out in accordance with the formula:

где Р- текущее значение абсолютного давления, кПа;where P is the current value of absolute pressure, kPa;

K, В, а 0, a 1, а 2, b0, b1, b2 - коэффициенты, определяемые при градуировке датчика абсолютного давления;K, V, a 0 , a 1 , a 2 , b 0 , b 1 , b 2 - coefficients determined during the calibration of the absolute pressure sensor;

N - значение кода АЦП;N - ADC code value;

Т - текущее значение температуры, °С.Т - current temperature value, °С.

Расчет значения парциального давления водорода производится в соответствии с формулой:The calculation of the value of the partial pressure of hydrogen is carried out in accordance with the formula:

где - текущее значение парциального давления водорода, кПа;Where - current value of hydrogen partial pressure, kPa;

K, В, а 0, a 1, а 2, b0, b1, b2 - коэффициенты, определяемые при градуировке датчика водорода;K, V, a 0 , a 1 , a 2 , b 0 , b 1 , b 2 - coefficients determined during the calibration of the hydrogen sensor;

N - значение кода АЦП;N - ADC code value;

T - текущее значение температуры, °С.T - current temperature value, °C.

Преобразование значения парциального давления водорода в значение объемной доли водорода производится в соответствии с формулой:The conversion of the value of the partial pressure of hydrogen into the value of the volume fraction of hydrogen is carried out in accordance with the formula:

где - значение объемной доли водорода, %;Where - value of the volume fraction of hydrogen, %;

- значение парциального давления водорода, кПа; - value of hydrogen partial pressure, kPa;

Р - текущее значение абсолютного давления измеряемой газовой среды, кПа.P is the current value of the absolute pressure of the measured gaseous medium, kPa.

Расчет значения парциального давления кислорода производится в соответствии с формулой:The calculation of the value of the partial pressure of oxygen is carried out in accordance with the formula:

где - текущее значение парциального давления кислорода, кПа;Where - current value of oxygen partial pressure, kPa;

K, В, а 0, a 1, а 2, b0, b1, b2 - коэффициенты, определяемые при градуировке датчика кислорода;K, V, a 0 , a 1 , a 2 , b 0 , b 1 , b 2 - coefficients determined when calibrating the oxygen sensor;

N - значение кода АЦП;N - ADC code value;

Т - текущее значение температуры, °С.Т - current temperature value, °С.

Преобразование значения парциального давления кислорода в значение объемной доли кислорода производится в соответствии с формулой:The conversion of the value of the partial pressure of oxygen into the value of the volume fraction of oxygen is carried out in accordance with the formula:

где - значение объемной доли кислорода, %;Where - the value of the volume fraction of oxygen,%;

- значение парциального давления кислорода, кПа; - value of oxygen partial pressure, kPa;

Р - текущее значение абсолютного давления измеряемой газовой среды, кПа.P is the current value of the absolute pressure of the measured gaseous medium, kPa.

Расчет значений относительной влажности и температуры производится в соответствии с формулой:Relative humidity and temperature values are calculated according to the formula:

где ƒ - рассчитываемая величина;where ƒ is the calculated value;

K, В - коэффициенты, определяемые при градуировке датчика температуры или датчика относительной влажности;K, V - coefficients determined during the calibration of a temperature sensor or a relative humidity sensor;

N - значение кода АЦП.N - ADC code value.

Обработка результатов измерений производится автоматически в соответствии с формулами, с использованием программного обеспечения.The measurement results are processed automatically in accordance with the formulas using the software.

Таким образом, использование устройства контроля газовой среды позволит производить одновременное, автоматическое, автономное определение объемной доли водорода, кислорода, абсолютного давления, относительной влажности, температуры многокомпонентной газовой среды в гермообъемах без изменения ее состава.Thus, the use of a gas medium control device will allow simultaneous, automatic, autonomous determination of the volume fraction of hydrogen, oxygen, absolute pressure, relative humidity, temperature of a multicomponent gas medium in hermetic volumes without changing its composition.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, экспериментально подтверждена работоспособность устройства контроля газовой среды и способность достижения указанного технического результата. Средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в газоаналитических системах, для контроля газовой атмосферы в помещениях промышленных предприятий с опасными условиями производства, в частности для обеспечения водородной взрывобезопасности, в научных исследованиях, в том числе для исследования газовыделения в замкнутых объемах и определения коррозийного состояния испытуемых конструкций, обеспечивающий сбор данных о концентрации токсичных и взрывоопасных веществ.For the claimed invention in the form as it is described in the claims, the operability of the gas medium control device and the ability to achieve the specified technical result are experimentally confirmed. The tool that embodies the claimed device in its implementation is intended for use in gas analytical systems, for monitoring the gas atmosphere in the premises of industrial enterprises with hazardous production conditions, in particular for ensuring hydrogen explosion safety, in scientific research, including for studying gas evolution in confined spaces and determination of the corrosive state of the tested structures, which provides the collection of data on the concentration of toxic and explosive substances.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims (1)

Устройство газового контроля, содержащее аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, модуль электропитания, датчики водорода, кислорода, давления, а также температуры и влажности и ПК с возможностью соединения с микрокронтроллером, отличающееся тем, что снабжено соединенными с микроконтроллером энергонезависимой памятью, часами реального времени и блоком управления питания, который соединен с модулем электропитания, датчики кислорода и водорода через элементы преобразования соединены с аналого-цифровым преобразователем, который соединен с микроконтроллером, соединенным с датчиками давления, температуры и влажности, в корпусе устройства выполнены отверстия, напротив которых расположены датчики.A gas control device containing an analog-to-digital converter, a microcontroller, a power supply module, sensors for hydrogen, oxygen, pressure, as well as temperature and humidity, and a PC with the ability to connect to a microcontroller, characterized in that it is equipped with a non-volatile memory connected to the microcontroller, a real-time clock and power supply control unit, which is connected to the power supply module, oxygen and hydrogen sensors are connected through conversion elements to an analog-to-digital converter, which is connected to a microcontroller connected to pressure, temperature and humidity sensors, holes are made in the device case, opposite which the sensors are located.
RU2023108562A 2023-04-05 Gas control device RU2802163C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2802163C1 true RU2802163C1 (en) 2023-08-22

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2321847C2 (en) * 2003-09-23 2008-04-10 Эндресс+Хаузер Кондакта Гезелльшафт Фюр Месс-Унд Регельтекник Мбх+Ко. Кг Replaceable module for liquid or gas sensor with galvanic-decoupled transmitting section
RU2371710C1 (en) * 2008-07-21 2009-10-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический Центр "ТАТА" (ООО НТЦ "ТАТА") Hydrogen gas analyser
RU95846U1 (en) * 2009-12-29 2010-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" (МФТИ) GAS ANALYZER BASED ON SEMICONDUCTOR CONDUCTOMETRIC SENSORS
RU2528273C1 (en) * 2013-02-26 2014-09-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of analysis of multi-component gas medium of sealed containers with electronic instruments and device for its realisation
RU211197U1 (en) * 2022-03-30 2022-05-25 Общество с ограниченной ответственностью "Сандракс" Gas sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2321847C2 (en) * 2003-09-23 2008-04-10 Эндресс+Хаузер Кондакта Гезелльшафт Фюр Месс-Унд Регельтекник Мбх+Ко. Кг Replaceable module for liquid or gas sensor with galvanic-decoupled transmitting section
RU2371710C1 (en) * 2008-07-21 2009-10-27 Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический Центр "ТАТА" (ООО НТЦ "ТАТА") Hydrogen gas analyser
RU95846U1 (en) * 2009-12-29 2010-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)" (МФТИ) GAS ANALYZER BASED ON SEMICONDUCTOR CONDUCTOMETRIC SENSORS
RU2528273C1 (en) * 2013-02-26 2014-09-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of analysis of multi-component gas medium of sealed containers with electronic instruments and device for its realisation
RU211197U1 (en) * 2022-03-30 2022-05-25 Общество с ограниченной ответственностью "Сандракс" Gas sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6319375B1 (en) Apparatus for identifying a gas
US20110197649A1 (en) Self-calibrating gas sensor
US6338266B1 (en) Method of identifying a gas and associated apparatus
US10948207B2 (en) Air purifier and air purification method
US8491185B2 (en) Method for monitoring the thermal coupling of a measuring cell
JP2511062B2 (en) Gas verification method and device
US9128045B2 (en) Electrochemical sensor with zero calibration feature and method of calibrating
US8852950B2 (en) Method and device for measuring NOx concentration using measurements of NOx and a second gas component
US9970894B2 (en) Method and device for measuring concentration of substance in fluid
CN102778445A (en) Intelligent analyzer and detection method for standard state dry basis
RU2802163C1 (en) Gas control device
US4438203A (en) Method and apparatus for determination of lubricant stability
US4165630A (en) Continuous in-stack pollutant monitoring system
Landsberg et al. Potentiometric instrument for sulfur determination
RU2530447C1 (en) Method of analysing multicomponent gaseous medium of sealed containers with electronic devices and apparatus therefor
RU2293972C2 (en) Method of measurement of oxygen concentration in hydrogen-containing gas mixture and gas analyzer
RU2528273C1 (en) Method of analysis of multi-component gas medium of sealed containers with electronic instruments and device for its realisation
Cviklovič et al. Dynamic properties of electrochemical oxygen gas sensor and method to estimate of new steady-state
Rahayu et al. Design of Gas Detection Toxic Sulfur Dioxide (SO 2) in The Mountain Activity Area
Slanina et al. Computer automation of potentiometric analysis with ion-selective electrodes
RU2796000C1 (en) Gas analyzer
JPH1183535A (en) Method and apparatus for control of accuracy of instrument
Wati et al. Design of The Pollution Gas Carbon Monoxide (Co) Monitoring System Based on Microcontroller
Carullo et al. A remotely controlled calibrator for chemical pollutant measuring-units
Hunter et al. Smart sensor systems for spacecraft fire detection and air quality monitoring