WO2022071834A1 - Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе - Google Patents

Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе Download PDF

Info

Publication number
WO2022071834A1
WO2022071834A1 PCT/RU2021/050398 RU2021050398W WO2022071834A1 WO 2022071834 A1 WO2022071834 A1 WO 2022071834A1 RU 2021050398 W RU2021050398 W RU 2021050398W WO 2022071834 A1 WO2022071834 A1 WO 2022071834A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
concentration
sensors
air
gases
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/050398
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Антон Борисович РЯДИНСКИЙ
Алексей Леонидович СТЕРИНОВИЧ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Унискан-Ризерч"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2020132210A external-priority patent/RU2771786C2/ru
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Унискан-Ризерч" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Унискан-Ризерч"
Publication of WO2022071834A1 publication Critical patent/WO2022071834A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G01N25/22—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures
    • G01N25/28—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures the rise in temperature of the gases resulting from combustion being measured directly
    • G01N25/34—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures the rise in temperature of the gases resulting from combustion being measured directly using mechanical temperature-responsive elements, e.g. bimetallic
    • G01N25/36—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures the rise in temperature of the gases resulting from combustion being measured directly using mechanical temperature-responsive elements, e.g. bimetallic for investigating the composition of gas mixtures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases

Definitions

  • the present invention relates to means for monitoring the environment, namely, means for monitoring the concentration of gases in the ambient air.
  • a GAS DETECTION DEVICE (RU2014105175) is known from the prior art, which also contains a description of a method for determining gas concentration.
  • the essence of the invention lies in the fact that the method of selective measurement of the target gas concentration in polluted ambient air includes the steps of: providing a target gas sensor sensitive to the target gas; providing a first gas stream derived from ambient air, the target gas being substantially removed from the first gas stream; providing a second gas stream derived from the ambient air containing substantially the same concentration of the target gas as the ambient air; exposing the target gas sensor to the first gas flow for a first time interval and receiving a first sensor signal (Smf) from the target gas sensor; exposing the target gas sensor to a second gas flow during a second time interval without overlapping the first time interval, and obtaining a second output signal (Smu); calculating a difference (SA) between the first and second output signals; Calculation of the target gas concentration from the calculated difference (SA) of the signal.
  • the disadvantage of this invention can be considered its low accuracy due to the fact that the calculation of the concentration of the target gas in the air does not take into account the influence of temperature and the influence of non-target (associated) gases.
  • the MOBILE ECOLOGICAL LABORATORY "EXPRESS CONTROL" (RU 109573) is also known from the prior art.
  • Such a laboratory contains a carrier vehicle with a cabin and a passenger compartment divided by a partition into laboratory and cargo compartments, which houses an operator's workstation equipped with a chair, a table and a computer with a printer and software, a measuring complex containing an instrument rack with measuring equipment and a meteorological complex.
  • a retractable weather tower and a weather station with wind speed and direction sensors and temperature and relative humidity sensors while the operator's automated workplace in the laboratory compartment is equipped with a weather console with an atmospheric pressure sensor, a support complex containing an autonomous power unit in the form of an electric gasoline generator, an air conditioning and ventilation system, sampling system containing an air intake device located on the roof of the carrier vehicle, pneumatically connected to the instrument rack, additional equipment, characterized in that the support complex is equipped with a satellite decal positioning system, the sampling system additionally contains a dust sampling probe and a gas line that provides the supply of a pollutant to the dust analyzer inlet, and a rotary console with a winch located in the cargo compartment is included in the additional equipment.
  • the disadvantages of this invention include its large size, bulkiness, as well as the fact that when calculating the actual gas concentration in the analyzed medium, the influence of non-target gases on the target gas concentration readings is not taken into account.
  • the invention relates to an electrochemical sensor for determining the concentration of a gas, comprising a housing, a measuring electrode containing a catalytically active material that has the ability to cause the conversion of the analyzed gas, a counter electrode containing a carbon material with electrochemically active surface compounds that can be reversibly oxidized or reduced, and an electrolyte, in contact with the measuring electrode and the counter electrode, wherein the carbon material in the counter electrode has a specific surface area of at least 40 m2/g.
  • the invention relates to a method for determining the concentration of gases using this sensor.
  • This device is not takes into account the influence of temperature on the determination of the concentration of the target gas in the air, as well as the influence of non-target gas on the determination of the concentration of the target.
  • the invention relates to an electrochemical gas sensor that contains an electrolyte comprising at least one ionic liquid and at least one working electrode, while the potential of the working electrode is maintained substantially constant, while the ionic liquid contains an additive part comprising at least one organic additive in an amount of from 0.05 to 5.0 wt.%.
  • the invention also relates to an electrochemical gas sensor device and its use for detecting/measuring gases selected from the group consisting of NH3, SO2, H2S, H2, HCl, HCN and mixed gases.
  • EFFECT invention makes it possible to obtain an electrochemical gas sensor with increased sensitivity/selectivity, which is achieved due to an additive additive. This device analyzes the concentration of gas in the air without taking into account the influence of temperature and accompanying (non-target gases).
  • the objective of the invention is to control the concentration of gases in the air in real conditions in the presence of a wide range of gases.
  • the technical result consists in providing the possibility of continuous monitoring of gas concentrations in the ambient air with high measurement accuracy.
  • the gas module for continuous monitoring of gas concentrations in the air the housing, at least two gas paths with outlets to the outside for sampling the analyzed medium, at least two gas sensors, at least at least two thermal sensors and a processor, while sensors, thermal sensors and a processor are interconnected according to the principle of receiving and transmitting signals, the module is designed to take into account the influence of temperature and the influence of non-target gases present in the analyzed medium on the readings of the concentration of the target gas.
  • gas module which uses a combination of gas sensors sensitive to nitrogen dioxide N02, ozone OZ and carbon monoxide CO.
  • gas module which uses a combination of gas sensors sensitive to hydrogen sulfide H2S and sulfur dioxide SO2.
  • gas module that uses two combinations of gas sensors - one group is sensitive to nitrogen dioxide N02, ozone OZ and carbon monoxide CO, the second - to hydrogen sulfide H2S and sulfur dioxide SO2.
  • Such an implementation of the gas module for continuous monitoring of gas concentrations in the air achieves a technical result consisting in increasing the accuracy of determining the gas concentration with continuous monitoring of gas concentrations in the ambient air. And also the problem is solved, which consists in continuous monitoring of the concentration of gases in the air.
  • the technical result is achieved by a method for continuously monitoring the concentration of gas in the air, including: placing a module for monitoring the concentration of gases in the air in the analyzed medium, supplying power to the module, determining the temperature of the analyzed medium by thermal sensors, generating signals on gas sensors, taking into account at least the concentration of the target gas in the analyzed medium, concentration of non-target gas in the analyzed medium and temperature of the analyzed medium transmission of signals from gas sensors and temperature sensors to the processor, calculation of gas concentration in air, taking into account the influence of temperature and the influence of non-target gases present in the analyzed medium on the concentration readings of the target gas.
  • the figure 1 shows a module for continuous monitoring of gas concentrations in the air with three gas sensors.
  • FIG 2 shows a module for continuous monitoring of gas concentrations in the air with two gas sensors.
  • Figure 3 is a schematic representation of a gas module.
  • the figure 4 shows a block diagram of the implementation of the method of continuous monitoring of the concentration of gas in the air.
  • Table. 1 shows the effect of gases in the working environment (atmospheric air) on determining the concentration of the target gas.
  • the figure 1 shows a general view of the gas module for continuous monitoring of gas concentrations in the air, which includes a housing 100, which can be made shockproof and waterproof, the housing 100 can be made of various composite materials, metal, plastic, etc. .
  • the main functional elements of the gas module 500 are placed in the housing 100, the gas paths 210 with outlets 200 to the outside for sampling the analyzed medium, gas sensors 400, temperature sensors 420 and the processor 430 are placed on the board 450.
  • the housing 100 provides compact placement of the functional elements of the module 500, and also provides protection of the functional elements of the module 500 from the influence and influence of external factors. Including, from various aggressive factors water, dirt, direct sunlight, wind exposure, etc.
  • the housing 100 due to its tightness, reduces the influence of errors in measuring the concentration of gases in the analyzed medium due to the elimination of dispersion of the analyzed medium, that is, due to the targeted effect of the analyzed medium on the gas sensors 400 coming in an orderly flow through the gas paths 210.
  • the housing 100 can be made waterproof, which protects the elements of the module 500 from moisture to extend their service life and increase measurement accuracy.
  • the housing 100 provides a compact placement of the elements of the module 500, protects it from external influences of various factors, including natural ones, and improves the accuracy of determining the gas concentration in the analyzed medium.
  • module 500 includes gas paths 210 with outlets 200 to the outside for sampling the analyzed medium.
  • the gas paths 210 are air channels through which the analyzed air purposefully enters the sensors 400 due to diffusion.
  • the outlets 200 of the gas paths 210 are located in the lower plane of the module 500 so that, with a standard installation, the ingress of moisture through them into the module is excluded.
  • the gas paths 210 can be equipped with filters 220 that have a protective function. Filters 220 prevent dust and dirt from entering the gas module, but do not prevent the free flow of air and gases contained in it (due to diffusion) to the sensitive elements of the sensors.
  • the number of gas paths 210 is determined depending on the tasks to be solved and the analyzed/measured gases and, accordingly, the number of gas paths is equal to the number of sensors 400.
  • the gas module for determining hydrogen sulfide H2S and sulfur dioxide SO2 contains two gas paths 210
  • the gas module 500 for the determination of nitrogen dioxide N02, ozone OZ, carbon monoxide CO contains three gas cycles 210, respectively.
  • moisture inside the gas module 500 and, accordingly, the negative, aggressive influence of external factors on the sensors themselves 400 and other elements of the module is excluded, which ensures their uninterrupted operation, which consists in continuous monitoring gas concentrations in the air and increasing the accuracy of determining the gas concentration with continuous monitoring of gas concentrations in the ambient air.
  • Gas sensors 400 are located inside the gas module 500 so that the analyzed air entering through the gas paths 210 purposefully enters the sensors 400 due to diffusion.
  • gas sensors 400 can be made optical, semiconductor, but the most preferred option is gas sensors electrochemical. So, when using electrochemical sensors, the controlled (analyzed) gas interacts with the working electrode of the sensor. The electrons released in this process pass through the electrolyte and the reference electrode and form an analog DC signal in the external circuit. The magnitude of this signal is directly proportional to the concentration of the controlled gas.
  • the influence of the temperature of the working medium (more precisely, the temperature of the 400 sensors) is taken into account, and the cross-sensitivity of the 400 sensors is also taken into account - the effect of non-target gases present in the working medium on the readings of the concentration of the target, as well as the possible selectivity of the sensors.
  • the choice of measured gases and the combination of sensors within each module is determined by the specific requirements of the users of modules 500.
  • the architecture used allows the implementation of gas modules 500 with any set of sensors. Thus, due to gas sensors 400, there is an increase in the accuracy of determining the gas concentration with continuous monitoring of gas concentrations in the surrounding air.
  • the determination of the actual gas concentration occurs by converting the analog signal read from the sensors, converting it to digital form and further processing it using a special algorithm, which can be represented as a formula in which the signal values from the sensors are used to calculate the concentration of the target gas and temperature sensors, as well as a number of coefficients.
  • the coefficients for each module are determined during the calibration of the modules:.
  • Ci X (Aj xSi jx ( t lj xTj2+t2j xTj+t3j)+Bj)
  • Ci is the value of the i-ro gas concentration
  • T is the temperature value of the sensor
  • j is an index that specifies which particular sensor the parameter refers to.
  • Quantitative indicators in the formula are adjusted during the calibration procedure - placing the sensor near the standard.
  • Calibration is carried out as follows: Gas modules are placed in a gaseous environment with varying known concentrations and temperatures, and are in it for a certain time. The readings of gas sensors and temperature sensors are read from the modules throughout the entire time and entered into the database. After that, with the help of special software (SW), the obtained data are processed and the coefficients of the formulas for calculating concentrations are calculated. Then the calculated coefficients are entered into the software of the gas modules.
  • SW special software
  • the temperature sensors 420 are located in close proximity to the gas sensors 400 so as to measure the temperature of the analyzed medium (more specifically, the temperature of the gas sensors 400). That is, when moving along the gas paths 210, the air purposefully enters the sensors 400 due to diffusion, it also enters the temperature sensors and the temperature sensors measure the temperature of the analyzed medium.
  • the temperature of the analyzed medium is used when calculating the actual gas concentration (a formula that relates the concentration value to the levels of sensor signals, temperature), thus increasing the accuracy of determining the gas concentration during continuous monitoring of gas concentrations in the ambient air.
  • sensors, thermal sensors and a processor are interconnected according to the principle of receiving and transmitting signals, which allows you to freely exchange data between elements and convert an analog signal to digital and further process it using a special algorithm.
  • Placing sensors, a temperature sensor, and a processor on the board makes it possible to reduce the level of noise in transmitted signals, ensure the compactness of the gas module 500, ease of implementation, and eliminate the need to use a large number of elements (wires, connectors, etc.).
  • the accuracy of determining the gas concentration increases while continuously monitoring the concentrations of gases in the ambient air.
  • Embodiments of the gas module are possible, which use a combination of gas sensors 400, for example, nitrogen dioxide N02, ozone OZ and carbon monoxide CO or gas sensors 400 hydrogen sulfide H2S and sulfur dioxide SO2. In addition, it is possible to take into account the calculation results of one group of sensors when determining the indicators of another group of target gases.
  • the choice of gases to be measured and the combination of sensors within each module is determined by the specific requirements of device users.
  • the architecture used allows implementing modules with any set of sensors. Table 1 shows examples of the effect of gases in the working environment (atmospheric air) on determining the concentration of the target gas.
  • the influence of cross-sensitivity of sensors the influence of non-target gases present in the working environment on the readings of the concentration of the target contributes to an increase in the accuracy of determining the gas concentration with continuous monitoring of gas concentrations in the ambient air.
  • a gas module 500 in which the possibility of transmitting signals (information) to external devices is implemented.
  • This implementation allows to reduce the dimensions of the module 500 and get rid of excessive bulkiness.
  • the module eliminates unnecessary interference during signal transmission.
  • the ability to transmit signals (information) to external devices can be implemented using, for example, the RS-485 interface - a standard industrial interface that allows you to network devices and transfer data over a single communication line, that is, devices are connected to other devices in series.
  • the connectors located on the body 100 of the module 500 are used, the number of connectors, depending on the tasks being solved, can be 1-4.
  • any known method for determining the concentration of gases can be used, in the described device, the electrochemical method for determining the mass concentrations of substances in a gas-air environment is mainly used.
  • the controlled gas interacts with the working electrode of the gas sensor 400.
  • the electrons released in this process pass through the electrolyte and the reference electrode and form an analog DC signal in the external circuit.
  • the magnitude of this signal is directly proportional to the concentration of the controlled gas.
  • the determination of the actual gas concentration occurs by converting the analog signal into a digital one and further processing it using a special algorithm (simplistically, a formula that relates the concentration value to the levels of sensor signals, temperature).
  • a special algorithm simpleistically, a formula that relates the concentration value to the levels of sensor signals, temperature.
  • the influence of the temperature of the working medium is taken into account, and the cross-sensitivity of sensors 400 is also taken into account - the effect of non-target gases present in the working medium on the readings of the concentration of the target.
  • the gas module for continuous monitoring of gas concentrations in the air contains a housing, at least two gas paths with outlets to the outside for sampling the analyzed medium , at least two gas sensors, at least two thermal sensors and a processor, sensors, thermal sensors and a processor are interconnected according to the principle of receiving and transmitting signals
  • the gas module for continuous monitoring of gas concentrations in the air is designed to take into account the influence of temperature and the influence of non-target gases present in the analyzed medium on the target gas concentration readings, the technical result is achieved by increasing the accuracy of determining the gas concentration with continuous monitoring of gas concentrations in the ambient air.
  • the method of monitoring the concentration of gas in the air is characterized by at least the following sequential steps, namely: [0072] 1 - placing a module for continuous monitoring of gas concentrations in air in the analyzed environment;
  • [0077] 6 calculation of the gas concentration in the air, taking into account the influence of temperature and the influence of non-target gases present in the analyzed medium on the readings of the concentration of the target gas.
  • the module is powered 2, whereby the sensors 400 generate an electrical signal 3.
  • the magnitude of this signal is directly proportional to the concentration of the controlled gas.
  • Semiconductor, optical or electrochemical (the most preferred option) method for determining the mass concentrations of substances in the analyzed medium can be used. So, in the electrochemical method for determining the mass concentrations of substances in the analyzed medium, the controlled (analyzed) gas interacts with the working electrode of the sensor. The electrons released in this process pass through the electrolyte and the reference electrode and form an analog DC signal in the external circuit. The magnitude of this signal is directly proportional to the concentration of the controlled gas. In this case, the value of electrical signals is determined by the concentration of the target gas in the analyzed medium, the concentration of non-target gas in the analyzed medium and the temperature of the analyzed medium.
  • the thermal sensors determine the temperature of the analyzed medium 4, that is, to calculate the actual gas concentration, the influence of the temperature of the working medium (more precisely, the temperature of the sensors 400) is taken into account;
  • the actual gas concentration is determined by converting the analog signal read from the sensors, converting it into digital form and further processing it using a special algorithm, which can be represented as a formula in which the signal values from the sensors and temperature sensors are used to calculate the concentration of the target gas , as well as a number of coefficients.
  • the coefficients for each module are determined during the calibration of the modules:.
  • Ci X (Aj xSi jx ( t lj xTj2+t2j xTj+t3j)+Bj)
  • Ci is the value of the i-ro gas concentration
  • T is the temperature value of the sensor; [0087] A, B, tl, t2, t3 - coefficients that take into account cross-sensitivity, temperature effect, zero offset.
  • Quantitative indicators in the formula can be predetermined or adjusted during the calibration procedure - by placing the sensor next to the standard.
  • Calibration is carried out as follows: Gas modules are placed in a gaseous environment with varying known concentrations and temperatures, and are in it for a certain time. The readings of gas sensors and temperature sensors are read from the modules throughout the entire time and entered into the database. After that, with the help of special software, the obtained data are processed and the coefficients of the formulas for calculating concentrations are calculated. Then the calculated coefficients are entered into the software of the gas modules.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе относится к средствам мониторинга окружающей среды, а именно к средствам контроля концентрации газов в окружающем воздухе. Задача изобретения состоит в контроле концентрации газов в воздухе в реальных условия при наличии широкого спектра газов. Технический результат заключается в обеспечении возможности непрерывного контроля концентраций газов в окружающем воздухе с высокой точностью измерений.

Description

Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе
Область применения
[0001] Предлагаемое изобретение относится к средствам мониторинга окружающей среды, а именно к средствам контроля концентрации газов в окружающем воздухе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В крупных промышленных центрах степень загрязнения атмосферного воздуха может в ряде случаев превысить санитарно-гигиенические нормативы. Характер временной и пространственной изменчивости концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе определяется большим числом разнообразных факторов. Знание закономерностей формирования уровней загрязнения атмосферного воздуха, тенденций их изменений является крайне необходимым для обеспечения требуемой чистоты воздушного бассейна. Основой для выявления закономерностей служат наблюдения за состоянием загрязнения воздушного бассейна. От возможностей и качества проводимых наблюдений зависит эффективность всех воздухо-охранных мероприятий.
[0003] Из уровня техники известно УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ГАЗА (RU2014105175), содержащее также описание способа определения концентрации газа. Сущность изобретения заключается в том, что способ селективного измерения концентрации целевого газа в загрязненном окружающем воздухе включает этапы: обеспечения датчика целевого газа, чувствительного к целевому газу; обеспечение первого потока газа, полученного из окружающего воздуха, причем целевой газ по существу удаляется из первого потока газа; обеспечение второго потока газа, получаемого из окружающего воздуха, по существу, содержащего ту же концентрацию целевого газа, что и окружающий воздух; подвергают датчик целевого газа первому потоку газа в течение первого временного интервала и получают от датчика целевого газа первый сигнал датчика (Smf); подвергают датчик целевого газа второму потоку газа во время второго временного интервала, не перекрывая первый интервал времени, и получают второй выходной сигнал (Smu); вычисление разности (SA) между первым и вторым выходными сигналами; Расчет концентрации целевого газа по расчетной разности (SA) сигнала.
[0004] Недостатком данного изобретения можно считать его невысокую точность обусловленную тем, что для расчёта концентрации целевого газа в воздухе не учитывается влияние температуры и влияние нецелевых (сопутствующих) газов. [0005] Из уровня техники так же известно ПЕРЕДВИЖНАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ "ЭКСПРЕСС-КОНТРОЛЬ" (RU 109573). Такая лаборатория содержит автомобиль-носитель с кабиной и салоном, разделенным перегородкой на лабораторный и грузовой отсеки, в котором размещены автоматизированное рабочее место оператора, снабженное креслом, столом и компьютером с принтером и программным обеспечением, измерительный комплекс, содержащий приборную стойку с измерительным оборудованием и метеокомплекс, включающий выдвижную метеомачту и метеостанцию с датчиками скорости и направления ветра и датчиками температуры и относительной влажности, при этом автоматизированное рабочее место оператора в лабораторном отсеке снабжено метеопультом с датчиком атмосферного давления, комплекс обеспечения, содержащий автономный энергоузел в виде электробензогенератора, систему кондиционирования и вентиляции, система отбора проб, содержащая размещенное на крыше автомобиля-носителя воздухозаборное устройство, пневматически подключенное к приборной стойке, дополнительное оборудование, отличающаяся тем, что комплекс обеспечения снабжен спутниковой системой позиционирования, система отбора проб дополнительно содержит пылеотборный зонд и газовую магистраль, обеспечивающую подачу загрязняющего вещества на вход анализатора пыли, а в состав дополнительного оборудования введена поворотная консоль с лебедкой, размещенная в грузовом отсеке.
[0006] К недостаткам данного изобретения можно отнести его большие размеры, громоздкость, а так же то, что при расчёте реальной концентрации газа в анализируемой среде не учитывается влияние нецелевых газов на значения показаний концентрации целевого газа.
[0007] Кроме того, из уровня техники известно изобретение «ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВ И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВ С ПОМОЩЬЮ ДАННОГО ДАТЧИКА» (RU 2106621). Изобретение относится к электрохимическому датчику для определения концентрации газа, содержащему корпус, измерительный электрод, содержащий каталитически активный материал, который обладает способностью вызывать превращение анализируемого газа, противоэлектрод, содержащий углеродный материал с электрохимически активными поверхностными соединениями, которые могут обратимо окисляться или восстанавливаться, и электролит, находящийся в контакте с измерительным электродом и противоэлектродом, при этом углеродный материал в противоэлектроде имеет удельную поверхность по меньшей мере 40 м2/г. Кроме того, изобретение относится к способу определения концентрации газов с помощью данного датчика. Данное устройство не учитывает влияние температуры на определение концентрации целевого газа в воздухе, а так же влияние нецелевого газа на определение концентрации целевого.
[0008] Из уровня техники так же известен ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГАЗОВЫЙ ДАТЧИК С ИОНОВЫМИ ЖИДКИМИ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ (RU 2502067).
[0009] Изобретение относится к электрохимическому газовому датчику, который содержит электролит, включающий, по меньше мере, одну ионную жидкость и, по меньшей мере, один рабочий электрод, при этом потенциал рабочего электрода поддерживается, в основном, постоянным, при этом ионная жидкость содержит аддитивную часть, включающую, по меньшей мере, одну органическую добавку в количестве от 0,05 до 5,0 мас.%. Изобретение также относится к устройству электрохимического газового датчика и его применению для обнаружения/измерения газов, выбирающихся из группы, включающей NH3, SO2, H2S, Н2, НС1, HCN и смешанные газы. Изобретение позволяет получить электрохимический газовый датчик с повышенной чувствительностью/избирательностью, что достигается за счет аддитивной добавки. Данное устройство производит анализ концентрации газа в воздухе без учёта влияния температуры и сопутствующих (нецелевых газов).
Краткое описание изобретения.
[0010] Задача изобретения состоит в контроле концентрации газов в воздухе в реальных условия при наличии широкого спектра газов.
[0011] Технический результат заключается в обеспечении возможности непрерывного контроля концентраций газов в окружающем воздухе с высокой точностью измерений.
[0012] Технический результат заявленного изобретения достигается за счёт того, что газовый модуль непрерывного контроля концентраций газов в воздухе, корпус, по крайней мере, два газовых тракта с выходами наружу для забора проб анализируемой среды, по крайней мере, два газовых сенсора, по крайней мере два термодатчика и процессор при этом, сенсоры, термодатчики и процессор связаны между собой по принципу приёма- передачи сигналов, модуль выполнен с возможностью учёта влияния температуры и влияния присутствующих в анализируемой среде нецелевых газов на показания концентрации целевого газа.
[0013] Возможно выполнение газового модуля непрерывного контроля концентраций газов в воздухе, в котором сенсоры выполнены электрохимическими, то есть в них используется электрохимический метод определения массовых концентраций веществ в газовоздушной среде. [0014] Возможно выполнение газового модуля непрерывного контроля концентраций газов в воздухе, в котором сенсоры, термодатчики и процессор размещены на плате.
[0015] Возможно выполнение газового модуля непрерывного контроля концентраций газов в воздухе, в котором термодатчики расположены в непосредственной близости от сенсора. [0016] Возможен вариант выполнения газового модуля, в котором газовые тракты оснащены фильтрами.
[0017] Возможен вариант выполнения газового модуля, в котором выходы газовых трактов расположены в нижней части газового модуля.
[0018] Возможен вариант выполнения газового модуля, в котором корпус выполнен влагозащищённым.
[0019] Возможен вариант выполнения газового модуля, в котором используется комбинация газовых сенсоров, чувствительных к диоксиду азота N02, озону ОЗ и оксиду углерода СО.
[0020] Возможен вариант выполнения газового модуля, в котором используется комбинация газовых сенсоров, чувствительных к сероводороду H2S и диоксиду серы SO2. [0021] Возможно выполнение газового модуля, в котором используется две комбинации газовых сенсоров, - одна группа чувствительна к диоксиду азота N02, озону ОЗ и оксиду углерода СО, вторая - к сероводороду H2S и диоксиду серы SO2.
[0022] Возможно выполнение газового модуля, в котором осуществлена возможность передачи сигналов (информации) на внешние устройства.
[0023] Возможно выполнение газового модуля, который оснащён разъёмами для подключения к внешним устройствам.
[0024] Такая реализация газового модуля непрерывного контроля концентраций газов в воздухе обеспечивает достижение технического результата, состоящего в повышении точности определения концентрации газа при непрерывном контроле концентраций газов в окружающем воздухе. А так же решается задача, заключающаяся в непрерывном контроле концентраций газов в воздухе.
Технический результат достигается способом непрерывного контроля концентрации газа в воздухе включающим: размещение модуля контроля концентраций газов в воздухе в анализируемую среду, подача электропитания на модуль, определение термодатчиками температуры анализируемой среды, формирование сигналов на газовых сенсорах, с учетом по крайней мере концентрации целевого газа в анализируемой среде, концентрации нецелевого газа в анализируемой среде и температуры анализируемой среды передача сигналов с газовых сенсоров и термодатчиков на процессор, расчёт концентрации газа в воздухе с учётом влияния температуры и влияния присутствующих в анализируемой среде нецелевых газов на показания концентрации целевого газа.
[0025] Возможно достижение заявленного результата способом непрерывного контроля концентрации газа в воздухе, в котором для формирования электрических сигналов на газовых сенсорах используется электрохимический метод определения массовых концентраций веществ в анализируемой среде.
[0026] Возможно достижение заявленного результата способом непрерывного контроля концентрации газа в воздухе, в котором анализируемая среда фильтруется перед попаданием на газовые сенсоры.
[0027] Возможно достижение заявленного результата способом непрерывного контроля концентрации газа в воздухе, в котором передача сигналов с газовых сенсоров и термодатчиков на процессор происходит по линиям передачи платы.
[0028] Возможно достижение заявленного результата способом непрерывного контроля концентрации газа в воздухе, в котором определяются концентрации следующих газов диоксида азота N02, озона ОЗ и оксида углерода СО.
[0029] Возможно достижение заявленного результата способом непрерывного контроля концентрации газа в воздухе, в котором определяются концентрации следующих газов сероводорода H2S и диоксида серы SO2.
[0030] Возможно достижение заявленного результата способом непрерывного контроля концентрации газа в воздухе, в котором сначала определяются концентрации следующих газов - диоксида азота N02, озона ОЗ и оксида углерода СО, затем, с учетом показателей газов первой группы, определяются концентрации сероводорода H2S и диоксида серы SO2. [0031] Возможно достижение заявленного результата способом непрерывного контроля концентрации газа в воздухе, в котором результат расчёта концентрации газа в воздухе передаётся на внешние устройства.
[0032] Возможно достижение заявленного результата способом непрерывного контроля концентрации газа в воздухе, в котором контроль концентрации газа осуществляется непрерывно.
Описание рисунков
[0033] На фигуре 1 изображен модуль непрерывного контроля концентраций газов в воздухе с тремя газовыми сенсорами.
[0034] На фигуре 2 изображен модуль непрерывного контроля концентраций газов в воздухе с двумя газовыми сенсорами. [0035] На фигуре 3 схематичное изображение газового модуля.
[0036] На фигуре 4 изображена блок-схема реализации способа непрерывного контроля концентрации газа в воздухе.
[0037] На табл. 1 показано влияние газов, находящихся в рабочей среде (атмосферном воздухе) на определение концентрации целевого газа.
[0038] Позиция 100 - корпус
[0039] Позиция 200 - выходы газовых трактов
[0040] Позиция 210 - газовые тракты
[0041] Позиция 300 - разъёмы для подключения модуля
[0042] Позиция 400 - газовые сенсоры
[0043] Позиция 420 - термодатчик
[0044] Позиция 430 - процессор
[0045] Позиция 450 - плата
[0046] Позиция 500 - газовый модуль
Подробное описание
[0047] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.
[0048] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.
[0049] На фигуре 1 изображён общий вид газового модуля непрерывного контроля концентраций газов в воздухе, который включает в себя корпус 100, который может быть выполнен ударопрочным и влагозащищённым, корпус 100 может быть выполнен из различных композитных материалов, металла, пластика и т.п. В корпусе 100 размещены основные функциональные элементы газового модуля 500 газовые тракты 210 с выходами 200 наружу для забора проб анализируемой среды, газовые сенсоры 400, термодатчики 420 и процессор 430 размещенные на плате 450. Таким образом, корпус 100 обеспечивает компактное размещение функциональных элементов модуля 500, а так же обеспечивает защиту функциональных элементов модуля 500 от влияния и воздействия внешних факторов. В том числе, от различных агрессивных факторов вода, грязь, прямые солнечные лучи, воздействие ветра и т.п. Кроме того, корпус 100 за счёт своей герметичности обеспечивает уменьшение влияния погрешностей измерения концентрации газов в анализируемой среде за счёт исключения рассеивания анализируемой среды, то есть за счёт прицельного воздействия анализируемой среды на газовые сенсоры 400 поступающей упорядоченным потоком по газовым трактам 210. Корпус 100 может быть выполнен влагозащищенным, что обеспечивает защиту элементов модуля 500 от влаги для продления их срока службы и увеличения точности измерений. Таким образом, корпус 100 обеспечивает компактное размещение элементов модуля 500, защищает его от внешнего воздействия различных факторов, в том числе природных и способствует повышению точности определения концентрации газа в анализируемой среде.
[0050] Кроме того, как видно на фигуре 1 модуль 500 содержит газовые тракты 210 с выходами 200 наружу для забора проб анализируемой среды. Газовые тракты 210 представляют собой воздушные каналы, по которым анализируемый воздух целенаправленно за счёт диффузии поступает к сенсорам 400. При этом, выходы 200 газовых трактов 210 размещены в нижней плоскости модуля 500 так, что при штатной установке попадание через них влаги внутрь модуля исключено. Кроме того, газовые тракты 210 могут быть оснащены фильтрами 220, несущими защитную функцию. Фильтры 220 предотвращают попадание пыли и грязи внутрь газового модуля, но не препятствуют свободному поступлению воздуха и находящихся в нём газов (за счёт диффузии) на чувствительные элементы сенсоров. Количество газовых трактов 210 определяется в зависимости от решаемых задач и анализ ируемых/измеряемых газов и соответственно количество газовых трактов равно количеству сенсоров 400. Так, например, газовый модуль для определения сероводорода H2S и диоксида серы SO2 содержит два газовых тракта 210, а газовый модуль 500 для определения диоксида азота N02, озона ОЗ, оксида углерода СО содержит соответственно три газовых такта 210. Таким образом, газовые тракты 210 обеспечивают целенаправленное поступление анализируемого воздуха к газовым сенсорам 400. Кроме того, тракты 210 сконструированы таким образом, что исключают попадание пыли, грязи, влаги внутрь газового модуля 500 и соответственно исключается негативное, агрессивное влияние внешних факторов на сами сенсоры 400 и другие элементы модуля, что обеспечивает их бесперебойную работу, заключающуюся в непрерывном контроле концентраций газов в воздухе и повышении точности определения концентрации газа при непрерывном контроле концентраций газов в окружающем воздухе.
[0051] Газовые сенсоры 400 расположены внутри газового модуля 500 так, что анализируемый воздух, поступающий по газовым трактам 210 целенаправленно за счёт диффузии попадает на сенсоры 400. При этом, газовые сенсоры 400 могут быть выполнены оптическими, полупроводниковыми, но наиболее предпочтительный вариант это выполнение газовых сенсоров электрохимическими. Так, при использовании электрохимических сенсоров, контролируемый (анализируемый) газ взаимодействует с рабочим электродом сенсора. Высвобождающиеся при этом электроны проходят через электролит и эталонный электрод и формируют во внешней цепи аналоговый сигнал постоянного тока. Величина этого сигнала прямо пропорциональна концентрации контролируемого газа. При этом для расчёта реальной концентрации газа учитывается влияние температуры рабочей среды (а точнее температуры сенсоров 400), а также учитывается кроссчувствительность сенсоров 400 - влияние присутствующих в рабочей среде нецелевых газов на показания концентрации целевого, а также возможная селективность сенсоров. Выбор измеряемых газов и сочетание сенсоров в рамках каждого модуля обусловлены особенностями требований пользователей модулей 500. Используемая архитектура позволяет реализовывать газовые модули 500 с любым набором сенсоров. Таким образом, за счёт газовых сенсоров 400 происходит повышение точности определения концентрации газа при непрерывном контроле концентраций газов в окружающем воздухе. [0052] Определение реальной концентрации газа происходит путём преобразования аналогового сигнала считываемого с сенсоров, преобразования его в цифровой вид и дальнейшей его обработки при помощи специального алгоритма, который может быть представлен в виде формулы, в которой для расчёта концентрации целевого газа используются значения сигналов с сенсоров и датчиков температур, а также ряд коэффициентов. Коэффициенты для каждого модуля определяются в процессе калибровки модулей:.
[0053] Ci = X (Aj xSi j x (tlj xTj2+t2j xTj+t3j)+Bj)
[0054] Где Ci - значение концентрации i-ro газа;
[0055] Sig - сигнал с газового сенсора;
[0056] Т - значение температуры сенсора;
[0057] А, В, tl, t2, t3 - коэффициенты, учитывающие кроссчувствительность, влияние температуры, смещение «нуля»;
[0058] j - индекс, определяющий к какому конкретно сенсору относится параметр. [0059] Количественные показатели в формуле корректируются в ходе процедуры калибровки - размещение датчика рядом с эталоном.
[0060] Калибровка осуществляется следующим образом: Газовые модули помещаются в газовую среду с варьируемыми известными концентрациями и температурой, и находятся в ней на протяжении определённого времени. С модулей на протяжении всего времени считываются и заносятся в базу данных показания газовых сенсоров и датчиков температуры. После этого при помощи специального программного обеспечения (ПО) полученные данные обрабатываются и рассчитываются коэффициенты формул для расчёта концентраций. Затем рассчитанные коэффициенты заносятся в ПО газовых модулей.
[0061] Термодатчики 420 расположены в непосредственной близости от газовых сенсоров 400, так что бы измерять температуру анализируемой среды (а точнее температуру газовых сенсоров 400). То есть, при движении по газовым трактам 210 воздух целенаправленно за счёт диффузии поступает к сенсорам 400, так же попадает на термодатчики и термодатчики измеряют температуру анализируемой среды. Температура анализируемой среды используется при расчёте реальной концентрации газа (формула, связывающая значение концентрации с уровнями сигналов сенсоров, температурой), таким образом, увеличивая точность определения концентрации газа при непрерывном контроле концентраций газов в окружающем воздухе.
[0062] Как показано на фиг.З, сенсоры, термодатчики и процессор связаны между собой по принципу приёма-передачи сигналов, что позволяет беспрепятственно производить обмен данными между элементами и производить преобразование аналогового сигнала в цифровой и дальнейшую его обработку с использованием специального алгоритма. Размещение сенсоров, термодатчика и процессора на плате позволяет уменьшить уровень шумов в передаваемых сигналах, обеспечить компактность газового модуля 500 простоту реализации и исключить необходимость использования большого количества элементов (проводов, разъёмов и т.п.). Таким образом, повышая качество передаваемых сигналов между элементами модуля 500 увеличивается точность определения концентрации газа при непрерывном контроле концентраций газов в окружающем воздухе.
[0063] Возможны варианты выполнения газового модуля, в которых используется комбинация газовых сенсоров 400, например, диоксида азота N02, озона ОЗ и оксида углерода СО или же газовых сенсоров 400 сероводорода H2S и диоксида серы SO2. Кроме того, возможно учитывать результаты расчета одной группы сенсоров при определении показателей другой группы целевых газов. [0064] Выбор измеряемых газов и сочетание сенсоров в рамках каждого модуля обусловлены особенностями требований пользователей устройств. Используемая архитектура позволяет реализовывать модули с любым набором сенсоров. В табл.1 приведены примеры влияния газов, находящихся в рабочей среде (атмосферном воздухе) на определение концентрации целевого газа. Таким образом, учёт влияния кроссчувствительности сенсоров - влияние присутствующих в рабочей среде нецелевых газов на показания концентрации целевого способствует повышению точности определения концентрации газа при непрерывном контроле концентраций газов в окружающем воздухе.
[0065] Так например, как показано в табл. 1 при определении концентрации сероводорода H2S (целевой газ) учитывается влияние оксида углерода СО и диоксида серы SO2.
[0066] Возможно выполнение газового модуля 500 в котором осуществлена возможность передачи сигналов (информации) на внешние устройства. Такая реализация позволяет уменьшить габариты модуля 500 и избавится от излишней громоздкости. Кроме того, избавляет модуль от лишних помех при передаче сигнала. Возможность передачи сигналов (информации) на внешние устройства может быть реализована при помощи, например, интерфейса RS-485 - стандартный индустриальный интерфейс, позволяет объединять устройства в сеть и передавать данные по одной линии связи, то есть устройства соединяются с другими устройствами последовательно.
[0067] Для подключения внешних устройств используются разъёмы, размещенные на корпусе 100 модуля 500, количество разъёмов в зависимости от решаемых задач может составлять 1-4.
Описание способа.
[0068] Для определения концентрации газа может быть использован любой известный метод определения концентраций газов, в описанном устройстве преимущественно используется электрохимический метод определения массовых концентраций веществ в газовоздушной среде. Контролируемый газ взаимодействует с рабочим электродом газового сенсора 400. Высвобождающиеся при этом электроны проходят через электролит и эталонный электрод и формируют во внешней цепи аналоговый сигнал постоянного тока. Величина этого сигнала прямо пропорциональна концентрации контролируемого газа.
[0069] Определение реальной концентрации газа происходит путём преобразования аналогового сигнала в цифровой и дальнейшей его обработки с использованием специального алгоритма (упрощённо - формула, связывающая значение концентрации с уровнями сигналов сенсоров, температурой). При этом для расчёта реальной концентрации газа учитывается влияние температуры рабочей среды (а точнее температуры сенсоров), а также учитывается кроссчувствительность сенсоров 400 - влияние присутствующих в рабочей среде нецелевых газов на показания концентрации целевого.
[0070] Таким образом, за счёт своего конструктивного исполнения и технических особенностей, а именно, за счёт того, что газовый модуль непрерывного контроля концентраций газов в воздухе, содержит корпус, по крайней мере, два газовых тракта с выходами наружу для забора проб анализируемой среды, по крайней мере, два газовых сенсора, по крайней мере, два термодатчика и процессор при этом, сенсоры, термодатчики и процессор связаны между собой по принципу приёма-передачи сигналов, газовый модуль непрерывного контроля концентраций газов в воздухе выполнен с возможностью учёта влияния температуры и влияния присутствующих в анализируемой среде нецелевых газов на показания концентрации целевого газа достигается технический результат заключающейся в повышении точности определения концентрации газа при непрерывном контроле концентраций газов в окружающем воздухе.
[0071] Способ контроля концентрации газа в воздухе, как показано на фигуре 4, характеризуется, по крайней мере, следующими последовательными действиями, а именно: [0072] 1 - размещение модуля непрерывного контроля концентраций газов в воздухе в анализируемую среду;
[0073] 2 - подача электропитания на модуль;
[0074] 3 - формирование электрических сигналов на газовых сенсорах;
[0075] 4 - определение термодатчиками температуры анализируемой среды;
[0076] 5 - передача сигналов с газовых сенсоров и термодатчиков на процессор;
[0077] 6 - расчёт концентрации газа в воздухе с учётом влияния температуры и влияния присутствующих в анализируемой среде нецелевых газов на показания концентрации целевого газа.
[0078] Непрерывный контроль концентрации газа в воздухе осуществляется следующим образом:
[0079] размещение модуля непрерывного контроля концентраций газов в воздухе в анализируемую среду 1, воздух (анализируемая среда) через выходы 200 газовых трактов 210 целенаправленно за счёт диффузии проникает к газовым сенсорам 400. Таким образом, контролируемый (анализируемый) газ взаимодействует с рабочим электродом сенсора, при этом поступающий воздух может подвергаться фильтрации, что предотвращает попадание пыли и грязи внутрь газового модуля, но не препятствуют свободному поступлению воздуха и находящихся в нём газов (за счёт диффузии) на чувствительные элементы сенсоров;
[0080] на модуль подаётся электропитание 2, за счёт чего на сенсорах 400 происходит формирование 3 электрического сигнала. Величина этого сигнала прямо пропорциональна концентрации контролируемого газа. Может использоваться полупроводниковый, оптический или электрохимический (наиболее предпочтительный вариант) метод определения массовых концентраций веществ в анализируемой среде. Так, при электрохимическом методе определения массовых концентраций веществ в анализируемой среде, контролируемый (анализируемый) газ взаимодействует с рабочим электродом сенсора. Высвобождающиеся при этом электроны проходят через электролит и эталонный электрод и формируют во внешней цепи аналоговый сигнал постоянного тока. Величина этого сигнала прямо пропорциональна концентрации контролируемого газа. При этом, значение электрических сигналов определяется концентрацией целевого газа в анализируемой среде, концентрацией нецелевого газа в анализируемой среде и температурой анализируемой среды.
[0081] Далее происходит определение термодатчиками температуры анализируемой среды 4, то есть, для расчёта реальной концентрации газа учитывается влияние температуры рабочей среды (а точнее температуры сенсоров 400);
[0082] передача сигналов 5 с газовых сенсоров и термодатчиков на процессор 430, при этом передача сигналов с газовых сенсоров и термодатчиков на процессор может происходить по линиям передачи платы; на процессоре 430 происходит расчёт 6 концентрации газа в воздухе с учётом влияния температуры и влияния присутствующих в анализируемой среде нецелевых газов на показания концентрации целевого газа. Определение реальной концентрации газа происходит путём преобразования аналогового сигнала считываемого с сенсоров, преобразования его в цифровой вид и дальнейшей его обработки при помощи специального алгоритма, который может быть представлен в виде формулы, в которой для расчёта концентрации целевого газа используются значения сигналов с сенсоров и датчиков температур, а также ряд коэффициентов. Коэффициенты для каждого модуля определяются в процессе калибровки модулей:.
[0083] Ci = X (Aj xSi j x (tlj xTj2+t2j xTj+t3j)+Bj)
[0084] Где Ci - значение концентрации i-ro газа;
[0085] Sig - сигнал с газового сенсора;
[0086] Т - значение температуры сенсора; [0087] A, В, tl, t2, t3 - коэффициенты, учитывающие кроссчувствительность, влияние температуры, смещение «нуля».
[0088] Количественные показатели в формуле могут быть заранее определены либо скорректированы в ходе процедуры калибровки - путем размемещения датчика рядом с эталоном.
[0089] Калибровка осуществляется следующим образом: Газовые модули помещаются в газовую среду с варьируемыми известными концентрациями и температурой, и находятся в ней на протяжении определённого времени. С модулей на протяжении всего времени считываются и заносятся в базу данных показания газовых сенсоров и датчиков температуры. После этого при помощи специального ПО полученные данные обрабатываются и рассчитываются коэффициенты формул для расчёта концентраций. Затем рассчитанные коэффициенты заносятся в ПО газовых модулей.
[0090] Возможна реализация способа непрерывного контроля концентрации газа в воздухе, в котором определяются концентрации следующих газов, например диоксида азота N02, озона ОЗ и оксида углерода СО или же сероводорода H2S и диоксида серы SO2. При этом, при расчете значений концентрации во второй группе сенсоров, могут быть учтены результаты расчёта по первой группе.
[0091] Выбор измеряемых газов и сочетание сенсоров в рамках каждого модуля обусловлены особенностями требований пользователей устройств. Используемая архитектура позволяет реализовывать модули с любым набором сенсоров. В табл.1 приведены примеры влияния газов, находящихся в рабочей среде (атмосферном воздухе) на определение концентрации целевого газа. Таким образом, учёт влияния кроссчувствительности сенсоров - влияние присутствующих в рабочей среде нецелевых газов на показания концентрации целевого способствует повышению точности определения концентрации газа при непрерывном контроле концентраций газов в окружающем воздухе. Так например, как показано в табл. 1 при определении концентрации сероводорода H2S (целевой газ) учитывается влияние оксида углерода СО и диоксида серы SO2.
[0092] Возможна реализация способа контроля концентрации газа в воздухе, в котором результат расчёта концентрации газа в воздухе передаётся на внешние устройства. Таким образом за счёт раскрытого выше способа контроля концентрации газа в воздухе достигается технический результат, заключающийся в обеспечении контроля концентрации газов в окружающем воздухе с высокой точностью, при этом такой контроль может применяться непрерывно. При этом, непрерывность достигается периодическим считыванием сигналов с сенсоров и с датчиков температур, дальнейшим расчётом концентраций, передаче данных в систему мониторинга.
[0093] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.

Claims

Формула
1. Газовый модуль контроля концентрации газов в воздухе, включающий, корпус, по крайней мере, два газовых тракта с выходами наружу для забора проб анализируемой среды, по крайней мере, два газовых сенсора, по крайней мере два термодатчика и процессор при этом, сенсоры, термодатчики и процессор связаны между собой по принципу приёма-передачи сигналов, модуль выполнен с возможностью учёта влияния температуры и влияния присутствующих в анализируемой среде нецелевых газов на показания концентрации целевого газа.
2. Газовый модуль по и. 1, отличающийся тем, что сенсоры выполнены электрохимическими.
3. Газовый модуль по и. 1, отличающийся тем, что сенсоры, термодатчики и процессор размещены на плате.
4. Газовый модуль по и. 1, отличающийся тем, что термодатчики расположены в непосредственной близости от сенсора.
5. Газовый модуль по и. 1, отличающийся тем, что газовые тракты оснащены фильтрами.
6. Газовый модуль по и. 1, отличающийся тем, что выходы газовых трактов расположены в нижней части газового модуля.
7. Газовый модуль по и. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен влагозащищённым.
8. Газовый модуль по п.1, в котором используется комбинация газовых сенсоров, чувствительных к диоксиду азота N02, озону ОЗ и оксиду углерода СО.
9. Газовый модуль по п.1, в котором используется комбинация газовых сенсоров, чувствительных к сероводороду H2S и диоксиду серы SO2.
10. Газовый модуль по п.1, в котором используется две комбинации газовых сенсоров, - одна группа чувствительна к диоксиду азота N02, озону 03 и оксиду углерода СО, вторая - к сероводороду H2S и диоксиду серы SO2.
11. Газовый модуль по и. 1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью передачи сигналов (информации) на внешние устройства.
12. Газовый модуль по и. 1, отличающийся тем, что оснащён разъёмами для подключения к внешним устройствам.
13. Способ контроля концентрации газа в воздухе включающий: размещение модуля контроля концентраций газов в воздухе в анализируемую среду, подача электропитания на модуль, определение термодатчиками температуры анализируемой среды, формирование сигналов на газовых сенсорах, с учетом по крайней мере концентрации целевого газа в анализируемой среде, концентрации нецелевого газа в анализируемой среде и температуры анализируемой среды передача сигналов с газовых сенсоров и термодатчиков на процессор, расчёт концентрации газа в воздухе с учётом влияния температуры и влияния присутствующих в анализируемой среде нецелевых газов на показания концентрации целевого газа.
14. Способ контроля концентрации газа в воздухе по и.13, в котором для формирования сигналов на газовых сенсорах используется электрохимический метод определения массовых концентраций веществ в анализируемой среде.
15. Способ контроля концентрации газа в воздухе по и.13, в котором перед началом использования проводят калибровку сенсоров.
16. Способ контроля концентрации газа в воздухе по и.13, в котором анализируемая среда фильтруется перед попаданием на газовые сенсоры.
17. Способ контроля концентрации газа в воздухе по и.13, в котором передача сигналов с газовых сенсоров и термодатчиков на процессор происходит по линиям передачи платы.
18. Способ контроля концентрации газа в воздухе по и.13, в котором определяются концентрации по крайней мере следующих газов - диоксида азота N02, озона 03 и оксида углерода СО.
19. Способ контроля концентрации газа в воздухе по и.13, в котором определяются по крайней мере концентрации следующих газов - сероводорода H2S и диоксида серы SO2.
20. Способ контроля концентрации газа в воздухе по и.13, в котором сначала определяются концентрации следующих газов - диоксида азота N02, озона 03 и оксида углерода СО, затем, с учетом показателей газов первой группы, определяются концентрации сероводорода H2S и диоксида серы SO2.
21. Способ контроля концентрации газа в воздухе по и.13, в котором результат расчёта концентрации газа в воздухе передаётся на внешние устройства.
22. Способ контроля концентрации газа в воздухе по и.13, в котором контроль концентрации газа осуществляется непрерывно.
PCT/RU2021/050398 2020-10-01 2021-11-26 Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе WO2022071834A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132210A RU2771786C2 (ru) 2020-10-01 Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе
RU2020132210 2020-10-01

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022071834A1 true WO2022071834A1 (ru) 2022-04-07

Family

ID=80950630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/050398 WO2022071834A1 (ru) 2020-10-01 2021-11-26 Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2022071834A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115236147A (zh) * 2022-06-28 2022-10-25 浙江缘森生态环境科技有限公司 一种针对汽车尾气的气体含量监测装置及使用方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5352353A (en) * 1991-01-30 1994-10-04 Roth-Technik Gmbh & Co. Device for monitoring the concentration of gaseous constituents in mixtures of gases
WO2004011924A1 (en) * 2002-07-29 2004-02-05 Seju Engineering Co., Ltd. Portable gas sensor and method for calibrating the same
CN201803947U (zh) * 2010-09-17 2011-04-20 长安大学 多功能有害气体检测仪
GB2499842A (en) * 2012-03-02 2013-09-04 Crowcon Detection Instr Ltd Temperature regulated multiple gas sensor
CN207764160U (zh) * 2017-10-25 2018-08-24 山东科技大学 一种用于矿区大气监测的气体感知设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5352353A (en) * 1991-01-30 1994-10-04 Roth-Technik Gmbh & Co. Device for monitoring the concentration of gaseous constituents in mixtures of gases
WO2004011924A1 (en) * 2002-07-29 2004-02-05 Seju Engineering Co., Ltd. Portable gas sensor and method for calibrating the same
CN201803947U (zh) * 2010-09-17 2011-04-20 长安大学 多功能有害气体检测仪
GB2499842A (en) * 2012-03-02 2013-09-04 Crowcon Detection Instr Ltd Temperature regulated multiple gas sensor
CN207764160U (zh) * 2017-10-25 2018-08-24 山东科技大学 一种用于矿区大气监测的气体感知设备

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115236147A (zh) * 2022-06-28 2022-10-25 浙江缘森生态环境科技有限公司 一种针对汽车尾气的气体含量监测装置及使用方法
CN115236147B (zh) * 2022-06-28 2023-11-21 浙江缘森生态环境科技有限公司 一种针对汽车尾气的气体含量监测装置及使用方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2020132210A3 (ru) 2022-04-01
RU2020132210A (ru) 2022-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ali et al. Low cost sensor with IoT LoRaWAN connectivity and machine learning-based calibration for air pollution monitoring
CN106871965B (zh) 一种多组分大气环境网格化监测仪
WO2019128203A1 (zh) 具有传感器检测元件的有毒有害气体网络监测仪及监测数据处理方法
Mead et al. The use of electrochemical sensors for monitoring urban air quality in low-cost, high-density networks
CN107607450A (zh) 一种大气质量监测方法及相关设备
CN109416339A (zh) 用于检测气体的集成感测装置
WO2022071834A1 (ru) Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе
CN111398549A (zh) 一种无试剂多参数水质原位监测仪
WO2021132902A1 (ko) 배기가스 모니터링 장치
CN115901550B (zh) 一种基于物联网的污染源监测分析系统及方法
CN103364530A (zh) 远程气体监测系统及方法
CN206656763U (zh) 微型多参数大气污染物监测仪及大气污染物监测系统
GB2395564A (en) An electrochemical gas sensor with a liquid organic salt electrolyte
RU2771786C2 (ru) Способ и устройство контроля концентрации газов в воздухе
CN109060888A (zh) 一种取样方法及装置
RU202130U1 (ru) Устройство контроля концентрации газов в воздухе
KR102229138B1 (ko) IoT 기반 실시간 수질 측정을 위한 휴대용 무선 센서 시스템
CN105424904A (zh) 一种火药燃气成分测试系统
CN207923814U (zh) 一种便携式空气污染物浓度监测仪器
JP2002323466A (ja) オゾン分解触媒用の診断システムおよびその作動法
CN213689455U (zh) 一种便携式大气o3电化学监测装置
CN213842976U (zh) 一种土壤腐蚀度的采样装置
CN2804861Y (zh) 空气质量检测装置
CN208888176U (zh) 一种用于监测电缆隧道多种气体的智能检测器
CN108279286B (zh) 一种空气检测仪

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21876074

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 01/09/2023)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21876074

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1