Пристрій для вимірювання концентрації газу в газоповітряній суміші

1. Пристрій для вимірювання концентрації газу в газоповітряній суміші, що містить джерела випромінювання, відкриті вимірювальні кювети, причому на одній стороні вимірювальних кювет встановлені джерела інфрачервоного випромінювання, а на іншій стороні кювет на одній осі з джерелами встановлені детектори з функціональними перетворювачами, арифметичний блок та блок управління, сполучений з блоком індикації та реєстрації, 3 промінювання, дві вимірювальні кювети, два детектори оптичного інфрачервоного випромінювання з підсилювачами, причому детектори з підсилювачами сполучені з двома функціональними перетворювачами, блок управління та арифметичний блок, до виходу якого підключений блок індикації та реєстрації. Пристрій додатково оснащено джерелом випромінювання, а вимірювальні кювети виконані відкритими, причому на одній стороні відкритих вимірювальних кювет встановлені джерела інфрачервоного випромінювання, а на іншій стороні кювет на одній осі з джерелами встановлені детектори, причому перший вхід блоку управління двонаправлено сполучений з арифметичним блоком, другий вхід блоку управління сполучений з блоком реєстрації та індикації, а третій вхід блоку управління за допомогою цифрового каналу зв'язку сполучений з системою аерогазового захисту вугільної шахти. Відомий пристрій забезпечує необхідну швидкодію і точність вимірювання концентрації газу при малих та однорідних концентраціях пилу та інших домішок, але при роботі пристрою в умовах високої неоднорідної запиленості газоповітряної суміші забруднення джерел інфрачервоного випромінювання та детекторів має неоднорідний характер, що приводить до збільшення похибки вимірювання. Для отримання необхідних показників точності аналізовану газоповітряну суміш необхідно пропустити через фільтри очищення, що призводить до погіршення динамічних властивостей пристрою. У основу запропонованої корисної моделі поставлена задача вдосконалення пристрою для вимірювання концентрації газу, в якому за рахунок компенсації впливу зовнішнього дестабілізуючого фактора - неоднорідної запиленості газоповітряної суміші та внутрішнього дестабілізуючого фактора власних шумів як джерел інфрачервоного випромінювання, так і детекторів, підвищується точність вимірювання концентрації газу при збереженні необхідної швидкодії та надійність пристрою, що приводить до своєчасного визначення небезпечної концентрації газу при високій неоднорідній запиленості газоповітряної суміші. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для вимірювання концентрації газу в газоповітряній суміші, що містить джерела випромінювання, відкриті вимірювальні кювети, причому на одній стороні вимірювальних кювет встановлені джерела інфрачервоного випромінювання, а на іншій стороні кювет на одній осі з джерелами встановлені детектори з функціональними перетворювачами, арифметичний блок та блок управління, сполучений з блоком індикації та реєстрації, цифровий канал зв'язку, згідно корисної моделі додатково містить джерело інфрачервоного випромінювання та вимірювальну кювету, яка має фільтр для очищення газоповітряної суміші від пилу і є закритою, і всі джерела інфрачервоного випромінювання з'єднані з керованим імпульсним джерелом струму, при цьому арифметичний блок має додатковий вхід для обробки сигналів від трьох функціональних перетворювачів електричних сигналів. 57407 4 Функціональний перетворювач електричних сигналів містить вибірковий підсилювач, вхід якого з'єднаний з виходом детектора фотосигналу, а вихід - зі входом пікового детектора та фільтром низьких частот, вихід якого з'єднаний зі входом нормуючого перетворювача, який забезпечує потрібний рівень сигналу на всіх входах арифметичного блоку. Використання трьох вимірювальних кювет, дві з яких є відкритими, а третя є закритою, та схемних рішень живлення джерел інфрачервоного випромінювання та функціональних перетворювачів електричних сигналів компенсує вплив зовнішнього дестабілізуючого фактора - неоднорідної запиленості газоповітряної суміші та внутрішнього дестабілізуючого фактора - власних шумів як джерел інфрачервоного випромінювання, так і детекторів, на результат вимірювання концентрації газу. Використання трьох вимірювальних кювет та схемних рішень живлення джерел інфрачервоного випромінювання та функціональних перетворювачів електричних сигналів підвищує точність вимірювання концентрації газу при збереженні необхідної швидкодії та надійність пристрою. На фіг. наведена структурна схема пристрою для вимірювання концентрації газу в рудничній атмосфері, де 1 - кероване імпульсне джерело струму; 2, 3 і 4 - джерела інфрачервоного випромінювання; 5 і 6 - відкриті вимірювальні кювети; 7 закрита вимірювальна кювета; 8, 9 і 10 - детектори фотосигналу; 11, 12 і 13 - вибірковий підсилювач; 14, 15 і 16 - пікові детектори з фільтрами низьких частот; 17, 18 і 19 - нормуючі перетворювачі; 20 блок індикації та реєстрації; 21 - арифметичний блок; 22 - блок управління; 23 - цифровий канал зв'язку; 24 - система аерогазового захисту підприємства. Робота пристрою полягає в наступному. Блок 22 управляє роботою керованого імпульсного джерела струму 1 для формування імпульсної послідовності струму живлення джерел інфрачервоного випромінювання 2, 3, 4, що забезпечує їх імпульсний режим роботи. Тривалість та амплітуда імпульсів визначається блоком управління 22: діапазон зміни тривалості імпульсів лежить в межах (50250) мкс, діапазон зміни амплітуди лежить в межах (0200) мА, частота проходження імпульсів складає 2 кГц. Імпульсні потоки випромінювання від джерел інфрачервоного випромінювання одночасно поступають у дві відкриті 5, 6 та одну закриту з фільтром 7 вимірювальні кювети, в яких знаходиться аналізована газоповітряна суміш. У якості джерел інфрачервоного випромінювання в першій відкритій та закритій вимірювальних кюветах використовують світловипромінюючі діоди з довжиною хвилі, яка відповідає спектру поглинання аналізованого газу, а у другій відкритій - світловипромінюючий діод з довжиною хвилі, яка лежить поза межами спектру поглинання аналізованого газу. Вимірювання інтенсивності випромінювання, що пройшло через три вимірювальні кювети, здійснюється за допомогою детекторів фотосигналу 8, 9 та 10. В якості детекторів фотосигналу використовуються фотодіоди, спектральні характеристики яких перекривають спектри джерел випроміню 5 57407 вання. Електричні сигнали від детекторів фотосигналу поступають на входи вибіркових підсилювачів 11, 12 та 13, які виділяють та посилюють основну гармоніку з вихідних прямокутних сигналів детекторів, частота якої складає 2 кГц. Вихідні синусоїдальні сигнали блоків 11, 12 та 13 поступають на вхід пікових детекторів 14, 15, 16 та фільтрів низьких частот 17, 18, 19 для перетворення змінного сигналу в постійний. Постійний вихідний сигнал блоків 17, 18 та 19 поступає на вхід нормуючого перетворювача, який забезпечує потрібний рівень сигналу на всіх входах арифметичного блоку 21: максимальний сигнал відповідає максимальному значенню діапазону вимірювання концентрації газу, а нуль - мінімальному значенню. В блоці 21 виконується компенсація неоднорідної запиленості газоповітряної суміші за розробленим алгоритмом та розраховується значення концентрації газу в газоповітряній суміші. Під управлінням блоку 22 дані про концентрацію газу виводяться на блок індикації та реєстрації 20 та по засобах цифрового Комп’ютерна верстка І. Скворцова 6 каналу зв'язку 23 передаються в систему аерогазового захисту підприємства 24. Запропонований пристрій дозволяє забезпечити необхідну швидкодію вимірювання концентрації газу при підвищенні точності вимірювання та надійності пристрою за рахунок використання трьох вимірювальних кювет та схемних рішень окремих блоків пристрою. Необхідні показники точності пристрою забезпечуються за рахунок компенсації впливу неоднорідної запиленості газоповітряної суміші та зменшення впливу власних шумів як джерел інфрачервоного випромінювання, так і детекторів, на результат вимірювання концентрації газу. Підвищення надійності пристрою забезпечується за рахунок живлення джерел інфрачервоного випромінювання імпульсами струму. Використання даного пристрою в умовах запиленої газоповітряної суміші підприємств дозволить своєчасно визначити небезпечну концентрацію газу при високій неоднорідній запиленості газоповітряної суміші. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601