Пристрій для вимірювання концентрації газів

Пристрій для вимірювання концентрації газів, що містить два джерела випромінювання, дві ви C2 1 3 Найближчим за технічною суттю до пристрою, який заявляється, є пристрій для вимірювання концентрації метану в рудничній атмосфері (Патент UA на KM № 48216, МПК G 01 N 21/35, публ. 10.03.10.). Суть прототипу полягає у наступному. Пристрій для вимірювання концентрації метану в рудничній атмосфері, що містить джерело випромінювання, 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 блока управління двонаправлено сполучений з арифметичним блоком, другий вхід блока управління сполучений з блоком реєстрації та індикації, а третій вхід блока управління за допомогою цифрового каналу зв'язку сполучений з системою аерогазового захисту вугільної шахти. Недоліком відомого пристрою є те, що при роботі пристрою для вимірювання концентрації газів в умовах запиленості аналізованої газової суміші та за наявністю інших домішок, збільшується похибка вимірювання концентрації аналізованого газу. Для отримання необхідних показників точності пристрою аналізовану газову суміш прокачують через фільтри очищення, що призводить до погіршення динамічних властивостей пристрою. Вимірювання концентрації газів здійснюється не у реальному масштабі часу, а із пропорційною затримкою постійної часу фільтра та технологічних операцій. Для зниження динамічної похибки пристрою вимірювання концентрації газів зменшують постійну часу фільтра, що призводить до запилення оптичної системи, зниження її надійності та довготривалої стабільності. Крім того, використання різних фільтрів із меншою постійною часу призводить до появи статичної мультиплікативної похибки вимірювання концентрації газів. В основу запропонованого винаходу поставлена задача удосконалення пристрою для вимірювання концентрації газу, в якому за рахунок використання фільтрів очищення досягаються необхідні статичні показники точності вимірювань, а для компенсації динамічної похибки використовуються програмні методи цифрової обробки результатів вимірювань. Цей пристрій здійснює вимірювання концентрації газів у реальному масштабі часу, що забезпечує необхідну швидкодію вимірювань та надійність пристрою при необхідній точності контролю концентрації аналізованого газу. При цьому збільшується вірогідність виявлення та контролю вибухонебезпечних концентрацій при раптових викидах вимірюваних газів. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для вимірювання концентрації газів містить два джерела випромінювання, дві вимірювальні кювети, два детектори оптичного випромінювання 96662 4 з підсилювачами, причому детектори з підсилювачами сполучені із функціональними перетворювачами, два функціональні перетворювачі, блок управління та обчислювальний блок, до виходу якого підключено блоки індикації, реєстрації та цифровий канал зв'язку із системою аерогазового захисту вугільних шахт та промислових підприємств, згідно винаходу, пристрій додатково оснащено квазівідкритими фільтрами, які встановлені у вимірювальних кюветах, а оптичні детектори через підсилювачі та функціональні перетворювачі сполучені із аналого-цифровим перетворювачем через комутатор аналогових сигналів, при цьому аналоговий комутатор сполучений із блоком управління, а аналого-цифровий перетворювач сполучений із обчислювальним блоком та блоком управління. На фіг. наведено структурну схему пристрою для вимірювання концентрації газів, де 1 і 2 - джерела випромінювання першої та другої оптичних кювет; 3 і 4 - оптичні вимірювальні кювети з квазівідкритими фільтрами; 5 і 6 - детектори оптичного випромінювання з підсилювачами першої та другої вимірювальних кювет; 7 і 8 - функціональні перетворювачі електричних сигналів; 9 - комутатор аналогових сигналів; 10 - аналого-цифровий перетворювач; 11 - блок управління; 12 - обчислювальний блок; 13 - блок індикації та реєстрації; 14 - цифровий канал зв'язку; 15 - система аерогазового захисту вугільних шахт та промислових підприємств. Робота пристрою здійснюється під управлінням блока 11 та полягає у наступному. Потоки випромінювання від джерел випромінювання 1 і 2 одночасно поступають у вимірювальні оптичні кювети з квазівідкритими фільтрами 3 і 4, які пропускають через дві вимірювальні кювети до 3-5 % пилу від загальної концентрації пилу в аналізованій газовій суміші. Причому одночасно включаються два джерела випромінювання 1 і 2, які встановлено на одній стороні вимірювальних кювет, а на два детектори оптичного випромінювання 5 і 6, які розташовані на одній осі з джерелами 1 і 2 з іншої сторони вимірювальних кювет, поступають оптичні сигнали. Аналогові електричні сигнали від детекторів з підсилювачами 5 і 6 поступають на функціональні перетворювачі 7 і 8. Ці блоки забезпечують однакові вихідні сигнали вимірювальних оптичних кювет при нульовій концентрації аналізованого газу у них, а також здійснюють масштабування вихідного сигналу, яке полягає у наступному: максимальний вихідний сигнал відповідає максимальному значенню діапазону вимірювання концентрації аналізованого газу, а нуль - мінімальній концентрації. Аналогові електричні сигнали від двох функціональних перетворювачів 7 і 8 послідовно комутуються із аналого-цифровим перетворювачем 10 за допомогою комутатору аналогових сигналів 9. Вибір вимірювального каналу, інтервал та тривалість опитування визначається блоком управління 11. Аналого-цифровий перетворювач 10 під управлінням блока 11 перетворює із розділенням у часі електричні сигнали у цифровий код, для реалізації компенсації динамічної похибки пристрою за допомогою програмного методу цифрової обробки результатів вимірювання. Аналого 5 цифровий перетворювач 10 сполучено із обчислювальним блоком 12, в якому виконується збереження дискретних значень вихідних напруг або їх відношення, або різниці вихідних напруг у фіксований момент часу. Далі у наступний момент часу через інтервал дискретизації аналого-цифрового перетворювача 10 процедура вимірювання повторюється та після цього здійснюється розрахунок концентрації аналізованого газу за розробленим алгоритмом, який повторюється циклічно у всьому інтервалі часу роботи пристрою. Під управлінням блока 11 дані про концентрацію аналізованого газу виводяться на блок індикації та реєстрації 13 і за допомогою засобів цифрового каналу зв'язку 14 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 96662 6 передаються у систему аерогазового захисту вугільних шахт та промислових підприємств 15. Запропонований пристрій дозволяє підвищити швидкодію та надійність вимірювачів концентрації газів при необхідній точності контролю, за рахунок використання фільтрів очищення досягаються необхідні статичні показники точності вимірювання концентрації газу, а для компенсації динамічної похибки використовуються програмні методи цифрової обробки результатів вимірювання. Використання запропонованого пристрою як стаціонарного вимірювача концентрації газів дозволяє збільшити вірогідність виявлення та контролю вибухонебезпечних концентрацій при раптових викидах вимірюваних газів. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601