Пристрій контролю відпрацювання регенеративного патрона з хімічно зв’язаним киснем

Пристрій контролю відпрацювання регенеративного патрона дихального апарата з ХІМІЧНО зв'язаним киснем, який складається з термодатчика і індикаційного пристрою, зв'язаних між собою електричним колом, який відрізняється тим, що термодатчик виконаний у вигляді двох малошерційних термоізольованих від складових частин дихально го апарата термоелементів, які встановлені в повітропроводі між патроном і теплообмінником так, що один термоелемент знаходиться в газоповітряному потоці, який виходить з патрона, а другий - на невеликій відстані від першого, але ізольований від безпосереднього впливу газового потоку і включений в електричну схему зустрічно з першим, а різницевий сигнал через екранований кабель поданий до індикаторного пристрою, який складається з диференціального підсилювача, фільтра високої частоти, інтегратора, тригера Шмідта і мікропроцесора, вихід якого з'єднаний з світловою та/або цифровою індикацією ступеня відпрацювання регенеративного патрона і зі звуковою сигналізацією, яка включається по досягненні певного ступеня відпрацювання регенеративного патрона Винахід належить до засобів індивідуального захисту органів дихання людини від шкідливих впливів, зокрема, складових частин ізолюючих дихальних апаратів з ХІМІЧНО зв'язаним киснем, які застосовуються в непридатній для дихання атмосфері Він у складі апаратів з ХІМІЧНО зв'язаним киснем може бути використаний у гірничодобувній, ХІМІЧНІЙ та інших галузях промисловості, на транспорті, при виконанні аварійно-рятувалькж робіт, зокрема при ліквідації пожеж, аварій на АЕС і т і Відомий пристрій для контролю відпрацювання регенеративного патрона з ХІМІЧНО зв'язаним киснем, який складається з термодатчика, який розташований у середині регенеративного патрона і реагує на зміни температури кисневмісної речовини, і перетворювача температури в електричний сигнал з виходом на світлодюд При відпрацюванні половини часу захисної дії регенеративного патрона загоряється світлодюд (Патент США №3773044, Нкл 128-142 6, 1973 г, патент США № 4440162, Нкл 128-202 22, 1984 г) Недоліком цього пристрою є неможливість контролю витрат зв'язаного кисню у процесі виконання роботи, залежність показань від температури навколишнього середовища та інтенсивності роботи Ці недоліки усунуті в пристрої, що описаний в а с СРСР №1736515АІ Він має термодатчик, що складається з двох термоелементів та пристрою для обробки електричного сигналу і візуалізацм інформації в цифровому вигляді Один з термоелементів встановлений в повітропроводі між патроном і дихальним мішком у потоці газоповітряної суміші, яка виходить з патрона, і включений у ланцюг позитивного зворотного зв'язку генератора імпульсів, до виходу якого інформаційним входом підключений лічильник імпульсів з дешифратором на виході, який з'єднаний виходом з цифровим індикатором, а другий термоелемент встановлений в корпусі індикатора відпрацювання і включений в ланцюг негативного зворотного зв'язку генератора Він має такі недоліки істотну нелінійність показань цифрового індикатора, яка не коригується апаратурними засобами, що утруднює проведення правильного розрахунку запасу кисню, який залишився у регенеративному патроні, великі похибки індикації, що виникають при ЗМІНІ зовнішнього навантаження користувача апа 00 00 00 ю 58288 ратом чи при перервах у роботі, відсутність індикації запуску регенеративного патрона, відсутність можливості перевірки пристрою перед застосуванням Цей пристрій обраний за прототип На підставі викладеного випливає, що завданням, на рішення якого спрямований винахід, є усунення зазначених недоліків, тобто поліпшення експлуатаційних характеристик пристрою для контролю відпрацювання регенеративного патрона дихального апарата шляхом зменшення похибки індикації у процесі відпрацювання регенеративного патрона при ЗМІНІ навантаження і перерв у роботі, зниження неліншності цифрової індикації відпрацювання регенеративного патрона, реалізації у пристрої Індикації запуску регенеративного патрона і забезпечення можливості перевірки пристрою перед застосуванням Рішення цього завдання досягається тим, що термодатчик виконаний у вигляді двох малошерційних термоелементів, які встановлені у повітропроводі між патроном і термообмінником так, що один термоелемент знаходиться у газоповітрянім потоці, який виходить з патрона, а другий - на невеликій відстані від першого, але ізольовано від безпосереднього впливу газового потоку Обидва термоелементи Ізольовані відкорпуса патрона і теплообмінника і включені в електричну схему зустрічне, а різницевий сигнал подається через диференціальний підсилювач, фільтр високої частоти, інтегратор і тригер Шмідта на вхід мікропроцесора, вихід якого з'єднаний із звуковою сигналізацією і світловою або цифровою індикацією Таке виконання пристрою відрізняється поліпшеною експлуатаційною характеристикою, тому що забезпечує зменшення похибки індикації у процесі відпрацювання регенеративного патрона при ЗМІНІ навантаження і перервах у роботі, забезпечує ЛІНІЙНІСТЬ цифрової індикації відпрацювання регенеративного патрона, забезпечує можливість індикації запуску регенеративного патрона і можливість перевірки пристрою перед застосуванням Це пояснюється наступним чином У регенеративному патроні, що містить кисневмісний продукт, у сталому режимі (температура кисневмісного продукту 80-300°С) домінують наступні реакції 2К02 + Н20 - 2КОН + 3/2 0 2 + 39кДж 2КОН + СО2 = К2С03 + Н20 + 141 кДж Енергія, яка виділяється в ході реакцій, йде на розігрів повітря, що надходить у регенеративний патрон, кисневмісного продукту, регенеративного патрона і через нього -респіратора і навколишнього середовища Частина її виноситься газовим потоком з регенеративного патрона в термообмінник Вимірюючи тепловий потік, що виноситься газовим потоком, і підсумовуючи його в часі можна контролювати ступінь відпрацювання регенеративного патрона Для реалізації цього створений датчик, що складається з двох зустрічно включених малошерційних термочутливих елементів Це можуть бути терморезистори, термопари і т і Один з елементів встановлений у МІСЦІ витікання газового струменя з патрона, другий - на невеликій відстані від пер шого, але ізольований від безпосереднього впливу на нього газового потоку Отриманий різницевий сигнал підсилюється підсилювачем перемінної напруги і надходить на вхід перетворювача, що складається з інтегратора і тригера Шмідта, який перетворює напругу в частоту Після перетворення пропорційний напрузі частотний сигнал надходить на вхід мікропроцесора, який обробляє отримані дані і керує індикаторним і сигналізуючим пристроями Під час відсутності потоку на вході підсилювача сигналу нема і індикаторний пристрій не змінює свого стану Низька шерційність елементів обумовлює також усунення похибки індикації, пов'язаної зі зміною навантаження, тому що зміна навантаження миттєво приводить до зміни амплітуди різницевого сигналу (хоча температура в залежності від ступеня відпрацювання патрона може продовжувати рости, чи не змінюватися або почати падати) Зміна навантаження призводить до зміни легеневої вентиляції і пропорційній їй ЗМІНІ вмісту дюксиду вуглецю і вологи, які надходять до регенеративного патрона, що у зв'язку з шерційністю всіх інших параметрів приводить до пропорційної зміни енергії, яка виноситься газовим потоком у теплообмінник Невелике збільшення тепловіддачі в навколишнє середовище, пов'язане зі збільшенням температури поверхні патрона у зв'язку зі збільшенням потужності реакції при збільшенні навантаження, автоматично компенсується зменшенням ефективності відпрацювання кисневмісного продукту зі збільшенням навантаження (Э Г Ильинский, ЕЙ Конопелько, С А Лебедков Обоснование испытаний дыхательных аппаратов с химически связанным кислородом при переменных нагрузках// Горноспасательное дело Сб научнтр/НИИГД-Донецк, 1 9 9 7 - с 7 3 - 7 8 ) Лінійна залежність КІЛЬКОСТІ імпульсів за один цикл дихання від амплітуди різницевого сигналу для різних частот дихання (фіг 1), підтверджує цей висновок Зміна температури навколишнього середовища впливає як на індикацію відпрацювання, так і на час захисної дії регенеративного патрона Зменшення тепловіддачі зі збільшенням температури навколишнього середовища, особливо в період розробки регенеративного патрона, приводить до більш швидкої лічби індикаторного пристрою, що частково компенсується прискоренням відпрацювання регенеративного патрона Для повної компенсації в широкому діапазоні температур, при яких передбачена експлуатація респіраторів (для РХ4П, наприклад, діапазон робочих температур від мінус 10°С до плюс 60°С), в індикаторі реалізована додатково апаратурна компенсація, достатність якої підтверджується фіг 2, на якій приведені кінетичні залежності N(t) при різних температурах навколишнього повітря Сутність винаходу пояснюється фіг 3 і 4, на яких показаний варіант конструктивного виповнення пристрою відпрацювання регенеративного патрона зі світловою індикацією, а на фіг 5 показане включення пристрою контролю відпрацювання регенеративного патрона в респіратор Функціонально і конструктивно пристрій контролю відпрацювання регенеративного патрона 58288 складається з пристрою індикаторного ІП і термодатчика Д ІП (фіг 3) складається з корпуса 1, що має два ВІДСІКИ, в одному з яких знаходиться блок електроніки, а в іншому - елемент живлення Для ущільнення кожен ВІДСІК закритий кришками 2 і 3 з гумовими прокладками На торцевій частині корпуса розташований з'єднувач 4 типу РС10 (вилка) для підключення датчика Д, причому, при підключенні датчика автоматично включається електроживлення індикатора У неробочому положенні з'єднувач закритий знімною заглушкою 5 На корпусі ІП встановлені індикатори зеленого 6, жовтого 7 і червоного 8 кольору ступеня відпрацювання регенеративного патрона На задній стінці корпуса встановлені скоби 9 для кріплення ІП на ремені (на фіг не показаний) Датчик Д (фіг 4) складається з металевого корпуса циліндричної форми 10, усередині якого знаходяться два термоелементи 11 і 12, до яких припаяні проводи в термостійкій ізоляції 3 боку корпуса датчика проводи ущільнені за допомогою колодки 13, втулки 14 і гайки 15 Термоелемент 11 знаходиться в потоці газоповітряної суміші, яка виходить з регенеративного патрона, а термоелемент 12 - поза безпосереднього впливу потоку і включений зустрічне термоелементу 11 Термоелементи підключені до з'єднувача 16 типу PC 10 (розетка) екранованим трьохпровідним кабелем 17, ущільненим з боку з'єднувача за допомогою втулки і кільця (на фіг не показані) У неробочому положенні з'єднувач датчика закритий знімною заглушкою 18 Пристрій для контролю відпрацювання регенеративного патрона в складі дихального апарата (фіг 5) працює наступним чином Перед застосуванням користувач знімає заглушки 5 і 18, з'єднує датчик із індикаторним пристроєм і проводить тестування пристрою При наявності елемента живлення, справності електричних кіл тричі послідовно загоряться і згаснуть жовтий 6, зелений 7 і червоний 8 світлодюди або засвітиться і згасне цифрове табло і тричі пролунає звуковий сигнал Перед входом у непридатне для дихання середовище користувач надіває лицеву частину 19 дихального апарата Натискує механізм пускового пристрою 20, унаслідок чого ініціююча рідина по трубці 21 подається до пускового брикету 22 Під впливом рідини брикет починає розкладатися, виділяючи нагрітий брикетний газ, що містить кисень і пари води, які при взаємодії з кисневмісною речовиною патрона 23 також починають генерувати кисень При видиху повітря з лицевої частини по трубці 24 через клапан видиху 25 надходить в мішок видиху і далі через фільтр 27 до речовини патрона У результаті екзотермічних реакцій відновлення видихуване повітря звільняється від дюксиду вуглецю Проходячи між гранулами речовини в обичайку 28 повітря надходить в зазор 29 між нею і корпусом ЗО і далі по теплообміннику 31 до дихального мішка 32, де резервується до настання фази вдиху Встановлений на виході з патрона термодатчик вимірює тепловий потік, електронна схема індикаторного пристрою перетворює його на імпульсні сигнали, які поступають на мікропроцесор При досягненні визначеної КІЛЬКОСТІ імпульсів (1-2 хвилини після натискання механізму пускового пристрою) загоряється зелений світлодюд 6, який інформує користувача про те, що процес запуску регенеративного респіратора відбувся і можна приступати до роботи У процесі дихання в мікропроцесорі накопичуються імпульси і при досягненні визначеної їх КІЛЬКОСТІ відбувається переключення цифрової індикації запасу кисню, що залишився, від 100% до 0% із кроком 5% (дискретність відліку обрана виходячи з похибки вимірів) В індикаторі зі світловою індикацією в процесі відпрацювання регенеративного патрона відбувається переключення СВІТЛОДІОДІВ чи секторів кола При досягненні певного ступеня відпрацювання регенеративного патрона (звичайно 75%, але може бути задана і інша величина) умикається переривчастий звуковий сигнал, який буде лунати, аж поки не буде розімкнуте електричне коло термодатчик - індикаторний пристрій, що підвищує безпеку користування Максимальна похибка пристрою контролю відпрацювання регенеративного патрона не перевищує 10%, а при індивідуальній настройці значно менша В складі респіратора РХ-4П при випробуваннях на стенді-імітаторі дихання абсолютна похибка індикації у 50% і 75% від нормованого ЧЗД не перевищувала Зхв (відносна похибка ВІДПОВІДНО 2,5 і 1,9%) При роботі в апаратах випробувачів похибка, природно, була більше, внаслідок ВІДМІННОСТІ протікання метаболічних процесів у різних індивідуумів, але й у цьому випадку не перевищувала 11хв (відносна похибка 4-6 %) Метод реєстрації теплових потоків, що лежить в основі пристрою, який вимірює ступінь відпрацювання регенеративного патрона, може знайти застосування і в інших галузях, особливо він ефективний при вимірюванні нестаціонарних швидкозмінних теплових потоків 58288 1 1,2 1,4 16 д Залежність кількості імпульсів на вході мікропроцесора за один цикл дихання від амплітуди різницевого сигналу для частоти дихання: (15)., (20) Д, (25)* і (ЗО) D. Фіг.1 Vco2, Залежність кількості імпульсів на вході мікропроцесора від кількості дїоксиду вуглецю, що надійшла у регенеративний патрон, при температурі навколишнього повітря: Д- 16°С; D-40°C; Фіг.2 58288 З 2 Фіг.3 Фіг.4 10 11 12 58288 19 Фіг.5 Комп'ютерна верстка О Лисенко Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа,8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна