×
17.02.2018
218.016.2bcd

Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ПРИМЕСНЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРЕ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение может быть использовано в санитарно-эпидемиологическом контроле промышленных регионов. Устройство выполнено из набора контроллеров, разнесенных по площади исследуемого района, каждый контроллер содержит несколько разнотипных газовых датчиков с электронной схемой в составе стабилизатора напряжения, стабилизатора тока подогрева, мостовой схемы, в одно из плеч которой включен датчик, измерительная диагональ мостовой схемы, посредством канального коммутатора, поочередно подключается на вход измерительного тракта из последовательно соединенных операционного усилителя, аналогово-цифрового преобразователя, буферного запоминающего устройства, схемы сравнения, соединенного с программируемой схемой выборки измерений, синхронизирующей работу элементов посредством закладки в нее телекоммуникационной программы от ПЭВМ в составе элементов: процессора, оперативного запоминающего устройства, винчестера, дисплея, принтера, клавиатуры. Изобретение обеспечивает оперативность, достоверность, точность измерений, наглядность формы представления экспресс-анализа. 5 ил.

Изобретение относится к области экологии, в частности к измерительной аппаратуре на основе газовых датчиков, и может найти применение в системах санитарно-эпидемиологического контроля промышленных регионов.

Промышленный прогресс неизбежно связан с увеличением выбросов так называемых парниковых газов в атмосферу, являющихся одной из причин изменения климата планеты. Контроль состояния загрязнения атмосферы является составной частью обязанности государств, подписавших Парижский протокол 2015 г. Известные методы аналитической химии неоперативны, трудоемки и связаны с расходом дополнительных ресурсов (в виде реактивов).

Высоким быстродействием обладают датчики, в которых в качестве чувствительного элемента, реагирующего на присутствие газов и паров изменением электропроводности являются оксидные полупроводниковые пленки с примесями других металлов [см.. Заявка ФРГ, №2651160, кл. G.01.N, 27/12, 1978 г. - аналог].

Известен «Селективный газовый сенсор» патент RU №2137115, 27/12, 1999 г. - аналог. Устройство аналога содержит подложку с резистивным подогревным слоем на одной ее стороне и полупроводниковой оксидной пленкой, легированной оксидами других металлов, на другой стороне. В качестве оксида основного слоя используют оксид металла валентной группы не ниже детектируемого газа, а характеристики селективности: рабочая температура T0 и эквивалентная добротность Qэ рассчитываются по регрессионным зависимостям:

;

,

где μ, μ0 - молярные веса детектируемого газа и воздуха соответственно;

W - валентность материалов легирования;

n - количество элементов поликристаллического легирования;

δ/d - отношение толщины примесного слоя к толщине полупроводникового слоя основного оксида.

Недостатками аналога следует считать:

- пересекающиеся селективные характеристики смежных газов, их широкая полоса ;

- нестабильность калибровочной характеристики из-за нестабильности тока подогрева оксидного слоя и питающего напряжения.

Ближайшим аналогом к заявляемому техническому решению является «Электронный газовый сепаратор», Патент RU №2130178, 1999 г. Устройство ближайшего аналога включает чувствительный элемент на базе оксидной полупроводниковой пленки с одной стороны диэлектрической подложки и резистивный подогревный слой на другой ее стороне, усилитель и индикатор, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде набора единичных газовых детекторов из номенклатуры сепарируемых газов, параллельно подключенных на вход измерительного тракта и состоящих из операционного усилителя с дифференциальной мостовой схемой в его входной цепи, с эталонным и реагирующим на газ элементами в ее смежных плечах, а измерительный тракт содержит N последовательных идентичных усилительных каскадов по схеме операционного усилителя с магазином сопротивлений, ступенчато переключаемых на каждый тип газа и выполняющих функции сопротивления обратной связи и эталонного элемента в качестве регулируемого сопротивления входной цепи.

К недостаткам ближайшего аналога следует отнести:

- ручная регулировка ступенчато-переключаемого сопротивления обратной связи, снижающая время экспресс-анализа;

- невизуальность формы представления результатов сепарирования.

Задача, решаемая заявленным устройством, состоит в увеличении скорости и достоверности экспресс-анализа газовых компонент путем выбора устойчивой схемы электронной компоновки единичного датчика и адресном сравнении текущих измерений с калибровочной характеристикой задействуемого датчика.

Поставленная задача решается тем, что устройство экспресс-анализа примесных газов в атмосфере выполнено из набора контроллеров, совместимых с ПЭВМ, разнесенных по площади исследуемого района, каждый контроллер содержит несколько разнотипных газовых датчиков с электронной схемой подключения в составе стабилизатора напряжения, стабилизатора тока подогрева, мостовой схемы, в одно из плеч которой включен датчик, а ее измерительная диагональ, посредством канального коммутатора, поочередно, с темпом ниже времени адсорбции детектируемого газа, подключена на вход измерительного тракта из последовательно включенных операционного усилителя, аналогово-цифрового преобразователя, буферного запоминающего устройства, схемы сравнения, оперативного запоминающего устройства, синхронизацию работы перечисленных элементов обеспечивает программируемая схема выборки измерений, в которую закладывают телекоммуникационную программу, формируемую на ПЭВМ, на винчестер которой предварительно записывают калибровочные характеристики всех газовых датчиков контроллеров с их адресами.

Изобретение поясняется чертежами, где:

фиг. 1 - функциональная схема устройства;

фиг. 2 - зависимость сопротивления датчика от концентрации примесного газа;

фиг. 3 - характеристики избирательности газовых датчиков;

фиг. 4 - калибровочные характеристики газовых датчиков;

фиг. 5 - форма представления результатов экспресс-анализа.

Устройство экспресс-анализа примесных газов в атмосфере фиг. 1 выполнено из набора контроллеров 1, разнесенных по площади исследуемого района, каждый контроллер содержит несколько разнотипных газовых датчиков 2 с электронной схемой в составе стабилизатора напряжения 3, стабилизатора тока подогрева 4, мостовой схемы 5, в одно из плеч которой включен датчик 2, измерительная диагональ мостовой схемы 5, посредством канального коммутатора 6, поочередно подключается на вход измерительного тракта 7 из последовательно соединенных операционного усилителя 8, аналогово-цифрового преобразователя 9, буферного запоминающего устройства 10, схемы сравнения 11, соединенных с программируемой схемой выборки измерений 13, синхронизирующей работу элементов 6, 7, 8, 9, 10, 11 посредством закладки в нее телекоммуникационной программы от ПЭВМ 12 в составе элементов: процессора 14, оперативного запоминающего устройства 15, винчестера 16, дисплея 17, принтера 18, клавиатуры 19.

На винчестер 16 в цифровом виде записывают калибровочные характеристики газовых датчиков всех контроллеров с их адресами. Схема 11 сравнивает амплитуду сигнала текущего измерения с калибровочной характеристикой адресного датчика, на ее выходе формируют сигнал экспресс-анализа. Результат экспресс-анализа распечатывают на принтере 18. Форма представления результата экспресс-анализа примесных газов иллюстрируется рисунком фиг. 5.

Динамика взаимодействия элементов устройства состоит в следующем. Известно уравнение Менделеева-Клапейрона, в соответствии с которым газы характеризуются газовой постоянной, равной ≈2 ккал/моль град. Поскольку молярный вес газов различен, то удельная теплоемкость газов изменяется в довольно широких пределах. Этим обусловлена различная адсорбционная активность оксидных полупроводниковых пленок к детектируемому газу. На графике фиг. 2 иллюстрируется зависимость сопротивления газового датчика от концентрации примесного газа. Для каждого газа существует «резонансная» температура максимальной чувствительности датчика. Семейства селективных характеристик газовых датчиков иллюстрируется графиками фиг. 3. Выходная характеристика газовых датчиков существенно нелинейна при малых концентрациях детектируемого газа, а при больших концентрациях наступает насыщение. Поэтому текущий результат измерений необходимо калибровать, т.е. сравнивать с эталонной характеристикой. Для этого в заявленном устройстве создают базу эталонных калибровочных характеристик газовых датчиков всех контроллеров и помещают ее в постоянное запоминающее устройство 16 ПЭВМ 12. Последнее позволяет реализовать экспресс-анализ в темпе измерений путем калибровки текущего измерения в схеме сравнения 11. Пример калибровочных характеристик двух типов примесных газов иллюстрируется графиками фиг. 4. Датчики находятся в подключенном состоянии. Для стабильности и точности измерений в электронной схеме датчиков предусмотрены стабилизатор тока, стабилизатор напряжения и мостовая схема измерений в режиме разбалансировки [см., например, «Справочник по радиоэлектронике» под редакцией А.А. Куликовского, Энергия, М., 1968 г., стр. 181-183, Мостовая схема измерений]. Темп измерений задает программируемая схема выборки, управляющая канальным коммутатором. Интервал измерений должен быть достаточным для адсорбции примесного газа в полупроводниковую пленку. Время осреднения серийных газовых датчиков составляет менее 0,1 сек. Синхронизация работы элементов устройства достигается специализированной телекоммуникационной программой, написанной на языке программирования «Ассемблер».

Текст программы экспресс-анализа:

Программа опроса датчиков для микроконтроллера ATmega328P состоит из основной программы main.asm, hextobcd.asm. Так же используется файл-вложение с определением мнемоник m328Pdef.inc.

Листинг программы main.asm:

RESET:

Листинг подпрограммы interrupts.asm:

Листинг подпрограммы macr.asm:

Листинг подпрограммы hextobcd.asm:

Все элементы устройства выполнены на существующей технической базе и средствах аналогов. Канальный коммутатор и аналогово-цифровой преобразователь выполнены на многофункциональном блоке, модуль 3560-L, фирмы Bruel & Kjer (Дания). Операционный усилитель ОУ тип К 1446 УД5 [см. Операционные усилители, Ж. Марше, пер. с фр., Л., Энергия, 1974 г., стр. 150-194]. Управляющая ПЭВМ (Notebook) типа ASUS, Eee PC 1201 PN, на функциональных возможностях которой реализована база калибровочных характеристик газовых датчиков с их адресами, программируемая схема выборки измерений и схема сравнения.

Эффективность устройства характеризуется высокой точностью измерений концентрации примесных газов, оперативностью, достоверностью.

Устройство экспресс-анализа примесных газов в атмосфере выполнено из набора контроллеров, совместимых с ПЭВМ, разнесенных по площади исследуемого района, каждый контроллер содержит несколько разнотипных газовых датчиков с электронной схемой подключения в составе стабилизатора напряжения, стабилизатора тока подогрева, мостовой схемы, в одно из плеч которой включен датчик, а ее измерительная диагональ, посредством канального коммутатора, поочередно, с темпом ниже времени адсорбции детектируемого газа, подключена на вход измерительного тракта из последовательно включенных операционного усилителя, аналогово-цифрового преобразователя, буферного запоминающего устройства, схемы сравнения, оперативного запоминающего устройства, синхронизацию работы перечисленных элементов обеспечивает программируемая схема выборки измерений, в которую закладывают телекоммуникационную программу, формируемую на ПЭВМ, на винчестер которой предварительно записывают калибровочные характеристики всех газовых датчиков контроллеров с их адресами.
УСТРОЙСТВО ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ПРИМЕСНЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРЕ
УСТРОЙСТВО ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ПРИМЕСНЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРЕ
УСТРОЙСТВО ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ПРИМЕСНЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРЕ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 40 items.
27.10.2014
№216.013.016f

Способ отслеживания границы зоны "лес-тундра"

Изобретение относится к лесному хозяйству и может быть использовано при оценке динамики глобальных климатических изменений в Арктике. Согласно способу проводят спектрометрические измерения в переходной зоне 69°…70° с.ш., содержащей тестовые участки в диапазоне 0,55…0,68 мкм и 0,73…1,1 мкм, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531765
Дата охранного документа: 27.10.2014
27.07.2015
№216.013.6823

Способ определения рейтинга вида пород для плана озеленения

Изобретение относится к лесному хозяйству и может найти применение при планировании мероприятий по озеленению городских территорий. Способ включает составление каталога древесных пород обследуемого городского поселения с известной экологической обстановкой и соответствующей ему территории...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558212
Дата охранного документа: 27.07.2015
27.07.2015
№216.013.683e

Устройство коррекции погодных условий

Устройство коррекции погодных условий может быть использовано для изменения естественной циркуляции воздуха при антициклональных погодных условиях. Устройство содержит линейный ускоритель (1) для бомбардировки молекул воздуха коллимированным пучком высокоэнергетичных электронов в вертикальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558239
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.08.2015
№216.013.69cb

Вибродатчик с элементом цифровой калибровки

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для вибродиагностики технологического оборудования. Вибродатчик с элементом цифровой калибровки выполнен в виде металлического корпуса с фланцем для крепления на контролируемом объекте. Внутри корпуса датчика размещены первичный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558636
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.69d0

Датчик воздушного зазора

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при конструировании систем виброконтроля габаритных валов роторных машин в электрогенераторах, при эксплуатации турбонасосов, в нефтегазовой промышленности и других областях. Датчик воздушного зазора выполнен в виде двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558641
Дата охранного документа: 10.08.2015
20.11.2015
№216.013.9110

Способ коррекции погодных условий

Изобретение относится к области метеорологии и сельского хозяйства. Способ включает длительное воздействие на локальную область атмосферы тепловым лучом сфокусированного солнечного потока. Луч получают с помощью оптической линзы многокилометровых размеров. Линзу создают в ионосфере при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568752
Дата охранного документа: 20.11.2015
27.03.2016
№216.014.c77a

Способ определения объема выбросов в атмосферу от природных пожаров

Изобретение относится к области дистанционного мониторинга природной среды и касается способа определения объема выбросов в атмосферу от природных пожаров. Способ включает синхронную съемку поверхности установленными на космическом носителе цифровой видеокамерой и гиперспектрометром, выделение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578515
Дата охранного документа: 27.03.2016
20.04.2016
№216.015.360e

Способ контроля пирологического состояния подстилающей поверхности

Изобретение относится к области дистанционного зондирования Земли из космоса. Технический результат заключается в повышении устойчивости и достоверности результатов контроля. Для осуществления контроля проводят дистанционное зондирование подстилающей поверхности средствами, установленными на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581783
Дата охранного документа: 20.04.2016
10.06.2016
№216.015.45b7

Способ определения индекса состояния атмосферы для антропогенных источников загрязнения

Изобретение относится к области экологии, а именно к дистанционным методам мониторинга природных сред и к санитарно-эпидемиологическому контролю промышленных регионов. Способ включает измерение спектра падающего светового потока, прошедшего толщу атмосферы, фотометрами глобальной сети...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586939
Дата охранного документа: 10.06.2016
10.08.2016
№216.015.54d0

Устройство инициирования осадков в атмосфере

Изобретение относится к области воздействия на атмосферу. Устройство инициирования осадков в атмосфере выполнено из двух разнородных источников ионизации молекул воздуха в охватываемом рабочем объеме. Источники работают поочередно в синхронизованном по мощности и времени импульсном режиме путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593215
Дата охранного документа: 10.08.2016
Showing 11-20 of 56 items.
27.07.2015
№216.013.683e

Устройство коррекции погодных условий

Устройство коррекции погодных условий может быть использовано для изменения естественной циркуляции воздуха при антициклональных погодных условиях. Устройство содержит линейный ускоритель (1) для бомбардировки молекул воздуха коллимированным пучком высокоэнергетичных электронов в вертикальной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558239
Дата охранного документа: 27.07.2015
10.08.2015
№216.013.69cb

Вибродатчик с элементом цифровой калибровки

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для вибродиагностики технологического оборудования. Вибродатчик с элементом цифровой калибровки выполнен в виде металлического корпуса с фланцем для крепления на контролируемом объекте. Внутри корпуса датчика размещены первичный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558636
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.69d0

Датчик воздушного зазора

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при конструировании систем виброконтроля габаритных валов роторных машин в электрогенераторах, при эксплуатации турбонасосов, в нефтегазовой промышленности и других областях. Датчик воздушного зазора выполнен в виде двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558641
Дата охранного документа: 10.08.2015
20.11.2015
№216.013.9110

Способ коррекции погодных условий

Изобретение относится к области метеорологии и сельского хозяйства. Способ включает длительное воздействие на локальную область атмосферы тепловым лучом сфокусированного солнечного потока. Луч получают с помощью оптической линзы многокилометровых размеров. Линзу создают в ионосфере при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568752
Дата охранного документа: 20.11.2015
27.03.2016
№216.014.c77a

Способ определения объема выбросов в атмосферу от природных пожаров

Изобретение относится к области дистанционного мониторинга природной среды и касается способа определения объема выбросов в атмосферу от природных пожаров. Способ включает синхронную съемку поверхности установленными на космическом носителе цифровой видеокамерой и гиперспектрометром, выделение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578515
Дата охранного документа: 27.03.2016
20.04.2016
№216.015.360e

Способ контроля пирологического состояния подстилающей поверхности

Изобретение относится к области дистанционного зондирования Земли из космоса. Технический результат заключается в повышении устойчивости и достоверности результатов контроля. Для осуществления контроля проводят дистанционное зондирование подстилающей поверхности средствами, установленными на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002581783
Дата охранного документа: 20.04.2016
10.06.2016
№216.015.45b7

Способ определения индекса состояния атмосферы для антропогенных источников загрязнения

Изобретение относится к области экологии, а именно к дистанционным методам мониторинга природных сред и к санитарно-эпидемиологическому контролю промышленных регионов. Способ включает измерение спектра падающего светового потока, прошедшего толщу атмосферы, фотометрами глобальной сети...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586939
Дата охранного документа: 10.06.2016
10.08.2016
№216.015.54d0

Устройство инициирования осадков в атмосфере

Изобретение относится к области воздействия на атмосферу. Устройство инициирования осадков в атмосфере выполнено из двух разнородных источников ионизации молекул воздуха в охватываемом рабочем объеме. Источники работают поочередно в синхронизованном по мощности и времени импульсном режиме путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593215
Дата охранного документа: 10.08.2016
12.01.2017
№217.015.58f3

Способ определения дигрессии надпочвенного покрова в арктической зоне

Изобретение относится к области экологии и может найти применение при контроле состояния территорий вечной мерзлоты в целях раннего обнаружения критических состояний. Способ определения дигрессии надпочвенного покрова в Арктической зоне включает регистрацию двух разнотипных сигналов средствами,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588179
Дата охранного документа: 27.06.2016
12.01.2017
№217.015.644e

Глобальная система измерений предвестников землетрясений

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для измерения предвестников землетрясений. Сущность: система содержит множество первичных датчиков-фотометров (1) контроля оптической плотности атмосферы, функционирующих в режиме отслеживания превышения сигнала...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002589444
Дата охранного документа: 10.07.2016
+ добавить свой РИД