Багатоканальний прилад для розпізнавання запахів та визначення їхніх концентрацій

Реферат: Багатоканальний прилад для розпізнавання запахів та визначення їхніх концентрацій містить сенсор газу, який розміщений в проточній реакційній камері з входом у вигляді отвору для надходження газу, що аналізується, та виходом для скиду газу, мікропроцесорний пристрій. Введено n сенсорів газу, що розміщені в проточній реакційній камері, виходи яких попарно з'єднані з входами n генераторів на основі транзисторних структур з від'ємним опором, виходи яких попарно з'єднані з входами n мікроелектронних частотомірів, які виходами підключені до входу мікропроцесорного пристрою, блок живлення, що з'єднаний з сенсорами, генераторами на основі транзисторних структур з від'ємним опором, мікроелектронними частотомірами і мікропроцесорним пристроєм, а також пристрій відображення інформації, USB-порт, що з'єднані з виходом мікропроцесорного пристрою, причому USB-порт підключено до персонального комп'ютера, оснащеного спеціальною програмою, яка забезпечує вимірювання та графічне відображення значень концентрацій і визначення компонентного складу газу в будь-який момент часу при проходженні через реакційну камеру газу, що аналізується. UA 92064 U (12) UA 92064 U UA 92064 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області контрольно-вимірювальної техніки і може бути використана для вимірювання концентрації газів та визначення компонентного складу газу в різноманітних пристроях автоматичного керування технологічними процесами. Відомий пристрій для вимірювання концентрації газу складається з керамічної підкладки, яка витримує нагрівання до 500 °C. На керамічній підкладці створені два електроди, між якими міститься напівпровідниковий прошарок оксиду металу. При проходженні газу над поверхнею активованого прошарку оксиду металу змінюється його опір. За допомогою мостової схеми зміна опору перетворюється у змінну напругу (див. Виглеб Г. Датчики - М. Мир, 1989, - С. 99111). Недоліком такого пристрою є низька чутливість, особливо в області температур 100-200 °C, тому що при цих температурах різко спадає хімічна швидкість реакцій, які відбуваються на поверхні газочутливого пристрою. Найбільш близьким аналогом є електрохімічний газоаналізатор оксиду вуглецю, що містить електрохімічний сенсор амперометричного типу, в подальшому сенсор газу, який розміщений в проточній реакційній камері з пневмоходом у вигляді каліброваного отвору для надходження газу, що аналізується, та пневмовиходом для скиду газу після аналізу, а також компресор, мікропроцесорний пристрій, пневмоелектричний клапан, фільтр "нульового газу" виконаний у вигляді термічного перетворювача оксиду вуглецю у діоксид вуглецю на паладієвому каталізаторі з вхідним отвором для надходження навколишнього повітря, який через розподільник газового потоку з'єднаний з пневмовиходом компресора та вихідним отвором, який через один газовий канал пневмоелектричного клапана з'єднаний з пневмоходом реакційної камери для надходження в камеру газу, очищеного від оксиду вуглецю, а через другий газовий канал пневмоелектричного клапана, розподільник газового потоку, компресор, фільтр пиловий реакційна камера з'єднана з пневмоходом газоаналізатора для надходження в камеру газу, що аналізується, при цьому для підтримання необхідних метрологічних характеристик при безперервній роботі мікропроцесорний пристрій оснащений спеціальною програмою, що забезпечує керування клапаном електромагнітним і необхідний алгоритм вимірів та їх обробку, який полягає в циклічному автоматичному коригуванні нульових показань при проходженні через реакційну камеру газу, очищеного від окису вуглецю, та вимірювання і розрахунок значень концентрацій при проходженні через реакційну камеру газу, що аналізується [Патент України №34285 МПК G01N 27/26, Бюл. № 15, 2008]. Недоліками пристрою є складність в експлуатації, недостатньо висока точність вимірів і чутливість, що пояснюється неможливістю вимірювання оксиду вуглецю в моменти часу коли реакційна камера підключається до газового каналу, що містить газову суміш очищену від оксиду вуглецю. В основу корисної моделі поставлена задача створення багатоканального приладу для розпізнавання запахів та визначення їхніх концентрацій, в якому за рахунок введення нових блоків і зв'язків між ними, відбувається перетворення концентрації газу в електричний сигнал, в якому підраховується частота, що призводить до підвищення точності і чутливості вимірювання концентрації газів. Поставлена задача вирішується тим, що у багатоканальний прилад для розпізнавання запахів та визначення їхніх концентрацій, що містить сенсор газу, який розміщений в проточній реакційній камері з входом у вигляді отвору для надходження газу, що аналізується, та виходом для скиду газу, мікропроцесорний пристрій, введено n сенсорів газу, що розміщені в проточній реакційній камері, виходи яких попарно з'єднані з входами n генераторів на основі транзисторних структур з від'ємним опором, виходи яких попарно з'єднані з входами n мікроелектронних частотомірів, які виходами підключені до входу мікропроцесорного пристрою, блок живлення, що з'єднаний з сенсорами, генераторами на основі транзисторних структур з від'ємним опором, мікроелектронними частотомірами і мікропроцесорним пристроєм, а також пристрій відображення інформації, USB-порт, що з'єднані з виходом мікропроцесорного пристрою, причому USB-порт підключено до персонального комп'ютера, оснащеного спеціальною програмою, яка забезпечує вимірювання та графічне відображення значень концентрацій і визначення компонентного складу газу в будь-який момент часу при проходженні через реакційну камеру газу, що аналізується. На кресленні наведено схему багатоканального приладу для розпізнавання запахів та визначення їхніх концентрацій. Прилад складається з сенсору газу 1, який розміщений в проточній реакційній камері 2 з входом у вигляді отвору для надходження газу 3, що аналізується, та виходом для скиду газу 4, мікропроцесорного пристрою 5, введено n сенсорів газу 1, що розміщені в проточній реакційній камері 2, виходи яких попарно з'єднані з входами n генераторів на основі транзисторних 1 UA 92064 U 5 10 15 20 25 30 35 40 структур з від'ємним опором 6, виходи яких попарно з'єднані з входами η мікроелектронних частотомірів 7, які виходами підключені до входу мікропроцесорного пристрою 5, блок живлення 8, що з'єднаний з сенсорами 1, генераторами на основі транзисторних структур з від'ємним опором 6, мікроелектронними частотомірами 7 і мікропроцесорним пристроєм 5, а також пристрій відображення інформації 9, USB-порт 10, що з'єднані з виходом мікропроцесорного пристрою 5, причому USB-порт 10 підключено до персонального комп'ютера 11, оснащеного спеціальною програмою, яка забезпечує вимірювання та графічне відображення значень концентрацій і визначення компонентного складу газу в будь-який момент часу при проходженні через реакційну камеру 2 газу, що аналізується. Багатоканальний прилад для розпізнавання запахів та визначення їхніх концентрацій працює таким чином. Газ, що аналізується, всмоктується через вхідний отвір 3 для надходження газу в проточну реакційну камеру 2, де розміщено n сенсорів газу 1 та через вихід для скиду газу 4 виводиться назовні. Газові сенсори 1 в залежності від концентрації досліджуваного газу виробляють електричний сигнал, що змінює частоту вихідного сигналу n генераторів на основі транзисторних структур з від'ємним опором 6, яка вимірюється n мікроелектронними частотомірами 7. Підраховані значення частоти передаються до мікропроцесорного пристрою 5, який за допомогою розробленого спеціального програмного забезпечення і отриманих функцій перетворення виконує вимірювання та забезпечує графічне відображення значень концентрацій і визначення компонентного складу газу. Через пристрій відображення інформації 9 відбувається графічне відображення концентрацій газу або через USB-пοрт 10 на екрані персонального комп'ютера 11. Блок живлення 8 забезпечує безперебійне живлення багатоканального приладу для вимірювання концентрації та визначення складу газу. Визначення компонентного складу газу відбувається шляхом підрахунку концентрацій газів, що вимірюються n сенсорами 1. Отже, залежно від типу застосовуваних n сенсорів 1 можна виміряти концентрацію специфічного газу в газовій суміші. Експериментальні дослідження підтвердили роботоздатність і позитивні якості даного багатоканального приладу для розпізнавання запахів та визначення їхніх концентрацій. Використання частотного методу для вимірювання концентрації газу забезпечує можливість досягнення значно більших точностей вимірювання, ніж при використанні амплітудних сенсорів. Підвищення чутливості досягається шляхом перетворення інформативного сигналу (концентрації газу) в частотний. Запропонований прилад по вимірювальним каналам визначає концентрації газів, таких як Н2, CO, СО2, NOх, СхНх, NH3, С2Н5ОН, СН3-С(О)-СН3, С6Н5-СН3, H2S, О2, О3, HCl. Кількість вимірювальних каналів n може бути збільшена до сто дванадцяти. Запропонований прилад дозволяє визначати горючо-мастильні речовини, клеї, спирти, мийні засоби, технічні та парфумерні речовини, продукти горіння різних матеріалів. Діапазон вимірювання концентрації складає від 2 ppb до 2500 ррm. Абсолютна похибка вимірювання концентрації в діапазоні вимірювання від 2 ppb до 500 ppb становить 2 ppb, в діапазоні від 500 ppb до 1 ррm - 5 ppb, в діапазоні від 1 ррm до 500 ррm - 0,5 ррт, а в діапазоні від 500 ррm до 2500 ррm - 1 ррm. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 Багатоканальний прилад для розпізнавання запахів та визначення їхніх концентрацій, що містить сенсор газу, який розміщений в проточній реакційній камері з входом у вигляді отвору для надходження газу, що аналізується, та виходом для скиду газу, мікропроцесорний пристрій, який відрізняється тим, що в нього введено n сенсорів газу, що розміщені в проточній реакційній камері, виходи яких попарно з'єднані з входами n генераторів на основі транзисторних структур з від'ємним опором, виходи яких попарно з'єднані з входами n мікроелектронних частотомірів, які виходами підключені до входу мікропроцесорного пристрою, блок живлення, що з'єднаний з сенсорами, генераторами на основі транзисторних структур з від'ємним опором, мікроелектронними частотомірами і мікропроцесорним пристроєм, а також пристрій відображення інформації, USB-порт, що з'єднані з виходом мікропроцесорного пристрою, причому USB-порт підключено до персонального комп'ютера, оснащеного спеціальною програмою, яка забезпечує вимірювання та графічне відображення значень концентрацій і визначення компонентного складу газу в будь-який момент часу при проходженні через реакційну камеру газу, що аналізується. 2 UA 92064 U Комп’ютерна верстка С. Чулій 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 3