Номер инновационного патента: 20581

Опубликовано: 15.12.2008

Автор: Ордабаев Болат Баймуханович

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение может быть использовано для определения концентраций озона в бытовых, служебных и производственных помещениях и в системе автоматического контроля и регулирования концентрации озона в атмосферном воздухе замкнутого пространства.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка озонометра для контроля концентрации озона, обеспечивающая высокую точность и надежность контроля, простоту конструкции и отсутствие дополнительных приспособлений для его нормального функционирования.
Достигаемым техническим результатом является высокая точность контроля и надежность полученных результатов при простоте конструкции и отсутствии дополнительных приспособлений.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства, содержащего два разрядных промежутка, расположенных раздельно, демпферную камеру-озонопоглотитель и балансную схему с выходным прибором, в предлагаемом изобретении, коронирующие иглы, выполненные в виде игл на сетках, направлены в противоположные стороны и подсоединены к разным полюсам источника питания, а внешние электроды, расположенные напротив коронирующих игл, выполнены совместно с озонопоглотителями из пористого силикагеля, причем коронирующие и внешние электроды расположены осесимметрично в трубке из диэлектрического материала с отверстиями для ввода озоносодержащего газа.

Текст

Смотреть все

(51) 01 27/70 (2006.01) 01 В 13/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ отсутствие дополнительных приспособлений для его нормального функционирования. Достигаемым техническим результатом является высокая точность контроля и надежность полученных результатов при простоте конструкции и отсутствии дополнительных приспособлений. Технический результат достигается тем, что в отличие от известного устройства, содержащего два разрядных промежутка, расположенных раздельно,демпферную камеру-озонопоглотитель и балансную схему с выходным прибором, в предлагаемом изобретении, коронирующие иглы, выполненные в виде игл на сетках, направлены в противоположные стороны и подсоединены к разным полюсам источника питания, а внешние электроды,расположенные напротив коронирующих игл,выполнены совместно с озонопоглотителями из пористого силикагеля, причем коронирующие и внешние электроды расположены осесимметрично в трубке из диэлектрического материала с отверстиями для ввода озоносодержащего газа.(72) Бахтаев Шабден Абуович Сыдыкова Гульнар Кудайбергеновна Ордабаев Болат Баймуханович Коджабергенова Асем Кунтуаровна(56) Предварительный патент РК 8712, кл. 01 27/70. 2000(57) Изобретение может быть использовано для определения концентраций озона в бытовых,служебных и производственных помещениях и в системе автоматического контроля и регулирования концентрации озона в атмосферном воздухе замкнутого пространства. Задачей предлагаемого изобретения является разработка озонометра для контроля концентрации озона, обеспечивающая высокую точность и надежность контроля, простоту конструкции и 20581 Изобретение относится к устройствам для определения концентраций озона в бытовых,служебных и производственных помещениях и может быть использовано в системе автоматического контроля и регулирования концентрации озона в атмосферном воздухе замкнутого пространства. Известно устройство для анализа газовых смесей, выполненное в виде металлической трубки и натянутой по ее оси металлической нити и помещенной в стеклянный корпус с отводами для входа и выхода анализируемого- газа, причем в процессе измерения определяется значение напряжения горения коронного разряда, зависящего от состава газа (а.с. СССР 131903, кл. 1 27/70, бюл. изобр.18, 1960). Однако, из-за существенного влияния атмосферного состояния проточного газа (давления, температуры и скорости протока) на значения напряжения горения коронного разряда, в данном случае, не обеспечиваются высокая точность измерения и надежность полученных данных. В связи с тем, что измеряемым параметром является значение высокого напряжения зажигания коронного разряда,еще возникает неудобство преобразования его для целей применения устройства в системах автоматического контроля и регулирования. Наиболее близким по технической сущности является устройство для контроля концентраций озона, в котором разрядные промежутки выполнены раздельно и расположены симметрично относительно демпферной камеры (озонопоглотитель), и содержит балансную схему с выходным прибором и вытяжной вентилятор для обеспечения равномерного потока озоносодержащего газа(предпатент РК 8712, кл. 0 27/70, опубл. 15.03.2000). Главным недостатком данного устройства является применение демпферной камеры в качестве озонопоглотителя, которая из-за ее возможности задерживать другие примеси и аэрозольные частицы в воздухе может привести к неодинаковым условиям протекания разрядов в двух зонах измерения. Кроме того, из-за наличия демпферной камеры и при работе вентилятора атмосферные условия (перепад давления, скорости протока и т.д.) в том или в другом разрядном промежутке могут отличаться друг от друга существенно. Хотя в данном устройстве влияния примесей в воздухе на точность измерения и различия атмосферных условий в зонах разряда могут быть временно снижены с помощью балансной схемы, но источник погрешности измерения остается и поэтому применение этого устройства для автоматического контроля озона не является целесообразным. Также данное устройство отличается сложной конструкцией из-за применения дополнительных приспособлений в виде демпферной камеры и вентилятора. В целом,предложенное устройство при своей сложной конструкции не обеспечивает высокую точность измерения и надежность полученных результатов. Задачей предлагаемого изобретения является разработка озонометра для контроля концентрации 2 озона, обеспечивающая высокую точность и надежность контроля, простоту конструкции и отсутствие дополнительных приспособлений для нормального функционирования озонометра. Достигаемым техническим результатом является высокая точность контроля и надежность полученных результатов при простоте конструкции и отсутствии дополнительных приспособлений. Задача решается тем, что в отличие от известного устройства, содержащего два разрядных промежутка, расположенных раздельно, демпферную камеру - озонопоглотитель и балансную схему с выходным прибором, в предлагаемом изобретении, коронирующие иглы, выполненные в виде игл на сетках, направлены в противоположные стороны и подсоединены к разным полюсам источника питания, а внешние электроды,расположенные напротив коронирующих игл,выполнены совместно с озонопоглотителями из пористого силикагеля, причем коронирующие и внешние электроды расположены осесимметрично в трубке из диэлектрического материала с отверстиями для ввода озоносодержащего газа. В основу работы прототипа были положены молекулярные процессы взаимодействия молекул озона с ионами азота и кислорода, присутствующие во внешней области положительного коронного разряда. Процессы взаимодействия молекул озона с ионами О 2 и 2 и последующего образования вторичных ионов О 3 и О 2 ведут, в целом, к увеличению средней подвижности ионов во внешней зоне коронного разряда и соответственно,к увеличению величины тока разряда. Таким образом, пропуская озоносодержащий газ через первый разрядный промежуток, а затем через демпферную камеру - озонопоглотитель второй разрядный промежуток и сравнивая разрядные токи на их нагрузках определяют концентрацию озона в озоносодержащем газе. При этом имеет место некоторая привлекательность применения положительного коронного разряда для целей контроля, так как он имеет энергетический выход озона на порядок меньше чем отрицательный коронный разряд. Кроме того, применение демпферной камеры - озонопоглотителя позволяет получать на выходе устройства газ и воздух,очищенного от озона. Известно, что молекулярные реакции молекул озона с положительными ионами азота и кислорода являются трудно протекающими, так как их константы реакции лежат в пределах 10-30 см 6 /с. И поэтому, предложенное устройство более пригоден для контроля озона при его высокой концентрации,а при низких концентрациях озона в атмосферном воздухе в помещениях чувствительность устройства не удовлетворяет требованиям к точности контроля озона. В предлагаемом изобретении, также как в прототипе, элементом для сравнения является положительный коронный разряд, тогда как в качестве чувствительного к озону элемента используется внешняя область отрицательного коронного разряда. При протекании отрицательного 20581 разряда во внешней области его присутствуют ионы О-, О-2 и О-3, которые принимают участие в процессах перезарядки ионов,причем ответственными за прохождение разрядного тока являются ионы О-2 и О-3, хотя в соответствии с их количествами, О-2 - в большей степени, О-3 - в меньшей степени. Появление инородного озона существенно изменяет характер процессов перезарядки ионов во внешней области разряда, так как озон имеет более высокую энергию сродства к электрону по сравнению с О(1,4) и О 2(1,45). В этом случае доля озона как переносчика зарядов во внешней области разряда возрастает в соответствии с концентрацией его в анализируемом газе. Если учесть значения подвижностей молекул кислорода(2,24 см 2/Вс) и озона (2,54), то следует ожидать увеличения средней подвижности ионов во внешнем участке коронного разряда. Все это, в целом,приводит к увеличению вклада ионов озона в общий разрядный ток, что и является основой применения коронного разряда для контроля концентрации озона в озоносодержащем газе (Лунин В.В. и др. Физическая химия озона. М. МГУ, 1998, с.132). Таким образом, в отличие от прототипа, в предлагаемом изобретении используются два разрядных промежутка с объемными зарядами разной полярности, которые образуются между коронирующими иглами и внешними электродами,совмещенными с озонопоглоти гелями из пористого силикагеля. Ввиду того, что коронирующие иглы направлены в противоположные стороны, внешние электроды в виде озонопоглотителя располагаются симметрично на разных концах диэлектрической трубки. Если озонопоглотитель для отрицательного коронного разряда используется для нейтрализации озона, то для положительного коронного разряда,кроме этого, он служит для соблюдения требований идентичности двух разрядных камер. Ввод озоносодержащего газа во внутрь озонометра осуществляется через отверстия в диэлектрической трубке, расположенные на равном расстоянии от разрядных промежутков. В процессе работы озонометра между коронирующими иглами и внешними электродами возникает электрический ветер со скоростью не менее 1-3 м/с, который оказывает через отверстия всасывающее действие на воздух окружающей атмосферы. Здесь главным является процесс забора воздуха для контроля из одного участка окружающей атмосферы, что ведет к одинаковости состава воздуха в разрядных промежутках в части присутствия примесей и аэрозольных частиц. В предлагаемом изобретении, в отличие от прототипа, с помощью выбора конструкции и принципа работа влияния степени запыленности воздуха и его атмосферного состояния(температуры, давления и влажности) на точность контроля сводятся к минимуму. Кроме того,совмещение внешних электродов с озопоглотителями и обхождение без вентилятора, в целом, ведет к простоте конструкции и отсутствию дополнительных приспособлений, необходимых для работы озонометра. Балансная схема измерения также позволяет существенно снизить погрешности контроля озона,появляющиеся из-за существующего отличия электрических характеристик разнополярных разрядных промежутков. Применение двухполярного источника питания обеспечивает определение разности токов,протекающих в разрядных промежутках, которая пропорциональна концентрации озона. При такой возможности измерения перепада напряжения отрицательной полярности на общей нагрузке создается условие для применения озонометра в системах автоматического контроля и регулирования концентраций озона в рабочей атмосфере помещений. Установка на ноль, когда отсутствует озон и градуировка шкалы выходного прибора по известным концентрациям озона в воздухе производятся с помощью балансной схемы. На фиг. 1 представлена функциональная схема озонометра с двухполярным источником питания 1. Озонометр содержит корпус из диэлектрического материала, составленного из двух цилиндрических трубок 2 и соединительной втулки 3 с отверстиями 4, коронирующие иглы на сетках 5 и внешние электроды 6, совмещенные с озонопоглотителями из пористого силикагеля. Коронирующие электроды соединены через балластные сопротивления 1 к разным полюсам источника питания, к выходу которого подсоединено регулирующее сопротивление 2. Внешние электроды 6 через общее нагрузочное сопротивление 3 соединен с выходным прибором 7. Нагрузочное сопротивление также служит для использования перепада напряжения на нем в системе автоматического контроля и регулирования 8 (САР). На фиг. 2 показан вариант схемы питания озонометра высоковольтным переменным напряжением,который включает в себя высоковольтный трансформатор ТВ, балластные сопротивления 1 и регулирующее сопротивление 2. В этом случае на общем нагрузочном сопротивлении 3 также получаем разность токов разнополярных импульсных сигналов (полуволны переменного напряжения),поступающих от разрядных камер. Применение этого варианта питания озонометра может исходить из требования необходимости переменного сигнала для САР. Озонометр работает следующим образом. При подаче достаточно высокого напряжения от двухполярного источника питания на коронирующие электроды 5 между ними и внешними электродами 6 возникают разнополярные коронные разряды, которые создают электрические ветры, направленные в противоположные стороны. После установления стабильного электрического ветра в разрядных промежутках (не более 5 с) начинает работать принцип ионно-конвекционного насоса,обеспечивающий всасывание через отверстия 4 наружного воздуха (озоносодержащего газа) во внутрь озонометра, который одновременно будет проходить через разрядные промежутки для контроля озона. Первоначально, при отсутствии озона в наружном воздухе с помощью 2 показание выходного прибора 7 выводится на ноль. При этом 3 20581 также компенсируется существующее отличие в электрических характеристиках положительного и отрицательного коронных разрядов в разрядных промежутках озонометра, причем из-за применения балансной схемы измерения влияния на точность контроля примесей или других аэрозольных частиц,присутствие которых в озоносодержащем газе не исключено, также сводятся к минимуму. Таким образом, зависимым от концентрации озона параметром в озонометре является значение разности токов от двух разрядных камер 2, которое регистрируется выходным прибором 7 или передается к САР. Если чувствительность озонометра к озону зависит от крутизны характеристик коронных разрядов, то точность контроля озона будет зависеть от стабильности напряжения источника питания и постоянства геометрических параметров разрядных промежутков. Крутизна характеристик коронных разрядов, в свою очередь,определяется значением высокого напряжения и геометрией разрядных промежутков (радиусом кривизны коронирующей иглы и межэлектродным расстоянием). Один из вариантов осуществления озонометра иллюстрируется примером. Пример. Корпус озонометра, состоящей из трех частей (2,3), прикрепленных друг с другом соосно,выполнен из фторопласта, причем внутренний диаметр трубок 2 составляет 20 мм, а длина - 30 мм. Внутри трубок 2 осесимметрично расположены коронирующие иглы 5, насаженные на тонкие сеткииз нихрома. Коронирующие иглы изготовляются из тонкой молибденовой проволоки (0,5 мм) с радиусом закругления на острие порядка 0,2 мм. Внешние электроды-озонопоглотители изготовлены из пористого силикагеля с металлизированной поверхностью с толщиной 5 мм. Они достаточно прозрачны для прохождения воздуха под действием электрического ветра. При испытании предлагаемой конструкции озонометра были созданы условия для изменения межэлектродного расстояния в разрядных промежутках (от 4 до 6 мм) с помощью выбора длины коронирующих игл, а напряжение питания разрядных камер менялось в диапазоне от 4 до 14 кВ. При таком изменении напряжения питания и выборе оптимального расстояния между электродами (5 мм) рабочий ток в разрядных камерах может меняться от 0 до 20 мкА. Испытания озонометра и контрольные измерения концентраций озона были произведены с помощью малогабаритного озонатора, который обеспечивает регулируемую концентрацию озона (от 2 до 10 мг/м 3) в рабочей атмосфере в помещений. В связи с отсутствием калиброванного генератора озона и стандартного озонометра градуировка выходного прибора и определение чувствительности озонометра к озону (порядка 0,2 мг/мкА) были выполнены расчетным путем, исходя из значений концентраций озона в наружном воздухе. В целом, предлагаемое изобретение обеспечивает автоматический контроль озона в рабочей атмосфере при высокой чувствительности и надежности результатов измерений, что достигается при простоте конструкции озонометра и при отсутствии дополнительных приспособлений. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Озонометр,содержащий два разрядных промежутка, расположенных раздельно, демпферную камеру - озонопоглотитель и балансную схему с выходным прибором, отличающийся тем,что коронирующие иглы, выполненные в виде игл на сетках, направлены в противоположные стороны и подсоединены к разным полюсам источника питания, а внешние электроды, расположенные напротив коронирующих игл, выполнены совместно с озонопоглотителями из пористого силикагеля,причем коронирующие и внешние электроды расположены осесимметрично в трубке из диэлектрического материала с отверстиями для ввода озоносодержащего газа.

МПК / Метки

МПК: G01N 27/70, G01B 13/00

Метки: озонометр

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/5-ip20581-ozonometr.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Озонометр</a>

Похожие патенты