Недисперсионный многокомпонентный газоанализатор

Недисперсионный многокомпонентный газоанализатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

) НЕДИСПЕРСИОННЫЙ МНОГОЙОМПОНЕНТНЫЙ ГАЗОЛНАЛИЗАТОР,включайиЯй последовательйо piacпoлoжeнныe источник излучения , измерительную кювeтy модулятор и п дифференциальиьгх газрвых детекторов , каждый из котбрых заполнен одним из определяемых компонентов и . подключен к регистрирующему прибору через схему вычитания и суммирования, содержащую регуляторы напряжения и операционный усилитель, к неинвертирующему входу которого, подсоединен детектор данного компонента, а к инвертирующим входам через регуляторы напряжения - остальные детекторы, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности .и улучшения эксплуатационных характеристик, он дополнительно содержит П блоков временной селекции., включающие один сигнальный и П +1 управлякяцие входы, один калибровочный, один информационный и 11-1 управлякадие ВЕЛХОДЫ, и датчики строб-импульсов, причем в каждом блоке временной селекции сигнальный вход соединен с выходом соответствующего операционного, усилителя , каждый из управляющих входов блока подключен к одному из датчиков строб-импульсов, информационный и § калибровочный выходы подключены к регистрирукадему прибору, а управляю (Л С :щие выходы соединены с входами соответствующих регуляторов напряжения, при этом модулятор расположен соосно внутри измерительной кюветы и выполнен в виде аксиально-симметричного набора секторов цилиндра, один из которых - рабочий, свободно сообщаквдийся с кюветой, Г) секторов о :л эталонные, герметизированные оптически прозрачными торцовыми стенками , а и 4-1 секторов - опорные. N5 ;о :л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДА СТВЕННЫй НОМИТЕТ CCCP

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ

;а

ОПИСАНИЕ NSO6PETEHNRi -:.,, H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3355779/18-25 (22) 06.11.81 (46) 07.11,83. Бюл. Р 41 (72) В,Д.Бобрышев, Й.И.Баэалеев, .Е.М.Медведев и В.A.ßöåíêî. (71) Харьковский филиал Особого конструкторского и технологического бю-. ро "Союэтехморнефтегаз" (53) 543. 27 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 99750, кл. G 01 У 3/42, 1952.

2. Эаявка ФРГ 9 2505006, кл. 6 01 И 21/24, опублик.. 1979

1прототип). (54) (57.) НЕДИСПЕРСИОННЫЯ МНОГОЙОМПОНЕНТНЫй ГАЭОАНАЛИЭАТОР, включайщий последовательйо расположенные источник излучения, измерительную кювету, моду" лятор и П дифференциальных газовых де- . текторов, каждый из которых заполнен одним иэ определяемых компонентов и . подключен к регистрирующему прибору через схему вычитания и суммирования, содержащую регуляторы напряжения и операционный усилитель, к неинвертирукщвму входу которого подсоединен детектор данного компонента, а к инввртируккцим входам через регуляторы

„ЛО,», А напряжения — остальные детекторы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и улучше ния эксплуатационных характеристик, он дополнительно содержит П блоков временной селекции, нключающие один сигнальный и П +1 управляющие входы, один калибровочный, один информаци" онный и и -1 упранляющие выходы, и датчики строб-импульсов, причем н каждом блоке временной селекции сигнальный вход соединен с выходом соответствукщего операционного усили" теля, каждый иэ упранляющих входов блока подключен к одному из датчиков строб-импульсов, информационный и калибровочный выходы подключены .к щ регистрирующему прибору, а управляющие выходы соединены с входами соответствующих регуляторов напряжения, при этом модулятор расположен cooc- ( но внутри измерительной кюветы и выполнен в виде аксиально-симметричного набора секторон цилиндра, один из которых — рабочий, свободно сообщающийся с кюветой, П секторов эталонные, герметиэированные оптически прозрачными торцовыми стенками, а tt +1 секторон - опорные.

1052951 дической (весьма трудоемкой и дорогостоящей) подстройки анализатора по уровню поперечной чувствительности дтс у тс TB уют, 65

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в различных системах контроля. и анализа промышленных газон и загрязнений атмосферы, а так-. же при проведении геохимических неф- 5 тегаэопоисковых работ на шельфе, где

Измеряемыми компонентами являются ,метан, этан, пропан, бутан и этилен, обладаюцие частично или полностью перекрывающимися спектрами поглоще- 10 ния.

Известен днухлученой анализатор, в котором чувствительность обоих плеч к изменениям концентрации компонентов в смеси выполняют одинако- )5 ной для мешающих компонентов и разной для определяемого компонента.

Анализатор характеризуется принципиалькой возможностью компенсации поперечной чувствительности по одному определяемому компоненту смеси (1).

Недостатками анализатора являются трудность балансиронки плеч анализатора для числа мешающих компонентов более одного; наличие некомпенсированной поперечной чувствительности для остальных компонентов, если их также необходимо определять. Автоматическое подцержание укаэанного баланса, невозможно, кроме того, проведение калибровки чувстнительности к измеряемому компоненту сложно.

Наиболее близким к предлагаемому по технической суцности янляется недисперсионный многокомпонентный газоаналиэатор, включающий последовательно расположенные источник излу.чения, измерительную кюнету, модулятор и П дифференциальных газовых детекторон, каждый из которых заполнен одним из определяемых компонен- 4Q тон. и подключен к регистрирующему прибору через схему, вычитания и суммирования, содержащую регуляторы напряжения и операционный усилитель, к неиннертирующему входу которого 45 подсоединен детектор данного компонента, а к инвертируюцим входам через регуляторы напряжения — остальные детекторы.

В данном гаэоаналиэаторе принципиально возможно осуществлять компенсацию поперечной чувствительности для всех определяемых компонентов (2) °

Однако н газаанализаторе ненозможно автоматическое устранение поперечной чувствительности, что сни-. жает точность измерений. В полевых и морских условиях первоначальная настройка прибора со временем,,ста" новится неоптимальной, а условия и 6() подготовленный персонал для периоЧувствительность анализатора к измеряемым компонентам, определяемая долговременной нестабильностью баланса лучевых потокон в измеритель" ном и сравнительном трактах,, недостаточна что также отрицательно скаг эынается на точности измерений.

Обоэначим через Q интегральную интенсивность лучевого потока н измерительном тракте, а через Р— интегральную интенсинность лученого пото.ка в сравнительном тракте, Если разбаланс лучевых потоков незначительный, то аналитически era можно записать в виде равенства с) =Й -ю). где - уровень раэбаланса (ус< 1) .

При появлении в измерительном тракте ополнительного поглощения й, про-. порционального концентрации определяемого компонента, выходной сигнал дифференциального газового детектора можно представить при a f в виде

A-K(V-Qll-a)j=k(P-г(-q)()-û)j l(PI() ) ()

1 где К вЂ” некоторый .коэффициент пропорциональности.

Отсюда видно, что в известном устройстве сигнал разбаланса KPq неотли" чим от полезного сигнала КРК, т.е. чувствительность анализатора ограничивается не фундаментальными причинами, а уровнем.разбаланса g .

Кроме того, проведение в полевых условиях калибровки чунстнительности ко всем измеряемым компонентам слож" но, что ухудшает эксплуатационные характеристики анализатора (например, периодичность и.объем регламентных и поверочных работ), Цель изобретения — понышение точности и улучшение эксплуатационных характеристик (увеличение периодичности и уменьшение объема регламентных и поверочных работ).

Поставленная цель достигается тем, что недисперсионный многокомпонентный газоанализатор, включающий последовательно расположенные источник излучения, измерительную кювету, модулятор и lq дифференциальных газовых детекторов, каждый из которых заполнен одним из определяемых компонентов и подключен к регистрирующему прибору через схему вычитания и суммирования, содержащую регуляторы напряжения и операционный усилитель, к неиннертирующему входу которого подсоединен детектор данного компонента, а к инвертируюцим входам через регуляторы напряжения - остальные детекторы, дополнительно содержит И блоков временной селекции, включающие один сигнальный и и +1 управляющие нходы, один калибровочный,.один информационный и H -1 управляющие ныходы„ и датчики строб-импульсов, причем в каж1052951. дом блоке временной селекции сигналь., ный вход соединен с выходом соотнет- ствующего операционного усилителя, каждый из управляющих входов блока подключен к одному иэ датчиков строб импульсов, информационный и калибровочный выходы подключены к регистрирующему прибору, а управляющие выходы соединены с входами соотне=,=тнующих регуляторов напряжения, при этом модулятор расположен соосно внутри измерительной кюветы и ныполнен н виде аксиально-симметричного набора секторов цилиндра, один иэ которых рабочий, свободно сообщающийся с кюнетой, 8 секторон — эталонные, герметизиронанные оптически прозрачными торцовыми стенками, а М +1-секторон — опорные.

На фиг. 1 представлена Функциональная схема газоаналиэатора; на фиг. 2 — устройство модулятора на фиг. 3 — функциональная схема блока

;временной селекции; на фиг. 4 — эпюры напряжений.

Газоанализатор (Фиг. 1) содержит последовательно расположенные излучатели 1, измерительную кювету 2 с исследуемой газовой смесью, внутри которой соосно с возможностью вращения установлен модулятор 3, дифФеренциальные газоные детекторы

4.1-4.3, каждый из которых заполнен одним из определяемых компонентов, с предварительными усилителями 5.1"

5.3, схемою вычитания и суммиронания, содержащие регуляторы 6,1"6.3 напряжения с электронным упранлением и операционные усилители 7,1- 7,3, При этом количество схем, вычитания и суммирования соответствует количеству определяемых компонентов.

Газоанализатор включает н себя также блоки 8.1-8.3 временной селекции, переключатель 9 режима работы, регистрирующие приборы 10.1-10.3, датчики 11.1-11.4 строб-импульсов.

Модулятор 3 (фиг. 2) расположен соосно внутри измерительной кюветы ,2 и выполнен в виде аксиально-симмет" ричного набора, попарно перекрывающих оба лучевых потока секторов цилиндров, один из которых является рабочим, свободно сообщающимся с измерительной кюветой 2, 13.1-13.3 эталонными, герметизиронанными прозрачными торцовыми стенками и последовательно заполненными каждым из определяемых компонентов в эталонных концентрациях, а сектора цилиндров 14 — опорными, оптически прозрачными и противостоящими рабочему 12 и эталонным 13.1-13.3 секторам цилиндрон при пересечении лучевых потоков. Сектора цилиндров 14 могут быть заполнены непоглощающим газом. например, азотом.

Блоки 8. 1-,8, 3 временной селекции (фиг. 1) выполнены с одним сигнальньм входом 15, управляющими входами

16.1-16.4, одним калибровочным 17, одним информационным 18 и управляющими выходами 19.

При этом вход 15 каждого блока соединен с выходом одного из операционных усилителей 7.1-7.3, выходы 17 и 18 посоединены через переключатель

9 к регистрирующему прибору 10 (Фиг. 1) . Управляющие выходы 19 соединены с регулирующими входами соответствующих электронно-управляемых регуляторов 6.1-6.3 напряжения, каждый из управляющих н>адов 16 падсоединен к одному из датчиков 11 ° 1-11.4, ° вырабатывающих строб-импульсы в моменты пересеченяя лученых потоков рабочим 12 или одним из эталонных

2О 1 Э 1 13 а 3 цилиндров а

Каждый блок временной селекции (фиг, 3) може быть построен на ос. нове импульсных синхронных детекторон (ИСД). В этом случае он содержит четыре идентичных ИСД, включающих по два электронных ключа 20,1-20,4, два фильтра 21.1 — 21.4 нижних частот, дифференциальный усилитель 22.1-22.4 и входы 23.1-23,4 схемы управления.

Работа предлагаемого устройства показана на примере трехкомпонентного газоанализатора..

Лучевые потоки от излучателей 1 проходят через.измерительную кюне35 ту 2 с вращающимся модулятором 3 и попадают на .лучеприемные камеры дифференциальных детекторов 4.1-4.3, пройдя разные оптические среды.

Индексами 1-3 в номерах позиций обозначены узлы газоанализатора (фиг. 1), повторяющиеся для каждого компонента н отдельности, а индексом 4 — узлы н цепи одного из дат" чикон 11.1-11.4, вырабатывающего строб-импульсы н момент пересечения лучевого потока рабочим сектором 12 цилиндра.

Рассмотрим работу газоанализатора с момента пересечения сектором

13.1 цилиндра первой оптической оси, .а противостоящего ему сектора цилиндра 14 — второй оптической оси. В эту часть периода вращения модулятора 3 на выходе детектора 4.1 возникает калиброванный по величине разностный сигнал, пропорциональный эталонной концентрации первого компонента. kIa выходах детекторан 4.2 и 4.3 в это же время возникают соответствующие .сигналы, обусловленные их поперечной

66 чувстнительностью к данному компоненту, В следующую часть периода, при пересечении данной оптической оси сектором 13.2 цилиндра, вторую опти@5,ческую ось синхронно пересекает

1052951 с заданной точностью автоматичесни, а по чувствительности к определяемым компонентам - полуавтоматически, что существенно улучшает эксплуатацион ные характеристики (по -условиям среды, периодичности и объему регламент" иих и поверочных работ, квалификации и численности обслуживающего персонала) .

Использование предлагаемого устройства в нефтегазопоисковых работах позволяет суцественно увеличить их информативность:. н, тем самъм, сокра,тить объем непродуктивных буровых работ. хоьлэьа

1052951

27

Составитель Л.Сихович

Редактор О.Сопко Техред М.бергель Корректор Г.Реыетник

Заказ 8859/39 Тираж 873 . Подписное.

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4