Устройство для измерения концентрации озона в воздухе- кислороде

Устройство для измерения концентрации озона в воздухе- кислороде

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к емкост ,ным измерителям и может использоваться для анализа состава газовой среды. Цель изобретения - повьшение чувствительности и точности измерений. Устройство содержит два измерительных генератора, включающих емкостные датчики-ячейки, подсоединяемые управляемыми клапанами поочередно к источнику исследуемого газа, непосред- . ственно и через ячейку разложения озона. Выходы обоих генераторов соединены со смесителем частот, выход которого через логические элементы соединен со счетчиком. Цифровое состояние счетчика несет информацию о концентрации озона в газе. Повьшение чувствительности И:-точности измерений достигается путем использования двух измерительных генераторов с емкостными датчиками-ячейками, подклюс 9 ченных к смесителю частот. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (З4 G01 N27 22 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (6!) 938119 ,(21) 3538095/24-25 (22) 12.01.83 (46) 23.10.86. Бюл. № 39 (72) 10.В. Подгорный и В.И. Воропаев (53) 543.27 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 938119, кл. G 01 К 27/22, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОН11ЕНТРАЦИИ ОЗОНА В ВОЗДУХЕ-КИСЛОРОДЕ (57) Изобретение относится к емкост,ным измерителям и может использовать-! ся для анализа состава газовой среды.

:Цель изобретения — повьппение чувствительности и точности измерений.

Устройство содержит два измеритель„,SU 1265568 А 2 ных генератора, включающих емкостные датчики-ячейки, подсоединяемые управляемыми клапанами поочередно к источнику исследуемого газа, непосред- ". ственно и через ячейку разложения озона. Выходы обоих генераторов соединены со смесителем частот, выход которого через логические элементы соединен со счетчиком. Цифровое состояние счетчика несет информацию о концентрации озона в газе. Повышение чувствительности и:.точности измерений достигается путем использования двух измерительных генераторов с емкостными датчиками-ячейками, подклюс0 ченных к смесителю частот. 2 ил.

1265568

2О

Изобретение относится к измерительной технике и Может быТь использовано для определения озона в оэоно воздушных и озонокислородных газовых смесях в условиях их нромьппленного 5 производства и использования.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности устройства для измерения концентрации езона в воздухе-кислороде за счет увеличения динамического диапазона и снижение температурной погрешности.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма. работы.

Устройство для измерения концентрации озона в воздухе-кислороде содержит емкостный датчик-ячейку 1, ИЧ-генератор 2, одновходовые клапаны 3 и 4, ячейки 5 и 6 разложения озона, двухвходовую схему И 7, четырехвходовую схему И 8, двоично-деся тичный реверсивный счетчик 9, ðåгистр 10 памяти, цифроаналоговый преоеразователь 11, инвертор 12, асин.хронный R5 -триггер 13, блок 14 управления, состоящий из кварцевого генератора 15 прямоугольных импульсов, I

|последовательно включенных Т-триггеров 16"19, двухвходовой схемы И 20 н

Четырехвходовых схем И 21 и 22, одновходовые клапаны 23 и 24, емкостный датчик-ячейку 25, ВЧ-генератор 26, 35 смеситель 27. Причем вход П двухвхо„довой схемы И 7 и вход R асинхрон- його RS "триггера 13 связаны с выходом схемы И 20 блока управления, вход

4О

1 которой и управляющий вход клапана 3 связаны с выходом Q T -триггера 19, с выходом Q которого связаны вход 11 четырехвходовой схемы И 8 и управляющий вход клапана 4, вход III четырехвходовой схемы И 8 и вход 11

45 схемы И 20 блока управления связаны с выходом Q T-триггера 18, а вход

TV четырехвходовой схемы И 8 связан с выходом Q асинхронного RS -триггера 13, вход 5 которого через инвертор 12 связан с выходом Ч "Заем" реверсивного счетчика 9, вход ITI

"Сброс" которого через схему 11 2!I блока управления связан с выходами g Ттриггеров 19 и 17 и выходами Q Ттриггеров 16 и 18, вход TI "Запись" регистра )О памяти через схему И 22 блока 14 управления связан с выходом.

QT-триггера 19 и выходами QT-триггеров 16 18. Датчик-ячейка 1 включен в частотозадающий L С-контур ВЧ-генератора 26. Управляющие входы клапанов 23 и 24 соединены сооветственно с управляющими входами клапанов 4 и 3, газовые входы которых соединены соответственно с газовыми входами клапанов 24 и 23, газовые выходы которых соединены с емкостным датчикомячейкой 25, выход которого соединен с выходом датчика-ячейки 1. Выходы

ВЧ-генераторов 2 и 26 соединены с входами смесителя 27 частот, выход которого соединен с входом 1 прямого счета реверсивного счетчика 9 через двухвходовую схему И 7, а с входом обратного счета реверсивного счетчика 9 — через четырехвходовую схему И 8.

Блок 14 управления путем последовательного деления на два частоты соединения прямоугольных импульсов кварцевого генератора 15 с помощью

Т-триггеров 16-19 вырабатывает последовательность команд, управляющих работой клапанов 3, 4, 23 и 24, реверсивного счетчика 9, регистра 10 памяти. Сформированные на выходах

Q и Я Т-триггера 19 команды длительностью по 14 с управляют работой клапанов, обеспечивая попеременное от-. крывание либо клапанов 3 и 24, либо клапанов 4 и 23 ° При открытых клапанах 3 и 24 газовая смесь с выхода через ячейку 5 разложения, клапан 3 поступает в датчик-ячейку 1, а через клапан 24 — в датчик-ячейку 25. Ячейка 5 разложения обеспечивает получение опорного не содержащего озона газа путем каталитического разложения озона. При открытых клапанах 4 и 23 в датчик-ячейку 1 поступает исследуемый газ, а в датчик-ячейку 25 опорный. Таким образом, обеспечивается попеременное прохождение через каждый датчик-ячейку опорного и исследуемого газов, причем, когда через один из датчиков-ячеек проходит опорный газ, через второй проходит иследуемый газ. Для исключения выбросов озона в атмосферу газ с выходов датчиков-ячеек 1 и 25 проходит ячейку 6 разложения озона. Изменение состава газа в датчиках-ячейках 1 и

25 вызывает противофазные изменения частоты ВЧ-генераторов 2 и 26, пропорциональные концентрации озона.

126

5568 4

ff +дЕю (t -t, )) и (Е + af (t -t< ) .

Частота на выходе смесителя будетЧастоты ВЧ-генераторов поступают на смеситель 27, выделяющий разностную частоту. Выделение изменения частот

Вч-генераторов производится путем последовательного эаполненеия реверсивного счетчика 9 импульсами разностной частоты, поступающими со сме. сителя 27 частот, сначала по прямому счету, а затем по обратному. Фор.мирование команды на заполнение ре- 10 версивного счетчика 9 по прямому сче. ту осуществляется схемой И 20, обеспечивающей пропускание импульсов через схему И 7 на вход l счетчика 9 только при открытых клапанах 3 и 24. 15

Заполнение реверсивного счетчика 9 в режиме обратного счета производится только при открытых клапанах 4 и 23, когда совпадение логических единиц с выходов Q T-триггера 19 и 20

115-триггера 13 и выхода QT-триггера

18 на входе схемы И 8 обеспечит прохождение импульсов с выхода смесителя 27 на ll вход реверсивного счетчика 9. Счет импульсов производится в течение второй половины времени (7 с) нахождения в открытом состоянии клапанов 3 и 24 или 4 и 23. Первая половина этого времени используется для продувки датчиков-ячеек 1 30 и 25.

Кроме периодического изменения частот ВЧ-генераторов 2 и 26 эа счет изменения состава газа в датчиках-ячейках I и 25, частоты изменяются со временем за счет температурного дрейфа.

Можно считать, что за время однот о цикла измерения (28 с) температурный дрейф ВЧ-генераторов 2 и 26 40 благодаря применению пассивного термостатирования имеет постоянную величину, В момент tt„начала счета импульсов с выхода смесителя 27 реверсивным счетчиком 9 (фиг.2) в режиме прямого 45 счета частота ВЧ-генератора 2 имеет значение h f и абсолютное изменение

ot частоты в единицу времени h f частота ВЧ-генератора 26 имеет значение

f и абсолютное изменение частоты - 50 дЕ. Частота на выходе смесителя F будет иметь значение 0 .) (дЕ д )( ()

Считая скорости изменения частот ВЧгенераторов 2 и 26 постоянными, можно утверждать, что заполнение реверсивного счетчика 9 в режиме прямого счета производится импульсами со сме. сителя 27, имеющими среднюю частоты

F„, равную

F +F2

F — — — = (f -f )+ — (af-af ) (й. 2 а м 2

-t )„ (3)

Число импульсов N<, фиксируемое счетчиком 9 за время Т = (t — t )," н.Т =(Ео Е,)Т+2(4Е, -дЕ )Т,. (4)

В момент t производят переключение клапанов ° Клапаны 3 и 24 закрываются, а клапаны 4 и 23 открываются. 3а счет изменения состава газа в датчиках-ячейках 1 и 25 изменяются частоты ВЧ-генераторов. Частота ВЧгенератора 2 принимает значение

f II Ео1 где f — частота ВЧ-генераторй 2 в момент t крутизна преобразования ВЧз. генератора 2, Гц- г. . м

Р— концентрация озона, г/м

Частота ВЧ-генератора 26 принимает значение (f p Е+ дЕ (С -t,)+ Я Р., (6) где 1 — частота ВЧ-генератора 26 в момент и — крутизна преобразования ВЧгенератора 26.

За время от t до Сэ производит ся продувка датчиков-ячеек и к моменту t частоты ВЧ-генераторов 2 и

26 принимают значения соответственно:

ff,+ дЕ, (t,,)) (Е,+ af (t, е,)).

С этого момента начинается заполнение реверсивного счетчика 9 в режиме обратного счета. К моменту 1» окончания заполнения реверсивного счетчика 9 в режиме обратного счета час" тоты ВЧ-генераторов принимают значения соответственно

Ео1 Еа, ()

В момент 1: окончания заполнения ре- 55 к версивного счетчика 9 в режиме прямого счета частоты ВЧ-генераторов 2 и 26 примут эначенйя соответственно (Е„* дЕ,,t —,): +дЕ, И вЂ” е,)) и

Lfo2+afz(t> t ) +дЕ ct» tq)j.

Средняя частота импульсов на выходе смесителя 27 аналогично выражению (3) будет иметь значение

1265568

2О

Г = (f„-К„)+ (пК,-af )(t -,)

+- (6f,— f ).(t„- t ), (,7)

В результате заполнения реверсивного счетчика 9 в режиме обратного 5 счета из его содержимого будет вычтено число импульсов N, равное

С (4,л) Г(щ 0 ) 2) (9

1 ()(4 )j (4 3) (8)

Поскольку в предлагаемом устройстве

t -t = t -t =t -t Т то с учетом ь к (5) и (6)

t5

И =(К,-f )Т+ -(hf,,-af )Т вЂ” (Б,+Б )РТ, 5 Z (9)

На информационных выходах реверс.. сивного счетчика 9 останется код, соответствующий числу импульсов

N= Н, -Н =(Б,+Б )РТ -2(а К, - :Г )Т; (10)

Сигналом с выхода схемы И 22 значение кода, выраженного формулой

10, переносится в регистр 10 памяти и преобразуется цифро-аналоговым преобразователем ll в напряжение пос тоянного тока, служащее выходным сигналом устройства. Затем импульс с выхода схемы И 21 устанавливает реверсивный счетчик 9 в исходное состояние и цикл измерения повторяется. .. ° . .М1

Анализ выражения (10) показывает, что введение второго ВЧ-генератора с емкостным датчиком-ячейкой увеличивает чувствительность (диапаэон изменения частоты) и уменьшает температурную погрешность. При идентичных параметрах ВЧ-генераторов и ем- 4О костных датчиков-ячеек S, =S -=-Б и

h f; = 6 f, происходит полная компенсация температурных дрейфов и вы,ражение (101 принимает вид

N = 7SPT. (1 1) На практике полной идентичности достичь невозможно, но создать близ" кие по параметрам ВЧ-генераторы, имею

4ие одинаковый характер дрейфа, вполне достижимо. В этом случае фиксируемый в результате измерения код определяется выражением

N = 2SPT — 2(аЯ,— af ) Т, (12)

При близких значениях дрейфа часто.гы ВЧ-генераторов температурная погрешность измерения, определяемая разностью дрейфов частот, будет пренебрежимо мала, в то время как число фиксируемых импульсов удваивается.

Повьппение чувствительности позво лит либо снизить абсолютную погрешность измерения, либо уменьшить постоянную времени прибора.

Формула изобретения

Устройство для измерения концентрации озона в воздухе-кислороде по авт.св. № 938119, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью поньппения чунствительности и точности измерения, в него введены второй емкостный датчикячейка, включенный в частотоэадающий

LC-контур второго ВЧ-генератора, тре;тий и четвертый одновходоные клапаны н смеситель частот, причем управляющие входы третьего и четвертого клапанов соединены соответственно с управляющими входами второго н первого клапанов, газовые входы которых соединены соответственно с газовыми входами четвертого и третьего клапанов, выходы которых соединены с вторым емкостным датчиком-ячейкой, а выходы первого и второго ВЧ-генераторов соединены с входами смесителя частот, о выход которого соединен с входом реверсивного счетчика через двухнхцдовую схему И и с входом четырехвходовой схемы И.

l26556S.

Юко

803

Bb/ÕÎÐ гага

1265568

Жного

СА®. СИ/

8РМф)Д7

Йыто евщоа

@Юмам на pixy схем 4l

Фапо а Жа

ОЮ Ф г4

Редактор В. Иванова

Заказ 5652/36

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

/М2/70

0,29

Малан О

ЖхаУ

CJP&Pl

&а аУ

СХГ/ Ч/1/

Составитель В ° Немцев

Техред И.Попович Корректор В, Бутяга

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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