Тепловой газоанализатор

Тепловой газоанализатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1ÎÍ тнг;.

ОП ИСА ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ -(- -) 653530

Союз Советских

Соци&листимеских

Ресвубвик

К А81ОРСКОМУ СВИДЫ) ЕЙЬС1 ВМ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.06.76 (21) 2373050/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 05.04.77. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 29.04,77 (51) М, Кл G 01N 27/18//

G 01R 17/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР во делам. иэооретеннй и открытий (53) УДК 543.271.08 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. А. Скрипник, А. А. Кравченко и В. Ф. Примиский (71) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский институт аналитическо о приборостроения (54) ТЕПЛОВОЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано для анализа газовых смесей с Ьыстроизменяющейся температурой.

Известны газоанализаторы с нагреваемыми терморезисторами, которые реагируют на изменение теплопроводности газовой смеси в зависимости от концентрации водорода, гелия, углекислого газа, хлора и других компонентов jlJ. Газоанализаторы по теплопроводност)и смеси допускают измерения в широком диапазоне изменения концентрации любого газа, теплопроводность которого отличается от теплопроводносои неизмеряемых компонентов. Их недостатком является значительная зависимость OT температур окру кающеи среды и газовой смеси.

Для исключения влияния температурыприменяют мостовую измерительную цепь, в плечи которой включают рабочие и компенсирущие терморезисторы. Рабочие терморезисторы помещаются в проточную камеру, куда по каналу поступает исследуемая смесь. Компенсационные терморезисторы размещают в закрытые камеры, заполненные газовой смесью того же состава, что и исследуемая, но некоторои средней концентрации (2J.

В этом случае температура окружающей среды влияет в одинаковои мере на изменения всех сопротивлений моста. Для снижения погрешности от изменения температуры газовой смеси закрытые камеры или капсулы помещают в анализируемую среду. Однако при изменениях температуры смеси, особенно при быстрых, возникают большие динамические погрешности, так как газовая смесь в закрыты;. камерах не успевает прогреваться или охлаждаться в такои же мере, как и газовая смесь в проточных камерах. 1ермоста10 тирование всех камер снижает быстродействие газоанализатора и требует дополн|ительных затрат. Наиболее близким техническим решением к предложенному является газоанализатор, содержащий источники переменного и постоянного токов, два терморезпстора, один из которых размещен в проточной камере, другой — в закрытой, подключенные к источникам токов, усилитель переменного тока и измерительный приоор 3). Однако и этот газоанализатор не обладает достаточной точностью и быстродействием.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия теплового газоанализатора. Для достижения этой цели газоанализатор снабжен двумя ключами, которые включены между источником переменного тока и терморезисторами, формирователем импульсов, триггером, счетныи вход которого через формирователь импульсов под30 ключен к источнику переменного тока, и вы553530 ходы его соединены с управляющими входами ключеи и фазочувствительного выпрямителя, включенного между. усилителем переменного тока и измеригельным прибором, цепь управления которого подключена к выходам триггерного делителя частоты.

}}а чертеже представлена функциональная схема теплового газоанализатора.

Схема включает: источник переменного тока 1, ключи 2, 3, малоинерцыонный терморезистор 4 проточной камеры, терморезистор 5 закрытой камеры, формирователь импульсов б, триггерный делитель частоты 7, источник постоянного тока о, интегрирующие цепочки

9, 10, разделительные конденсаторы 11, 12, усилитель переменного тока 13, фазочувствительный выпрям1итель 14, выходной измерительный приоор 15, К источнику переменного тока 1 через ключи 2 и 3 подключены малоинерционные терморезисторы 4 и 5, первый из которых расположен в проточнои камере, а второи — в закрыгои камере.

Устройство р аоотает следующим образом.

С помощью формирователя импульсов б

IpopMHpyI0Tc» импульсы от источника переvieHHO1O тОКа 1, КОтОрЫЕ ПОдаЮтея На ВХОД

i pHrrep Horo делителя частоты (. I ipo THHOфазные выходы делителя ча TQTbl 7 соединены с управ.1»1ощими входами ключеи 4, 3.

IlpH заданном коэффициенте деления (ь.=ь, iu, З ...j через ключи 2 и 3, которые всегда находятся В про гивоположных состояниях под Воздеиствием управляющих сигналов с противо(разных Выходов триггерного делител» част01ы /, Iгроходят им 1у лъсы тОка, cocTQ»щие из нескольких периодов тока источника

;.2Ги импульсы нагрева10т терморезисторы

4 и 0 до темпера1уры, зависящеи от теплопроводнос1и 1азовых смесеи в камерах. }ак как термопроводность газовои смеси в свою очередь зависит от концентрации исходных

1 аЗОВЪ1Х КОМПОНЕНTOÂ> 10 МО2«НО СЧИТать> ЧТО сонротив.ieHHe нагретых терморезисторов и о есть (рункция От концентрации газа.

1=сли анализируемая смесь в проточной камере отличае1ся от bTBJIoííoè смеси в закрытои камере, То сопротивление терморезистора ч Оудет ooJIbHIe или меньше сопротиВления тcpмОрез11сiopd о. 11 llаузах ме2«ду HMII)/ëüCaМ» rO«a IeP;viuPeSHCT0PbI -1 H O ОХЛЗЖДа101а1, и и; «20, Од1ые» сопротивлени» опредеЛ»101 C)i 1 ЕivilleP ЗГУ РOИ СЫС eн В КЗМЕРах НЕзdВисимо О, 1.овце 1-рац11И Газа в них.

U I источ1111«а носl 0»HH01 то«а Ь через терморезисГоры ч и о»poie«aei 1акже НОстоянныи 10«, значение которого Выорано многим меньше деиствующего значени» переv1eHНО1Î TÎКа.

1.1араллельно терморезисторам 4 .и 5 включеньl инте1рируlощие це110чкH 9 и LU, кОтОpble чсреa 12аздели ieJibHble «0H+eHcaTopbi 11 и

СОЕдннсны CO BXO)IOM УСИЛИТЕЛЯ llepeMeHного тока 13. Г1апря2«ение на выходе интегрирующих цепочек 9 и 10 определяется падением постоянного напряжения от тока на терморезисторах 4 и 5, так как при большои емкости в интегрирующих цепочках 9 и 10 падение напряжения от переменного Гока шун1ируется этой емкостью.

1}мпульсы переменно1о тока, которые проходят через терморезисторы 4 и 5, нагревают их, что приводит к периодическим изме(. TeHeHi нагрева iepморезисторов 4 и б определяется теплопроводностью смеси, т. е. в конечном итоге концентрацией газа. 11оэтому выходные напряжения интегрирующей цепочки, соответству10 го терморезисторов будут одинаковыми. 110ЭТОМУ ПЕРЕМЕННЗЯ СОСГаВЛЯЮЩа» НВПРЯЖЕНИЯ на выходе интегрирующеи цепочки H не зависит от изменения температуры анализируемои смеси. Г1е влияет на результат анализа и нестабильность во времени сопротивления

65 ющие двум положениям ключа, отражают значение сопротивления в «нагретом» состоянии, которое определяется концентр ацией газа, и в «холодном» состоянии, которое определяется 1емпературой смеси.

11ри периодическом замыкании ключей 3 и 2 на выходах интегрирующих цепочек 9 и

10 возникают составл»1ощие напр»2кения с частотои коммутации ключеи, амплитуды которых пропорциональны разности сопротивлении нагре1ого и «холодного» терморезнс10рОВ ч и 5.

11остоянная времени интегрирующих цепочек 9 и Iu Выбрана из услов и» подавления переменного на11р112«ения час1о Гы источника

HepeMeHHoi0 ruled 1 и Выделения напр»жения с частотои субгармоники, номер когорои, определяе1С» коз(рфнциен i ом делени» триг1ерНОГО дЕЛИтЕЛя ЧаСтОтЫ /.

110 «QJlbi() «.110ЧИ и и 3 paooTBIOT B IlpoTHвофазе, Го 11а вход уоилителя 13 воздеиству35

Усиленное напряжение выпрямляется фазочувствительным выпрями1елем Is, «uropbiH

«о фазовым входам управляется сигналами с выходd 1ри1герно1о деыпел21 час1оты (, и далее измеряется нриоором 10.

1ак как приращения сопротивлений терморезисторов есть (рункци» от концентрации, то отклонение выходно10 прибора показывает, на сколько изменилась концентрация иссле45 дуемого газа в исследуемои смеси в проточнои камере по îl Hoøåíèio к концен1рации этого же газа, находящегося в эталоннои смеси в закрытои камере. ля многих газов эта зависимость носит линеиный характер. сли изменилась 1емпература анализируеMoil смеси, то «2 Олодное» соlгро 1иВление Гсрморезистора 4 также измен»ется. (.оотвстстВенно изменяетс» и сонро Гнвление нагрет01 о

IepMopeaHcTopa.

l1}2и изменении TeMIlepaTgpbl анализируe мои смеси Не более чем на vJ — -30 С изменением тен.1опроводности компонентов, Образу10щих смесь, мОжно 11ренебречь. I огда изменения сопротивления «холодного» и нагре10553530 терморезисторов. Инвариантность переменных составляющих с частотой субгармоникн от возмущающих факторов (температуры, старения, износа) обеспечивает повышенную точность газового анализатора. Исключение необходимости в термостабилизации камер газоанализатора повышает его быстродействие. При сохранении прежней точности газового анализатора можно существенно снизить требования к стабилизации температуры анализируемой смеси, к стабильности и износу термозисторов, что снизит затраты на системы газового анализа.

Формула изобретения

Тепловой газоанализатор, содержащий источники переменного и постоянного токов, два терморезистора, один из которых размещен в проточной камере, другой — в закрытой, подключенные к источникам токов, усилитель переменного тока и измерительный прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия газоанализатора, он снабже двумя ключами, которые включены между источником переменного тока и терморезисторами, фор5 мирователем импульсов, фазочувствительным выпрямителем, включенным между усилителем переменного тока и измерительным прибором, триггерным делителем частоты, счетный вход которого через формирователь им10 пульсов подключен к источнику переменного ток., а выходы соединены с управляющими входами ключей и фазочувствительного выпрямителя.

Источники информации, принятые во вни15 мание при экспертизе:

1. Электрические измерения. Средства и методы измерения. Под ред. Е. Г. Шрамкова.

М„«Высшая школа», 1972, с. 472.

2. Электрические изменения неэлектрических величин. Под ред. П. В. Новицкого. Л.

«Энергия», 1975, с. 360.

3. Патент США ¹ 2751777, кл, 73 — 27, опублпк. 1956 (прототип).