Газоанализатор
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К AOT0KIt0iN ИЬСМЮУ
Сеюэ Саеетскмк
Сецкалмстнческмк
Рккублмк
< 1855471 (61) Дополнительное к авт. семя-ву(22) Заявлено 020179 (21) 2705427/18-25 (51) M. Кл.а с прмсееямненмем Заявки ИУС 01 М 27/16
Гесуаарстееяный квинтет
СССР яа левам езвбуетенмй в етаравтвЯ (23) ПриоритетОпубликовано 150881. Бюллетень ЙЯ 30
Дата опублмнованмя описания 15.0Ц81 (53) УДК 543. 274 (088. 8) 1 с
k
О.В.Адылоин, 10.К.Арутюнов и Р.И.Пиралкев, .. 1 :
Андижанское специальное проектно-констру торскОе -бюроВсесоюзного объединения Союэнефтеавтоматика+ - = -----...., (72) Лвторв изобретения (71) Заявитель (54 ) ГАЗОАНАЛИЗАТОР
Устройство относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при разработке анализаторов концентраций углеводородных и других горючих газов в воздухе.
Известно устройство для газового анализа, нспсльзующее в качестве чувствительного элемента термокаталитический датчик, который представляет собой терморезистор, выполненный из каталитически активного материала илн с покрытием, на который нанесен каталктическк активный слой. При протекании гетерогенно-каталнтнческой реакции на этих чувствительных элементах выделившееся тепло, пропорцио нальное измеряемой концентрации горючего газа, определяется по изменению сопротивления терморезистора или по изменению электрической мощности, подводимой к чувствительному элементу и необходимой для нагрева его до определенной температуры (1).
Однако данное устройство обладает невысокой точностью при анализе смесей горючих газов, вследствие различия: теплового эффекта их сгорания, диффузионных и тепловых их свойств, различной активности катализаторов к индивидуальным газам и др.
Известно устройство, в котором, с целью повыаенкя точности измерения степени взрывоопасности горючих газов, путем набора катализаторов, обеспечивающих одинаковое суммарное тепловыделение в устройстве, содержащем термокаталитическнй чувствительный элемент и измерительную схему, чувствительный элемент выполнен не менее чем из двух различных по чувствительности, начальной температуре катализа и величине контактной поверхности катализатора электрически соединенных частей (2).
Недостатком данного устройства является сложность подбора катализаторов, обеспечивающих одинаковое суммарное тепловыделение при одинаковых вэрывоопасностях смесей и трудность изготовления чувствительного элемента.
Наиболее близким к изобретению . является газоанализатор, содержащий подключенное к кзмерительной схеме запоминающее устройство, термокаталнтический датчик, подключенный к измерительной схеме через ключ, устройство вычитания сигналов, входы которого подключены к измерительной
-30 схеме и запоминающему устройству, 855471 генератор, выход которого подключен к входам управления ключа и запоминающего устройства (3).
Но и этот газоанализатор не обладает высокой точностью.
Цель изобретения - повышение точ,ности измерений.
Укаэанная цель достигается тем, что известный газоаналиэатор, состоящий из подключенного к измерительной схеме запоминающего устройства, термокаталитического датчика, подключенного к измерительной схеме через ключ, устройства вычитания сигналов, входы которого подключены к измерительной схеме и запоминающему устройству, генератор,. выход которого подключен к входам управления клю. ча и запоминающего устройства содержит устройство дифференцирования логарифма сигнала, вход которого подключен к выходу устройства вычитания сигнала, а выход подключен к измерительной схеме.
На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит термокаталитический датчик 1 включенный через контакты реле 2 в мостовую схему, состоящую нэ резисторов 3-5 таким образом, что поддерживаются постоянным его сопротивление и температура с помощью усилителя 6 обратной связи, входящего в состав измерительной схемы, путем регулирования напряжения питания моста. Включением термокаталитического датчика управляет реле
2, на управляющую обмотку которого подается напряжение от генератора 7.
Управляющее напряжение от генератора поступает также на управляющий вход
8 запоминающего устройства 9, на вход
10 запоминания которого подается сигнал напряжения питания моста. Генератор с реле образуют устройство включения датчика. Выход запоминаю.щего устройства подключен через резистор 11 на инвертирующий вход операционного усилителя 12. На этот же вход усилители 12 подключен через резистор 13 выход усилителя 6. Усилитель 12 с масштабирующими резисторами 13-15 образуют вычнтающее устройство. Выход усилителя 12 подключен к измерительному прибору 16 и через резистор 15 к инвертирующему входу усилителя 17, в цепь обратной связи которого включен нелинейный элемент 18.
Нелинейный элемент 18 подбирают таким, чтобы он обеспечивал логарифмование входного сигнала, поступающего на резистор 15. Например, в качестве нелинейного элемента 18 может быть использован полупроводниковый диод.
Выход усилителя 9 через конденсатор 19 подключен к инвертирующему входу операционного усилителя 20, в цепь обратной связи которого включен, резистор 21.
Усилители 17 и 20 с элементами 15 и 18, 19 и 21 с вышеописанной схемой включения образуют устройство дифференцирования логарифма сигнала. Выход усилителя 17 подключен к измерительному прибору 22, входящему в состав измерительной схемы.
В состав измерительной схемы входит также источник опорного напря39 женкя 23 и измерительный прибор 24, включенный между источником опорного напряжения 23 и выходом усилителя.
В качестве источника опорного напряжения может быть использовано напряжение системы авторегулирования температуры сравнительного элемента, имеющего с термокаталитическим датчиком одинаковые тепловые и электрические характеристики, не имеющего каталитического покрытия.
Устройство работает следукицим образом.
В отсутствие анализируемого газа опорное напряжение на выходе источника опорного напряжения 23 устанавливают таким, чтобы измерительный прибор 24, показывающий разность между напряжением источника опорного напряжения и напряжением питания моста с термокаталитическими датчиками, показывал значение, равное нулю. В присутствии анализируемого газа, вступающего в гетерогенно-каталитическую реакцию на поверхности термокаталитического датчика, напряжение питаЗ5 ния моста с термокаталитическим датчиком изменится на величину, пропорциональную тепловому Эффекту реакции, вследствие уменьшения необходимой электрической мощности для нагрева
4п датчика до выбранной температуры, и измерительный прибор 24 показывает величину„ пропорциональную концентрации анализируемого газа.
Сигналом генератора производится
45 отключение датчика на время, достаточное для установления равновесной концентрации анализируемого газа вокруг термокаталитического датчика.
В этот момент запоминающим устройством, управляющим сигналом от устройства включения датчика, производится запоминание установившегося значения напряжения питания моста с термокаталитическим датчиком при реакции анализируемого газа на его поверхH ности.
При включении датчика происходит его быстрый нагрев до температуры начала реакции, на поверхности термокаталнтического датчика и на выходе вы читающего устройства ВУ и на измерительном приборе 16 будет напряжение, пропорциональное разности концентраций анализируемого газа у поверхности термокаталитического датчика в момент переходного процесса и при
855471 установившемся режиме реакции, а на выходе устройства дифференцирования логарифма сигнала и измерительном приборе 22 будет напряжение, величина которого пропорциональна показателю степени экспоиенты, характеризующеку установление равновесия.
Анализ известных работ в газовом анализе и иаши исследования переходного процесса анализируемый газ-термокаталитический датчик при начале реакции для различных газов и различных виешних условий показывают, что выходной сигнал 0емк датчика описывается выражением: где U - начальное значение сигналами
Ъ - время.
Коэффициент К определяется геометрией системы и пропорционален чувствительности датчика.
Величина Ж -определяется в основном коэффициентом диффузии газа и геометрией системы.
Таким образом, с помощью прибора
16, показывающего максимальное значение сигнала переходного процесса установления равновесия, определяется чувствительность термокаталитического датчика. А измерительный прибор
22 показывает значение, пропорциональное коэффициенту 4 т.е. величину, пропорциональную коэффициенту диффузии анализируемого газа. при анализе смесей газов с помощью описанной схемы определяется их компонентный состав, по показаниям приборов 16, 22 и 24, нх концентрации.
Данное устройство может быть применено при разработке приборов и систем контроля.взрывобпасности атмосферы на предприятиях нефтяной, гаэовой, угольной н химической промышленности. Периодическая проверка чувствительности гаэоанализатора дает возможность его применения на объектах, где возможно отравление чувствительных элементов. устройство может быть применено при разработке приборов контроля попутных нефтяных газов и газов, выходящих иэ бурового раствора, так как дает возможность определять их компонентный состав. формула изобретения
Газоаналиэатор, содержащий подключенное к измерительной схеме зало«
tS минающее устройство, термокаталитический датчик, подключенный к измерительной схеме через ключ, устройство вычитания сигналов, входы которого подключены к измерительной схе2ф.ме и эапоминакицему устройству, генератор, выход которого подключен к входам управления ключа и запоминаю- . щего устройства, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен устройством дифференцирования логарифма сигнала, вход которого подключен к выходу устройства вычитания сигнала, а выход подключен к измеритель30 ной схеме.
Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе
1 ° Тхоржевский В.П. Автоматический анализ газов и жидкостей на химичесN ких предприятиях. М., Химия,1976, с.76.
2. Авторское свидетельство СССР
9 457915, кл. G 01 Н 27/16, 1975, 3. Соколов В.А.и Рровскнй Ю.М. и) Теория и практика газового каротажа скважин; М., Гостоптехиздат, 1961, с.243,(прототип).
855471
Составитель Ю.Коршунов
Редактор Н.Воловик Техред А. Савка
Корректор Ю.Макаренко
Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4
Эакаэ 6895/60 . Тираж 907 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий
113034, Иосква, Ж-35, Раущская наб., д.4/5