АНАЛИЗАТОР ПАРАМАГНИТНЫХ ГАЗОВ Российский патент 2003 года по МПК G01N27/22 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для измерения концентрации парамагнитных газов, в частности кислорода в многокомпонентных газовых смесях.

Известны анализаторы парамагнитных газов, в которых используется термомагнитный эффект, основанный на появлении термомагнитной конвекции в магнитном поле вокруг нагретых элементов.

Магнитные анализаторы парамагнитных газов надежные и долговечные приборы, но имеют зависимость показаний от изменения пространственного положения за счет влияния потоков тепловой конвекции.

Известен анализатор парамагнитных газов (см. а.с. 1411652, МКИ G 01 N 27/72, 1981 г.), в котором снижается влияние пространственного положения на показания газоанализатора. Это достигается за счет модуляции магнитного поля электромагнита, вследствие чего происходит разделение сигналов термомагнитной конвекции, связанной с концентрацией парамагнитного газа от немодулированных воздействий тепловой конвекции, в результате чего в выходном сигнале анализатора существенно ослабляется влияние от немодулированного воздействия тепловой конвекции.

Недостатком анализатора по а.с. 1411652 является то, что при включении и выключении тока электромагнита на контур чувствительного элемента наводится эдс, вызванная изменением магнитного потока, пронизывающего контур чувствительного элемента. При этом напряжение наведенной э.д.с. совпадает по времени действия с сигналом термомагнитной конвекции, и они не могут быть разделены при усилении и детектировании сигнала. Так, например, если обмотка электромагнита содержит 1000 витков при напряжении питания 10 В, то на контуре чувствительного элемента могут возникать импульсы помехи амплитудой до 10 мВ. Сигнал термомагнитной конвекции, снимаемый с чувствительного элемента, составляет единицы милливольт или доли милливольта в зависимости от концентрации парамагнитного газа. При подаче анализируемого газа, не содержащего парамагнитной компоненты, на выходе анализатора присутствует не нулевой сигнал, вызванный действием импульсного магнитного поля электромагнита на чувствительный элемент. При этом величина наведенного сигнала может превышать сигнал от парамагнитного газа, следовательно, импульсная помеха значительно снижает точность анализа. Кроме того, конструкция термомагнитной ячейки отличается значительной сложностью вследствие наличия в ней двух чувствительных элементов.

Целью изобретения является повышение точности анализа парамагнитных газов за счет устранения влияния эдс, наводимой на чувствительный элемент вследствие воздействия импульсного магнитного поля, и упрощение конструкции анализатора.

Эта цель достигается тем, что чувствительный элемент питается импульсами тока высокой частоты, а усиление сигнала осуществляется на высокой частоте с ограничением полосы пропускания в области нижних частот на частоте включения электромагнита. Для полного устранения влияния низкочастотной наводки от электромагнита детектирование усиленного высокочастотного сигнала осуществляется синхронным детектором высокой частоты. На выходе синхронного детектора расположено устройство выделения и детектирования низкочастотного сигнала термомагнитной конвекции, амплитуда которого пропорциональна концентрации парамагнитного газа, например кислорода, известным способом.

При этом происходит практически полное подавление влияния от наводимой эдс, то есть анализатор парамагнитных газов имеет аддитивную погрешность, близкую к нулю, обеспеченную за счет построения схемы преобразования сигнала от чувствительного элемента. Упрощение конструкции достигается за счет использования в анализаторе одного чувствительного элемента.

На чертеже показана схема анализатора парамагнитных газов.

Анализатор содержит электромагнит, имеющий обмотку 1 и магнитопровод 2, в зазоре которого в зоне максимального градиента магнитного поля расположен чувствительный элемент 3, генератор высокой частоты 4, делитель частоты 5, устройство 6 питания обмотки 1 электромагнита низкочастотными импульсами тока, устройство 7 питания чувствительного элемента 3 импульсами тока высокой частоты, усилитель 8 высокой частоты, синхронный детектор 9 высокой частоты, устройство 10 выделения и детектирования низкочастотного сигнала, амплитуда которого пропорциональна величине термомагнитной конвекции, связанной с концентрацией парамагнитного газа в анализируемой пробе, регистрирующий или показывающий прибор 11.

Анализатор парамагнитных газов работает следующим образом.

Термочувствительный элемент, расположенный в зоне максимального градиента магнитного поля, нагрет током высокой частоты до температуры выше точки Кюри парамагнитного газа.

При подаче импульса тока в обмотку 1 электромагнита в анализируемой газовой смеси, содержащей парамагнитный газ, вокруг чувствительного элемента 3 возникает термомагнитная конвекция, зависящая от концентрации парамагнитного газа.,вследствие чего температура чувствительного элемента изменяется и изменяется его электрическое сопротивление. При этом напряжение высокой частоты на чувствительном элементе модулируется по амплитуде с частотой включения электромагнита, причем амплитуда модуляции пропорциональна концентрации парамагнитного газа в анализируемой пробе, а импульсы наводки на чувствительном элементе не вызывают модуляции высокочастотного напряжения. Модулированный высокочастотный сигнал термомагнитной конвекции поступает на усилитель 8 сигнала высокой частоты, где происходит усиление сигнала высокой частоты и ослабление низкочастотного сигнала наводки от воздействия импульсного магнитного поля электромагнита. Усиленный сигнал высокой частоты поступает на синхронный детектор высокой частоты 9, где происходит детектирование только высокочастотного сигнала и практически полное подавление сигналов другой частоты, тем самым достигается устранение влияния наводки от импульсного поля электромагнита на точность измерений. Устройство 10 осуществляет выделение и детектирование низкочастотного сигнала термомагнитной конвекции известным способом, выходное напряжение которого поступает на регистрирующий или показывающий прибор 11.

Использование: в аналитической химии. Сущность: в анализаторе парамагнитных газов, содержащем электромагнит, питаемый импульсами тока, термочувствительный элемент, расположенный в магнитном поле электромагнита в термомагнитной ячейке, используется один термочувствительный элемент. Для устранения влияния наводок от импульсного магнитного поля электромагнита термочувствительный элемент питается импульсами тока высокой частоты по сравнению с частотой питания электромагнита. Перед блоком выделения и детектирования переменной низкочастотной составляющей сигнала термомагнитной конвекции дополнительно установлены усилитель высокой частоты и синхронный детектор высокой частоты. Технический результат изобретения - повышение точности анализа за счет исключения влияния эдс, наводимой на чувствительный элемент вследствие воздействия импульсного магнитного поля. 1 ил.

Анализатор парамагнитных газов, содержащий электромагнит, питаемый низкочастотными импульсами тока, термочувствительный элемент, подключенный к источнику питания, расположенный в термомагнитной измерительной ячейке в неоднородном магнитном поле электромагнита, электрическую схему усиления и преобразования сигнала термомагнитной конвекции, отличающийся тем, что в нем используется один термочувствительный элемент, который питается переменным током высокой частоты от генератора тока, а перед блоком выделения и детектирования переменной низкочастотной составляющей сигнала термомагнитной конвекции дополнительно установлены последовательно соединенные усилитель высокой частоты и синхронный детектор высокой частоты, при этом усилитель высокой частоты подключен к чувствительному элементу, а выход синхронного детектора подключен к устройству выделения и детектирования переменного низкочастотного сигнала термомагнитной конвекции.