ГАЗОАНАЛИЗАТОР Российский патент 2011 года по МПК G01N27/407 

Изобретение относится к устройствам для непрерывного измерения молекулярного кислорода в потоках газа технологической цепочки.

Известны газоанализаторы /2, 6; 9/, предназначенные к использованию в качестве первичного преобразователя измерительного комплекта системы. Недостатком известных газоанализаторов являются имеющие характеристики по пороговой чувствительности и стабильности показаний в режиме непрерывной длительной работы на технологической цепочке.

В основу работы газоанализатора положен эффект изменения теплопроводности газовой смеси, содержащей кислород, при воздействии на нее магнитного поля /1/. Поскольку измерение теплопроводности незначительно, в газоанализаторе используется пульсирующее магнитное поле. Это позволяет, не применяя термостатирование датчика, обеспечить необходимые технические характеристики газоанализатора. Сигнал, снимаемый с датчика, усиливается усилителем переменного тока и после преобразования подается на показывающий и регистрирующий приборы /3/.

В состав газоанализатора (фиг.1) входят датчик (1) и электронный блок (2), которые соединены между собой кабелем (3).

В датчике установлен второй соленоид (4), для чего увеличена высота стоек (5) и диаметр одного из отверстий в них. Увеличена высота планки, на которой установлен блок элементов мостовой схемы. Блок (2) расположен со стороны выводов термоэлементов. Увеличена высота корпуса. Датчик газоанализатора состоит из двух последовательно соединенных вакуумно-плотных латунных камер (6). Камеры расположены внутри катушек соленоидов (фиг.2).

Электрическая схема датчика газоанализатора (фиг.3) представляет собой неравновесный мост переменного тока, в два смежных плеча которого включены чувствительные элементы R1 (7) и R2 (8), выполненные в виде металлических нитей. Чувствительные элементы, выполненные из платиновой проволоки диаметром 30 мкм, находятся в среде анализируемого газа и нагреваются переменным током частотой 1010 Гц. Анализируемый газ находится под воздействием пульсирующих магнитных полей, создаваемых двумя соленоидами L1 (9) и L2 (10). Наличие в датчике газоанализатора двух соленоидов позволяет увеличить его полезный сигнал в два раза по сравнению с прототипом газоанализатора при неизменной стабильности показаний. В два других плеча мостовой схемы датчика включены постоянные резисторы R3 (11) и R4 (12). Параллельно резисторам R3 (11) и R4 (12) включены резисторы R5 (13), R6 (14), R7 (15), R8 (16). Резисторами R6 (14) и R7 (15) производится балансировка мостовой схемы датчика. Все элементы мостовой схемы расположены в корпусе датчика. Размещение всех элементов в корпусе датчика, а также герметизация эпоксидной смолой резисторов R3 (11), R4 (12), R5 (13), R6 (14), R7 (15), R8 (16) позволяет уменьшить нестабильность показаний газоанализатора примерно в три раза по сравнению с прототипом газоанализатора /2; 6; 9/.

На лицевой панели (17) электронного блока (фиг.4) имеются: показывающий прибор (18), клавиши переключения времени выхода сигнала на установившийся уровень, то есть если утоплена клавиша Т3 (19), то показания прибора от нулевого до установившегося значения выйдут за 20 минут, при включении Т2 (20) - за 5 минут, при включении Т1 (21) - за 40 секунд. Так же имеются клавиши (22) переключения шкальности показаний 0,5%, 5%, 20% объемных и тумблер включения напряжения 220 В (23) - «СЕТЬ».

Электронный блок размещен в унифицированном корпусе. Монтаж основных элементов схемы блока выполнен на печатных платах.

На верхней поверхности шасси (фиг.5) установлены: плата блока питания соленоидов - П9 (24), плата блока питания операционных усилителей - П1 (25) и плата блока питания генератора «1 кГц» - П8 (26).

На нижней поверхности шасси (фиг.6) расположены: плата входного усилителя в экране - П3 (27), плата блока выделения огибающей - П4 (28), плата генератора «1 кГц» - П2 (29) и плата канала 0,5% Гц, синхронного детектора и фильтра инфранизких частот - А5 (30).

Структурная схема, (фиг.7) газоанализатора включает в себя:

- датчик Д (31);

- усилитель входной У1 (32);

- синхронный детектор СД1 (33);

- усилитель напряжения моделирующей частоты У2 (34);

- синхронный детектор СД2 (35);

- выходной прибор ИП1 (36);

- индикатор «баланса» мостовой частоты ИП2 (37);

- генератор напряжения питания мостовой схемы датчика Г1 (38);

- генератор импульсов управления магнитным полем датчика Г2 (39);

- источники стабилизированного напряжения ИСН1 (40), ИСН2 (41), ИСНЗ (42).

Структурная схема газоанализатора отличается от структурных схем прототипов-газоанализатора тем, что в ней применен отдельный источник питания регенератора «1 кГц» ИСН1 (40) и отсутствует делитель напряжения на входе усилителя У2 (34). Это позволило повысить стабильность работы газоанализатора. Питание схемы газоанализатора осуществляется от трех источников стабилизированного напряжения ИСН1 (40), ИСН2 (41) и ИСН3 (42). Метод стабилизации напряжения - компенсационный.

Питание схемы датчика осуществляется переменным напряжением частотой 1010 Гц. Частота 1010 Гц выбрана из условия минимальной зависимости показаний газоанализатора от колебаний частоты питающей сети. Выходной сигнал датчика, представляющий собой напряжение частотой 1010 Гц, модулированное частотой f=0,5 Гц, подается на входной усилитель У1 (32) с коэффициентом усиления К_у≈3000. Частота f=0,5 Гц выбрана из условия получения максимального выходного сигнала датчика и определяется временем установления сигнала на выходе датчика после подачи импульса тока на соленоид. Усиленный сигнал после синхронного детектора СД1 (33) подается на индикатор баланса мостовой схемы датчика ИП2 (37) и усилитель У2 (34) с коэффициентом усиления К_у≈3000. После синхронного детектора СД2 (35) сигнал в форме напряжения постоянного тока подается на выходной прибор ИП1 (36) и на внешний регистрирующий прибор.

Источники информации

1. Уточненное техническое задание на НИР «Радуга». Подтема ТКВП инв. №Т-2/4336.

2. Газоанализатор ГМ6А. Техническое описание и инструкция по эксплуатации eK2.840.013 ТО.

3. Л.Фолкенберри «Применение операционных усилителей и линейных ИС». М: «Мир», 1985 г.

4. К.П.Полянин «Интегральные стабилизаторы напряжения». М: «Энергия», 1979 г.

5. B.C.Гутников «Интегральная электроника в измерительных устройствах». Л: «Энергия», 1980 г.

6. П.Гарет «Аналоговые устройства для микропроцессоров и мини-ЭВМ». М: «Мир», 1981 г.

7. Г.Б.Альтшуллер, Н.Н.Елфимов, В.Г.Шакулин «Кварцевые генераторы». М: «Радио и связь», 1984 г.

8. Л.М.Гольденберг, Ю.Т.Бутыльский, М.Н.Поляк «Цифровые устройства на интегральных схемах в технике связи» М: «Связь», 1979 г.

9. А.Г.Алексенко. Е.А.Коломбет, Г.И.Стародуб «Применение прецизионных аналоговых ИС». М: «Советсткое радио», 1980 г.

10. В.Л.Рейзин, В.Е.Мондравин и др. «Элементы управления серии «Логики И». М: «Энергоатомиздат», 1984 г.

11. Ю.Р.Носов, А.С.Сидоров «Оптроны и их применение». М: «Радио и связь», 1981 г.

Газоанализатор предназначен для непрерывного измерения молекулярного кислорода в потоках газа технологической цепочки. Газоанализатор состоит из датчика и электронного блока, которые соединены между собой кабелем. Газоанализатор предназначен для непрерывного измерения молекулярного кислорода в потоках газа технологической цепочки, в основу работы которого положен эффект, действие которого проявляется в изменении теплопроводности газовой смеси, содержащей кислород при воздействии на нее магнитного поля. Датчик газоанализатора состоит из двух последовательно соединенных вакуумно-плотных латунных камер, которые расположены внутри катушек соленоидов. При этом электрическая схема датчика газоанализатора представляет собой неравновесный мост переменного тока, в два смежных плеча которого включены чувствительные элементы, выполненные в виде нитей, которые находятся в среде анализируемого газа и нагреваются переменным током. Причем анализируемый газ находится под воздействием пульсирующих магнитных полей, создаваемых двумя соленоидами. При этом в два других плеча мостовой схемы датчика включены постоянные резисторы, параллельно которым включены резисторы, с помощью которых производится балансировка мостовой схемы датчика. Причем все элементы мостовой схемы расположены в корпусе датчика, кроме того, газоанализатор содержит три источника стабилизированного напряжения, с помощью которых осуществляется питание схемы газоанализатора.

Техническим результатом изобретения является повышение стабильности работы газоанализатора. 7 ил.

Газоанализатор, состоящий из датчика и электронного блока, которые соединены между собой кабелем, предназначенный для непрерывного измерения молекулярного кислорода в потоках газа технологической цепочки, в основу работы которого положен эффект, действие которого проявляется в изменении теплопроводности газовой смеси, содержащей кислород при воздействии на нее магнитного поля, отличающийся тем, что датчик газоанализатора состоит из двух последовательно соединенных вакуумно-плотных латунных камер, которые расположены внутри катушек соленоидов, при этом электрическая схема датчика газоанализатора представляет собой неравновесный мост переменного тока, в два смежных плеча которого включены чувствительные элементы, выполненные в виде нитей, которые находятся в среде анализируемого газа и нагреваются переменным током, причем анализируемый газ находится под воздействием пульсирующих магнитных полей, создаваемых двумя соленоидами, в два других плеча мостовой схемы датчика включены постоянные резисторы, параллельно которым включены резисторы, с помощью которых производится балансировка мостовой схемы датчика, причем все элементы мостовой схемы расположены в корпусе датчика, кроме того, газоанализатор содержит три источника стабилизированного напряжения, с помощью которых осуществляется питание схемы газоанализатора.