Первичный преобразователь термомагнитного газоанализатора Советский патент 1983 года по МПК G01N27/72 

1

Изобретение относится к газоаналитическому приборостроению и может быть использовано в термомагнитных газоанализаторах для повышения точности при измерении содержания парамагнитных, газов.

Известен первичный преобразователь тормомагни -ного газоанализатора, содержащий корпус, магнитную систему, рабочие и сравнительные камеры, в которых установлены чувствительные элементы, являющиеся плечами измерительного моста Уинстона 1 J .

Недостатками первичного преобразователя являются низкая точность, большой вес, значительные габариты, а также потребляемая мошность от источника питакщего напряжения, что ограничивает его применение в портативных газоанализаторах, где эти параметры являются определяюшими.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому

эф(|)екту является первичный преобразователь термомагнитного газоанализатора, содержащий расположенные в корпусе измерительную и компенсационную ячейки в которых у магнитного и ложного полюсных наконечников установлены чувствительные элементы, вьшолненные в виде консолей с рабочей и нерабочей частью Г ЗТ .

Недостатком известной конструкции первичного преобразователяявляется низкая точность анализа кислородосодержащей смеси при работе в услови ях бькггрсь изменяющегося пространственного поло5 жения (наклона) газоанализатора что объясняется длительностью процесса восстановления теплового равновесия моста первичного преобразователя, нарушенного изменением пространственного поле прибора, так как в этом случае коррекция выходного сигнала достигаетуся. за счет теплообмена между чувствительными элементами и отраженными по310токами тепловой конвекции. И, как спедстБие, когда изменение угла наклона при бора по времени опережает процесс восстановления теплового равновесия, возникает погрешность измерент й, которая в текущий момент искажает достоверность информации о газовой ситуации. Целью изобретения является повьшение точности измерений газоанализатора. Поставленная цель достигается тем, что в первичный преобразователь термомагнитного газоанализатора, содержащем расположенные в корпусе иэ мёрнтельную и комценсационную ячейки,в которых у магнитного и Ложного полюсных наконечников установлены чувствительные элементы, вьшолненные в виде консолей с рабочей и нерабочей часть рабочая часть консоли чувствительнее элементов снабжена сферой, диамйгр кото рой выбран по формуле, а, где dc - диаметр сферы, мм; (3 диаметр консоли чувствительного элемента,, мм; - длина нерабочей части консоли, мм, при этом В ц, к На фиг. 1 изображен предлагаемый преобразователь, общий вид разрез; на фиг. 2 - вид А на-фиг. 1. Первичный преобразователь термомаг газоанализатора содержит расположенные в корпусе 1 измерительную 2 и компенсационную 3 ячейки, в которых у магнитных 4 и ложных 5 полюсных , наконечников установлены чувствительные элеметы 6 и 7, выполненные в виде консолей с рабочей и нерабочей частью Рабочая часть консолей чувствительных элементов снабжена сферой. Диаметр сферы определяется ш оформуле d-- е Наличие нерабочей части чувствительного элемента (ЧЭ), обусловленное стремлением уменьшить потери тепла через элеметы крепления, искажает форму поля распределения температур вдоль консоли чувствительного элемента. Поэтому свободный конрц консоли .(ЧЭ) снабжен дополнительной массой, равной массе нерабочей части, да выполненной в виде сферы. Такая форма выбрана исходя из неизменности аэродинамического сопротив ления конца консояк восходящим потоком 614 ТК газа при изменении пространственного положения преобразователя. Кроме Ttvго, сфера на конце консоли служит накопителем тепловой энергии, рапределение которой при изменении углов наклона и преобразователя способствует ускорению восстановления теплового равновесия моста, т.е. сокращает запаэдьтание корректирующего воздействия, что ведет к повышению точности измерений газоанализатора. Устройство работает следующим образом. Анализируемая газовая смесь посту.пает в преобразователь снизу и под действием свободной теплоёой конвекции (ТК), которая всегда направлена вверх, диффундирует через измерительную 2 и кo meнcaциbннyю 3 ячейки. При прохождении кислород ос одерж еще и смеси в измерительной ячейке 2 наряду с ТК возникают два потока термомагнитной конвекции (TMK-IH ТМК-2 вызьгоаемые наличием градиентов температурного поля (ЧЭ) 6 в неоднородных магнитных полях, созданных за счет скошенных полюсных наконечников 4. ТМК-1 в полости рабочей ячейки 2 по направлению совпадает с ТК, ТМК-2 в торцовой части ячейки 2 направлена вдоль консоли и омьтае-т сферу, которой снабжен свободный ее конец. Таким образом, охлаждение (ЧЭ) 6 измерительной ячейки обусловлено результирутаяим потоком, равным сумме ТМК-1, ТМК-2 и свободной ТК. Изменение электрического сопротивления охлаждение . ЧЭ 7 компенсацион-ной ячейки 3 обусловлено явлением свободной ТК, связанной с восходящим направлением потока кислородосодержащей смеси, проникающего между ложными полюсами 5 из ячейки 2. ТакикГ образом, эффект охлаждения чувствительного элемента комленсаимонной ячейки в малой степени зависит о:т концентрации кислорода в анализируемой смеси. Изменение сопротивления ЧЭ 6 рабочей ячейки по отношению к сопротивлению ЧЭ 7 компенсационной ячейки, вы- . д разбаланс измерительного , является мерой концентрации кисло.рода в анализируемой смеси. При наклонах преобразова;телей влевовправо, изменяется и направление ТМК-1 относительно ТК (ТМК-2 сохраняет свое направление), в результате чего Скорость суммарного потока газа, омьтающего

.ЧЭ 6, уменьшается и, как следствие, . происходит повышение текшературы ЧЭ, что приводит кснижениючувствитепьности прибора. Вместе с тем одновременно увеличвается сечение потока газа.соприкасающегося со стенками ячейки 2, следовательно, Иего теплообмен с корпусом 1, в реаулзытате чего фронт восходящего потогка газа оклаждается и, проникая через зазор между ложными полюсами 5, вызывает охлаждение ЧЭ 7, что приводит мост к тепловому, а следовательно, и к электрическому равновесию в соатветствии с измеряемой концентрацие1а кислорода.

Наклон преобразователя вперед вызывает уменьшение сечения суммарного восходящего потока газа, омывающего компенсационньШ ЧЭ 6, 7, что ведет к нагреву последнего и, следовательно, к увехгачению разности температур (электрических сопротивлений) между ЧЭ 6 И ЧЭ 7, в результате чего начинает возрастать уровень выходного сигнала, рдновременно происходит и изменение суммарного потока, омьгоающего ЧЭ 6 за счет изменения ТМК-1 относительно ТК (увеличивается угол между ними) в области сферы свободного конца ЧЭ 6, что ведет к уменьшению скороети потока и к сохранению разности температур ЧЭ 6 и ЧЭ 7, происходит нагрев ЧЭ 6 и тепловое равгтовесие моста не нарушается.

Изменение угла наклона & направлеНИИ назад вызьт1ает увепичетгае сум-г марного потока восходящего газа, омывающего ЧЭ 7 сравнительной ячейки его сопротивление даиду более интенсивного охлаждения начинает уменьшаться. Вместе с тем изменяется и направление ТМК-2 (угол между ТК и ТМК-2 уменьшается), интенсивность потока, в области сферы свободного конца ЧЭ 6 возрастает и ведет к восстановлению теплового равновесия моста в соответствии с .нормальным положением преобразователя.. Использование изобретения позволяет повысить точность измерений газоанализатора при быстром изменении его пространственного положения, и тем самым повысить область применения данных газоанализаторов в различных сзтраслях техники.

Формула изобретения

Первичный преобразователь термомаг нитного газоанализатора, содержащий расположенные в корпусе измерительную и компенсационную ячейки, в которых у магнитного и ложного полюсных наконечников установлены чувствительные элементы, вьшолненные в виде консолей с рабр- чей и нерабочей частью, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений газоанализатора, рабочая часть консоли чувствительных элементов снабжена сферой, диаметр которой выбран по формуле

,

где 3(4 - днамегр сферы, мм;б( - диаметр консоли чувствитещ ного элемента, мм; 1 - длина нерабочей части консоли, мм, при этом С у, с1к

Источники информации, принятые во внимание экспертизе

1.Агейкин Ф. И. Магнитные газоана лизвггоры. М-Л., Мосэнергоиздат, 1963,1 с. 96.

2.Автсфское свидетельство СССР № 715888, кп. G01N 27/72, 1980 (прототип).