Тепловой газодинамический анализатор состава Советский патент 1983 года по МПК G01N11/04 

Изобретение относится к контрояьноиэмеритеяьной технике, в частности к тепловым анализаторам состава газообразных и жидких сред, и может найти пр менение для анализа состава бинарных или квазибинарных сред как в научных исследованиях, так и в системах контроля различными технологическими процессами.. Известна термокаталитическая ячейка, выполненная в юде камеры с входс и выходом для газа и содержащая размещенный вне зоны направленного потока чувствительный элемент и заслонку, при чем вход и выход для газа расположены по одну сторону чувствительного элемен та 1J. Данная ячейка обладает невысокой чувствительностью и имеет невысокую точность в процессе изменения за счет влияния на ее выходной сигнал колебаний расхода анализируемой среды и коэф.фициента теплоотдйчи. Наиболее близким к изобретению является тепловой газодинамический анализатор состава, содержащий соединенную с магистралью подачи анализируемой среды Проточную камеру с термочувствительным элементом, включенным в электриче кую измерительную схему с вторичным прибором, и установленный на магистрали иодачи анализируемой среды газодинамический дроссельный мост с перекрестным расположением ламинарных и турбулент ных дросселей, междроссельные камеры которого соединены через проточную камеру t 2. Однако и в этом устройстве имеют место погрешности измерения, обусловленные флюктуациями физических парамет ров анализИруемой среды, а также нестабильностью работы термочувствительного элемента. Эти погрешности особенно проявляются при измерении малых концентраций, и поэтому точность измерения малых концентраций является недостаточной Цель изобретения - повышение точности, чувствительности и стабильности измерения в начале диапазона измерения. Эта цель достигается тем, что тепловой газодинамический анализатор состава содержащий соединенную с магистралью подачи анализируемой среды проточную камеру с термочувствительным элементом, втслюченным в электрическую измерительную схему с вторичным прибором, и уста11О15ленный на магистрали подачи анализируемой среды газодинамический дроссельный мост с перекрестным распо ложением ламинарных и турбулентных дросселей, междроссельные камеры кото- .рого соединены через проточную камеру, снабжен второй проточной камерой с термочувствительным элементом, подсоединенной параллельно к Первой проточной камере, а между камерами включены два идентичных дросселя - каждый соответственн-о в одну и другую ветвь дроссельного моста последовательно с основными дросселями, причем термочувствительные элементы проточных камер включены в смежные плечи электрической измерительной мостовой схемы. На чертеже показана принципиальная схема теплового газодинамического анализатора состава.t Тепловой газодинамический анализатор состава содержит две проточные камеры Iи 2, в которых установлены термочувствительные элементы 3 и 4, включенные в смежные плечи электрической измерительной схемы 5 с вторичным прибором 6. Магистраль подачи анализируемой среды разветвляется на две линии, на первой из которых установлен турбулентный дроссель 7 и ламинарные дроссели 8 и 9, а на второй - ламинарные дроссели 10 и IIи турбулентный дроссель 12. Проточная камера 1 теплового газодинамического анализатора составе подсоединена к между дроссельным камерам 13 и 14, а проточная камера 2 - к междудроссельным камерам 15 и 16, Дроссели 8 и 11 выполнены идентичными. Дроссели 7 и 12 выполнены турбулентными с одинаковыми газодинамическими сопротивлениями. Дроссели 9 и 10 выполнены ламинарными, причем газодинамическое сопротивление дроссели 9 больше газодинамического сопротивления дросселя 8, а газодинамическое сопротивление дросселя 1О меньше газодинамического сопротивления дросселя 11. Тепловой газодинамический анализатор состава работает следующим образом. Анализируемая среда под постоянным давлением питания через систему дросселей подается в проточныекамеры 1 и 2j За счет указанного вьшолнения- дросселей потоки среды, протекающей через проточные камеры, равны, но противоположны по направлению. Термочувствительные элементы, разогреваемые проходящим по них током, охлаждаются одинаково, и их температуры, а соответственно, и сопротивления одинаковы. Вторичный прибор 6, включенный в электрическую измерительную схему 5, показывает начальное значение концентрации исснедуемой среды. При изменении концентрации определяемого компонента в анализируемой среде эа счет сопутствующего этол изменению вязкости и плотности среды, изменятся газодинамические сопротивления дросселей 7-12. Это ведет к тому, что изменяются пропорционально к изменению концентрации опредея$ емого компонента величины потоков среды через проточные камеры 1 и 2. Например, поток в проточной камере 1 возрастает, а поток в проточной камере 2 уменьшается, В результате термочувствительный элемент 3 в камере 1 начинает сильнее охлаждаться возросшим потоком анализируемой средьт, его температура и, соответственно, электрическое сопротивление уменьшаются, а тepv oчyвcтвитeльный элемент 4, находящийся в проточной камере 2, охлаждается меньше, так как расход и связанная с ним скорость среды в камере 2 снижаются. Следовательно, температура термос чувствительного элемента 4, разогреваемого проходящим по нему током, повышается и увеличивается его электричес|Кое сопротивление. Оба термочувствитель ные .элементы включены в электрическую измерительную схему 5 в смежные пле чи моста, и их сопротивления меняются в противоположные стороны, поэтому в выходной диагонали мостовой схемы появляется сигнал (напряжение или ток, в зависимости от типа вторичного прибора) величина которого пропорциональна изменению сопротивлений термочувствительных элементов и, соответственно, содержанию измеряемого компонента. Таким об разом, каждому значению концентрации определяемого компонента соответствует определенное показание вторичного прибора 6.. Зависимость выходного сигнала от, кон центрации анализируемого компонента в предложенном анализаторе практически ли нейная, в отличие от известных, имеющих большую нелинейность характеристики. Это достигнуто за счет указанного включения и |ыбора параметров дросселей, а также за счет включения двух термочувствительных элементов в смежные плечи измерительного, моста. Указанными признаками обеспечивается значительное уменьшение нелинейности как дроссельной так и электрической мостовых схем.Кро ме того, обеспечивается компенсация нелинейности характеристики термочувствйтельцых элементов. Это обусловлено тем что сопротивления термочувствительных элементов изменяются в противоположные стороны, и поэтому при включении их в смежные плечи моста характеристика такого преобразователя линейная. Указанное выполнение анализатора обеспечивает также, по сравнению с известными, и значительно большую чувствительность, и точность измерения. При этюм тофость предложенного анализато- ра повышается за счет того, что при любом значении концентрации определяемого компонента в проточных камерах существует поток анализируемой среды и меняется только его величина, что обеспечивает устранеице влияния очень нестабильного состояния возникновения потока в проточных камерах на результат измерения, особеннов начале диапазона измерения. Кроме того, сам расход в проточшлх каналах является функцией концентрации, и поэтому в предложенном анализаторе отсутствуют 1ШК необходимость в его стабилизации, так и погрешности этой стабилизации. Особенно важнь1м здесь является то, что потоки в проточных камерах меняются по величине в разные стороны относительно первоначального определенного значения. В результате этого термочувствительные элементы находятся в практически одинаковых условиях, что положительно сказывается на долговременной их стабильности и на повторяемости показаний анализатора. Таким образом- и за счет этчэго также повьпиается точность измерения. Важным отличительным свойством предложенной схемы является также компенсация изменений давления питания и изменений температуры среды в зоне тер мочувсгвй тельных элементов., Компенсация изменений давления питания происходит следующем образом. При повышении давления питания происходит одновременное и однонаправленное возрастание расхода анализируемой среды в проточных камерах, в отличие от изменения расходов в проточных камерах в разные стороны при изменении концентрации измеряемого компонентги При этом термочувствительные элементы охлажда.ются омывакшшм из потоком средь -одинаково, температуры их снижаются, и так как они включены в смежные плечи измерительного моста, изменений показаний вторичного прибора не происходит. При снижении давления питания расходы среды в проточных камерах одновременно умень шаются, температурь термочувствитель

ТЕПЛОВОЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СОСТАВА, содержащий соединенную с магистралью подачи анализируемой среды проточную камеру с термочувствительным элементом, вклю.ченным в электрическую измерительную схему с вторичным прибором, и установленный на магистрали подачи анализируемой среды газодинамический дроссельный мост с перекрестным расположением ламинарных и турбулентных дросселей, междроссельные камеры которого соединены через проточную камеру, отличающийся тем, что, с целью повышения точности :чувствительностн и стабильности измерения, он снабжен второй проточной камерой с термочувствительным элементом, -подсоединенной параллельно к первой проточной камере, а между камерами включены два идентичных дросселякаждый соответственно в одну и другую ветвь дроссельного моста последовательно с основными дросселями, причем тер(Л мочувствитбйьные элементы проточных камер включены в смежные плечи электрической измерительной мостовой схемы.