Устройство для анализа горючих газов Советский патент 1985 года по МПК G01N27/16 

-v)

00 Изобретение относится к средстн газового контроля и может быть исЕЮльзовап;; з области аналитического приборостроения. Известно устройство для анализа горрочих газов, содержащее мостовую измерительную схему, плечевыми элементами которой служат измерительны термоэ1тсмент и задающий резистор БЬктолненный из последовательно соед нелинейного компенсационно термоэлемента и и-тинейного резистора, суммарное сопротивление, которых равно сопротивлению измер}ггельного термоз-гемента , Измеритель})ьгй мост питается от источника постоянного тока через авторегулятор управление которыь осущестиляется усилительным устройстг}ом, подключенным через индуктивный релаксатор в изме ,иите:1ьную диагональ мостовой схемы Недостаток данного устройства за ключается п сложности его усилитель но 1;реобразовательной и мостовой изме15ительной схем. llajnrqHe в мостовой измерительно схеме различных по электрическим х рактеристикам измерительного и комг енсационно1-о терморезисторов Сгшжает точность измерения устройства, усложняет технологию изготов . герморезисторов . аиболее близким по техничесли11 (у|днос.:и к изо6)етению ,чвляется устройство для анализа горючих газо содержащее подключен1гую к источнику iiocTOHHiioro стабилизированного тока мостовую схему, содержащую ба.п.част резисторы, измерительный и сравнительный термоэлементы. вклшченг ьш в измерительную диагональ операцион ный усилите:ль и сигнальное устройст во . Недостаток данного устройства состоит в том. что оно не обеспечивает защиту измерительных термоэлементов от перегрузок по концентрации перегрева при длитешьном пребывании в среде с допустимыми концентрациями. Сигнализатор контролирует концентрации до 50% от нижнето предела восшшменяемости (НПВ) и допускает перегрузки по концентрации до 75% НПВ в течении не более 30 мин. На практике нередки случаи значи тельного превышения указанных значений не только по концентрации, 782 но и по времени ее воздействия на термоэлементы, что приводит к возникновению в них необратимых процессов и, как следствие; исключению из технологи-геского цикла систем газового контроля. Особенно неблагоприятные условия для термоэлементов складываются п высокотемпературных, например с.у иильньгх, камерах с постоянной загазованностью. Цель изобретения - обеспечение за1ци1-ы измерительных термоэлементов от neperj5y3OK по ко И1ентрации, увеличение срока их службы, noiibuueiH-re надежности систем газового конТ1)оля без усложнения мостовых измерительных схем и снижения точности измерения, Цел11 дсх;тигается тем, что в устройстве для анализа горючих газов, содержащем подключенную к источнику постоянного стабилизирован О1о тока мостовую схему, содержащую баллас1ные резисторы, измерительный и сравнительный термоэлемсрггы, включенный в измерительную диагональ операционный усилитель и сигнальное устройство, измерительный те шозлемент зашунт грован эмиттерным повторителем, вход которого соедине} с выходом операционного усилителя, а сигнальное устройство подключено к нагрузоч- , чому резистору эмиттеррюго повторителя , Кроме того, устройство снабжено стабилитроном, включенным ме;кду точкой соединения змиттерного повторителя с линией питания и вершиной мостовой схемы, образованной измерительны - термоэлементом и балластным резистором. На чертеже приведена принципиадь чая схема устройства, I Устройство для анализа горючих газов содержит мостовую схему 1, подключенную к источни су 2 постоянfioro стабилизированного тока. Схема 1 соцержу.т балластные резисторы 3, сравнительный 4 и измерительный 5 термоэлементы. Последний ,;унтирован эмиттерным повторителем, содержащим транзистор 6, вход которого соединен с вых(здом операционного усилителя 7, включенного в измерительную диатональ мостовой схем.ъ1. Сигнальное устройство 8 подк.тгючено к нагрузочному р. зистору 9 эмиттерного повторителя. Межд точкой соединения эмиттерного пов торителя с линией питания и вершиной мостовой схемы, образованной измерительным термоэлементом и балластным резистором может быть включен стабилитрон 10. Сигнальное устройство 8 состоит из соединенных последовательно операционного усилителя 11, один из входов которого подсоединен к источнику 12 опорного напряжения, а вькод исполнительному элементу 13 сигнал ного устройства. Работает устройство следующим образом. Мостовая измерительная схема балансируется на воздухе таким образом, что напряжение на нагрузочном резисторе змиттерного повт рителя равно нулю. При увеличении сопротивления измерительного терм резистора в результате каналитиче кого горения на его поверхности г рючих веществ в измерительной диа нали мостовой Схемы возникает сиг рассогласования, который, будучи усилен операционным усилителем, переводит эмиттерный повторитель в проводящее состояние. При этом образуется цепь, параллельная изм рительному термоэлементу и стабил трону, минус источника питания, компенсационный термоэлемент, нагрузочный резистор эмиттерного по торителя, его переход эмиттерколлектор, плюс источника питания Так как мостовая схема питается от источника постоянного стабил.изированного тока, то величина его через компенсационный элемент остается неизменной, а через измерительный - уменьшится на величину, ответвленную через эмиттерный повторитель, причем эта величина будет расти до тех пор, пока мостовая схема не примет первоначально сбалансированного состояния Пусть до начала каталитической реакции сопротивление измерительного термоэлемента было равно R , ток через него равен 3 . При этом напряжение на измерительном термоэлементеа электрическая мощность P , Предположим, что в результате каталического горения контролируем го вещества концентрации С на поверхности измерительного термоэлемента его сопротивление увеличилось в К раз. Для возвращения мостовой схемы в первоначально сбалансированное состояние, т.е. приведения напряжения на измерительном термоэлементе к величине U, необходимо уменьшить в k раз ток, проходящий через измерительный термоэлемент. При этом электрическая мощность, выделяемая на измерительном термоэлементе, уменьшится против начальной в к раз Ki). в известном устройстве электрическая мощность по сравнению с начальной увеличивается в k раз, так как Л остается неизменным . Величина тока, ответвленного от измерительного термоэлемента, пропорциональна приращению его сопротивления, т.е. концентрации контролируемого вещества. Ответвленный ток создает на нагрузочном резисторе эмиттерного повторителя соответствующее падение напряжения, на определенную величину которого настраивается пороговое устройство. Стабилитрон 5 предназначен для создания на нем падения напряжения, необходимого для питания эмиттерного повторителя. Таким образом, приведенные расчеты и результаты проведенных испытаний показывают что шунтирование измерительного термоэлемента эмиттерным повторителем, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, подключение сигнального устройства к нагрузочному резистору эмиттерного повторителя, а также снабжение устройства стабилитроном, включенным между точкой соединения эмиттерного повторителя с линией питания и вершиной мостовой схемы, образованной измерительным термоэлементом и балластным резистором, позволяют защитить измерительные термоэлементы от перегрузок по концентрации, увеличить срок их службы и повысить надежность систем газового контроля. При эксплуатации чувствительных элементов в данном устройстве ресурс их работы по прецварительньш данным может быть удвоен.

Приведенный расчет не учитывает защиты чувствительных элементов

в данном устройстве от разовых перегрузок по концентрации и благодаря этому существенно повышается надежность систем газового контроля, являющихся средствами техники безопасности.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ГОРЮЧИХ ГАЗОВ, содержащее подключенную к источнику постоянного стабилизированного тока мостовую схему, содержащую балластные резисторы, измерительный и сравнительный термоэлементы, включенный в измерительную диагональ операционный усилитель и сигнальное устройство, отличающееся тем, что, с целью повьпиения надежности работы устройства, измерительный термоэлемент зашунтирован эмиттерным повторителем, вход которого соединен с выходом операционного усилителя, а сигнальное устройство подключено к нагрузочному резистору эмиттерного повторителя. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено стабилитроном, включенным между точкой соединения эмиттерного повторителя с линией питания и вершиной мостовой схемы, образованной (Л измерительным термоэлементом и балС ластным резистором.