Способ повышения чувствительности магнитного газоанализатора на кислород и устройство для осуществления этого способа Советский патент 1955 года по МПК G01N27/72 G01R33/02 

Изобретение относится к магнитным газоанализаторам на кислород, действие которых основано на использовании явления термомагнитной конвекции. В такого рода газоанализаторах применяется система магнитов и газовая кольцевая камера с рабочим каналОМ, имеющим два нагревателя, включенные по схеме моста.

Обычно в термомагнитных приборах на анализируемый газ действуют две основные силы: сила термомагниггной конвекции и сила тяги (теплового потока). Последняя сила возникает в тех случаях, когда канал, вдоль которого направлена сила термомагнитной конвекции, имеет наклон к горизонтали; «аличие силы ТЯГИ1 вызывает значительную погрешность в показаниях газоанализатора и уменьшает его чувствительность.

Для устранения указанных недостатков предлагается способ повышения чувствительности магнитных газоанализаторов. Согласно этому способу с помошью тех или иных устройств достигается равенство сил термомагнитной конвекции н теплового потока путем взаимно-встречного направления обоих потоков таким образом, чтобы скорость результирующего потока была равна нулю.

В газоанализаторе с устройством, предназначаемым для осуществления предложенного способа, рабочий канал кольцевой камеры расположен вертикально, а для изменения величины потока термомагнитной конвекции в рабочем канале используется система магнитов в различном конструктивном выполнении. Для получения тех же результатов можно регулировать величину теплового потока, установив кольцевую камеру и систему магнитов поворотно относительно горизонтальной оси или поместив в рабочем канале дополнительный нагреватель.

На фи;г. 1 изображена схема магнитного газоанализатора; на фиг. 2- схема газоанализатора с иным расположением магнитной системы; на фиг. 3 - схема газоанализатора с подвижно-установленным якорем магнита; на фиг. 4 - схема газоанализатора с подвижно-установленными магнитами; на фиг. 5-схема газоанализатора с поворотными кольцевой камерой и системой магнитов; на фиг. 6 - схема газоанализатора с дополнительным нагревателем в рабочем канале.

В магнитных газоанализаторах на кислород с кольцевой газовой камерой и вертикальным рабочим каналом с нагревательными элементами на нагретый газ действуют одновре менно две силы: 1. Сила тяги, вызванная потерей в весе нагретого газа и направленная всегда вверх; ее составляющая вдоль оси трубкп равна: с-ТоРв/, / r-S-yiPo-Tr- ,г -COST, (1 Яо 1 Т., --ускорение силы тяжести -объем нагретого газа; -плотность газа при нормальных условиях; - 273°; Р„ - 760 мм рт. ст.; Р - давление газа; jfj и - температура окружающей среды и газа внутри трубки; в Т., - Т, Т - угол наклона трубки относительно вертикали (т 0). 2. Сила термомагнитной конвекции, вызванная уменьшением магнитных свойств нагретого газа и; направленная в сторону убывания магнитного поля (вниз вдоль трубки|): .н. F 2щax, -объем нагретого , находящегося в сфере действия магнитного поля //; а - пропентное содержание кислорода в смеси; x, - объемная магнитная восприимчивость кислорода при нормальных условиях; Н-максимальное значение папряжеыностп магнитного поля Т т + т ср2 Если по предлагаемому способу поддерживать равенство этих сил (Fr / „), то движения газа в трубке не будет. Это состояние аналогично пулевой точке для прибора с горизонтально расположеппым рабочим каналом. Если сбаланси1ровать мост при F г F ,„ то всякое изменепие этого равенства, т. е. ивменение содержания кислорода, будет вызывать появление э. д. с. разбаланса. При этом чувствительность в этой точке будет апалогичпа чувствительности существующих приборов в начале щкалы. При включении измерительного прибора непосредственно в диагональ моста прибор будет показывать отклонения содержания кислорода от заданного значения (например, 100%). Однако целесообразнее применять метод автоматической компенсации, как это имеет место в предлагаемых приборах. В газоанализаторе (фиг. 1) .вертикально расположена трубка (рабочий канал) /, которая несет на себе две нагревательные обмотки 2 и 5, включенные в схему моста. Верхний трубки помещен между полюсами электромагнитной системы 4, состоящей из постоянного магнита 5 и электромагнита 6. В обмотку электромагнита подается усиленное усилителем 7 напряжение с диагонали моста. К трубке 1 по кольцевой камере 8 подводится апа.чивируемый газ. В цепь электромагнита включены: измерительный прибор 9 и сопротивление 10, с клеем которого может быть снято напряжение, пропорциональное содержанию кислорода. Постоянный магнит 5 подбирается с таким расчетом, чтобы при отсутствии тока в электромагните была полная компенсация F., FT при 100% кислорода. При: другом содержании кислорода па диагонали моста появляется напряжепи1е, которое .после усилениЯ поступает .в электромагнит и увеличивает магнитное поле до восстановления компенсации. При этом сила тоКа будет строго зависеть от содержания кислорода. Па фиг. 2 показап вариант прибора, в котором поля постоянного магпита и электромагнита приложены с разных концов рабочего капала. При этом термомагнитный гюток, созданный электромагнитом, складывается с тепловым потоком и действует павстречу термомагнитпому поторсу, создаваемому полем постоянного магпита. В приборе, изображеппом па фиг. 3, изменение магнитпого поля лроизводитск за счет перемещения якоря 11 в зазоре, образованном постоянным магнитом 5, с одной стороны, и полюсом 4 и магнитным шунтом 12 - с другой. Перемещение осуществляется реверсивным серводвигателем 13, питаемым от усишителя 7. Перемещенея якоря при этом являются мерой, определяющей состав газа, и,используются для вращения указателя прибора 9, а также любого исполнительного органа, напри;мер, движка-реохорда 14. Возможно также перемещать трубку с нагревателями между полюсами постоянного магнита 5 (фиг. 4), припри этоМ величина термомагииггных усилий будет меняться и при изменении содержания кислорода будет поддерживаться баланс моста. Из равенства FT /,„ вытекает, что для условий баланса содержание кислорода определяется соотноще-нием;из которого можно заключить, что автоматическая кол5 пенсацвя потоков возможна также за счет изменения и других параметров прибора, з частности за счет изменения угла ( , ) наклона трубки; к вертикали. В такого рода приборах (фиг. 5) напряжение разбаланса моста поступает на усилитель 7, па выходе которого включен реверсивный серводвигатель 13. Последний через редуктор вращает всю кольцевую камеру 8 с магнитной системой 4, а также указываемую стрелку прибора 9. В случае компенсации потоков за счет изменения объема нагретого газа V), выход усилителя питает дополнительную нагревательную обмотку /5, расположенную на нижней части трубки / (фиг. 6). В случае компеисацип потоком путем изменения температуры (Т) самого чувствительного элемента выход усилителя подключают к диагонали моста вместо источника питания. Показания газоанализатора абсолютно не зависят от давления газа, что является преимуществом прибора по сравнению с известными. Зависимость показаний от окружающей температуры (Tj) составляет 0,25% кислорода на 1°, что значительно меньще, чем в известных магнитных анализаторах. Эту погрещность можно скомпенсировать, выполняя часть одного из сонротиелений R из медной проволоки; при этом будет достигнута компенсация в одной точке щкалы. Температурная погрещность для щкалы 90-100% составит 0,12% от пределов измерении. Из формулы (3) видно, что показания прибора линейно зависят от плотности Of, газовой смеси. Эта зависимость практически не сказывается при анализе чистоты кислорода, в том числе при анализе чистоты бинарных смесей, например, азотнокислородных, в пределах О-21%, О-100%, 21 -100% .и т. д. Приборы этого типа могут быть использованы в проивводствах, связанных с изготовлением и применением кислорода в металлургии, химической промыщленности и т. д. Предмет изобретения 1.Способ повышения чувствительности магнитного газоанализатора на кислород, основанного на использовании явления термомагнитной конвекции, отличающийся тем, что тепловой поток в рабочем канале кольцевой камеры газоанализатора направляют навстречу термомагнитному потоку так, чтобы результирующий поток газа стал равным нулю. 2.Устройство для выполнения способа по п. 1, в газоанализаторах с системой магиитов и кольцевой камерой с рабочим каналом, имеюпхим два нагревателя, включенные по схеме моста, от л и-чающееся тем, что рабочий канал кольцевой камеры расположен вертикально, а для изменения величииы потока термомагнитпой конвекции магниты системы установлены подвижно или подвижно установлен якорь магнита, или применен магнит с подмагничивающей обмоткой, или применей дополнительный электромагнит для регулировки основного потока термомагнитной конвекции.

3. Видоизменение устройства по п. 2, о т л И1 ч а ю ш, е е с я тем, что для регулирования теплового потока система магнитов и кольцевой камеры установлена поворотно относи:тельно горизонтальной оси.

4. Видоизменение устройства па п. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что длярегулирования теплового потока в-, вертикальном рабочем канале расположен дополнительный нагреватель..

Фиг. 2

IZ

13

Фиг. 5

/4