Газоанализатор Советский патент 1983 года по МПК G01N21/61 

I1 Изобретение относится к оптическим абсорбционным гаэоанапизаторам и может быть использовано дпя контроля газо вого состава окружающей среоы, а также дпя контроля газовых и парогазовых сме сей в химической, нефтехимической, метаппургической и других отраслях промыш пенности.. Известен газоанализатор, содержащий источник излучения, рабочую камеру, пучеприемник, в рабочей и сравнитепьной камерах которого установлены термосопротивпения, включенные в схему измерительного моста переменного тока, причем сравнительная пучеприемная камера является одновременно компенсационной{ 1 Недостаток этого газоанапизатора-ухо нуля при изменении температуры окружающей среды,., Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является газо анализатор, содержащий распопоженные последовательно по ходу пуча источник инфракрасного излучения, измерительную кювету, рабочую и сравнительную пучепри емные камеры с установпенныкйи в них термочувствительными элементами, рабочий и сравнитепьный измеритепьные каналы, включающие рабочий и сравнитель ный мосты переменного тока с включенными в них те{л4очувствйтепьиыми &пементами, последоватепьно соединенные усилитель высокой частоты, синхронный детектор высокой частоты, избирательный усилитель и синхронный детектор низкой частоты, суммирующее устройство и регистрирующий прибор 2 j. Однако при работе газоанализатора при температуре, оттиной от середины его температурного диапазона, появлявт ся погрешность анализа, связанная с тем пературным дрейфом нупя газоанализатора и температурным изменением его коэффициента преобразования коннентраиии измеряемого газа ши пара в эпектрический сигнал. Эта погрешность расте с увепиче.нием разности между темпера турой окружающей среды и температурой баланса. Цепь изобретения - повышение температурной стабипьности показаний и коэффициента преобраяования газоанализатора., Поставленная цепь достигается тем, что газоанализатор, содержащий расположенные последоватепьно по ходу луча источник инфракрасного излучения, измерительную ккчвету, рабочую и сравнитель 3 ную лучеприемные камеры с устамовле ными в них термочувстЕ;ительными элементами, рабочий и сравнитепьный измерительные каналы, включающие рабочий и сравнительный мосты переменного тока с включенными в них термочувствительными элементами, последовательно соединенные з илИтель высокой частоты, синхронный детектор высокой частоты, избирательный усилитель и синхронный детектор низкой частоты, суммирующее устройство и регистрирующий прибор, дополнительно содержит фильтр постоянной составляющей электрического сигнала с двумя выходами, вход которого связан с выходом синхронного детектора высокой частоты сравнительного или рабочего канала, а первый выход - с входом суммирующего устройства, . Кроме того, он содержит дополнительное суммирующее устройство и устройство умножения, при этом второй выход фильтра постоянной составтиющей электрического сигнала связан через суммирующее устройство с устройством умножения, соединенным с регистрирующим прибором. На чертеже представлена схема устройства. Газоанализатор содержит источник 1 |инфракрасного (ИК) излучения с отражателем 2, источник 3 тока накала излу чате ля, электронный ключ 4, прерыватощий ток накала источника, измерительную кювету 5, рабочую лучеприемную камеру 6 и сравнительную лучеприемную камеру 7. Рабочая 6 и сравнительная 7 лучеприемные .камеры заполнены измеряемым газом или паром. В рабочей 6 и сравнительной 7 лучеприемных камерах установлены термочувствительные элементы (например металлические нити, темпосопротивления и др.) 8 и 9, которые со стабильными сопротивлениями {например, из манганина) 10-15 образуют схемы рабочего и сравнительного мостов, питаемых от генератора 16 прямоугольных импульсов, частота которого равна, например, 1 кГц. Рабочий мост состоит из термочувствительного элемента 8 и стабильных сопротивлений 10-12, а сравнительный - из термочувствительного элемента 9 и стабильных сопротивлений 13-15. Для осуществления модуляции ИК-потоа частота генератора 16 прямоугольгых импульсов делится z помощью делиеля 17 частоты, формирующего прямоугольные импульсы низкой частоты (например 0,5 Гц), которые управляют электронным кшочом 4, прерывающим ток вакапа источника 1 ИК-излучения, шггакядегося от источника 3 тока накапа.

Выход рабочего моста подключается к входу усилителя 18 высокой частоты, усиливает сигнал разбаланса рабочего моста. Синхронный детектор 19 высокой частоты, источником сигналов синхронизации которого является генера тор 16 прямоуго 1ьных импульсов, выпрямляет усиленный сигнал разбаланса рабочего моста, при этом в выпрямленном сигнале присутствует низкочастотная

огибающая, частота которой равна частоте модуляции ИК-потока. Выделенный сиихронным детектором 19 высокой частоты сигнал низкой частоты (например 0,5 Гц усиливается избирательным усилителем 20 (0,5 + 0,05 Гц) низкой частоты и выпрямляется синхронным детектором 21 низкой частоты, источником сигналов синхронизации которого является делитель 17 частоты.

Выход сравнительного моста -подключается к входу усилителя 22 высокой частоты, который усиливает сигнал разбаланса сравнительного моста. Синхро№ный детектор 23 высокой частоты, ис.точником сигналов синхронизации которого является генератор 16 прямоугольных импульсов, выпрямляет усиленный сигнал разбаланса сравнительного моста, при этом в выпрямленном сигнале присутствует низкочастотная огибающая частс-та которой равна частоте модуляции ИКпотока. Выделенный синхронным детектором 23 высокой частоты сигнал низкой частоты (например 0,5 Гц) усиливается избирательным усилителем 24 (0,5+

0,05 Гц) низкой частоты и выпрямляется синхронным детектором 25 низкой частоты, источником сигналов синхронизации которого является делитель 17 частоты.

Рабочий сигнал с выхода синхронного детектора 21 низкой частоты поступает на первый вход суммирующего устройства 26, на второй вход которого поступает сравнительный сигнал с выхода синхронного детектора 25 низкой частоты. В суммирующем устройстве 26 осуществляется вычитание рабочего и сравнительного сигналов. Далее усиленная разность рабочего и сравнительного сигналов с выхода суммирующего у стройства 26 посту пает на первый вход устрюйства 27 умножения, а оттуда на регистрирующий ипи показывающий прибор 28.

Потенциометр 29 служит для ре гулировки усиления сравнительного сигнала и точной установки куля газоанализатора, а потенциометр 30 предназначен для регулировки его чувствительности.

При несоответствии температуры окру жающей среды температуре баланса сравнительного или рабочего моста -на частоте питания (1кГц) на их выходах возникают сигналы разбаланса, пропорциональгные изменению температуры окружающей среды по отношению к температуре баланса. На выходе фильтра 31 постоянной составляющей электрического сигнала, вход которого связан с выходом синхронного детектора 23 или 19 высокой частоты формируется сигнал, пропорциональны и изменению температуры окружающей среды, при этом термочувствительные элементы 9 или 8 выполняют функции термометров сопротивления.

Компенсация температурного дрейфа нуля газоанализатора осуществляется с помощью потенциометра 32, подающего напряжение компенсации с первого выхода фильтра 31 постоянной составляющей электрического сигнала на третий вход суммирующего устройства 26.

Устройство 27 умножения предназначено для компенсации (коррекции) теМ пературных изменений коэффициента преобразования концентрации измеряемого газа или пара в электрический сигнал газоанализатора. При этом корректирук щее напряжение, пропорциональное изменению температуры окружающей среды, поступает на второй вход устройства 27 -умножения с выхода суммирующего устройства 33, на первый вход которого поступает опорное напряжение от источника. 34 опорных напряжений, а на второй вход поступает напряжение, nponof циональное изменению температуры окру жающей среды, от фильтра 31 постоянной составляющей электрического сигнала. Опорное напряжение устанавливается с помощью потенциометра 35, а компен сация (коррекция) температурных измене :НИй коэффициента преобразования концентрации измеряемого газа или пара в электрический сигнал газоанализатора осу ществляется с помощью потенциометра 3

Газоанализатор работаег следующим образом.

Модулированный (0,5 Гц) ИК-поток от источника 1 с помощью отражателя 2 направляется в измерительную кювету 5, а оттуда поступает в рабочую 6 и сра&нитепьную 7 пучеприемные камеры. При этом навыходе ра(5очего и сравнитетшного мостов прияутствует низкочастотный (0,5 Гц) сигнап, вызванный модуляцией сопротивпетш термочувствительных элементов 8 и 9 иэ-за модуляции температуры газа в рабочей 6 и сравнительной 7 пучеприемвых камерах. Сигналы разбаланса рабочего и .сравнительного мостов усиливаются усилителями 18 и 22 вь1сокой частоты, выпрямляются сиихрошшми детекторами 19 и 23 высокой частоты, при этом в выпрямленных, рабочем и сравнительных сигналах выде пяется. низкочастотная огибающая, частота которой равна частоте (0,5Ги) модуляции ИК-потока.Далее низкочастотные (0,5 Ги).-сигналы рабочего и сравнительного мостов усиливаются избирательными усилителями 20и 24 (O,5iO,05 Гц) низкой частоты и выпрямляются синхронными детекторами 21и 25.низкой частоты. При отсутствии в пробе измеряемого газа или пара электрический сигнал на вы ходе газоанализатора, равный усиленной разности сравнительного и рабочего электрических сигналов отсутствует. Этого добиваются с помощью потенциометра 29, устанавливая сравнительный электрический сигнал равным рабочему. При Hamiчии в пробе измеряемого газа или пара ИК поток, поступающий в рабочую лучеприемную камеру 6, уменьшается за счет поглощения в измеритепввой кювете 5 части ИК-потока измеряемым газом ипи паром, .что приводит к уменьшению рабоче го сигнала и к появлению сигнала на выходе газоанализатора. При этом происходит уменьшение и сравнительного сигнала. Например, если рабочая 6 и сравнительная 7 лучеприемные камеры заполнены 100% СО, а их. глубина равна 3 мм то уменьшение сравнительного сигнала не превышает 15% от величины умвньгшенйя рабочего сигнала и падает с ростом глубины рабочей лучеприемной камеры 6, которая шпрает роль фильтровой камеры для сравнительной лучецриемной камеры 7t Если концентрация измеряемого газа илн пара равна верхнему пределу шкалы газоанализатора, то на выходе анализатора появляется максимальньгй сигнал, кото рый устанавливается равным верхнему пределу шкалы регистрирующего прибора 28 с помощью потешшом ;тра 30. Бапансвровка сравнительного и рабочего мостов на частоте шстанкя {1кГа) осущестэпяется с помощью сопротивлений 13 и Ю при температуре, соответствующей середине температурного диапазоне работы газоанализатора, при этом усиление усилителей 22 и 18 высокой частоты выбирается таким, чтобы при температуре, соответствующей верхней и нижней границам температурного диапазона газоанализатора, сигна 1Ы с вцхода сравнительного и рабочего мостов не искажались усилителями 22 и 18 высокой частоты. При работе газоанализатора в середине его температурного диапазона на выходах фильтра 31 постоянной составляющей электрического сигнала отсутствует сигнал, связанный с изменением температуры окружающей среды, а на третий вход суммирующего устройства 26 и вто рой вход суммирующего устройства 33 поступают сигналы,равные нулю. При этом на второй вход устройства 27 умножения поступает сигнал, равный, например, 1В, который формируется с помощью источника 34опорного напряжения, потенциометра 35и суммирующего устройства 33. Тогда установка нуля шкалыгазоанализатора осуществляется с помощью потенциометра 29, а установка верхнего предела его шкаль - с помощью потенциометра 30. Возможна регулировка чувствительности газоанализатора с помощью потенциометра 35. Одновременно на выходе фильтра 31 постоянной составляющей электрического сигнала появляется сигнал, абсолютная величина которого растет с ростом разности между температурой окружающей среды и температурой баланса. При этом компенсация температурного дрейфа нуля газоанализатора осуществляется с помощью потенциометра 32, подающего напряжение ксжшенсации с первого выхода фильтра 31 постоянной составляющей электрического сигнала на третий вход суммирующего устройства 26, а компенсация температурного изменения коэффициента преобразования концентрации измеряемого газа или пара в электрический сигнал осуществляется с помощью пс тешшометра 36, подающего компенсируощее напряжение с второго выхода фильтра 31 постоянной составляющей электрического с 1Гнала на второй вход суммирующего устройства 33, а с его выхода - на второй «ход устройства 27 умножения. При этом сигнал по второму входу устройства 27 умножения меняется таким об/jpasoMi чтобы скомпевсиррвать темпера-:турные взьоэвенвя KO944 raietiTa преобpaapBaHBfljKOHueBTpeimB {Измеряемого газа

.епн пара в эпёктрвческий сигнал газоанализатора.

Испопьзованве предпагаемого газо|ана1Вд аторв уменьшает температурную погрешвость в 8-10 раз и доводит до

typoBBa 1% на IGPC, а также уменьшает время щюгрева. Предлагаемый газо-

анализатор обладает высхжоВ взбвратвпь ностью стабильностью показаввй при загряз «(а1И рабочей камеры, так как сравнительный сигнал компевсврует вэменения рабочего сигнала, связанные с напичием в пробе газов впв паров, ал ;юших поносы поггющеввя, частично сошшдающие с полосой поглотеввя BaMepaeMO го газа или пара, в загрязвевв м рабочей камеры..

1. ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержащий расположенные последовательно по ходу пуча источник инфракрасного иэ пучения, измеритепьную кювету, рабочую и сравнительную пучеприемные камеры с установленными в них термочувствитепьными элементами, рабочий и сра&нвтепыалй измерительные каналы, включающие рабочий и сравнительный мосты переменного тока с включёнными в них термочувствительными элементами, последовательно соединенные усилитель ВЫСО- кой частоты, синхронный детектор высокой частоты, избирательный усилитель в синхронный детектор низкой частоты, суммирующее устройство и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности показаний гаэоанапизатора, он дополнительно содержит фильтр постоянной составляющей эпектрияеского сиг нала с двумя выходами, вход которого связан с выходом синхронного детектора высокой частоты сравкитепьшго ипи рабочего канала, а першлй выход - с входом суммирующего устройства. 2. Газоанализатор по п. 1, о т п вчдющийся тем, что, с иелью повышения температурной стабйпьносги коэффициента преобразоваввя гаэоашп затора, он содержит допопнитепьное суммирующее устройство и устройство умножения, при этом второй выход фильтра постоянной составляющей эпектричесхого сигнала связан через суммирующее yci ройство с устройством умножения, соединенным с регистрирующим прибором. &д СП 00 СО