Автоматическое устройство для определения и корректировки полноты сжигания углеводородных смесей и газов Советский патент 1983 года по МПК G01N25/52 

Изобретение относится к измерению и управлению процессами горения топлива в топливосжигагацих установках и может быть использовано в энергети ке, химической промышленности для экономии тоПлнва и охраны окружающей |среды от загрязнения токсичными газо выми выбросами. Известныустройства для обработки хроматографических сигналов и подачи корректирукэдих сигналов в схемы управления технологическими процессами, в которых выполняется обработка хроматографических сигналов от одного или нескольких хроматографов, а формирование управляющих либо кор- . ректирующих сигналов осуществляется интегрирующими устройствами или на ЭЦВМ путем определения кониентраций компонентов газовой смеси по площадям хроматографических пиков .и срав- нени.я их с заданными значениями TilОднако для промышленных задач управления процессами горения газообразных и жидких топлив высота симметричных хроматографических пиков достаточно отражает концентрацию измеряемых компонентов, что позволяет упростить устройство формирования корректирующих сигналов и повысить его надежность. . Наиболее близким к изобретению является хроматографический коррек-тор процесса горения, предназначенный для измерения концентрации водорода, азота, окиси углерода и метана в продуктах сжигания жидкого или газообразного углеводородного топлива в топках парогенераторов и. других топливосжигающих установках тл формирования корректирующего сигна ла по концентрации водорода, подавае мого в систему автоматического регулировани,я соотношения топливо-воздух и состоящий из последовательно соеди ненных газоотборного устройства, дозатора, хроматографической колонки мостовой схемы, в одну из диагоналей которой подключен источник питания, схемы балансировки нуля моста и схемы корректора, состоящей из делителя напряжения, усилителя напряжения, устройства запоминания амплитуды сигнала, выход которого подключен па раллельно к преобразователю в стандартный выходной сигнал и регистриругадему прибору, программного устрой ства, первый из управляющих выходов которого подключен к входу запомина ющего устройства, а второй управляю щий выход - к дозатору. В этом Kop«t ректоре формируется только один кор ректирующий сигнал, пропорциональный отклонению измерннной концентра ции одного из ключевых компонентов, характеризующего полноту сжигания водорода от заданного значения С 23. Однако при создании систем а,втоматического регулирования топливосжигающих установок, в которых сжигается совместно несколько топлив переменного состава, например при автоматическом управлении процессом термического обезвреживания промышленных СТОЧНЫХ вод, необходимо получить от одного автоматическЪго хроматографа два или более корректирующих сигналов по ключевым измеряемым компонентам. Кроме того, подключение устройства, ; запоминающего амплитуду хроматографического пика, осуществляется проггаммным устройством по жесткой программе. Изменение температуры хроматографической колонки, расхода газаносителя и других величин приводит к изменению времени появления максимума хроматографического пика по отношению к запрограммированному, из-за чего появляются погрешности при формировании корректирующего сигнала. Причем загрязнение и окисление поверхности реохорда с механическим контактом, используемого в схеме автоматической балансировки нуля мостовой схемы корректора при помощи усилителя вторичного прибора, электрические наводки в длинной цепи, соединякадей реохорд и усилитель вторичного прибора, приводят к снижению точности и надежности работы корректора. Цель изобретения - повышение точности и расширения диапазона анализируемых смесей и газов. Поставленная цель достигается тем, что в автоматическое устройство для определения и корректировки полноты сжигания углеводородных смесей и газов, состоящее из последовательно соединенных газоотборного устройства, дозатора,хроматографическрй колонки, мостовой схемы, в одну из диагоналей которой подключен источник питания., схемы балансировки нулямоста и схемы корректора, состоящей.из делителя напряжения, усилителя напряжения, устройства запоминания амплитуды сигнала, выход которого подключен параллельно к преобразователю в стандартный выходной сигнал и регистрирующему устройству, программного устройства, первый из управляющих выходов которого подключен к входу запоминающего устройства, а второй управляющий выход - к дозатору, дополнительно введены пиковый детектор, мостовая схема выполнена в виде последовательно соединенных двух эталонных сопротивлений,сравнительного и измерительного элементов, а схема балансировки нуля выполнена в виде интегратора, подключенного в цепь обратной связи усилителя напряжения. причем делитель напряжения подключе к измерительной диагонали моста и к входу усилителя напряжения, выход пикового дeтekтopa подключен к вход запоминающих устройств, программное устройство выполнено с дополнитель ными третьим и четвертым управляющи выходами, третий выход программного устройства подключен к управлявшему входу пикового детектора, а четверт выход программного устройства подкл чен к входу интегратора. На фиг.1 представлена структурна схема автоматического устройства для корректировки полноты сжигания углеводородных смесей и газов; на фиг. 2 - его принципиальная схема, на фиг.З - временная диаграмма рабо ты устройства. Продукты сжигания отбираются, очищаются от механических примесей и влаги газоотборным устройством 1 (фиг.1), вводятся дозатором 2 в хроматографическую колонку 3, откуда разделен-ные компоненты продуктов сжигания подаются в измерительный элемент, включенный в мостовую схему 4. Рабочий ток мостовой схемы обеспечивается стабилизированньм блоком 5 питания. Сигнал мостовой схемы 4 подается через масштабный, делитель 6 напряжения на вход усилителя 7 напряжения, в обратную связь которого подключена схема 8 балансировки нуля, предназначенная для компенсации дрейфа нуля моста. Сигнал .усилителя 7 напряжения подается на вход пикового детектора .9, выход которого соединен с входами устройств 10 запоминания амплитуды сигнала, выходы которых соединены с входами преобразователей 11 в ста дартный выходной сигнал и регистрирующих приборов 12. Число устройств 10запоминания и преобразователей 11сигн.ала равно числу необходимых корректирующих сигналов для системы автоматического регулирования. Программное устройство 13 вырабатывает управляющие сигналы которые подаются в дозатор 2, схему 8 балансировки нуля моста, пиковый детектор 9 и в устройства 10 запоми нания. Мостовая сяема 4 состоит из последовательно соединенных эталонных сопротивлений 14 и 15, измерительного 16 и сравнительного 17 элементов (фиг.2). Рабочий ток мостовой схемы регулируется сопротивлением 18 стабилизированного блока 5 питан Делитель напряжения состоит из посл довательно включенных сопротивлений 19-21. Усилитель 7 напряжения выпол нен на усилителе 22, коэффициенты передачи которого определяются отно шениями сопротивлений 23 и 24, 23 и 25. схема 8 балансировки нуля выполнёна на усилителе 26, в обратной цепи которого подключен конденсатор 27. Работа:схемы основана на запоминании напряжения, накопленного на конденсаторе 27 при отключении входного напряжения от входа усилителя 26 контактами 28 реле 29 по команде Uj. Пиковый детектор 9 выполнен на двух усилителях 30 и 31. Запоминание, амплитуды хроматографического пика осуществляется на конденсаторе 32. Подготовка пикового детектора к приему информации выполняется разрядом конденсатора 32 через сопротивление 33 при переключении контактов 34 реле 35 по команде U4 . Устройства 10 запоминания амплитуды служат для длительного хранения сигналов, полученных от пикового детектора 9, и выполнены на усилителях 36 и 37. При приеме сигнала по командам U. /U-i.a/ замыкаются контакты 38 и 39, (40 и 41), реле 42(43) и заряжаются конденсаторы 44(45), а после размыкания указанных контактов напряжения на выходах усилителей 36 и 37 сохраняются постоянными. Работа устройства описывается на примере анализа трехкомпонентной газовой смеси, состоящей из водорода, азота и окиси углерода, при этом необходимо получить корректирующие сигналы по двум ключевым компонентам недожога - водороду и окиси углерода (фиг.З). В начале каждого цикла анализа хроматографическая колонка 3 очищается от продуктов предьщущвго анализа продувкой газюм-носителем. При этом через сравнительный 17 и измерительный 16 элементы протекает . газ-носитель, а мостовая схема 4 сбалансирована. По команде (j/ автоматический дозатор 2 вводит в по-ток газа-носителя дозу анализируемого газа строго определенного объема, затем по команде 0 выполняется балансировка нуля Мостовой схемы устранение дрейфа нулевого уровня сигнала и получение скорректированного на величину дрейфа сигнала OK В начале выхода очередного ана- лизируемого ключевого компонента газовой смеси по команде Uj выполняется сброс пикового детектора 9 в нуль. После выхода хроматографического пика напряжение на выходе пикового детектора Равно амплитуде пика. В момент окончания выходахроматографического пика по командам U.f или 0.). i информация из пикового детектора переписывается в устройства 10 запоминания амплитуда, выходные напряжения которых и и 3Y1- подаются на преобразователи 11 в стандартный выходной сигнал и на регистрирукщие приборы 12.. Использование этого глетода формирования непрерывных корректирующих сигналов из дискретных хроматографичёских сигналов, некритичного к измене нию времени выхода хроматографических пиков, применение бесконтактнвй схем балансировки мостовой схемы, операционных усилителей на микросхемах позволяет встраивать описанную элект ронную схему непосредственно в промышленный анализатор и выгодно отлиЛУЗ - ffci//rfe/f

Фиг. чает предлагаемое устройство от известного. При этом значительноповышается точность и надежность определения полноты сжигания топлив, снижается трудоемкость изготовления, наладки и обслуживания устройства, упрощается получение необходимого числа корректиругадих сигналов по ключевым анализируемым компойёнтам. в ре г у /7t/ o a//UJf

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КОРРЕКТИРОКИ ПОЛНОТЫ СЖИГАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СМЕСЕЙ И ГАЗОВ, состбящее из газоотборного устройства, хроматографической колонки, дозатора, мостовой схемы, в одну из диагоналей которой подключен источник питания, схемы балансировки нуля моста и схемы корректора, состоящей из делителя напряжения, усилителя напряжения, устройства запоминания амплитуды сигнала, выход которого подключен параллельно -к преобразователю в стандартный выходной сигнал . и регистрирующему устройству, программного устройства, первый из управляющих выходов которого подключен к входу запоминающего ус.и)рвйства, а второй управлякядий выход - к дозавгору, о т я и ч а ю щ ё е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона анализируемых смесей и газов, .в него дополнительно введены пиковый детектор, мостовая схема выполнена в. виде последовательно соединенных двух эталонных сопротивлений, сравнительнбго и измерительного -элементов, а схема баS лансировки нуля выполнена в виде интегратора, подключенного в цепь I (Л обратной связи усилителя напряжения, причем делитель напряжения подключен к измерительной диагонали и к входу усилителя.напряжения, выход пикового детектора подключен к вхо- 5 дам запоминающих -устройств, программ мное устройство выполнено с дополнительными .третьим и четвертым управ л якхцими выходами, третий выход программного устройства подключен к управляющему входу пикового детектора, а четвертый выход программного устройства - к входу интегратора

rti Фиг.2.