Электромагнитный измерительный преобразователь концентрации парамагнитных газов Советский патент 1984 года по МПК G01N27/72 

Изобретение относится к технике анализа газовых смесей и может быГь использовано в устройствах для изме рения концентрации парамагнитных газов в системах регулирования технологическими, процессами и жизнеобеспечения . Известен оптико-акустический пре образователь концентрации газа в смесях, содержащих компонент поглощающий свет в определенном диапа з.оне длины волны. Оптико-акустический преобразователь состоит из сосуда с окном, прозрачном для принятого диапазона длины волны света, микрофона и измерительного прибора, присоединенного к микрофону. Сосуд наполнен газовой смесью, способной поглощать свет. Если в сосуд через окно направить прерываемый с некото рой частотой поток света, то в газе возникнет пульсация давления, преоб разуемая микрофоном в сигнал, несущий измерительную информацию. Оптико-акустические преобразователи отличаются высокой степенью из рательности к одному из компонентов анализируемой газовой смеси ЧЗ. К недостаткам этих преобразовате лей относится чувствительность к .из менениям температуры преобразователя и давления пробы газовой смеси. Так, изменение только температуры в рабочих условиях на 10 К вызывает относительную погрешность около 1,3 . а изменение только давления пробы н 1 кПа - 0,45%, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является злек ромагнитный измерительный преобразователь концентрации п.арамагнитньш газов, содержащий камеру измерения со штуцерами ввода и вывода пробы парамагнитной газовой смеси и герметичную заполненную парамагнитным газом камеру сравнения, снабженные микрофонами, присоединенными к измер тельной системе, и излучателем элект ромагнитной энергии, камеру выравни-- вания давлений, присоединенную проточной полостью к выходу камеры измерения, а второй - к камере сравнения 2 . Известный газоанализатор обладает высокой степенью избирательности к измеряемому компоненту пробы газов смеси и нечувствителен к неизмеряемым к о м п о н е н т аи. Кроне ТОГО; чувствительность преобразователя к изменениям давления н темпераrypfci вызьшает погрешность при измерении концентрации, а газы, нолекуль которых состоят из одинаковых атомов, например, кислорода, неспособны поглощать инфракрасную радр{аци;-С, поэтому смеси, состоящие из этих газов, не могут быть -объектом а1-;ализа оггтико-акустичвского преобразователя концентрации газов. Целью изобретения является снижение скстекатических погрешностей излyчeни., Постйвленвая цель достигается тем,, что электромагнитный измерительный преобразователь концентрации парамагнитных газовS содержащий камеру измерения со штуцерами ввода и вывода пробы парамагнитной газовой смеси и гермвПЕчную заполненную парамагнитным газом камеру сравнения, снабженные микрофонами, присоединенными к измери ельной системе, и излучателем эл:ектромагнитной энергии, камеру выравнивания давлений, присоединенную проточной полостью к выходу камеры измерения, а второй полостью - к ;самере сравнения, снабжен включенньм в измерительную схему AByxKaMepbnvf акустическим преобразователем в лаждой камере которого установлен .излучатель звука и микрофон, одма камера акустического преобразователя установлена между штуцером вывода пробы и проточной полостью камеры выравнивания дав лений, а другая подсоединена ко второй полости камеры выравнивания давлек15й, Необхсдкьюсть введения акустиеского ;грео6разователя вызвана ем, что сигнал измерительной инфорации, формирующийся в камере изерения, отягчен влияющей величиой - плотностью пробы и другими ермодинамическими характеристиками азовой смеси, которые при нертзмеяющейся концентрации измеряемого омпонента могут принимать различые значения, например при переходе газовой смеси кислород - 10 об,%, зот - остальное, на смесь кислоод - 10 об.-%5 двуокись углерода 10 об.% остальное азот, отношение лотностей смесей 1,056, что вызыает погрешность около 2,8 об. ислорода. Камера сравнения наполнена парамагнитным газом или смесью парамагнитного и диамагнитных газов с известной магнитной проницаемостью, например воздухом. Поскольку энергию электромагнитных волн инфракрасного диапазона не могут поглощать газы, молекулы которых состоят из оди наковьк атомов, в частности кислорода, излучатель электромагнитных волн выполнен в виде электрической обмотки возбуждаемой переменньм током, например переменным током промьпзшенной частоты. На чертеже изображен электромагнит ньм измерительный преобразователь KOH центрации парамагнитных газов, разрез Электромагнитный измерительный преобразователь концентрации парамагнитных газов имеет камеру 1 измерений микрофон 2 с контактами 3 для присоединения к измерительной схеме. Для ввода пробы парамагнитной газовой сме си служит штуцер 4, для вывода пробы из камеры служит штуцер 5. Герметичная камера 6 сравнения содержит микро фон 7 с контактами 8 для присоедин ния к измерительной схеме. Камера сравнения имеет выводнуго трубку 9, соединенную с выполненной из газонепр I ницаемого материала полостью 10 камеры выравнивания давлений. Камера сравнения заполнена парамагнитным газом, магнитная проницаемость которого известна. Объем и степень наполнения газом камеры сравнения и полости 10 обеспечивают, так называемое, вялое состояние материала стенок полости 10 при допускаемых колебаниях давления и -температуры пробы газовой смеси. Камеры измерения и сравнения находятся в тепловом контакте и выполнены из диэлектрика. Излучатель электромагнитной энергии в виде электрической обмотки 11 с контактами 12 для присоединения к источнику переменного тока расположен вне камер измерения и сравнения, но часть магнитного потока возбужден ной обмотки должна пронизывать часть объема как камеры измерения, так и камеры сравнения. Штуцер 5 присоединен к двухкамерному акустическому преобразователю, а именно к одной из его камер 13, в которой находится излучатель 14 звука с контактами 15 для присоединения к источнику переменного тока и микрофон 16 с контакт ми 17 для присоединения к устройства 10 94 бработки измерительной информации. ля вывода пробы газовой смеси из той камеры 13 служит трубка 18, подоединенная к проточной полости 19 амеры выравнивания давлений. Проба газовой смеси выводится рубкой 20. Камера 21 акустического реобразователя содержит излучатель 2 звука с контактами 23 для присоеинения к источнику переменного тока микрофон 24 с контактами 25 для рисоединения к устройствам обработки змерительной информации, трубкой 26 камера 21 сравнения соединена поос-тью 10. Преобразователь работает следующим образом. Через штуцер 4 подают пробу парамагнитной газовой смеси в камеру 1 измерения, далее проба через штуцер 5 поступает в камеру 13 акустического преобразователя и по трубке 18 в проточную полость 19 камеры выравнивания давлений и выходит по трубке 20. Контакты электрической обмотки 12 и контакты акустического преобразователя 15 и 23 подключают к источникам переменного тока. Переменный ток, протекающий по электрической обмотке 11, возбуждает переменный магнитный поток, пронизывающий часть объема как камеры 1 измерения, так и камеры 6 сравнения. Поскольку камеры наполнены парамагнитными газами, в областях газа, находящихся под действием переменного магнитного потока, происходит поглощение электромагнитной энергии. При неизменяющемся эффективном значении напряженности магнитного поля поглощено электромагнитной энергии пропорЦ11О1 ально магнитной восприимчивости парамагнитного газа. Явление поглощения электромагнитной энергии вызывает пульсацию давления газа, находящегося в камерах измерения и сравнения. При звуковой частоте переменного тока пульсация газа является источником акустической эмиссии. Звуковое давление формирует сигнал измерительной информации. Звуковое давление измеряется в камерах микрофонами 7. Сигналом измерительной информаявляется отношение значения сигнаснимаемого с контактов 3, к значесигнала, снимаемого с контактов 8. Полученный сигнал измерительной информации отягчен систематической norpeuiностью, вызываемой переменной плотностью и другими термодинамическими характеристиками пробы при анализе многокомпонентных парамагнитных газовых смесей. Для исключения этой погрешнос ти пробу пропускают через акустический преобразователь, отношение значения сигнала, снимаемого с контактов 17, к значению сигнала, снимаемого с контактов 25, функционально однозначно зависит от фактической плотности и влияния термодинамических характеристик пробы, протекающей через камеру измерения. Отношение значения сигнала измерительной информации к значению сигнала измерительной информации акустического преобразователя однозначно определяет концентрацию парамагнитного компонента в любых газовых смесях. Сравнение сигналов производят известным Способом, например применяя промежуточные измеритель ные преобразователи. При изменении давления и температу ры пробы газовой смеси происходит адаптация электромагнитного измерительного преобразователя к изменившимся влияющим величинам, например при увеличении только давления пробы газовой смеси, выходящий по трубке 18 газ заполняет проточную полость 19. Под действием повысившегося давле ния сокращается объем полости 10, что вызывает повьшение давления в камере 6 сравнения и в камере 21 до значения давления в камере 1 измерения. Отношение значения давления в камере 1 измерения к значению давления в камере 6 сравнения не изменится, этим исключается влияние 10 9 давления на отношение значений магнитной восприимчивости - парамагнитных газов, заполняющих камеры. При повышении только температуры пробы газовой смеси часть тепловой энергии, внесенной газом в камеру 1 измерения повысит температуру камеры. Поскольку камера и измерения находится в тепловом контакте с камерой 6 сравнения, в последней находящийся газ нагревается и расширяется, избыточный объем газа через трубку 9 перетекает в полость 10. Отношение значения температур, а также и давления газов в камерах 1 и 6 не изменится, этим исключается влияние температуры на отношение значений магнитной восприимчивости парамагнитных газов, заполняющих камеры. При падении );авления или температуре, либо их одновременного изменения адаптация преобразователя аналогична описанному о В конструкции предлагаемого преобразователя могут применяться серийно выпускаемые промьшшенностью изделия, как излучатеди звука, микрофоны, промежуточные и функциональные преобразователи и т.д. Преобразователь не требует применения устройств для стабилизации давления и температуры пробы газовой смеси. Изобретение позволит исключить из состава обязательных для термомагнитных газоанализаторов ряд проверок при проведении приемочных испытаний или ввести их в состав периодических испытаний, что сократит продолжительность технологического цикла изготов-:ения газоанализаторов.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ПАРАМАГНИТНЫХ ГАЗОВ, содержаида камеру измерения со штуцерами ввода и вывода пробы парамагнитной газовой смеси и герметичную заполненную пара.магнитным газом камеру сравнения, снабженные микрофонами, присоединенными к измерительной системе, и излучателем электромагнитной энергии, камеру выравнивания давлений, присоединенную проточной полостью к вы ходу камеры измерения, а второй поло.стью - к камере сравнения, отличающийся тем, что, с целью снижения .систематических погрешностей измерения, он снабжен включенным в измерительную схему двухкамерным акустическим преобразователем, в каждой камере которого установлен излучатель звука и микрофон, одна С камера акустического преобразователя установлена между штуцером вывода про(Л бы и проточной полостью камеры выравнивания давлений, а другая подсоединена ко второй полости камеры выравнивания давлений. о со о СП сл :о