Способ оптимизации режима работы термохимического датчика Советский патент 1985 года по МПК G01N27/16 

t/fnf

30Умг 3,5

о о ю

UMO tf.e

Изобретение относится к газоаналитичгескому приборостроениею и может быть использовано в тех случаях, когда необходимо контролировать суммарную концентрацию двух горючих газов, или когда измеряемая величина пропорциональна концентрациям обоих газов, просуммированным с различными весовыми коэффициентами.

Известен способ газового анализа реализованныйдатчиком, снабженным активным и компенсационным термоэлементами, нагреваемыми электрическим током. Анализируемую смесь подают в камеру, где устанойлены термоэлементы. Окисление газа происходит только на активном, покрытом катализатором термоэлементе.. Концентрацию горючего газа определяют по тепловому эффекту (термоэффекту) каталитического окисления его на поверхности активного термоэлемента. Терфюэффект, пропорциональный концентрации анализируемого газа и проявляющийся в виде прироста температуры катализатора, преобразуют в электрический сигнал с помощью термометров сопротивления,, включенных в измерительный мост.Напряжение питания моста при анализе смеси нескольких горючих, газов устанавливают таким, при котором температура активного термоэлемента достаточна для каталитического окисления, наиболее трудновоспламеняемого компонента ij .

Однако данный способ не обладает ВЫСОКОЙ точностью при контроле суммарной концентрации двух горючих компонентов газовоэдушной смеси. Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ оптимизации режима работы термо химического датчика концентрации горючих газов с линейной градуировочной характеристикой, включающий определение, для каждого из контролируемых компонентов зависимости выходного сигнала датчика от напряжения его питания и установку температуры разогрева чувствительных элементов датчика в зоне каталитического окисления горючих компонентов 2 .

Однако этот способ также не обладает высоЛой точностью.Чувствительные элементы одного из плеч датчика, имеющиее более высокую температуру разогрева, работают в стабильной внешнедиффузионной области характеристики каталитического оз исления определяемого компонента, тогда как чувствительные элементы низкотемпературного плеча датчика работают в нестабильной кинетической области аналогичной характеристики. Следовательно, и выходной сигнал датчика, пропорциональный вычитаемым термоэффекTciM, также нестабилен, что снижает точность контроля.

Цель изобретения - повышение точности контроля смеси двух горючих компонентов при заданном соот- ношении чувствительностей датчика ккаждому из них.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу оптими10 3 ации режима работы термохимического датчика концентрации горючих газов с линейной градуировочной характеристикой, включающему.определение для каждого из контролируемых компонентов зависимости выходного сигнала датчика от напряжения его питания и установку температуры разогрева чувствительных элементов датчика в зоне каталитического

0 окисления горючих компонентов, зависимости выходного сигнала датчика от напряжения его питания снимают . в режиме суммирования термоэффектов каталитического окисления контроли5 РУемых компонентов на чувствительных элементах датчика, а напряжение питания датчика устанавливают соответствующим заданному соотношению чувствительностей датчика к отдельным компонентсии.

Причем, в процессе оптимизации напряжение питания датчика изменяют, преимущественно, в органиченном диапазоне, нижний предел которого соответствует максимальному выходному

сигналу датчика при окислении на нем

более трудновоспламеняющегося компонента смеси, а верхний предел определяется максимально допустимым рабочим напряжением чувствительных

0 элементов термохимического датчика.

Способ реализуется следующим образом.

В качестве термохимического датчика используют измерительный мост

5 постоянного напряжения. В одно из плеч включены компенсационный и активный чувствительные элементы. Измерительный мост питают от источника постоянного напряжения, величину кол торого.МОЖНО плавно изменять и фиксировать на заданном уровне в пределах 3,0-4,2 В. Нижний предел (3,0 В) соответствует максимальной крутизне выходного сигнала в диагонали измерительного моста S-образной характеристики, снятой для более трудновоспламеняемого компонента смеси, в данном случае для метана, верхний Предел (4,2 В). обусловлен максимально допустимым рабочим напряжением

0 чувствительных элементов датчика. Установка компенсационного и активного чувствительных элементов в одном плече моста позволяет снимать . зависимости выходного сигнала датчика от напряжения его питания в ре

.жиме суммирования термоэффектов каталитического окисления контролируемых компонентов на чувствительных элементах датчика.

На чертеже показана зависимость выходнйго напряжения датчика и,, от напряжения Uj, его питания.

Оптимизируют режим работы термохимического датчика концетраций горючих газов с линейной градуировочной характеристикой. Контролируют смесь метана (СН4) и водорода (Н). Устанавливают температуру разогрева чувствительных элементов датчика в зоне каталитического окисления горючих компонентов. При напряжениях, соответствующих этой зоне, снимают (определяют) зависимость выходного сигнала Uebix от напряжения питания и ;д для каждого горючего компонента, в данном случае для метана и водорода. Для простоты осуществления способа значение концентрации в поверочной газовой смеси (ПГС) каждого компонента выбирают равным 1 об.%.. ПГС с . из компонентов подают к чувствительным элементам датчика с зостоянной скоростью, в данном случае 40 мл/мин. Зависимость выходного сигнала для каждого компонента находят при изменении питания от 3,0 до 4,2 В. Участки S-образных характеристик, снятые отдельно для метановоздушной и водородно-воздушной смесей, имеют при определенном напряжении питания общую точку пересечения, в которой чувствительность термохимического датчика к метану и водороду одинакова. В случае отсутствия точки пересечения находят напряжение питания, при котором Чвых. наиболее близки друг к другу. При таком напряжении питания на выходе

атчика происходит аддитивное сложеие сигналов, пропорциональных конентрациям метана и водорода.

Соотношение чувствительностей атчика к отдельным комп(5нентам равно заданному только при определенном напряжении его питания, величину которого определяют следующим образом. Например, для того, чтобы установить напряжение питания датчика соответствующим соотношению чувствительностей датчика к водороду и метану, равному двум, необходимо снять S-образные характеристики датчика при концентрации метана равной 1% и при концентрации водорода равной 0,5%. В точке пересечения указанных характеристик напряжение питания Uд равно 3,3 В. При этом выходной сигнал датчика пропорционален сумме концентрации водорода с удвоенной концентрацией метана. Суммирование водорода и метана с такими весовыми коэффициентами необходимо при определении категорийности шахт и рудников по газообильности. Предлагаемый спосо,б уменьшает количество чувствительных элементов в анализаторах суммарной концентрации горючих компонентов, т.е. упрощает измерения при сохранении высокой точности. При измерении суммарной концентрации двух горючих газов применяется только одна (высокотемпературная) ветвь, т.е. одна термогруппа. Изобретение позволяет снизить эксплуатационные затраты на потребление электроэнергии, замену переносных источников, питания и вышедших из строя термогрупп, а также затрат на настройку и поверку анализаторов.

СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМА РАБОТЫ ТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ДАТЧИКА концентрации горючих газов с линейной градуировочной характеристикой,включающий определение для каждого из контролируемых компонентов зависимости выходного сигнала датчика от напряжения его питания и установку температуры разогрева чувствительных элементов датчика в зоне каталитического окисления горючих компонентов, Отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля смеси двух горючих компонентов при заданном соотношении чувствительностей датчика к каждому из них, зависимости выходного сигнала датчика от напряжения его питания снимают в режиме суммирования термоэффектов каталитического окисления контролируемых компонентов на чувствительных элементах датчика, i а напряжение питания датчика устанавливают соответствукяцим заданному О) соотношению чувствительностей да чика к отдельным компонентам.