Автоматический газоанализатор Советский патент 1989 года по МПК G01N21/61 

Изобретение относится к технике аналитического приборостроения и может быть использовано для анализа газов в химической, металлургической и других отраслях промьпштенности.

Известен оптический газоанализатор, в котором для калибровки шкалы прибора использованы два газовых калибратора, соединенные между собой

и с газонаполненным приемником излучения (лучеприемником), которые позволяют провести проверку правильности показаний газоанализатора (нахождение его в присвоенном классе точности, при любой градуировочной характеристике газоанализатора, а такж проконтролировать герметичность газонаполненного приемника излучения. 311 Основным недостатком газоанализатора является отсутствие возможности контроля герметичности самих газовых калибраторов. Наиболее близким по технической сущности является автоматический газоанализатор, содержащий оптически связанные источник излучения, обтюра тор, газовую кювету и приемник излучения, герметичные газовые калибраторы, выполненные с возможностью периодического ввода в оптический канал газоанализатора, и схему обработки и регистрации сигнала, включаю щую предварительный усилитель, вход которого связан с выходом приемника излучения,, а выход - с первым входом схемы автоматической калибровки второй вход которой связан с вькодом блока опорных сигналов калибровки, выходное устройство, связанное с выходом схемы автоматической калиб ровки, и схему отключения газоанализатора. Основным недостатком известного устройства является отсутствие контроля герметичности газовых калибраторов , а также наличие подвижных электромеханических элементов в схе ме обработки сигнала. Цель изобретения - повышение точности калибровки за счет контроля герметичности газовых калибраторов в условиях эксплуатации газоанализа тора. Поставленная цель достигается тем, что автоматический газоанализатор, содержащий оптически связанныв источник излучения, обтюратор газовую кювету и приемник излучения герметичные газовые калибраторы, вы полненные с -возможностью периодичес кого ввода в оптический канал газоанализатора, и схему обработки и ре гистрации сигнала, включающую предварительный усилитель, вход которой связан с выходом приемника излучени а выход - с первым входом схемы автоматической калибровки, второй вхо которой связан с выходом блока опор ных сигналов калибровки, выходное устройство, связанное с выходом схе мы автоматической калибровки, и схе му отключения газоанализатора, схем обработки и регистрахщи сигнала дополнительно содержит блок опорных сигналов, выполненный с возможностью формирования опорных сигналов U°, отличающихся от опорных сигналов.калибровки и на величину ди, удовлетворяющую соотношению AU/U 1:3, где U-f- сигнал, определяющий класс ТОЧНОСТИ газоанализатора, и схему сравнения; при этом выход дополнительного блока опорных сигналов связан с одним из входов схемы сравнения, другой вход которой связан с другим выходом схемы автоматической калибровки, а выход - со схемой отключения газоанализатора. На фиг.1 представлена схема автоматического газоанализатора на i фиг.2 - поворотный круг с герметичными калибраторами (вид сверху), Автоматический газоанализатор содержит источник I излу 1ения, обтюратор 2 с интерференционными фильтрами, поворотный круг с калибраторами 3-5, газовJTO кювету 6, фокусирующую линзу 7, приемник 8 излучения. Калибраторы 3-5 представляют собой оцтические абсорбционные герметичные камеры, периодически вводимые в оптический канал газоанализатора. Калибратор 3 нуля заполняется воздухом при сборке и служит в режиме рабочего измерения для компенсации ослабления потока излучения окошками газовых калибраторов. Газовые калибраторы 4 и 5 заполняются эталонными газовыми смесями, содержащими определенное количество анализируемого компонента, и предназначается для полу чения двух калибровочных отметок на шкале газоанализатора. Газовые калибраторы 4 и 5 не соединены между собой, так что разгерметизация одного из них не влияет на правильность показаний другого. Для получения двух калибровочных отметок оптические толщины газовых калибраторов 4 и 5 должны быть различными. Поэтому газовые калибраторы 4 и 5 должны иметь различные геометрические толщины или заполняются газовыми смесями, содержащими различное количество анализируемого компонента, Желательно оптическую толщину газовых калибраторов выбрать так, чтобы калибровочные отметки располагались на значительном (порядка 1/2 шкалы) расстоянии друг от друга или на различных диапазонах . измерения, если газоанализатор имеет несколько диапазонов измерения. Автоматический газоанализатор со держит также схему обработки и реги рации сигнала, включаюп;ую предварительный усилитель 9, блок 10 опорны сигналов калибровки, схему И автом тической калибровки, выходное устройство 12, дополнительный блок 13 опорных сигналов, схему 14 сравнени и схему 15 отключения газоанализато ра. Проверка правильности показаний газоанализатора с помощью газовых к либраторов и контроль их герметичности в условиях эксплуатации газо анализатора проводятся следующим образом. После корректировки нуля газоанализатора с помощью калибратора нуля 3 в оптический канал газоанализатора вводится газовый калибратор 4. Соответствующий ему сигнал калибровки и, поступает с предварительного усилителя 9 в схему 11 авто матической -калибровки, где сравнивается с опорньм сигналом калибровки и,, поступившим из блока 10 опорных сигналов калибровки. В случае разбаланса (и, 5 и,° ) схема 11 автоматичес кой калибровки корректирует и подает откорректированный сигнал U в выход ное устройство 12 и в схему 14 сравнения. В схеме 14 сравнения откорректированный сигнал и, сравнивается с опорным сигналом U для калибратора 4, поступившим из дополнительного блока 13 опорных сигналов, отличающегося от опорного сигнала калибровки U,, на сигнал, соотношение которого с сигналом, определяющим класс точности газоанализатора, не более 1:3. Опорный сигнал U,V AUf, (1) V°° где д и ° - сигнал, соотношение которого с сигналом, определяющим класс точности raisoанализатора, не более 1:3. По сути сигналiи определяет допустимый разбаланс опорного сигнала ка/хибровки Uj для калибратора 4, т.е погрешность, с которой может быть проведена калибровка. Так как,согласно ГОСТ 20220-74, соотношение погрешности поверочного cpeдdтв,a с основной погрешностью газоанализатора (классом точности)должно быть не более 1:3, то сигнал ди, выбирается таким, чтобы соотношение его с сигналом, определяющим класс точности газоанализатора, было не более 1:3. Процесс автоматической калибровки вьтолнен правильно, если скорректированный сигнал калибровуки и, соответствуют опорному сигна лу и, т.е. сигнал Uj не выходит из зоны допустимых для опорного сигнала и, значений и выполняется неравенство (и и;-ди) u(ut и,+ ди) В случае, когда сигнал вьштел из эпоны допустимых для опорного сигнала значений в сторону больших значений, т,е. выполняется неравенствоu,S( ди: ), (3) rj4e обозначения аналогичны формуле (2), или в сторону меньших значений, т.е. выполняется неравенство -л) где обозначения аналогичны формуле (2), в схему отключения газоанализатора 13 поступает соответствукщий сигнал разбаланса, который отключает газоанализатор. Когда процесс автоматической калибровки по газовому калибратору 4 выполнен, и газоанализатор работоспособен, в оптический канал газоанализатора вводится газовый калибратор 5. Сигнал Uj от газового калибратора 5 не корректируется схемой 11 автоматической калибровки, а прохода1Т через схему автоматической калибровки в схему 14 сравнения, где он сравнивается с опорным сйгналом Ua , поступившим из дополнительного блока 13 опорНЕОх сигналов. Опорный сигнал иГ± ли 2 в где Uj - опорный сигнал калибровки для газового калибратора 5; дUjj - сигнал, соотношение которого с сигналом, определяющим класс точности газоанализатора, не более 1:3Сигналы 4U| иди равны друг другу, если калибровочные отметки U и расположены на одном и том же иапазоне измерения. Если калиброgg вочные отметки U,. и U расположены на разных диапазонах измерения газоанализатора или диапазонах, имеющих различные классы точности, сигналы ли. иди не равны друг другу. Если сигнал U оответствует опор ному сигналу , т.е. сигнал U не выходит из зоны допустимых для сигна ла значений и выполняется неравенство ( ли)и2( ди ) то градуировочная характеристика газоанализатора не изменилась. Он нахо .дится в присвоенном ему классе точности, а газовые калибраторы герметичны В случае, когда сигнал U, вьппел из зоны допустимых для опорного сигнала и значений, в схему отключения газоанализатора 15 поступает соответ ствующий сигнал разбаланса, который отключает газоанализатор. При этом, если сигнал U. вышел из зоны допусти мых для опорного сигнала значений в сторону больших значений и (Uf Ug + 4Up (7) где обозначения аналогичны формуле (6), то нарушена герметичность газового калибратора 4, Если сигнал U вышел из зоны допустимьгх для опорного сигнала и значений в сторону меньших значений .и (Uf Ug -4 up, (8) где обозначения аналогичны формуле (6)j то нарушена герметичность газового калибратора 5, Такая индикация негерметичности газовых калибраторов основана на том что разность показаний газовых калиб раторов при неизменной градуировочной характеристике газоанализатора должна оставаться постоянной. Если нарушена герметичность газового калибратора 4, то соответствующий ему сигнал кйлибровки U уменьшится, а схема автоматической калибровки, пытаясь сохранить равенство сигнала калибровки и опорному сигналу кали ровки Uj, завысит выше требуемого коэффициент усиления сигналов, что приведет к кажущемуся увеличению сигнала Ug от калибратора 3. Если при этом сигнал U- выйдет за зону допустимых значений его опорного сигнала U|согласно формуле (7), разгерметизация газового калибратора 4 стала значительной, пользоваться им нельзя (на табло газоанализатора зажигается индикатор негерметичности газового калибратора 4). Если газовый калибратор 4 герметичен, процедура калибровки не внесет искажений в коэффициент усиления сигналов, а следовательно, не внесет изменения в сигнал U от газового калибратора 5. В этом случае сигнал и д может измениться только в сторону меньших значений при нарушении герметичности самого газового калибратора 5. Если при этом сигнал U выйдет за зону допустимых значений его опорного сигнала U согласно формуле (8) , то разгерметизация газового калибратора 5 стала значительной, пользоваться им нельзя (на табло зажигается индикатор негерметичности газового калибратора 5). Эффективность использования изобретения заключается в повышении точности калибровки, в обеспечении достоверности показаний газоанализатора, так как в нем осуществлен автоматический в условиях эксплуатации газоанализатора контроль герметичности несоединенных между собой газовых калибраторов, с помощью которых осуществляется систематический (с . любой заданной периодичностью) контроль правильности показаний газоанализатора в условиях эксплуатации без применения поверочных газовых смесей в баллонах под давлением,что дополнительно уменьшает стоимость и повьшает технику безопасности проведения поверочных работ.

:::

(CV

-г

nrr

АВТОМАТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержащий оптически связанные источник излучения, обтюратор, газовую кювету и приемник излучения, герметичные газовые калибраторы, вьтолненные с возможностью периодического ввода в оптический канал газоанализатора, и схему обработки и регистрации сигнала, включающую предварительный усилитель, вход которого связан с выходом приемника излучения, с выход - с первым входом схемы автоматической калибровки, второй вход которой связан с выходом блока опорных сигналов калибровки, выходное устройство , связанное с выходом схемы автоматической калибровки, и схему отключения газоанализатора, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности калибровки за счет контроля герметичности газовых калибраторов в условиях эксплуатации газоанализатора, схема обработки и регистрации сигнала дополнительно содержит блок опорных сигналовм,выполненный с возможностью формирования опорных сигналов U°°, отличанмцихся от опорных сигналов калибровки и на величину &U, удовлетQ воряющую соотношению U/U 5 гЗ, (Л где и - сигнал, определяющий класс точности газоанализатора, и схему сравнения, при этом выход дополнительного блока опорных сигналов связан с одним из входов схемы сравнения,другой вход которой связан с другим выходом схемы автоматической калибровки , а выход - со схемой отключения газоанализатора.

r

11

LTU

HUD

/

./