Способ автоматического контроля концентрации горючих газов и паров Советский патент 1985 года по МПК G01N27/16 

1t

Изобретение относится к газоана- питическому приборостроению, в частности к способам контроля концентра. ции взрьшоЬпасных горючих газов и паров термохимическим методом, и может быть использовано в химической нефтехимической и газовой отраслях промышленности для контроля загазованности производственной и бытовой атмосферы.

Целью изобретения является повышение надежности контроля концентрации горючих газов и паров при циклическом питании чувствительных элементов термохимичесусого. датчика.

Способ автоматического контроля концентрации горючих газов и паров термохимическим датчиком осуществляется следующим образом.

Периодически подают на чувствительные элементы термохимического датчика импульсы тока питания с плоской вершиной и плавно изменяющимися, например, по экспоненциальному закону фронтами. Контролируют выходной сигнал датчика при установившейся рабочей температуре термоэлементов (плоская вершина импульса питания) с помощью измерительного порогового устройства с .заданным уровнем срабатьгеания, соответствующим сигнальной концентрации, а также одновременно с предьодущей операцией контролируют температуру термоэлементов .по достижению определенного значения какого-либо параметра питания датчика, например напряжения, с помощью вспомогательного порогового устройства.

В момент начала уменьшения темпе.ратуры чувствительных элементов устанавливают уровень срабатывания измерительного порогового устройства равным максимальному выходному сигналу датчика, который определяют в переходных режимах питания чувствительных элементов, подавая к датчику эталонную газовую смесь с сигнальной концентрацией контролируемого компонента.

На чертеже представлена блоксхема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Источник питания 1 через регулятор напряжения 2 соединен с измерительной схемой 3, преобразующей тепловой эффект от реакции каталитического окисления контролируемого

282

компонента в электрический сигнал. Измерительная схема (термохимический датчик) может быть выполнена, например, в виде дифференциального электрического моста, в плечи которого включены активный и компенсационньш чувствительные термоэлементы..

Генератор импульсов 4 подключен

к источнику питания 1. Выход генератора импульсов соединен с управляющим входом регулятора напряжения 2.

Выход 5 измерительной схемы 3 подключен ко входу измерительного

порогового устройства 6, уровень срабатывания которого по этому входу установлен соответствующим выходному сигналу датчика (измерительной схемы) при сигнальной концентрации контролируемого компонента. Дополнительно измерительная схема 3 соединена с линией связи 7 с вспомогательнь м пороговым устройством 8, с помощью которого контролируется

определенньш параметр питания термоэлементов датчика (например, напряжение, ток и т.д.). Выход порогового устройства 8 соединен с управляющим входом 9, по которому изменяется

(повьшгается) величина заданного уровня срабатьшания порогового устройства 6.

В процессе работы устройства генератор импульсов 4 генерирует прямоугольные импульсы длительностью,

например, 0-60 с и периодом следования мин. На выходе генератора для получения экспоненциально нарастающего (и спадающего) фронта импульсов установлена интегрирующая RC-цепочка (на чертеже не показана), постоянную времени которой выбирают меньшей длительности импульса генератора.

При отсутствии экспоненциально нарастающего импульса на управляющем входе регулятора напряжения 2, роль которого может вьшолнять, например, достаточно мощный транзистор,

напряжение питания на чувствительных элементах измерительной схемы также практически отсутствует. При этом контролируемьй параметр питания датчика оказывается меньше определенного заданного значения, соответствующего рабочей температуре термоэлементов. Влагодаря этому срабатывает пороговое устройство 8 и через

3

управляющий вход 9 повьппает уровень срабатывания измерительного порогового устройства 6 по входу 5.

Установившийся уровень срабатывания больше ранее установленного заданного уровня, соответствующего сигнальной концентрации, на величину, при которой исключается возможность срабатывания измерительного порогового устройства 6 от паразитного выходного сигнала измерительной схемы 3, появляющегося при нарастании и спаде импульсов тока питания чувствительных термоэлементов.

При. воздействии экспоненхщально нарастающего импульса, сформированного генератором 4, на управляющий вход регулятора напряжения 2 плавно открьтается силовой транзистор регулятора, пропуская ток от источника питания 1 на термоэлементы измерительной схемы 3. Форма импульсов тока на термоэлементах соответствует форме экспоненциально нарастающего импульса, вьщаваемого генератором 4.

При переходе экспоненциально нарастающего фронта в плоскую вершину импульса контролируемьй параметр питания термоэлементов (напряжение, ток и т.д.) достигает своего заданного значения, срабатывает пороговое устройство 8 и через управляющий вход 9 снижает уровень срабатьгоания измерительного порогового устройства 6 по входу 5 до заданного значения, соответствующего контролируемой сигнальной концентрации.

Во время плоской вершины импульса питания термоэлементов происходи контроль выходного сигнала датчика измерительным пороговым устройством 6. Если концентрация горючих газов или паров в контролируемой среде достигает сигнального значения, на выходе измерительной схемы 3 появляется соответствующий выходной сигнал, от которого срабатывает пороговое устройство 6 и вьщает команду на включение сигнализации.

На завершающей фазе воздействия импульса питания, при переходе плоской вершины в экспоненциально спадающий фронт, контролируемый параметр питания термоэлементов становится меньшим своего заданного зна762284

чения. При этом пороговое устройство 8 переходит в свое изначальное состояние и через управляющий вход 9 повьш1ает уровень срабатьшания измерительного порогового устройства 6 по входу 5.

Повьш1енный уровень срабатывания измерительного порогового устройст-. ва 6 устанавливают в процессе отладки способа. К датчику подают эталонную газовую смесь с сигнальной концентрацией контролируемого компонента. С помощью вспомогательного измерительного прибора, например

15 осциллографа или пикового вольтметра, определяют максимальную величину (амплитуду) паразитного выходного сигнала датчика при нарастании и спаде импульсного тока питания.

Полярность паразитного сигнала датчика при нарастании импульса тока питания и при его спаде различна (величина паразитного сигнала пропорциональна производной от скорости

изменения импульса тока питания, а .она при нарастании и спаде меняет свое направление). Исходная полярность паразитного сигнала (для

30 определенности,. например, при нарастании импульса тока питания) определяется соотношением теплофизических характеристик aJKTивнoгo и компенсационного термоэлементов. При спаде

, импульса тОка питания полярность

паразитного сигнала датчика противоположна.

Поэтому при отладке способа контроля определяют амплитуду паразит40 ного сигнала, совпадающего по полярности с выходным сигналом датчика, которьй контролируется при плоской вершине импульса питания и соответствует сигнальной концентрации,

45 Повьш1енньй уровень срабатывания порогового устройства 6 устанавливают большим максимального измеренного значения паразитного сигнала датчика.

50 Вьшолнение приема установки повышенного уровня срабатывания определяется конкретной конструкцией порогового устройства. Если это, например, поворотное реле (стрелочный

55 прибор), то повышенный уровень срабатывания устанавливают путем смещения контакта, замыкаемого подвижной частью этого реле, например стрел5 11762284

кой. Если в качестве поворотноговается от двух источников постоянустройства исдюльзуется электронньйного напряжения положительной и отблок, построенный, например, на базерицательной полярности, имеющих обдифференциального усилителя с разомк-5 У нулевую шину. Такое питание нутой отрицательной обратной связью,обычно используется и для остальных то повышенный уровень срабатыванияэлектронных блоков. Повьш1ение пороустанавливают путемподачи на одинга срабатьшания осуществляют путем из его входов (на управляющий вход)уменьшения величины напряжения, поопределенного напряжения, от которо-10 даваемого от отрицательного источго уровень срабатывания по измери-ника к дифференциальному усилителю. тельному входу изменяется в большуюТак, например, используя дифференцисторону.альный усилитель (микросхему) с пиПреимущественным является вариант, танием ±.6,3 В путем уменьшения его при котором пороговое устройство вы-15 напряжения питания от -6,3, В до полнено на дифференциальном усилите- В повьш1ают уровень срабатывале, имеющем разйополярное питание.ния порогового устройства, построенДифференциальный усилитель запит{ 1- .ного на этой микросхеме, на 1,08 В.

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ И ПАРОВ термохимическим датчиком, заключающийся в том, что на чувствительные элементы датчика периодически подают импульсы тока питания с плоской вершиной и плавно изменяющимися фронтами, при этом контроль выходного сигнала датчика осуществляют с помощью измерительного порогового устройства с заданным уровнем срабатывания, соответствукяцим сигнальной концентрации, а контрсшь рабочей температуры чувствительных элементов проводят с помощью вспомогательного порогового устройства, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности контроля концентрации горючих газов и паров при циклическом питании чувствительных элементов термохимического датчика, в момент начала уменьшения температуры чувствительных элементов устанавливают уровень срабатывания измерительного порогового (Л устройстваравным максимальному выходному сигналу датчика, который определяют в переходных режимах питания чувствительных элементов при подаче к датчику эталонной газовой смеси с сигнальной концентрацией контролируемого компонента. ч э Nd XI.