Способ баланса нуля оптических газоанализаторов Советский патент 1985 года по МПК G01N21/61 

00 00

ел

со

;о Изобретение относится к аналити ческой технике и может быть исполь зовано при оптическом балансе нуля газоанализаторов с дифференциальным приемником излучения. Цель изобретения. - повышение коэффициента полезного действия ис пол зования потока излучения при одновременном уменьшении чувствительности газоанализаторов к изменениям -температуры окружающей среды, пространственного положения и к механическим воздействиям. Способ баланса нуля оптических газоанализаторов, содержащих дифференциал Ный приёмник излучения с paбo-)и и сравнительным чувствител ными элементами, заключается в получении разности рабочего и ср.авни тельного сигналов, суммировании указанной разности сигналов сменьшим из сигналов, формируемых рабочим или сравнительным чувствительным элементом, которьй используют в качестве сигнала балансиров ки, регулировке величины сигнала балансировки до получения баланса нуля газоанализатора, при этом СИ1- нал балансировки противоположен по фазе разности рабочего и сравнител ного сигналов. На чертеже изображена схема осу ществления способа баланса оптических газоанализаторов с диференциальным приемником излучения, вариант. Газоанализатор содержит излучатель 1 модулированного .потока излу чения с отражателем 2, источник 3 .тока накала излучателя 1, электронный ключ 4, прерывающий ток на кала излучателя 1, рабочую камеру 5, сравнительную камеру 6, приемни 7 излучения с установленным в нем рабочим 8 и сравнительным.9 термочувствительными элементами (например, металлическими нитями, термочувствительными сопротивлениями и др), которые со стабильными сопротивлениями 10-12 и термочувствител ным элементом 13 (защищенным от воздействия потока излучения) образуют схемы рабочего и балансиров ного мостов переменного тока, питаемых от генератора 14 прямоугольны импульсов, частота которого равна, например, 1 кГц. Рабочий мост обра зован рабочим 8 и сравнительным 9 термочувствительными элементами и стабильными сопротивлениями 10 и 11, а балансировочный - термочувствительным элементом 13 (защищенным от воздействия потока излучения), стабильным сопротивлением 12 и, в зависимости от положения переключателя 15, стабильным сопротивлением 11 и сравнительным термочувствительным элементом 9 t-ши стабильным сопротивлением 10 и рабочим термочувствительным элементом 8. Для осуществления модуляции потока излучения частота генератора 14 прямоугольных импульсов делится с помощью делителя 16 частоты, формирующего прямоугольные импульсы низкой частоты (например, 0,5 Гц), которые управляют электронньм ключом 4, прерывающим ток накала излучателя 1, питающего от источника 3. Выходы рабочего и балансировочного мостов подключаются к входам рабочего 17 и балансировочного 18 измерительных трансформаторов, выходные обмотки которых включены согласно по отношению друг к другу и через сопротивление 19 и регулируе;мое сопротивление 20 - ко входу суммирующего предварительного усилителя 21 высокой частоты. Коэффициент усиления суммирующего предварительного усилителя 21 высокой частоты для рабочего сигнала равен отношению величины сопротивления 22 к величине сопротивления 19, а для балансировочного сигнала равен отношению величины сопротивления 22 к величине регулируемого сопротивления 20, Сигнал с выхода суммирующего предварительного -ус1-шителя 21 высокой частоты поступает на вход синхронного детектора 23 высокой частоты (источником сигналов синхронизации которого является генератор 14 прямоугольньрс импульсов 14)I который выпрямляет поступающий сигнал. При этом в выпрямленном сигнале присутствует низкочастотная огибающа.я, частота которрй равна частоте модуляции потока излучения. Вьщеленный синхронным детектором 23 высокой частоты сигнал низкой частоты (например 0,5 Гц) усиливается избирательным усилителем 24 (0,50,05 Гц) низкой частоты и выпрямляется синхронным детектором 25 низкой частоты, источником сигналов

3

синхронизации которого является делитель 16 частоты.

В суммирующем усилителе 26 постоянного тока осуществляется сложение напряжений от синхронного детектора 25 низкой частоты и источника 27 опорных напряжений, необходимого для точной установки нуля газоанализатора.

Далее сигнал поступает на показывающий или регистрирующий прибор 28. Потенциометр 29 предназначен дл установки нуля газоанализатора, а потенциометр 30 - для регулировки его чувствительности. г.

Газоанализатор работает следующи

образом.

Модулированньй (0,5 Гц) поток излучения от излучателя 1 с помощью отражателя 2 направляется в рабочую 5 и сравнительную 6 камеры, а оттуда - в дифференциальный приемник 7 излучения. При этом на выходе рабочего и балансировочного мостов .присутствует низкочастотный (0,5 Гц) сигнал, вызванный модуляцией сопротивления рабочего 8 и сравнительного 9 термочувствительных элементов из-за модуляции тем.пературы слоев газа, в которых они установлены. Сигнал разбаланса рабочего и балансировочного мостов через рабочий 17 и балансировочньй 18 измерительные трансформаторы, выходные обмотки которых включены согласно.по отношению друг к другу, поступают на вход суммирующего предварительного усилителя 21 высокой частоты, где происходит сложение , рабочего и балансировочного электрических сигналов (сдвинутых по фаз.е на 180°) и усиление их суммы. Далее сигнал.с выхода суммирующего предварительного усилителя 21 высокой частоты выпрямляется синхронным детектором 23 высокой частоты, вьщеляющим низкочастотный (0,5 Гц) сигнал, частота которого равна частоте модуляции потока излучения, который усиливается избирательным усилителем 24 низкой частоты (0,5± .iO,05 Гц) и вьшрямляется синхронным детектором 25 низкой частоты. При отсутствии в пробе измеряемого газа должен отсутствовать электрический сигнал на выходе газоанализатора. Этого добиваются, устанавливая оптический баланс нуля газоанализатора.

885994

При этом осуществляют следующие операции.

. В рабочую камеру 5 газоанализатора подают вместо пробы нулевую 5 газовую смесь, устанавливают переключатель 15 в положение а. Регулируя величину сопротивления 20, устанавливают минимальный сигнал на выходе синхронного детектора 25

10 низкой частоты, добиваясь тем самым оптического баланса нуля газоанализатора.

Если переключатель 15 установлен в положение а, а добиться оптического баланса нуля газоанализатора не удается, то переключатель 15 устанавливают в положение S а, регулируя величину сопротивления 20, добиваются оптического баланса нуля

20 газоанализатора при минимальном

сигнале на выходе синхронного детектора 25 низкой частоты. Если поток излучения через рабочий оптический канал больше, чем через сравнительный оптический канал, то низкочастотный (0,5 Гц) сигнал, формируемьй с помощью рабочего 8 термочувствительного элемента, превышает низкочастотный (0,5 Гц) сигнал,

30 формируемый с помощью сравнительного 9 термочувствительного элемента. Так как оптический баланс нуля газоанализатора наблюдается при равенстве этих сигналов, то надо увеличить сигнал (0,5 Гц), формируемый с помощью сравнительного 9 термочувствительного элемента.Этого добиваются, установив переключатель 15 в положение а. I 0 При этом балансировочный мост

содержит из стабильных сопротивлений 11 и 12, сравнительного термочувствительного элемента 9 и термочувствительного элемента 13 (защищенного от воздействия потока излучения), а низкочастотный (0,5 Гц) сигнал разбаланса балансировочного моста формируется с помощью сравнительного термочувствительного элемента 9. Тогда в суммирующем предварительном усилителе 21 высокой частоты осуществляется сложение сдвинутых по фазе на 180 по отношению друг к другу низкочастотных скгна5 лов (0,5 Гц) с выходов рабочего 17 и балансировочного 18 трансформаторов. Регулируя сопротивление 20, устанавливают оптический баланс

газоанализатора при минимальном сигнале на выходе синхронного детектора 25 низкой частоты.

Если поток излучения через сравнительный оптический канал больше, чем через рабочий оптический канал, то низкочастотный (0,5 Гц) сигнал, формируемый с помощью сравнительного 9 термочувствительного элемента, превьшает низкочастотный (0,5 Гц) сигнал, формируемый с помощью рабочего 8 термочувствительного элемента. Теперь для установления оптического баланса нуля газоанализатора надо увеличить сигиаи (0,5 Гц), форг-шруемый с помощью рабочего 8 термочувствительного элемента. Этого добиваются, установив переключатель 15 в положение S. При этом балансировочный мост состоит из стабильных сопротивлений 10 и 12, рабочего 8 термочувствительного элемента и термочувствительного элемента 13 (защищенного от воздействия потока излучения), а низкочастотный (0,5 Гц) сигнал разбаланса балансировочного моста формируется с помощью рабочего 8 термочувствительного элемента. Тогда в суммирующем предварительном усилитете 21 высокой частоты осуществляетс

сложение сдвинутых по фазе на 180 по отношению друг к другу низкочастотных сигналов (0,5 Гц) с выходов рабочего 17 и балансировочного 18 трансформаторов. Регулируя сопротивление 20, устанавливают оптический баланс нуля газоанализатора при минимальном сигнале на выходе синхронного детектора 25 низкой частоты.

Если после окончания операции оптической балансировки нуля газоанализатора на его выходе присутствует небольшой электрический

сигнал, то его устраняют с помощью потенциометра 29. При наличии в пробе измеряемого газа поток излу-. чения, поступающий в приемник 7

излучения, уменьшается за счет

поглощения в рабочей камере 5 части потока излучения измеряемым газом, что приводит к появлению сигнала на выходе газоанализатора.

, ЕСЛИ концентрация измеряемого газа равна верхнему пределу шкалы газоанализатора, то на его выходе появляется максимальный сигнал, который устанавливается равным верхнему пределу шкалы регистрирующего прибора 28 с помощью потенциометра 30.

СПОСОБ БАЛАНСА НУЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ, содержащих дифференциальный приемник излучения. с рабочим и сравнительным чувствительными элементами, включаюЕЦий получение разности рабочего и сравнительного сигналов, регулировку величины рабочего или сравнительного электрических сигналов, один из которых является сигналом балансировки, до получения баланса нуля газоанализатора, отличаю-. щ и и с я тем, что, с целью повьпиения КПД использования потока излучения при одновременном уменьшении чувствительности газоанализаторов к изменению температуры окружающей среды, пространственного положения и к механическим воздействиям, в . качестве, сигнала балансировки используют меньший из сигналов, формируемый рабочим или сравнительным чувствитель.ными .элементами, который суммируют с разностью рабочего (Л и сравнительного электрических сигналов, при этом сигнал балансировки с противоположен по фазе разности рабочего и сравнительного сигналов.