Устройство для измерения концентрации кислорода в газах Советский патент 1986 года по МПК G01N27/46 

I12591

Изобретение относится к газоана- литическому приборостроению и может быть использовано для измерения кон- центрации кислорода в газах

Цель изобретения - повышение точ- 5 ности измерения.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит твердоэлект- ролитную ячейку 1 с электродами 2, регулятор температуры, состоящий из генератора 3 рабочей частоты, усилителя 4, генератора 5 треугольных импульсов, коммутатора 6, нагревате- ря 7, неуравновешенного моста переменного тока, плечи которого образованы сопротивлениями 8-10 и твердо- электролитной ячейкой 1 с электродами 2, измерительного прибора 11, компаратора 12 нагрева твердоэлект- ролитной ячейки, компенсационного резистора 13 нагрева твердоэлектро- литной ячейки, компаратора 14 подогрева и твердоэлектролитной ячейки и электронного ключа 15.

Устройство работает следующим образом.

От генератора 3 рабочей частоты напряжение частотой не менее 1 кГц подается на неуравновешенный мост переменного тока, переменный резистор 10 которого служит для установки рабочей температуры твердоэлектролитной ячейки 1. В первоначальный момен при включении устройства максимальное напряжение разбаланса моста порядка 20-30 мВ, пропорциональное электрическому сопротивлению твердо- электролитной ячейки 1, заключенной нежду электродами 2, с диагонали неуравновешенного моста переменного тока поступает на вход усилителя 4. Величина электрического сопротивления твердоэлектролитной ячейки I, заключенной между электродами 2, обратно пропорциональна температуре твердовлектролитной ячейки I. Усилен ньй сигнал с выхода усилителя 4 поступает на вход электронного ключа 15 и один из входов компаратора 14 подогрева твердоэлектролитной ячейки, на другой вход которого подается сигнал с выхода генератора 5 треугольны импульсов. Уровень этого сигнала выбран таким, что на выходе компаратора подогрева твердоэлектронной ячейк формируется импульсный сигнал со скважностью два. С выхода компарато

72а

ра 4 подогрева твердоэлектролитной ячейки сигнал поступает на управляющую цепь электронного ключа 15.

Таким образом, постоянный сигнал с выхода усилителя 4 посредством электронного ключа 15 преобразуется в импульсный сигнал и поступает на один из входов компаратора нагрева твердоэлектролитной ячейки, на второй вход которого подается сигнал с выхода генератора 5 треугольньк импульсов, уровень которого выбран таким, что компаратор нагрева твердо- электролитной ячейки работает как повторитель, т.е. с выхода компаратора нагрева твердоэлектролитной ячейки импульсный сигнал со скважностью, равной двум, подается на управляющую цепь коммутатора 6, который подключает нагреватель 7 к питающей сети каждыеполпериода управляющего импульса с выхода компаратора нагрева 12 твердоэлектролитной ячейки.

В первоначальный момент на нагреватель поступает половина мощности питающей сети, что позволяет обеспечить плавное повышение температуры твердоэлектролитной ячейки 1 и исклю- ;чить возможность теплового удара твердоэлектролитной ячейки I, который может привести к появлению микротрещин в электролите твердоэлектролитной ячейки 1 и тем самым зна:чи- тельно снизить точность измерения концентрации кислорода в газах.

По мере увеличения температуры твердоэлектролитной ячейки 1 уменьшается напряжение разбаланса неуравновешенного моста переменного тока. Величина сигнала, поступающего с выхода усилителя 4 на вход компаратора

14подогрева твердоэлектролитной ячейки, уменьшается до величины амплитуды треугольных импульсов, поступающих на второй вход компаратора 14 подогрева твердоэлектролитной ячейки с генератора 5 треугольных импульсов. При этом с выхода компаратора 14 подогрева твердоэлектролитной ячейки на управляющую цепь ключа 15 поступает постоянный сигнал. Таким образом, в дальнейшем с выхода усилителя 4 через электронный ключ

15на вход компаратора нагрева 12 твердоэлектролитной ячейки сигнал поступает без преобразования. При этом с выхода компаратора 12 нагрева твердоэлектролитной ячейки на

31

управляющую цепь коммутатора 6 поступает импульсный сигнал, скважность которого -увеличивается и зависит от соотношения величины входных сигнало компаратора 12 и нагрева твердоэлект ролитной ячейки. По мере дальнейшего увеличения температуры твердоэлект- ролитной ячейки 1 наступает баланс моста - устанавливается заданная рабочая температура твердоэлектролит ной ячейки 1. Скважность импульсного сигнала с выхода компаратора нагрева f2 твердоэлектролитной ячейки при этом нормальна. В дальнейшем при уменьшении рабочей температуры твердоэлектролитной ячейки 1 появляется напряжение разбаланса, скваж-- ность управляющих импульсов уменьшается, мощность, поступающая на нагре;ватель, увеличивается до установлени заданной температуры твердоэлектролитной ячейки 1. Таким образом устройство позволяет автоматически поддерживать рабочую температуру твердоэлектролитной ячейки I постоянной и практически исключает погрешность измерения от температуры.

Напряжение питающей сети через компенсационньш резистор 13 нагрева твердоэлектролитной ячейки подается на тот же вход компаратора 12 нагрева твердоэлектролитной ячейки, что и сигнал с выхода генератора 5 треугольных импульсов. При изменении напряжения питающей сети,а ономожет достигать достаточной величины, меняется уровень суммарного сигнала на

.входе компаратора I2 нагрева твердо- электролитной ячейки, что приводит к изменению скважности импульсного сигнала на его выходе пропорционально напряжению питающей сети. При этом мощность, подводимая к нагревателю 7 с помощью коммутатора 6 остается неизменной,а значити рабочая температура твердоэлектролитной ячейки остается постоянной.

При измерении концентрации кислорода на электродах 2 твердоэлектро- литной ячейки 1 наводится ЭДС, которая подается на измерительный прибор 11, и по измеренному значению выходного сигнала судят о величине -кон724

центрации кислорода в газах. Точность измерения концентрации кислорода в газах повьш1ается в 3 раза, а также удается исключить стабилизатор сетевого напряжения и тем самым значительно снизить металлоемкость, вес и габариты на 60, 60 и 40% соответственно.

Формула изобретения

Устройство для измерения концентрации кислорода в газах, содержащее чувствительный элемент в виде твердоэлектролитной ячейки с электродами датчик температуры и управляемый этим датчиком регулятор температуры твердоэлектролитной ячейки, состоящий из усилителя, генератора рабочей частоты, нагревателя, неуравновешенного моста переменного тока, коммутатора и измерительного прибора, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения, в регулятор температуры дополнительно введены компаратор подогрева твердоэлектролитной ячейки, компаратор нагрева твердоэлектролитной ячейки, генератор треугольных импульсов, электронный ключ и компенсационный резистор нагрева твердоэлектролитной ячейки, причем выход усилителя соединен с входом электронного ключа и одним из входов компаратора подогрева твердоэлектролитной ячейки, другой вход которого соединен с одним выходом генератора треугольных импульсов, а выход соединен с управ- пяющей цепью электронного ключа, выход которого соединен с одним входом компаратора нагрева твердоэлектролитной ячейки, а Другой вход - с другим выходом генератора треугольных импульсов и одним кондом компенсационного резистора нагрева твердо- электролитной ячейки, выход компаратора нагрева тнердоэлектролитной ячейки соединен с управляющей цепью коммутатора, один из выходов которого соединен последовательно с нагревателем и питающей сетью, а другой с другим концом компенсационного резистора нагрева твердоэлектролитной ячейки и питающей сетью.

Изобретение относится к газоаналитическому приборостроению и может быть использовано для измерения концентрации кислорода в газах. Для по- вьшения точности измерения устройство для измерения концентрации кислорода в тазах содержит твердоэлектролитную ячейку (ТЭЯ) с электродами в качестве чувствительного элемента и одновременно датчика темпе ратуры. Регулятор температуры, управляющий датчиком, состоит из усилителя, генератора рабочей частоты, неуравновешенного моста переменного тока, коммутатора и измерительного прибора. В схему дополнительно введены компаратор подогрева ТЭЯ, генератор треугольных импульсов, электронный ключ и компенсационный резистор нагрева. Выход усилителя соединен с входом электронного ключа и одним входом компаратора подогрева ТЭЯ. Другой вход компаратора соединен с одним из выходов генератора треугольных импульсов, а выход - с управляющей цепью электронного ключа. Выход электронного ключа соединен с одним входом компаратора нагрева ТЭЯ. Другой вход компаратора соединен с другим выходом генератора треугольш 1х импульсов и одним концом компенсационного резистора нагрева ТЭЯ. Выход компаратора нагрева ТЭЯ соединен с управляющей цепью коммутатора, один из выходов которого соединен последовательно с нагревателем и питающей сетью. Другой выход коммутатора соединен с другим концом компенсационного резистора и питающей сетью.1 ил. (Л с го СП со 1C