Устройство для измерения концентрации озона в воздухе-кислороде Советский патент 1986 года по МПК G01N27/22 

IKIA

N9

СЛ СП

00

N5 Изобретение относится к измерительной технике и Может быТь использовано для определения озона в озоне воздушных и озонокислородных газовых смесях в условиях их промышленного производства и использования. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности устройства для измерения концентрации озона в воздухе-кислороде за увеличения динамического диапазона и снижение температурной погрешности. На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работыk Устройство для измерения концентрации озона в воздухе-кислороде соДержит емкостный датчик-ячейку , ЙЧ-генератор 2, одновходовые клапаны 3 и 4, ячейки 5 и 6 разложения бзона, двухвходовую схему И 7, четырехвходовую схему И 8, двоично-десяiтичный реверсивный счетчик 9, регистр 10 памяти, цифроаналоговый пре образователь 11, инвертор 12, асин.кронный RS -триггер 13, блок 14 з равления, состоящий из кварцевого ге нератора 15 прямоугольных импульсов, .Последовательно включенных Т-триггеI OB 16-19, двухвходовой схемь И 20 и Цетырехвходовых схем И 21 и 22, одно ходовые клапаны 23 и 24, емкостный Датчик-ячейку 25, ВЧ-генератор 26, Смеситель 27. Причем вход П двузшхо ,Довой схемы И 7 и вход R асинхронНого RS -триггера I3 связаны с выходом схемы И 20 блока управления, вхо 1 которой и управляющий вход клапана 3 связаны с выходом С Т -триггеВа 19, с выходом Q которого связаны вход I1 четырехвходовой схемы И 8 и управляющий вход клапана 4, вход Т ГI четырехвходовой схемы И 8 и вход Г Г схемы И 20 блока управления связаны с выходом ОТ-триггера 18, а вход IV четырехвходовой схемы И 8 связан с выходом Q асинхронного RS -тригге ра 13, вход 5 которого через инвертор 12 связан с выходом V Заем ре версивного счетчика 9, вход 1IT : Сброс которого через схему И 2 бл ка управления связан с выходами QTтриггеров 19 и 17 и выходами Q Ттриггеров 16 и 18, вход II Запись регистра 10 памяти через схему И 22 блока 14 управления связан с выходом 682 QТ-триггера 19 и выходами QТ-триггеров . Датчик-ячейка 1 включен; в частотозадающий L С-контур ВЧ-генератора 26. Управляющие входы клапанов 23 и 24 соединены сооветственно с управляющими входами клапанов 4 и 3, газовые входы которых соединены соответственно с газовыми входами клапанов 24 и 23, газовые выходы которых соединены с емкостным датчикомячейкой 25, выход которого соединен с выходом датчика-ячейки 1. Выходы ВЧ-генераторов 2 и 26 соединены с входами смесителя 27 частот, выход Которого соединен с входом 1 прямого счета реверсивного счетчика 9 через двухвходовую схему И 7, а с входом П обратного счета реверсивного счетчика 9 - через четырехвходовую ехему И 8. Блок 14 управления путем последовательного деления на два частоты соединения прямоугольных импульсов кварцевого генератора 15 с помощью Т-триггеров 16-19 вырабатывает последовательность команд, управляющих работой клапанов 3, 4, 23 и 24, реверсивного счетчика 9j регистра 10 памяти. Сформированные на выходах Q и Q Т-триггера 19 команды длительностью по }4 с управляют работой клапанов, обеспечивая попеременное от-. крывание либо клапанов 3 и 24, либо клапанов 4 и 23. При открытых клапанах 3 и 24 газовая смесь с выхода через ячейку 5 разложения, клапан 3 nocTjnnaeT в датчик-ячейку 1 , а через клапан 24 - в датчик-ячейку 25. Ячейка 5 разложения обеспечивает получение опорного не содержащего озона газа путем каталитического разложения озона. При открытых клапанах 4 и 23 в датчик-ячейку 1 поступает исследуемый газ, а в датчик-ячейку 25 опорный. Таким образом, обеспечивается попеременное прохождение через каждьш датчик-ячейку опорного и исследуемого газов, причем, когда через один из датчиков-ячеек проходит опорньш газ, через второй проходит иследуемый газ. Для исключения выбросов озона в атмосферу газ с выходов датчиков-ячеек 1 и 25 проходит ячейку 6 разложения озона. Изменение состава газа в датчиках-ячейках 1 и 25 вызывает противофазные изменения частоты ВЧ-генераторов 2 и 26, пропорциональные концентрации озона. Частоты ВЧ-генераторов поступают на смеситель 27, выделяющий разностную частоту. Выделение изменения частот ВЧ-гене раторов производится путем последовательного заполненеия реверсивного счетчика 9 импульсами разностной частоты, поступающими со сме сителя 27 частот, сначала по прямому счету, а затем по обратному. Фор. мирование команды на заполнение реверсивного счетчика 9 по прямому сче ту осуществляется схемой И 20, обеспечивающей пропускание импульсов через схему И 7 на вход 1 счетчика 9 только при открытых клапанах 3 и 24. Заполнение реверсивного счетчика 9 в режиме обратного счета производится только при открытых клапанах 4 и 23, когда совпадение логических единиц с выходов 5 Т-триггера i 9 и Й5-триггера 13 и выхода QТ-триггера 18 на входе схемы И 8 обеспечит прохождение импульсов с выхода смесителя 27 на II вход реверсивного счетчика 9, Счет импульсов производится в течение второй половины времени (7 с) нахождения в открытом состоянии клапанов 3 и 24 или 4 и 23. Первая половина этого времени используется для продувки датчиков-ячеек и 25. Кроме периодического изменения частот ВЧ-генераторов 2 и 26 за счет изменения состава газа в датчиках-ячейках 1 и 25, частоты изменяются со временем за счет температурного дрейфа. Можно считать, что за время одноrt) цикла измерения (28 с) температурный дрейф ВЧ-генераторов 2 и 26 благодаря применению пассивного термостатирования имеет постоянную вели чину. В момент t, начала счета импуль сов с выхода смесителя 27 реверсивным счетчиком 9 (фиг.2) в режиме прямого счета частота ВЧ-генератора 2 имеет з|1ачение if,, и абсолютное изменени частоты в единицу времени Uf, частота ВЧ-генератора 26 имеет значение fjjj и абсолютное изменение частоты ufj. Частота на выходе смесителя F будет иметь значение o-i ) В момент t, заполнения реокончанияверсивного счетчика 9 в режиме прямого счета частоты ВЧ-генераторов 2 и 26 примут значения соответственно f,, ,- (,)и f.-f if.,). Частота на выходе смесителя будетF, ( , - t,). Считая скорости изменения частот ВЧгенераторов 2 и 26 постоянными, можно утверждать, что заполнение реверсивного счетчика 9 в режиме прямого счета производится импульсами со смесителя 27, имеющими среднюю частоты н равную (Vfa.)4 (.Xt,Число импульсов N,, фиксируемое счетчиком 9 за время Т ( t F.T (WT+|(if,-uf)T f . . f X В момент t. 2 производят переключение клапанов. Клапаны 3 и 24 закрываются, а клапаны 4 и 23 открьшаются. За счет изменения состава газа в датчиках-ячейках I и 25 изменяются частоты ВЧ-генераторов. Частота ВЧгенератора 2 принимает значение Ч V uf,(4-t,) -s,P, где i - частота ВЧ-генераторй 2 момент t крутизна преобразования ВЧгенератора 2, Гц- . м ; Р - концентрация озона, г/м . Частота ВЧ-генератора 26 принимает значение fo.7 V i (Ч-t.)- г (6) где i-,- частота ВЧ-генератора 26 в момент t 5 - крутизна преобразования ВЧ- генератора 26. За время от tj до t-j производит ся продувка датчиков-ячеек и к моменту t частоты ВЧ-генераторов 2 и 26 принимают значения соответственно: + uf, t,-t)H f;+ Afjt,-). с этого момента начинается заполнеие реверсивного счетчика 9 в режиме братного счета. К моменту -t оконания заполнения реверсивного счетика 9 в режиме обратного счета часоты ВЧ-генераторов принимают значеия соответственно f &f,(t,- Ч), -bif, ( t,) и f (t,- t) Huf(t4- t,). редняя частота импульсов на выходе месителя 27 аналогично выражению 3) будет иметь значение 5 , Fe .4-0+ Uf,)(t,-4) +2 ( fif,- ufi).( t,).. В результате заполнения реверсивного счетчика 9 в режиме обратного счета из его содержимого будет вычтено число импульсов N 5 равное N, F, (Ц-Ц)-Г() +(uf,-bf,)(t, -t)+i (iif.,) (tq-ц). Поскольку в предлагаемом устройствеtj-t, t ,«T, то с учетом (5) и (6) .( |(Af,,-i,)T(S,-hS,)PT На информационных выходах реверг сивного счетчика 9 останется код, соответствующий числу импульсов N N, -N(S,-fS4)PT -2( if,-&,,)Т. Сигналом с выхода схемы И 22 значение кода, выраженного . формулой 10 J переносится в регистр 10 памяти и преобразуется цифро-аналоговым преобразователем II в напряжение пос тоянного тока, служащее выходн1ым сиг налом устройства. Затем импульс с вы хода схемы И 21 устанавливает реверсивный счетчик 9 в исходное состояние и цикл измерения повторяется. Анализ выражения (10) показывает что введение второго ВЧ-генератора с емкостным датчиком-ячейкой увеличивает чувствительность (диапазон изменения частоты) и уменьшает температурную погрешность. При щз;ентич ных параметрах ВЧ-генераторов и емкостных датчиков-ячеек и & f, U f 2, происходит полная компенсация температурных дрейфов и вы ;ражение (Ю) принимает вид N 2SPT.(11) 686 На практике полной идентичности (ДОСТИЧЬ невозможно, но создать близjKHe по параметрам ВЧ-генераторы, имею щие одинаковый характер дрейфа, вполне достижимо. В этом случае фиксируемый в результате измерения код определяется выражением N 2SPT - 2(if,-uf,j) Т (12) При близких значениях дрейфа часто;гы ВЧ-генераторов температурная погрешность измерения, определяемая разностью дрейфов частот, будет пренебрежимо мала, в то время как число фиксируемых импульсов удваивается. Повьшение чувствительности позволит либо снизить абсолютную погрешность измерения, либо уменьшить постоянную времени прибора. Формула изобретения Устройство для измерения концентрации озона в воздухе-кислороде по авт.св. № 938119, отличающеес я тем, что, с целью повьшгения чувствительности и точности измерения, в него введены второй емкостный датчикячейка, включенный в частотозадающий LC-контур второго ВЧ-генератора,тре;тий и четвертый одновходовые клапаны и смеситель частот, причем управляюш 1е входытретьего и четвертого клапанов соединены соответственно с управляющими входами второго и первого клапанов, газовые входах которых соединены соответственно с газовыми входами четвертого и третьего клапанов, выходы которых соединены с вторым емкостным датчиком-ячейкой, а выходы первого и второго ВЧ-генераторов соединены с входами смесителя частот, выход которого соединен с входом реверсиву,ого счетчика через двухвхс довую схему И и с входом четырехвходовой схемы И.

Изобретение относится к емкост,ным измерителям и может использоваться для анализа состава газовой среды. Цель изобретения - повьшение чувствительности и точности измерений. Устройство содержит два измерительных генератора, включающих емкостные датчики-ячейки, подсоединяемые управляемыми клапанами поочередно к источнику исследуемого газа, непосред- . ственно и через ячейку разложения озона. Выходы обоих генераторов соединены со смесителем частот, выход которого через логические элементы соединен со счетчиком. Цифровое состояние счетчика несет информацию о концентрации озона в газе. Повьшение чувствительности И:-точности измерений достигается путем использования двух измерительных генераторов с емкостными датчиками-ячейками, подклюс 9 ченных к смесителю частот. 2 ил.