Способ контроля горючих газов и паров Советский патент 1989 года по МПК G01N27/16 

Изобретение относится к газоаналитическому приборостроению,в частности к способам контроля горючих газов термохимическим датчиком, и может быть использовано в химической, нефтехимической и газовой промышленности для контроля технологических процессов, при которых возникает необходимость измерения концентрации или других параметров горючих газов в смеси с воздухом или иным окислителем.

Цель изобретения - обеспечение точной, плавной регулировки чувствительности контроля.

Способ контроля горючих газов и паров термохимическим датчиком заключается в том, что изменяют электротепловой режим измерительного и компенсационного чувствительных элементов датчика при изменении параметров (например, концентрации) контролируе мых компонентов и определяют контролируемые параметры по изменению электротеплового режима чувствительных элементов датчика. Перед анализом устанавливают заданное соотношение между тепловой чувствительностью измерительного и компенсационного термоэлементов путем измеиения величины тока, протекающего через компенсационный чувствительный элемент. Кроме того, соотношение между тепло -, вой чувствительностью измерительного и компеисациониого термоэлементов

можно изменять во время анализа при увеличении концентрации горючих газов и паров путем уменьшения величины тока, протекающего через компенсаци- онньш чувствительньй элемент.

Измерительный и компенсационный чувствительные элементы включают в смежные плечи дифференциального электрического моста. Сигнал разбаланса дифференциального моста усиливают |И преобразуют в последовательность электрических импульсов заданной длительности, частота повторения ко- 1торых обратно пропорциональна сигналу разбаланса дифференциального измерительного моста, возникающему вследствие каталитического окисления на измерительном чувствительном элементе контролируемых горючих газов.С помощью электрических импульсов осуществляют разогрев чувствительных элементов до температуры каталитического окисления горючих газов. Амплитуда и начальная частота следования импульсов выбираются достаточными для нагрева чувствительных элементов до заданной рабочей температуры. К чувствительным элементам подают эталонную газовоздушную смесь с заданной концентрацией контролируемого горючего газа Изменяя ток разогрева компенсационного чувствительного элемента с помощью резистора сравнения, последовательно включенного с компенсационным чувстви тельньпу элементом, добиваются требуемой чувствительности контроля. Чтобы баланс измерительного моста при этом не нарушался, последовательно с компенсационным чувствительным элементом вводят дополнительШ)1й резистор. При изменении электротеплового режима компенсационного чувствительного элемента нарушаются его компенсационные свойства, поэтому термоэлементы дополнительно термостатируют. Если чувствительные элементы термохимического датчика нагревают с помощью встроенных в них отдельных нагревателей, контроль их температуры разогрева осуществляют с помощью термомет ров сопротивления, изготовленных из платиновой проволоки и электрически изолированных от нагревателей, нагреВ1атели измерительного и компенсационного термоэлементов включают последовательно и питают электрическими импульсами заданной амплитуды, дпительности и частоты, изменяющейся

0

5

0

5

0

5

0

5

при изменении концентрации контролируемых горючих газов, а термометры сопротивления включают в смежные плечи дифференциального измерительного моста, то чувствительность контроля в предлагаемом варианте изменяют путем изменения тока, протекающего через термометр сопротивления компенсационного чувствительного элемента. При токе через компенсационный элемент практически равном нулю чувствительность контроля минимальна и определяется электротепловыми параметрами измерительного чувствительного элемента. При увеличении тока через термометр сопротивления компенсационного элемента чувствительность контроля возрастает и ограничивается величиной тока, при которой процесс контроля устойчив, т.е. при увеличении концентрации горючих газов частота питающих импульсов только уменьшается и не возникает паразитных электротепловых автоколебаний Оптимальную велиг чину тока через компенсационный элемент определяют в процессе настройки и калибровки устройства, реализующего способо

На фиг.1 схематически представлен электрический дифференциальный мост устройства, реализующего данный способ для чувствительных элементов с совмещенными термометром сопротивления и нагревателем термоэлемента; фиг.2 - то же, с отдельными нагревателями.

Устройство содержит измерительный чувствительный элемент 1, компенсационный чувствительный элемент 2, постоянный резистор 3 Б плече измерительного чувствительного элемента, переменный резистор А, с помощью которого изменяют ток в плече компенсационного чувствительного элемента, добавочньй резистор 5, выравнивающий баланс дифференциального измерительного моста при изменении тока через компенсационный термоэлемент. К диагонали 6, 7 моста подводят электрические импульсы тока заданной амплитуды дпительности для разогрева термоэлементов о Управляющий выходной сигнал дебаланса снимают с диагонали 8, 9. Электрический дифференциальный мост с отдельными нагревателями содержит последовательно включенные нагреватели 10 и И соответственно измерительного и компенсационного чувствительных элементов, к которым подают электрические импульсы постоянной амплитуды и длительности для разогрев до температуры каталитического окисления горючих газов. В диагональ 6, 7 подают постоянное напряжение для питания термометров сопротивления измерительного и компенсационного термоэлементов. Управляющий выходной сигнал дебаланса снимают с диагнонали 8, 9.

Способ реализуют следующим образом.

В качестве чувствительных элемен- тов (фиг,2) используют цилиндрические тела из -окиси алюминия диаметром 0,6-3 мм и длиной 1,5-6 мм, в которые концентрически, симметрично встроены нагреватель в виде спирали, содер- жащей десять витков проволоки из нихрома диаметром 0,06-0,1 мм и термометр сопротивления, выполненный также в виде спирали,содержащей 5-10витков проволоки из платины диаметром 0,01- 0,03 ммо Разброс в размерах чувствительного элемента и его конструктивных -составляющих обусловлен возможностями технологии изготовления. Измеринести на последовательно включенные нагреватели чувствительных элементов для их разогрева до температуры каталитического окисления горючих газов.

Подаваемый к термоэлементам контролируемый горючий газ или пар в смеси с воздухом каталитически окисляют с помощью измерительного чувствительного элемента. Получаемый при этом прирост температуры (термоэффект) преобразуют в электрический сигнал (дебаланс моста) с помощью термометра сопротивления измерительного чувствительного элемента, включенного в дифференциальньй электрический мост. Последовательно воздействуя полученны электрическим сигналом на дифференциальный усилитель, преобразователь напряжения в частоту следования электрических импульсов и электронный ключ, добиваются уменьшения подводимой к нагревателю измерительного чувствительного элемента электрической мощности и, следовательно, температуры разогрева термоэлемента путем уменьшения частоты следования электрических импульсов питания нагревателя термоэлемента. По измеиению

Изобретение относится к газоаналитическому приборостроению, в частности к способам контроля горючих газов термохимическим датчиком. Цель изобретения - обеспечение точной, плавной регулировки чувствительности контроля. Способ включает изменение электротеплового режима работы измерительного и компенсационного чувствительных элементов датчика при изменении параметров (например, концентрации) контролируемых компонентов. Контролируемые параметры определяют по изменению электротеплового режима чувствительных элементов датчика. Соотношение между тепловой чувствительностью измерительного и компенсационного термоэлементов изменяют величиной тока, протекающего через компенсационный чувствительный элемент. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

тельный и компенсационный чувствитель- 30 частоты следования импульсов питания

ные элементы выполняют идентичными. На поверхность измерительного термоэлемента наносят мелкодисперсный платино-палладиевый катализатор, обеспечивающий его каталитическую активность к окислению контролируемых горючих газов и паров. Нагреватели чувствительных элементов соединяют последовательно и подключают через электронный ключ к источнику постоянного напряжения. Работой электронного ключа управляют сигналом с преобразователя аналогового сигнала в частоту.

Термометры сопротивлений чувствительных элементов включают в электрический дифференциальный мост, к диагонали 6, 7 которого подают постоянное напряжение. С помощью сигнала

дебаланса моста через дифференциальный 50 подачи импульсов питания на измериусилитель управляют преобразователем аналогового сигнала в частоту следования электрических импульсов заданной длительности. Частотно-импульсный сигнал с выхода преобразователя напряжения в частоту подают на вход электронного ключа, с помощью которого регулируют поступление импульсного тока заданной амплитуды и дпительопределяют концентрацию или иные параметры контролируемых горючих газов.

Поскольку нагреватели измерительного и компенсационного чувствительных элементов включены последовательно, то уменьшая частоту следования импульсов питания термоэлементов, уменьшают и температуру разогрева компенсационного элемента. Изменение (уменьшение) температуры компенсационного чувствительного элемента преобразуется в дополнительный электрический сигнал (дебаланс моста) с помощью тер- 5 мометра сопротивления компенсационного термоэлемента, включенного в смежное плечо дифференциального измерительного моста. Увеличенным сигналом дебаланса дополнительно снижают частоту

5

0

5

тельный чувствительный элемент, уменьшая температуру его разогрева и термоэффект от окисления горючих газов и добиваясь исходного баланса дифференциального электрического моста, куда включены термометры сопротивления измерительного и компенсационного термоэлементов. По уменьшению частоты следования импульсов питания термоэлементов судят о концентрации или иных параметрах контролируемых горючих газов.

Чувствительность способа контроля определяют как отношение изменения частоты следования импульсов питания термоэлементов к величине концентрации контролируемых горючих газов в эталонной смеси, подаваемой к термо- элементам при отладке способа контроля. Чувствительность способа контроля изменяют путем изменения соотношения между тепловой чувствительность измерительного и компенсационного термоэлементов. При постоянной тепловой чувствительности измерительного чувствительного элемента изменяют тепловую чувствительность компенсационного чувствительного элемента путем изменения тока в цепи термометра сопротивления компенсационного чувствит«2льного элемента. Тепловую чувствительность термоэлемента определяют как отношение изменения сигнал дебаланса дифференциального электрического моста, в который включен термоэлемент или его термометр сопротивления, к заданному известному количеству теплоты или приросту темпера- туры, сообщаемому термоэлементу.

Изменяя ток через термометр сопротивления компенсационного термоэлемента, изменяют чувствительность дифференциального моста и, следовательно, тепловую чувствительность компенсационного термоэлемента и чувствительность контроля.

В таблице представлена полученная зависимость изменения чувствительности контроля от тока через термометр сопротивления компенсационного термоэлемента при подаче к чувствительным элементам эталонной смеси паров бензина с воздухом концентрацией 10

Изменение тока термометра сопротиления компенсационного элемента в 1,83 раза приводит к изменению (увеличению) чувствительности контроля ,в 1,78 раза.

Чувствительность контроля, кГц/мл/м

1,25 1,26 1,28 1,36 1,83 2,23

Q 5 n 5 Q

Q

5

5

0

Возможность плавного изменения чувствительности контроля при изменении тока компенсационного термометра Сопротивления позволяет dтaбилизиpoвaть чувствительность контроля, точно согласовать операции контроля параметров горючих газов с последующими операциями обработки .частотно-импульсного информационного сигнала и в результате повысить точность контроля концентрации или иных параметров горючих газов и паров. Увеличение точности контроля позволяет снизить за-- траты на обслуживание процесса контроля при его реализации.

Формула изобретения

л

гг

Редактор С Лисина

Составитель В.Екаев Техред Л.Сердюкова

Заказ 7633/38

Тираж 789

ВНИИПИ Государственного комитета lio изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г, Ужгород, ул. Гагарина, 101

ФК8.1

Фие.г

Корректор И.Муска

Подписное