Устройство для измерения содержания горючего газа Советский патент 1991 года по МПК G01N27/16 

О 1C

J

со

о

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГОРЮЧЕГО ГАЗА

Изобретение относится к средствам кондуктометрического контроля газовых сред и может быть использовано для измерения содержания горючих газов в воздухе при контроле атмосферы производственных N помещений и сооружений в угольной, газовой, химической, нефтеперерабатывающей и др. отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение точности измерений и увеличение срока службы каталитического элемента. Для этЪго .в устройство для измерения содержания горючего га- за состоящего из мостовой измерительной схемы, источника питания и дифференциального усилителя, введены блок управления и блок считывания . Блок питания выполнен с внешним управлением. Выход мостовой измерительной схемы через блок считывания соединен с дифференциальным усилителем. По программе блока управления блок считывания реализует селективную во времени измерительную процедуру, автоматически устраняющую погрешность дрейфа нуля. 3 ил. с & (Л

Изобретение относится к средствам кондуктометрического контроля газовых сред и может быть использовано для измерения содержания горючих газов в воздухе при контроле атмосферы производственных помещений и сооружений в угольной, газовой, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, а также в подземных коллекторах крупных городов и иных инженер- Иых и гражданских сооружениях.

Целью изобретения является повышение точности и увеличение срока службы каталитического элемента.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для измерения содержания горючего газа на фиг. 2 - блок-схема управления , на фиг. 3 - схема блока считывания.

Устройство (фиг.1) содержит управляемый блок 1 питания, мостовую измерительную схему 2, блок 3 управ- ления, блок 4 считывания и дифференциальный усилитель 5. Блок питания 1 подключен к мостовой измерительной схеме 2 и снабжен системой управления, т.е. является управляемым. Выход мостовой измерительной схемы 2, в одной из плеч которой включен термокаталитический элемент, через блок 4 считывания подключен ко входу дифференциального усилителя 5. Первый выход блока 3 соединен с управляющим входом блока питания 1, а второй и третий выходы подключены к соответствующим входам блока считывания 4.

Блок 3 управления, блок-схема которого изображена на фиг.2, включает автогенератор 6 тактовой частоты, два десятичных счетчика 7 и 8, триггер 9, два элемента 2И-НЕ 10 и 11, два инвертора 12 и 13.

Блок управления предназначен для формирования управляющих сигналов включения и отключения питания мостовой измерительной схемы 2 и формирования двух сигналов считывания для управления аналоговыми ключами блока считывания 4.

В блоке управления 3 выход автогенератора 6 подключен к счетному входу десятичного счетчика 7. Выход переноса счетчика 7 подключен к счетному входу десятичного счетчика 8. выход десятичного счетчика 8 подключен к счетному входу триггера 9, а JQ-Й выход этого же счетчика - к входу обнуления триггера 9. Выходы п и k,o десятичного счетчика 8 соединены с одним из входов элементов 2И-НЕ 10 и 11 соответственно. Выходы Ь, и at счетчика 7 соединены с другим входом элементов 2-НЕ 10 и 11 соответственно. Выход элемента 10 соединен с входом инвертора 12. Выхо элемента 11 соединен с входом инвертора 13.

Блок считывания включает два аналоговых ключа 14 и 15, операционные усилители 16 и 17 и конденсаторы 18 и 19. Конденсаторы и операционные усилители составляют схемы хранения. Выходы аналоговых ключей 14 и 15 соединены с конденсаторами 18 и 19 и входами операционных усилителей 16 и 17 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

В данном устройстве о содержании горючего газа судят не по абсолютному значению сигнала с мостовой схемы

5

0

5

0

5

0

2, а по емых во руемого

5

0

5

разности сигналов, снима- время искусственного форми- переходного процесса выжигания горючего газа, причем эта разность в свою очередь пропорциональна абсолютному значению содержания горючего газа в измеряемом диапазоне.

Для формирования переходного процесса используют датчики с пониженной проницаемостью газообменной стенки, при этом производительность рабочего термопреобразовательного элемента и объем реакционной камеры выбирают такими, при которых в стационарном режиме внутри реакционной камеры содержание горючего газа всегда ниже, чем снаружи.

Переходный процесс выжигания горючего газа искусственно формируют путем периодического включения и отключения питания моста, а следовательно, термопреобразовательных элементов. При этом при включении питания и нагреве рабочего элемента на нем происходит окисление горючего газа и его содержание в реакционной камере уменьшается. При отключении питания моста происходит выравнивание содержания горючего газа в реакционной камере термокаталитического элемента и в анализируемой среде.

Дрейф нуля мостовой схемы одинаково сказывается на абсолютных значениях выходного сигнала в начале переходного процесса выжигания горючего газа, в любой другой его точке и в установившемся режиме. Для любого момента времени дрейф нуля или аддитивная погрешность входит в значение выходного сигнала мостовой схемы 2 как слагаемое Д$0. Если в качестве измеряемой величины, пропорциональной содержанию горючего газа в контролируемой среде, берут разность двух значений выходного сигнала моста, например,S, и S, причем первое из них должно быть взято обязательно во время переходного процесса выжигания горючего газа, а второе значение, сдвинутое по фазе относительно первого, может быть взято либо также во время переходного процесса, либо в установившемся режиме, но обязательно до момента времени отключения питания моста, то в полученном таким образом сигнале компенсируется аддитивная погрешность измерения,

516

вызванная дрейфом нуля мостовой схемы 2.

ТакоП процесс измерения реализуется в предлагаемом устройстве следующим образом.

Под воздействием сигналов с блока упрапления 3 напряжение питания на мостовой измерительной схеме периодически изменяется от нуля до рабочего значения. Управляющие сигналы включения питания моста в виде импульсов положительной полярности формируются в блоке управления 3 при помощи триггера 9, прямой выход которого является первым выходом блока управления и подсоединен к блоку питания 1 .

Триггер 9 взводится в единичное состояние под воздействием импульса

1,0 , который поступает на счетный вход триггера. На прямом выходе триггера устанавливается положительный потенциал 1 и в блоке 1 питания к мостовой измерительной схеме 2 подключается рабочее напряжение питания

Под воздействием напряжения питания термокаталитический элемент разогревается, на нем происходит окисление горючего газа, а в реакционной камере происходит переходной процесс выжиганчя горючего газа, электрическим эквивалентом которого является выходной сигнал мостовой схемы.

Для считывания двух значений этого выходного сигнала в блоке управления 3 на втором и третьем выходах формируются сигналы считывания, которые также представляют собой импульс положительной полярности.

В качестве сигналов считывания используются импульсы а, и Ъ( с выхода десятичного счетчика 7, строби- рованные импульсами пхои счетчика 8 таким образом, чтобы на втором и третьем выходах блока управления 3 эти импульсы возникали синхронно с включением питания мостовой схемы 2. Стробирование производится с помощью элементов 2И-НЕ 10 и 11. Инвертора 12 и 13 служат для формирования необходимой полярности сигналов считывания.

Выходной сигнал мостовой схемы

2поступает на информационные входы аналоговых ключей 14 и 15 блока считывания 4. На управляющие входь; аналоговых ключей поступают сигналы считывания. Они управляют работой

9606

аналоговых ключей, т.е. открывают их на время длительности сигнала считывания и в схемы хранения 1R, 16, 19 и 17 заносятся значения выходного сигнала в моменты времени их считывания, т.е. значения S, и52 соответственно. Эти сигналы поступают на входы дифференциального усилителя 5,

Q в качестве которого используется обыкновенный операционный усилитель. На выходе усилителя формируется сигнал, равный разности входных сигналов, -.е.

5с с с

S8blX S Ъ Ъ

Аддитивная погрешность измерения или дрейф нуля моста, как величина медленно меняющаяся, имеет одинако-

0 вое значение для обоих моментов считывания с большой степенью точности, т.е. в изменяющемся во времени выходном сигнале дрейф нуля постоянен по крайней мере для одного пе5 реходного процесса. Поэтому в разности двух значений выходного сигнала аддитивная погрешность компенсируется.

Таким образом достигается одна

с цель изобретения - повышение стабильной точности измерения за счет компенсации аддитивной погрешности.

Цикл измерения заканчивается отключением питания моста, которое производится при обнулении триггера 9. Триггер обнуляется импульсом J10 счетчика 8. Генератор тактовой частоты 6, работающий в автоколебательном режиме, обеспечивает работу

/ счетчиков 7 и 8 в необходимом режиме.

Формула изобретения

Устройство для измерения содержания горючего газа, содержащее управляемые блок питания, подключенный к мостовой измерительной схеме, в одно из плеч которой включен термокатали( тический элемент, и дифференциальный усилитель, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерений и увеличения срока службы термокаталитнческого эле мента, в устройство введены блок управления и блок считывания, через который мостовая измерительная схема соединена с дифференциатьным усилителем, причем первый выхол блока

управления соединен с управляющим входом блока питания, а второй и

третий Е1ыходы подключены к соответствующим входам блока считывания.

сриг.1

вых.1

Фиг. 2

К

Вх.3 Вых.1

I

дш.1

фцг.З