Способ анализа газов Советский патент 1992 года по МПК G01N27/16 

Изобретение относится к области автоматического контроля и анализа газовых сред и может найти применение в газоанализаторах, принцип действия которых основан на использовании нагретых чувствительных элементов, реагирующих на изменение состава газовой смеси изменением электрического сопротивления, в частности в газоанализаторах с термокаталитическими элементами (ТКЭ), основанных на термохимическом методе анализа. ..-.

Известен способ измерения темпера турных характеристик материалов, ющий нагрев исследуемого образца, в термоударном режиме, пропускание через образец зондирующего импульса тока ма- , лой амплитуды и определение перепада сопротивлений в нагретом и холодном состоянии.

Однако этрт способ не может былине/ посредственно использован для решения задач газового анализа.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ анализа газов, заключающийся в том, что, размещают ТКЭ в .измерительной камере, нагревают пропусканием через его нагреватель электрических импульсов с постоянны- ми-начальной длительностью и амплитудой, вводят в измерительную камеру анализируемую смесь, при постоянной амплитуде регулируют длительность электрических импульсов в процессе горения на ТКЭ анализируемых компонентов из условия равенства температуры начальному значению, измеряют разность начальной и отрегулированной длительности импульсов и формируют импульсно-широтный сигнал о концентрации анализируемых компонентов.

Однако известному способу присущи недостатки: необходимость стабилизации амплитуды импульса, что усложняет проС/У

о о

цесс анализа, большое энергопотребление, сложная процедура измерения.

Цель изобретения - повышение экс- прессности анализа (сокращение времени измерений) и уменьшение энергоиотребле- ния при многократных измерениях.

На фиг. 1 изображены временные диаграммы способа; на фиг. 2 - блок-схема устройства для анализа газов,

Согласно данному способу, цикл каждо- го измерения производят при подаче всего одного импульса, причем длительность импульса т и амплитуду 1н (фиг. 1) нагревательных импульсов выбирают, исходя из условия осуществления термоударного ре- жима нагрева ТКЭ. Это значит, что длительность импульса т выбирают намного меньше времен; тепловой инерции ТКЭ; а амплитуду импульса (тока н)-несколько выше номинального тока нагрева In. применя- емого при питании ТКЭ постоянным током, с коэффициентом форсирования нагрева К « , существенно большим единицы.

Обозначения, принятые на фиг. 1 а: 1-3

-нагревательные импульсы, 4 - зондирую- щи и импульс; In - номинальный ток нагрева ТКЭ при питании постоянным- током; з - амплитуда зондирующего импульса.

Обозначения, принятые на фиг. 1 б; Тз .- заданная температура нагревателя ТКЭ, 5

-ее ход во время прохождения импульса, 6

-ее ход во время паузы, 7 - ход температуры нагревателя во время паузы в присутствии анализируемого компонента, Тер - температура нагревателя, отвечающая ре- жиму питания номинальным постоянным током In, ТСр - усредненное значение температуры всей массы ТКЭ.

В данном способе любые влияния внешних факторов на температуру ТКЭ, в том числе и изменение амплитуды импульса, компенсируют увеличением или уменьшением длительности импульса, поэтому нет необходимости использовать высокостабилизированные нагревательные им- пульсы.

Зондирующий сигнал 3 выбран намного меньшим по длительности,.его амплитуда меньше амплитуды 1р. и стабилизирована. Можно считать, что формирование зондиру- ющего сигнала требует на несколько порядков меньшего потребления электроэнергии.

Кривые на фиг. 1 поясняют, что при термоударном режиме нагрева температуру ТКЭ устанавливают с помощью задатчика температуоы существенно выше температуры Тст. Форсированный нагрев приводит почти к линейному росту температуры нагревателя (кривая 5). За время импульса,

гораздо меньшее времени тепловой инерции ТКЭ,-его носитель с катализатором не успевает повторять температурный ход спирали и находится при некоторой средней;, практически постоянной за время импульса и паузы, температуре ТСр. Кривая 6 - ход температуры во время паузы.

Температура падает экспоненциально в соответствии с законом естественного охлаждения. Несмотря на то, что при термоударном /режиме максимальную температуру Т3 устанавливают существенно выше, чем при стационарном режиме (Тэ Тст), теплорассеивание нагревателя, а следовательно, и энергопотребление в термоударном режиме меньше. Это следует из того, что большую часть времени ТКЭ излучает тепло при температуре, меньшей Тст (участок 8) и лишь небольшое время (участок 9) - при температуре, большей Тст.

При наличии анализируемых компонентов происходит их сгорание на ТКЭ, особенно интенсивно в центре носителя, в его слое, прилегающем к нагревателю. Температура спирали возрастает быстрее во время импульса. По сигналу задатчика температуры уменьшают длительность импульса,, не допуская превышения значения Тз. После прекращения импульса продолжается сгорание анализируемых компонентов, поскольку на некотором интервале охлаждения температура выше Тст и само значение Тст обычно выбирают несколько выше температуры загорания, и, кроме того, имеет место дополнительный разогрев теплом горения. Эта избыточная температура вызывает изменение амплитуды-зондирующе- го сигнала, которое преобразуют в импульсный выходной сигнал (фиг. 1, в).

Устройство, реализующее способ газового анализа, содержит источник 10 питания, генератор 11 импульсов с регулятором длительности импульсов и пауз, электронный ключ 12, генератор 13 зондирующих импульсов, задатчик 14 температуры, сравнительный элемент 15, измерительный элемент ТКЭ 16, постоянные резисторы 17 и 18, устройство 19 выборки и хранения сигналов, дифференциальный усилитель 20.

Способ осуществляется следующим образом.

Устанавливают длительность импульсов и пауз в генераторе 11 импульсов меньше времени тепловой инерции ТКЭ, например, на 1-4 порядка. С помощью задатчика 14 и регулятора амплитуды импульса в генераторе 11 устанавливают термоударный режим измерительного мое та 15-16-17-18, подбирая необходимое значение коэффициента формирования К.

равное отношению амплитуды тока импульса к номинальному значению стабилизированного постоянного тока накалд дли данного ТКЭ, К 1н/Ц которое выбирают больше единицы, но меньше , где 1д - предельно допустимый ток нагрева для данного ТКЭ,

После каждого нагревательного импульса на измерительный мост через упр.ав- ляемый за датчиком 14 температуры электронный ключ подают зойдирующий Сигнал от генератора 13, длительность которого выбирают значительно меньшей, чем у нагревательного импульса (например, на порядок), а амплитуду - стабильной.

При этих условиях можно считать, что генератор 13 почти не потребляет электроэнергии.

При вводе анализируемой смеси в изме- рительную камеру происходит сгорание анализируемых компонентов на ТКЭ 16, повышение температуры преобразуется за- датчиком 44 в сигнал управления длительностью импульса, которая уменьша-; ется до значения, при котором температура ТКЭ снова ставится равной Тз.

При этом температура во время паузы существенно выше, чем при отсутствии горючих компонентов. Кроме того,, сравнительный элемент 15 нагревается тем же импульсом, что и ТКЭ. Атак как он выполнен каталитически пассивным, то после уменьшения длительности импульса его температура понижается. За счет более высокой температуры ТКЭ и пониженной температу- ры сравнительного элемента во время прохождения зондирующего импульса

формируется импульсный выходной сигнал, представляющий собой разбаланс моста 15- 16-17-18, который выделяется устройством 19 и усиливается дифференциальным усилителем 20.-, .-,

Многократно повторяют цикл измерения и по результатам совокупных измерений судят о концентрации компонентов .смеси.

Формула и зо б р е н и я Способ анализа газов,.заключающийся в том, что термокаталитичёский элемент помещают в измерительную камеру, импульс- но нагревают его до заданной температуры, вводят в измерительную камеру анализируемую газовую смесь и уменьшают длительность импульсов до установления начального значения температуры, от л и.ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью.повышения экспрессное™ анализа и уменьшения энергопотребления при многократных измерениях, цикл измерения производят при подаче одного импульса, причем нагрев ведут в термоударном режиме до температуры выше температуры активации катализатора, а после нагревательного импульса на термокаталитический элемент дополнительно .подают зондирующий импульс, по амплитуде и по длительности меньший, чем нагревательный, регистрируют изменение амплитуды напряжения на термокаталитическом элементе во время подачи зондирующего импульса, многократно повторяют цикл измерения и по результатам совокупных измерений судят о концентрации компонентов смеси.

Изобретение относится к автоматиче-: скому анализу газовых сред и может быть использовано в газоанализаторах и газосигнализаторах, принцип действия которых основан на использовании термокаталитических чувствительных элементов, реагирующих на изменение состава газовой смеси изменением электрического сопротивления. Целью изобретения является повышение экспрессное™ газового анализа -и уменьшение энергопотребления при многократных измерениях. Это достигается осуществлением импульсного термоударного режима нагре- .ва, причем после импульса нагрева дополнительно подают зондирующий импульс, по длительности и по амплитуде меньшей, чем импульс нагрева. По изменению амплитуды напряжения во время действия зондирующего импульса судят о концентрации компонентов смеси. 2 ил.