Способ измерения теплопроводности газа Советский патент 1992 года по МПК G01N27/18 

с/

С

Использование: химическая, металлургическая, горнодобывающая промышленность. Сущность изобретения: на терморезистор, включенный в мостовую схему и находящийся в анализируемом газе, подают импульсное напряжение, причем длительность импульса устанавливают исходя из заданной величины чувствительности и периода следования. 2 ил.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и предназначено для использования в промышленных и лабораторных хроматографах, основанных на принципе измерения теплопроводности газа, в частности, когда требуется высокая чувствительность при обнаружении небольших изменений состава газа.

Известен способ измерения теплопроводности газа, заключающийся в том, что на чувствительный терморезистор и компенсационный терморезистор, включенные в мостовую схему и установленные в непосредственной близости друг к другу и последовательно в направлении потока газа, подают постоянный ток.

Недостатком способа является малая чувствительность при обнаружении небольших изменений состава газа. Чувствительность известного способа может быть увеличена за счет увеличения начального сопротивления терморезисторов, но это ведет

к увеличению габаритов. Чувствительность может быть увеличена путем увеличения температуры терморезистора и увеличения величины подаваемого тока. Но это уже использовано в допустимых пределах. Дальнейшее увеличение температуры и тока ведет к перегреву терморезйсторов моста и снижению чувствительности.

Известен способ измерения теплопроводности газа, заключающийся в том, что на терморезистор с элементом подстройки, включенным в мостовую схему, подают подстроенные сигналы, поддерживающие сопротивление плеча моста с терморезистором постоянными. Аналогичные подстроечные сигналы подают в другие плечи моста.

Таким образом, устраняется влияние дрейфа нулевой линии моста и поддерживается постоянная чувствительность в данном способе измерения теплопроводности. Однако эта чувствительность не всегда является достаточной, особенно для хроматографов.

VJ

Ю СО

VJ

О

ю

анализирующих небольшие изменения концентрации газа. Увеличение чувствительности в данном способе возможно за счет увеличения лодводимого к мосту тока, но при этом увеличивается подводимая мощность, что ведет к перегреву, быстрому окислению элементов и падению чувствительности способа.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в том, что на. терморезистор, включенный в мостовую схему и находящийся в анализируемом газе, подают импульсное напряжение, причем для поддержания постоянной чувствительности в широком диапазоне измеряемых концентраций газа регулируют .скважность импульсов.

Однако достигаемая постоянная для широкого диапазона концентраций чувствительность при измерении малых концен- траций газа является недостаточной.

Целью изобретения является повышение чувствительности способа присохранении средней величины подводимой мощности питания.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения теплопроводности газа, заключающемуся в том, что на терморезистор, включенный в мостовую схему и находящийся в анализируемом га- зе, подают импульсное напряжение, устанавливают длительность гимп. импульса питания, равной

Тимп. Т/П;

где Т - период следования импульсов;

h - коэффициент увеличения чувствительности,

измеряют приращение сопротивления терморезистора, по которому определяют теплопроводность газа.

Сущность технического решения заключается в следующем. Устанавливают длительность импульса в п раз меньше, во столько же раз увеличивают амплитуду импульса питания. Выходной сигнал с моста равен

Uebix имп АКм или

Uubix nlnocT A RM ,

где )имп - величина тока при питании термо- резистора импульсным напряжением;

Inocr - величина тока, если бы терморезистор питали постоянным током;

A RM Rx-Ro, где RX - значение сопротивления терморезистора, находящегося в анализируемом газе; Ro начальное значение сопротивления терморезистора.

Следовательно, повышение чувствительности можно пояснить значительным

увеличением выходного сигнала (в п раз), если его отсчитывать в течение длительности питающего импульса.

Величина п может быть 2-10. При значении п меньше 2 увеличение чувствительности не произойдет, так как импульсное питание становится постоянным. А при значении п более 10 повышение чувствительности становится неэффективным, так как длительность импульса становится сравнимой с временем, учитывающим инерционность терморезистора.

За счет повышения чувствительности можно обнаружить развивающиеся дефекты в контролируемом оборудовании на ранних стадиях их появления, что позволяет осуществить своевременный вывод оборудования на ремонт. В результате этого уменьшается вероятность аварийных ситуаций и обеспечивается стабильность работы производства.

На фиг,1 представлена схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие способ.

Устройство содержит источник 1 питания, выполненный в виде источника импульсного напряжения, мост 2, содержащий терморезисторы (R1-R4). Источник 1 питания подключен к одной диагонали моста 2, к другой диагонали которого подключен усилитель 3. Выход усилителя 3 соединен с вторым входом измерительного блока 4. Первый выход источника 1 питания соединен с входом устройства 5 синхронизации, выход которого соединен с запускающим входом блока 6 задержки импульсов синхронизации, а выход блока 6 соединен с первым входом измерительного блока 4, выходом соединенного с входом блока 7.

Устройство работает следующим образом.

Источник 1 импульсного питания выдает прямоугольное импульсное напряжение (фиг.2а) на питающую диагональ моста 2 и на чувствительный терморезистор R1, находящийся в анализируемом газе. Эти же импульсы поступают на устройство 5 синхронизации, а затем на блок 6 задержки импульсов синхронизации, который формирует импульсы (фиг.2б), задержанные относительно переднего фронта прямоугольных импульсов на время 1эад. Импульсы с выхода блока б задержки импульсов синхронизации воздействуют на вход измерительного блока 4 и переводят его в состояние готовности для приема импульсов с усилителя 3.

Сигнал с усилителя 3 поступает на аналоговый вход измерительного блока 4 и преобразуется в нем в цифровую форму.

Преобразование должно закончиться до окончания питающего импульса. Величина полученного кода передается на вход запоминающего блока 7 и хранится в нем до следующего запускающего импульса. На фиг.2в изображено квантование импульса в блоке 7, на фиг.2г - изменение температуры чувствительного терморезистора. Из диаграмм видно, что температура терморезистора изменяется в небольших пределах и практически держится на постоянном уровне около 120°С вследствие инерционности терморезистора. Величина импульсного тока, питающего термореэистор, задается большей, чем при питании терморезистора постоянным током, в п раз. Во столько же раз увеличивается и чувствительность способа, т.к.

Uebix8 Д Яэ имп,

где Квых - выходное напряжение моста 2;

A Ra - изменение сопротивления терморезистора;

1имгт величина импульсного тока.

Для сохранения средней подводимой мощности длительность импульса Гимн, в п раз меньше периода следования импульсов.

Источник 1 импульсного тока представляет собой задающий генератор, выполнен- ный по схеме несимметричного мультивибратора с преобразователем напряжение-ток, выполненным по известной схеме. Усилитель 3 выполнен на прецизионном операционном усилителе типа К140УД17. Блок 6 задержки .импульсов синхронизации выполнен на одновибраторе, блок 7 - на статическом оперативном запоминающем устройстве типа Кр537рУЗ.

Оптимальные результаты поданным лабораторных испытаний получены при часто- те следования импульсов 20 Гц и длительности импульса 10 мс. Время задержки импульса составляет около 2 мс.

Повышение чувствительности при оптимальных параметрах импульса достигается примерное 10 раз.

Экономические преимущества предлагаемого способа измерения теплопроводности газа заключаются в том, что повышение чувствительности позволяет обнаружить раз- вивающиеся дефекты в контролируемом оборудовании на ранней стадии их развития.

Своевременное устранение дефектов сокращает расходы на ремонт оборудования.

Формула изобр е т е н и я Способ измерения теплопроводности газа, заключающийся в том„что на терморезистор, включенный в мостовую схему и находящийся в анализируемом, газе, подают импульсное напряжение, о т л ичающий- с я тем, что, с целью повышения чувствительности при сохранении.средней величины подводимой мощности питания, устанавливают длительность гимп импульса питания равной . Гимп Т/п,д

где Т - период следования импульсов;

п - коэффициент увеличения чувствительности,

измеряют приращение терморезисто- ра, по которому определяют теплопроводность газа.

Фиг. 2