Термокаталитический газоанализатор Советский патент 1992 года по МПК G01N27/16 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и предназначено для определения содержания горючих газов в многокомпонентной газовоздушной смеси.

Известен термокаталитический газоанализатор, содержащий преобразователь приращения сопротивления термокаталитического датчикэ в электрический сигнал напряжения постоянного тока, генератор тактовых импульсов, первый и второй установочные триггеры, цифроаналоговый преобразователь, операционный усилитель, компаратор, первый и второй счетчики, логический элемент И и связи между ними.

Недостатками данного устройства являются низкая точность измерения, обусловленная тем, что данное устройство не обеспечивает постоянства коэффициента измерительного преобразования при измерении анализируемых газов в широком диапазоне концентраций, поскольку в нем температура термокаталитического датчика изменяется с изменением измеряемой концентрации, а также низкое быстродействие, обусловленное потерей времени на сброс счетчиков в исходное состояние перед каждым последующим измерением.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является термокаталитический газоанализатор с повышенной точностью и быстродействием, содержащий термокаталитический датчик, первый и второй установочные триггеры, первый и второй счетчики импульсов, генератор

VI

Јь

о

te

тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь, два элемента И, формирователь фазовых импульсов, переключатель, генератор прецизионного тока, опорный резистор, функциональный преобразователь, два источника опорного напряжения.

Недостаток этого газоанализатора - невозможность селективного газоопределения, поскольку результатом анализа является суммарная коцентрация анализируемых горючих газов в многокомпонентной смеси.

Цель изобретения - расширение области применения газоанализатора на селективный анализ многокомпонентных газовых смесей.

Поставленная цель достигается тем, что термокаталитический газоанализатор, содержащий термокаталитический датчик, опорный резистор, генератор тактовых импульсов, первый и второй реверсивные счетчики, цифроаналоговый преобразователь, формирователь фазовых импульсов, переключатель, генератор прецизионного тока, два источника опорных напряжений, функциональный преобразователь, компаратор и блок управляющей логики с первым и вторым элементами И, при этом выходы первого реверсивного счетчика соответственно подключены к входам цифроаналого- вого преобразователя, выход первого источника опорного напряжения подключен к первому информационному входу переключателя, выход генератора тактовых импульсов - к входу формирователя фазовых импульсов, выход переключателя - к первому входу генератора прецизионного тока, выход функционального преобразователя - к первому входу компаратора, к второму входу которого подключен выход второго источника опорного напряжения, причем к выходу генератора прецизионного тока подключены последовательно соединенные термокаталитический датчик, опорный резистор, точка соединения которых подключена к второму входу генератора прецизионного тока, и общая шина, в него введены аналоговый сумматор, первый и второй аналоговые включатели, делитель на два частоты импульсов, первый и второй аналоговые включатели, делитель на два частоты импульсов, переменный резистор, а также вторые термока галитический датчик, опорный резистор, переключатель, цифроаналоговый преобразователь и генератор прецизионного тока, при этом выход первого цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом аналогового сумматора, выход которого подключен к второму информационному

входу первого переключателя, выходы второго реверсивного счетчика соответственно соединены с входами второго цифроаналогового преобразователя, выход которого

подключен к второму входу аналогового сумматора и к второму информационному входу второго переключателя, выход первого источника опорного напряжения дополнительно соединен с первым входом

0 второго переключателя, а выход генератора тактовых импульсов - к входу делителя на два частоты импульсов, выход второго переключателя - к первому входу второго генератора прецизионного тока, причем входы и

5 выходы блока управляющей логики соответственно соединены - первый вход с первым, а второй - с вторым выходами формирователя фазовых импульсов, третий вход - с выходом делителя на два частоты импуль0 сов, четвертый - с выходом компаратора, первый выход - с управляющими входами первого переключателя и включателя, а второй - с управляющими входами второго переключателя и включателя, третий выход5 с входом сложения, а четвертый - с входом вычитания первого реверсивного счетчика, пятый выход - с входом сложения, а шестой - с входом вычитания второго реверсивного счетчика, при этом выход второго

0 генератора прецизионного тока подключен к цепи из последовательно соединенных второго термокаталитического датчика, переменного резистора, второго опорного резистора и общей шины, причем выходы

5 первого термокаталитического датчика и первого опорного резистора соответственно подключены к информационным входам первого выключателя, а вывод второго термокаталитического датчика со стороны его

0 соединения с выходом второго генератора прецизионного тока, вывод переменного резистора со стороны его соединения с вторым опорным резистором и выводы самого резистора соответственно подключены к

5 информационным входам второго включателя, при этом с первого по четвертый выходы первого и второго включателей соединены попарно и подключены соответственно к входам функционального преоб0 разователя, а блок управляющей логики дополнительно включает в себя два инвертора и четыре элемента И, при этом входы и выходы блока подключены соответственно: первый вход - к первым входам первого и

5 второго элементов И, второй вход - к первым входам с третьего по шестой элементов И, третий вход - к входу первого инвертора и к второму входу второго элемента И, а четвертый вход- к входу второго инвертора и к вторым входам третьего и пятого элементов И, первый выход блока - к выходу второго элемента И, соединенного с третьим входом третьего и с вторым входом четвертого элемено1гов И, второй выход- к выходу первого элемента И, соединенного с третьим входом пятого и с вторым входом шестого элементов И, выходы блока с третьего по шестой являются соответственно выходами с третьего по шестой элементов И, причем выход второго инвертора подключен к третьим входам четвертого и шестого элементов И.

Сущность технического решения заключается в следующем.

Устройство содержит два канала поддержания стабильной;-, температуры термокаталитических датчиков, причем во втором канале температура датчика поддерживается на более низком уровне, чем температура датчика первого канала, в то же время первый канал функционально (посредством аналогового сумматора) связан с вторым каналом таким образом, что на выходе первого реверсивного счетчика формируется код, несущий информацию о концентрации анализируемого компонента в полигазовой смеси.

На фиг.1 приведена структурно-функциональная схема газоанализатора; на фиг.2 - схема блока управления логики этого устройства; на фиг.З - временная диаграмма его работы.

Термокаталитический газоанализатор (фиг.1) содержит реверсивные счетчики 1 и 2, цифроаналоговый преобразователь(ЦАП) 3 и 4, генаратор 5 тактовых импульсов, формирователь 6 фазовых импульсов, делитель

7на два частоты тактовых импульсов, блок

8управляющей логики, аналоговый сумматор 9, переключатели 10 и 11, генераторы 12 и 13 прецизионного тока, цепь из последовательно соединенных и подключенных к выходу генератора 12 термокаталитического датчика 14, опорного резистора 15 и общей шины, цепь из последовательно соединенных и подключенных к выходу генератор 13 термокаталитического датчика 16, переменного резистора 17, опорного резистора 18 и общей шины, включатели 19 и 20, функциональный преобразователь 21 и компаратор 22. При этом выход реверсивного счетчика 1 подключен соответственно к входу ЦАП 3, а выход реверсивного счетчика 2 - к входу ЦАП 4, выход генератора тактовых импульсов подключен к входам формирователя 6 фазовых импульсов и делителя 7 на два частоты тактовых импульсов, причем выходы формирователя 6 и делителя 7 подключены следующим образом; первый и второй выходы формирователя 6 соответственно к первому и второму входам блока 8 управляющей логики, а выход делителя 7 - к третьему входу блока 8; выход ЦАП 3 соединен с первым входом аналогового сумма- 5 тора 9, выход которого подключен к первому информационному входу переключателя 10, а выход ЦАП 4 - с вторым входом сумматора 9 и первым информационным входом переключателя 11, второй ин10 формационный вход которого совместно с вторым информационным входом переключателя 10 подключены к источнику первого опорного напряжения Uoni, причем выход переключателя 10 соединен с первым вхо15 дом генераюра 12 прецизионного тока, второй вход которого подключен к точке соединения датчика 14с опорным резистором 16, а выход переключателя 11 - с первым входом генератора 13 прецизионного

0 тока, второй вход которого подключен к точке соединения переменного резистора 17 с опорным резистором 18; выводы термокатэ- литического датчика 14 и опорного резистора 16 подключены к информационным

5 входам включателя 19, а выводы опорного резистора 18, термокаталитического датчика 15 и переменного резистора 17-соответственно к информационным входам включателя 20; выходы с первого по чет0 вертый включателей 19 и 20 соединены попарно и подключены к соответствующим входам функционального преобразователя 21, выход которого соединен с первым входом компаратора 22, к второму

5 входу которого подключен источник опоо- ного напряжения Uon2, а выход компаратора 22 соединен с четвертым входом блока 8 управляющей логики, выходы которого подключены следующим образом: первый - к

0 управляющим входам переключателя 10 и включателя 19. второй - к управляющим входам переключателя 11 и включателя 20. третий - к входу сложения, а четвертый - к входу вычитания реверсивного счетчика 1,

5 пятый - к входу вычитания реверсивного счетчика 2.

Входящий в газоанализатор блок управляющей логики (фиг 2) включает в себя инверторы 23 и 24 и элементы И 25 - 30,

0 причем входы и выходы этого блока подключены следующим образом: первый вход к первым входам элементов И 25 -- 30, третий вход к входу инвертора 23 и к второму входу элемента И 26, а четвертый вход к входу

5 инвертора 24 и к вторым входам элементов И 27 и 29, при этом первый выход блока 8 является выходом элемента И 26, соединенного с третьим входом элемента И 27 и с вторые входом элемента И 28, второй выход является выходом элемента И 25, соединеного с третьим входом элемента И 29 и с торым входом элемента И 30, а выходы лока 8 с третьего по шестой являются соотетственно выходами элементов И 27-30, ричем выход инвертора 24 подключен к ретьим входам элементов И 28 и 30.

Устройство работает следующим обраом.

В исходном состоянии до подачи команы Пуск (на фиг.1 не показано) реверсивные счетчики 1 и 2 находятся с сброшенном остоянии, при этом их выходной код и уровни управляющих напряжений на выходах ЦАП 3 и 4 равны О, а следовательно, отсутствует ток разогрева термокаталитических атчиков 14 и 15. Через датчики 14 и 15 в это время прокачивается чистый воздух, не содержащий анализируемых газовых компонентов. По команде Пуск снимается блокировка со счетчиков 1 и 2, а на выходе генератора 5 формируется последовательность тактовых импульсов длительностью Т (фиг.За), на выходах же формирователя 6 формируются фазовые импульсы Ф1 и Ф2 (фиг.Зв и Зс), причем длительность фазового импульса Ф1гф1 значительно меньше длительности тактовых импульсов Т (roi«T), а длительность импульса Ф2ГФ2, в свою очередь, значительно меньше длительности импульса Ф1 гф1 (гф2« Гф1)и расположена на плоском участке вершины выходного сигнала преобразователя 21. При этом делитель 7 обеспечивает деление (фиг.Зс) на две частоты импульсов генератора 5. В целом устройство представляет собой следящую систему с импульсной обратной связью, содержащую два канала, управляемых импульсами Ф1, разделенными во времени с помощью блока 8 управляющей логики (фиг - первый канал, фиг.Зд - второй канал), причем второй канал, включающий в себя реверсивный счетчик 2, ЦАП 4, переключатель 11,генератор 13 прецизионного тока, последовательную нагрузочную цепочку с датчиком 15 и включатель 20, работает независимо, а первый канал с реверсивным счетчиком 1, ЦАП 3, аналоговым сумматором 9, переключателем 10, генератором 12 прецизионного тока, цепочкой с датчиком 14 и включателем 19 функционирует посредством аналогового сумматора 9 во взаимосвязи с вторым каналом. Импульсная обратная связь в такой следящей системе, где каждый канал из каналов опрашивается поочередно (фиг.ЗТ и Зд), обеспечивается с помощью функционального преобразователя 21 и компаратора 22.

Использование предлагаемого технического решения позволяет реализовать селективный анализ газов о многокомпонентной смеси с одновременной компенсацией внешних дестабилизирующих факторов (тепловых помех) на результат газового анализа.

Формула изобретения Термокаталитический газоанализатор, содержащий термокаталитический датчик, опорный резистор, генератор тактовых им0 пульсов, первый и второй реверсивные счетчики, цифроаналоговый преобразователь, формирователь фазовых импульсов, переключатель, генератор прецизионного тока, два источника опорных напряжений, функ5 циональный преобразователь, компаратор и блок управляющей логики с первым и вторым элементами И, при этом выходы первого реверсивного счетчика соответственно подключены к входам цифроанало0 гового преобразователя, выход первого источника опорного напряжения подключен к первому информационному входу переключателя, выход генератора тактовых импульсов - к входу формирователя фазо5 вых импульсов, выход переключателя - к первому входу генератора прецизионного тока, выход функционального преобразователя - к первому входу компаратора, к второму входу которого подключен выход

0 второго источника опорного напряжения, причем к выходу генератора прецизионного тока подключены последовательно соединенные термокаталитический датчик, опорный резистор, точка соединения которых

5 подключена к второму входу генератора прецизионного тока, и общая шина, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него введены аналоговый сумматор, пер0 вый и второй аналоговые включатели, делитель на два частоты импульсов, переменный резистор, а также вторые термокаталитический датчик, опорный резистор, переключатель, цифроаналоговый преобразователь и

5 генератор прецизионного тока, при этом выход первого цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом аналогового сумматора, выход которого подключен к второму информационному

0 входу первого переключателя, выходы второго реверсивного счетчика соответственно соединены с входами второго цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму входу аналогового

5 сумматора и к второму информационному входу второго переключателя, выход первого источника опорного напряжения дополнительно соединен с первым входом второго переключателя, а выход генератора тактовых импульсов - к входу делителя на

два частоты импульсов, выход второго переключателя - к первому входу второго генератора прецизионного тока, причем входы и выходы блока управляющей логики соответственно соединены: первый вход - с пер- вым, а второй - с вторым выходами формирователя фазовых импульсов, третий вход - с выходом делителя на два частоты импульсов, четвертый -с выходом компаратора, первый выход - с управляющими вхо- дами первого переключателя и включателя, а второй - с управляющими входами второго переключателя и включателя, третий выход - с-входом сложения, а четвертый - с входом вычитания первого реверсивного счетчика, пятый выход - с входом сложения, а шестой - с входом вычитания второго реверсивного счетчика, при этом выход второго генератора прецизионного тока подключен к цепи из последовательно сое- диненных второго термокаталитического датчика, переменного резистора, второго опорного резистора и общей шины, причем выходы первого термокаталитического датчика и первого опорного резистора со- ответственно подключены к информационным входам первого выключателя, а вывод второго термокаталитического датчика со стороны его соединения с выходом второго генератора прецизионного тока, вывод переменного резистора со стороны

Мг

его соединения со вторым опорным резистором т выводы самого опорного резистора соответственно подключены к информационным входам второго включателя, при этом с первого по четвертый выходы первого и второго включателей соединены попарно и подключены соответственно к входам функционального преобразователя, а блок управляющей логики дополнительно включает в себя два инвертора и четыре элемента И, при этом входы и выходы блока подключены соответственно: первый вход - к первым входам первого и второго элементов И, второй вход - к первым входам с третьего по шестой элементов И, третий вход - к входу первого инвертора и к второму входу второго элемента И, а четвертый вход - к входу второго инвертора и к вторым входам третьего и пятого элементов И, первый выход блока - к выходу второго элемента И, соединенного с третьим входом третьего и с вторым входом четвертого элементов И, второй выход - к выходу первого элемента И, соединенного с третьим входом пятого и с вторым входом шестого элементов И, выходы блока с третьего по шестой являются соответственно выходами с третьего по шестой элементов И, причем выход второго инвертора подключен к третьим входам четвертого и шестого элементов И.

Использование: аналитическое приборостроение, в частности приборы селективного термохимического анализа газов. Сущность изобретения: термокаталитический газоанализатор содержит два реверсивных счетчика, два цифро-аналоговых преобразователя, генератор тактовых импульсов, формирователь фазовых импульсов, делитель на два частоты тактовых импульсов, блок 8 управляющей логики, аналоговый сумматор 9, два переключателя Устройство содержит также два генератора прецизионного тока, цепь из последовательно соединенных и подключенных к выходу одного из генераторов термокаталитического датчика, опорного резистора и общей шины, цепь из последовательно соединенных и подключенных к выходу второго генератора одного термокаталитического датчика и сопротивления. В устройство входят два включателя, функциональный преобразователь и компаратор. 3 ил.

Шъ1