Термокаталитический детектор газа Советский патент 1992 года по МПК G01N27/16 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при разработке газоанализаторов, калориметров и систем контроля газовой атмосферы на объектах металлургической, химической, теплоэнергетической, нефтехимической и горной промышленности.

Известен термохимический газоанализатор, содержащий две последовательно включенные в цепь питания мостовые схемы, у которых постоянные резисторы соответствующих плеч имеют одинаковые сопротивления, усилитель авторегулятора, установленного в цепи питания мостовых схем, причем усилитель авторегулятора включен в измерительную диагональ измерительной мостовой схемы.

Недостатком этого устройства является низкая точность при измерениях, так как измерительный и компенсационный мосты включены в цепь питания последовательно и при каталитическом горении На измерительном термоэлементе измерительный мост балансируется за счет авторегулирования тока питания, при этом температуры измерительного и компенсационного термоэлементов приобретают различные значения,а, следовательно, различна и теплоотдача, что ведет к снижению точности. . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является термокаталитический детектор газа, содержащий реакционную камеру, в которой размещены чувствительный и компенсационный термоэлементы, две мостовые измерительные

3

4

8

Ю

схемы, два усилителя и регистратор, причем чувствительный и компенсационный термоэлементы включены соответственно в плечи мостовых измерительных схем, измерительные диагонали которых через усилители подсоединены к соответствующим диагоналям питания мостовых схем, а в одно плечо компенсационный мостовой измерительной схемы установлен переменный потенциометр.

Недостатком этого устройства является низкие чувбтШе МЬЈть и точность.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности устройства. На чертеже приведена функциональная схема термокаталитического детектора газа.

Детектор содержит реакционную камеру 1, в которой размещены чувствительный термоэлемент (ЧТЭ) 2 и компенсационный термоэлемент (КТЭ) 3. ЧТЭ 2 включен в плечо измерительной мостовой схемы, состоящей из сопротивлений 4. 5 и потенциометра 6. КТЭ 3 включен в плечо компенсационной измерительной мостовой схемы, состоящей из сопротивлений 7, 8 и потенциометра 9. К измерительным диагоналям мостовых схем подсоединены усилители соответственно 10 и 11, выходы которых подсоединены к диагоналям пита- ния мостовых измерительных схем. Устройство содержит также усилители 12, 13 переменного тдка, два конденсатора 14,15, два детектора 16, 17, регистратор 18, дифференциальный усилитель (ДУ) 19 и генера- тор 20 переменного напряжения. Входы усилителей 12 и 13 через соответствующие конденсаторы 14 и 15 подсоединены в ЧТЭ 2 и КТЭ 3. Выходы усилителей 12 и 13 через детекторы 16 и 17 подсоединены к входам ДУ 19, к выходу которого подсоединен регистратор 18. Подвижные контакты потенциометров 6 и 9 объединены и подсоединены к генератору 20.

Устройство работает следующим обра- зом. Исследуемая смесь, содержащая газ- носитель (воздух) и метан с концентрацией в пределах 0,1 - 4 об. %, пропускается через реакционную камеру 1. Параметры смеси: давление Р 80 Па, расход G 15 л/ч, температура 40°С поддерживается постоянными. Включается питание схемы, при этом в диагоналях мостовых измерительных схем, к которым подключены усилители 10, 11, появляются сигналы разбаланса, в ре- зультате чего через усилители 10, 11 обеспечивается питание схемы. ЧТЭ 2 и КТЭ 3 начинают нагреваться, что приводит к изменению их сопротивления и уменьшению сигналов разбаланса. Сбалансированные

мосты поддерживают напряжение на термоэлементах с точностью 0,01%, при этом термоэлементы приобретают температуру, определяемую номиналом резисторов 6, 9. Одновременно под действием выходного сигнала генератора 20 переменного напряжения синхронно и периодически изменяется сопротивление резисторов 6, 9, в результате чего так же синхронно и периодически изменяется температура термоэлементов. Величина выходного сигнала генератора 20 регулируется так, чтобы колебания температуры термоэлементов находились в пределах 5 - 30% от значения температуры, определяемой номиналами резисторов б, 9. В результате этого на чувствительном и компенсационном термоэлементах падение напряжения представляет собой модулированный сигнал. На входы усилителей 12,13, подключенных через конденсаторы к термоэлементам, поступает сигнал переменной составляющей напряжения. После усиления и выпрямления сигналы в виде напряжений постоянного тока поступают на входы ДУ 19.

Если в исследуемой смеси отсутствует каталитически превращаемая компонента, то на выходе ДУ 19 сигнал отсутствует, при наличии в смеси каталитически превращаемой компоненты на выходе усилителя появляется сигнал, величина которого пропорциональна концентрации компоненты.

Значение концентрации каталитически превращаемой компоненты определяется из выражения

Сх - ANx2 + BNx + С,

где NX - значение выходного сигнала дифференциального усилителя;

А, В, С- коэффициенты пропорциональности.

Коэффициенты А, В, С определяются при градуировке детектора путем пропускания через реакционную камеру граду- ировочных газовых смесей с известной концентрацией, соответствующей началу, середине и концу диапазона измерений.

Формула изобретения Термокаталитический детектор газа, содержащий реакционную камеру, в которой размещены чувствительный и компенсационный термоэлементы, две мостовые измерительные схемы, два усилителя и регистратор, причем чувствительный и компенсационный термоэлементы включены соответственно в плечи мостовых измерительных схем, измерительные диагонали которых через усилители подключены к соответствующим диагоналям питания, а в одно плечо компенсационной мостовой измерительной схемы установлен переменный потенциометр, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности устройства, в него введены два усилителя переменного тока, два конденсаторе, два детектора, дифференциальный усилитель и генератор переменного напряжения, входы усилителей через конденсаторы подсоединены соответственно к чувствитель0

ному и компенсационному термоэлементам, выходы усилителей переменного тока через детекторы подсоединены к входам дифференциального усилителя, к выходу которого подключен регистратор, в плечо измерительной мостовой схемы установлен переменный потенциометр, подвижный контакт которого соединен с подвижным контактом потенциометра компенсационной мостовой измерительной1 схемы и под- ключен к генератору переменного напряжения.

Область применения: газовый анализатор атмосферы на объектах метал лургической, химической и др. областях промышленности. Сущность изобретения: детектор содержит реакционную камеру, в которой размещены чувствительный и компенсационный термоэлементы, включенные соответственно в измерительную и компенсационную мостовые схемы с усилителями, установленными между диагоналями каждого моста. В каждой мостовой схеме установлен потенциометр, подвижные контакты электрически объединены и подключены к генератору переменного напряжения. Возникающий сигнал модуляции через усилители и детекторы поступает на дифференциальный усилитель, выходное напряжение которого несет информацию о концентрации измеряемого вещества. Л ил. у 6

/ t , /

VJL/

ч , /

h