Пьезоэлектрический газоанализатор Советский патент 1993 года по МПК G01N5/00 B06B1/06 

Описание патента на изобретение SU1809367A1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве прибора для определения порогового значения отдельных составляющих газовой смеси (например, окиси углерода в воздухе).

Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей путем обеспечения избирательности и повышения ресурса работы.

На фиг. 1 представлена структурная схема ГА; на фиг. 2 - принципиальная схема управляемого частотного детектора (УЧД); на фиг. 3 - эпюры напряжений основных узлов; на фиг. 4 - частотно-концентрационные характеристики ГА; на фиг. 5 - 7 - принципиальные схемы блока вычитания (СВ), устройства формирования измерительного интервала (УФИИ) и блока обработки и управления (БОУ) соответственно; на фиг.-8 - структурная схема устройства отбора пробы (УОП) и измерительной камеры (ИК).

ГА состоит (фиг. 1) из измерительного и опорного кварцевых резонаторов (ИКР 1, ОКР 2), помещенных в ИК 3, ИКР 1 и ОКР 2 включены в схемы измерительного генератора (ИГ) 4 и опорного генератора (ОГ) 5 соответственно, выходы которых связаны с входами СВ 6, выход последней - с входом УЧД 7, имеющим двунаправленную линию связи с первым входом БОУ 8, который соединен также по второму входу с УФИИ 9 и

00 О

Ч О)

о

v|УОП 10, выход БОУ 8 соединен с блоком индикации (БИ) 11.

ИКР Т и ОКР 2, помещенные в измерительную камеру 3, устанавливают частоты генерации соответственно ИГ 4 и ОГ 5. Сигналы этих генераторов вычитаются в СВ 6. Так как ИКР 1 и ОКР 2 находятся в одинаковых условиях, выходная частота СВ 6 практически не зависит рт воздействия дестабилизирующих факторов. Сигнал разностной частоты с выхода СВ 6 поступает на вход УЧД 7, на выходе которого формируется сигнал уровня логического О или 1 в зависимости от того, превышает или нет частота выходного сигнала установленный заранее порог, , ; .- . . ; : : .

БОУ 8 формирует все необходимые сигналы для работы УЧД 7 и УФИИ 9 в зависимости от состояния УОП 10, а также, формирует непрерывный звуковой (светр-. во );Сигй а1 н ТеЧбйй е: й йтёрё а /| 9 : й з м р .ёния . и прерывистый сигнал в случае превышения Заданного порога срабатывания, который подается на вход БИ 1.1.

УФИИ 9 фиксирует состояние:УЧД 7 по истечении времени интервала измерения, Формирование временного измерительного интервала начинается автоматически после завершения пробОотбора УОПЮ. 7

Индикация превышения заданного значения осуществляется БИ 11 в виде прерывистой звуковой (световой) индикации. :

Как показано на фиг. 2 УЧД 7 состоит из регулируемого одновибратора (РОВ) 1-2, вы- полненного на элементах R 15, R-16, R 17, С 18, DD13, DD14, DD.15, переключателя Работа-Настройка S 19. Последний механически связан с УОП Ютаким образом, что пока Не сделан пробоотбор переключатель 16 находится в положении Настройка. После, забора пробы переключатель S 19 переходит в положение Работа в результате чего формируется отрицательный импульс, длительность которого пропорциональна постоянной времени цепи (R12 + R13 + R14 + R15)C18.

Регулирование Длительности этого импульса осуществляется переключателем S 20. Триггер DD 21 формирует бит признака соотношения между разностной частотой с выхода С В 6 и ее пороговыми значениями.

Перед выполнение операции пробоот- бОра переключатель S 19 находится в положении Настройка. При этом цепь запуска РОВ 12 разомкнута и импульс временного интервала на его выходе не формируется.

После совершения операции пробоотбора РОВ 12 переключатель S 19 переходит в положение Работа, Это значит что цепь запуска РОВ 12 замкнута и на его выходе

формируется временной импульс интервала измерения toe. Длительность этого импульса прямо пропорциональна постоянной времени (R15t R16 + R17 + R18)C19;

Временные характеристики работы УЧД 7 приведены на фиг. 3. При неизменной toe и при относительно низкой частоте fax, вЬ-трйггеррр21 по окончании toe положительным фронтом записывается логическая

iв (левая часть фир. 3) При превышении fax пор;6говЬг(зi значения или увеличения toe в DP 21 записываете логический Q, и

На фиг. 4 Приведены частотно-концент- раЦиойные Характеристики ГА ft ни выходе

С В 6 как функция концентрации анализируй

ewi sitfC - .;...;:;-..: ;;: , /;.... ;;/ На фиг- 5 представлена г1рин Тшаль- Ная электрическая схема СВ (8-.. Триггер DP 20 служит для получения разностной часто

ты ИГ 3 и ОГ 4. Триггер DD 23 обеспечивает

получение на выходе СВ 6 импульсного сигнала: разностнрй частоты с скважностью

.два; ; -::;.:-:.;v;;:-;4 . ::- ::- ; -:- -::- - : Схема УФ ИИ 9 показана на фиг. 6. Она

прёд|ртавяяет обь чнь|й рдновйбратор.

Схема БОу 10 показана на фиг. 7. Здесь на элементах Dp 32, Dp 33, С 34 и DD 36, PD 37, С 38, R 39 OP 9 - Ьр 12 выполнены генераторы на частоты 1006 и Ь,5 Гц cootветственно. Элементы DD 7, DP 8, R 30 и R 31 дребезгко тактобпёрёключателяi:S 19.12. В триггере 40 запоминается информация от УЧД 7 по сижалу 6т УФИИ 9. Остальные элементы образуют комбинированную схему, управляющую БИ 11 в зависимости от состояния УЧД 7 и положения перекЛючате- ля S 19, состояния триггера DD .17 и двух генераторов на 1000 и 0,5 Гц соответствен но :::;-; . -.. :.-.-.;:,,:; : ; ;,(-. V ;/0 . -. : :

На фиг. 8 приведена структурная схема УОП 10 и ИК 3. УОП 10 включает в себя ручку поршня 41, поршень 42, камеру забора газа 43, заборный клапан 44, пружину 46. ИК 3 включает в себя ИКР 1, ОКР 2, впускной

клапан 45, выпускной клапан 47.

ИГ 4 и 6Г5 выполнены по схеме емкостной трехточки (Р. Граф Электронные схе- мы). ,. ; .-. - ./ ..-. ,; ../ - Работа ГА происходит следующим образом. Перед выполнением пробоотбора переключатель S 19 находится в положении Настройка,1, в котором схема ГАсбаланси- рована и не генерируется никаких внешних сигналов. Затем приоткрывается выпускной клапан 47 и делается несколько качков поршня 42 для очистки И К 3, в которой после этого устаналивается атмосфера окружающей среды. Затем закрывается клапан 47 и включается питание прибора. Потенциометром R 47 компенсируется focr. на выходе СВ 6.

После этого прибор готов к работе.

Перемещением поршня из крайне правого в крайне левое положение и обратно в ИКЗ создается зона повышенного давления и повышенной концентрации. Коэффициент увеличения давления п определяется соотношением заборной и измерительной камер, а также количеством качков поршня 42. В начальный момент времени, когда анализируемого вещества еще нет на входе РОВ 12 поступает разностная частота, величина которой может достичь несколько килогерц. Резистором R 27 (уст. О) устанавливается такая длительность toe 6 при которой УЧД 7 находится на пороге срабатывания (появления прерывистого звукового (светового) сигнала).

Переключатель выбора S 20 Предел подключается к времязадающей цепи РОВ 12 и, в зависимости от положения, закорачивает некоторые из резисторов R1 ... R4, .длительность шв при этом уменьшается на некоторую фиксированную величину и в D- триггер записывается, логическая 1.

В процессе сорбции анализируемого газа (см. фиг. 4) из ИК 3 на поверхность ИКР 1 резонансная частота последнего уменьшается и, следовательно,увеличивается частота на выходе СВ 6. Если частота на выходе СВ б до окончания интервала измерения увеличится настолько (момент времени t3 фиг. 4), что 2 WB - toe, то D-триггер УЧД 7 переключается в положение логического О и по окончании временного измерительного интервала это значение зафиксируется в БОУ 8. В этом случае появится прерывистый звуковой (световой) сигнал. ёслижечконцен- трация анализируемого вещества мала для выбранного предела измерения и в процессе сорбции разностная частота увеличится не намного, то есть 2 юв- toe, то на выходе УЧД 7 останется логическая 1 и по окончании интервала измерения прерывистый звуковой (световой) сигнал не появится (момент времени t1t2 фиг. 4).

Для обеспечения нормальной эксплуатации БОУ 8 в режиме Настройка индицирует текущее состояние УЧД 7, а в режиме Работа - зафиксированное в конце измерительного интервала состояние УЧД.

Во время отработки измерительного интервала также генерируется непрерывный сигнал 1000 Гц, по которому пользователь может определить момент окончания измерения. Если уход значения разностной частоты на выходе СВ 6 превысил установленный порог срабатывания. По завершению интервала измерения генерируется

прерывистый сигнал 1000 Гц (частота прерывания 0,5 Гц). В противном случае никакого сигнала не будет.

Использование такого динамического 5 метода возможно только до достижения ИКР 1 области насыщения при данной концентрации газа. После этого необходима регенерация ИКР 1 (например за счет прогрева).

0 Для выбранных значений разностной частоты проверяется установка О с помощью резистора R 27 СВ 6. Полученные значения заносят в паспорт ГА. При смене ИКР 1 и ОКР 2 производят новую калибровку.

5 Масса покрытия, которая наносится на ИКР 1 выбирается из условия обеспечения устойчивых колебаний ИГ 3 в диапазоне контролируемых концентраций и требования обеспечения необходимой чувствитель0 ности.

Вид покрытия определяется типом контролируемого продукта и выбирается для обеспечения селективности измерений из комплекса координационных моноцикличе5 ских соединений d-переходных элементов. Покрытие ОКР 2 выбирается из условия одинаковой реакции ИКР 1 на дестабилизирующие факторы кроме чувствительности к измеряемому газу. В качестве покрытия для

0 ОКР 2 используются золи кислоты (например, кремниевой) допированной ионами М+2.Предложенный пьезоэлектрический газоанализатор позволяет увеличить селек5 тивность в 5 - 8 раз, сократить время измерения в 70 - 80 раз, повысить ресурс работы до 1 - 2. При этом достигается сохранение числа измерений до регенерации 50, - 100 раз. Данные проверены по результа0 там контроля ряда оксидов.

Формула изобретения 1. Пьезоэлектрический газоанализатор, содержащий измерительную камеру с установленными в ней первым резонансным

5 пьезоэлементом с нанесенным на его поверхность слоем газочувствительного сорбента и вторым резонансным пьезоэлементом, измерительный автогенератор, подключенный к первому резонансному

0 пьезоэлементу, опорный автогенератор, подключенный к второму резонансному пьезоэлементу, частотный детектор, блок вычитания, блок обработки и управления и блок индикации, вход которого связан с еы5 ходом блока обработки и управления, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей пу-, тем обеспечения избирательности и повышения ресурса работы, в нем второй резонансный пьезоэлемент покрыт золями

кислоты, допйрованной ионами М+2, слой, покрывающего первый резонансный пьеэоэлемент газочувствительного сорбента выполнен из координационного соединения на основе моноциклического соединения d-переход- ных элементов, выходы измерительного и опорного автогенераторов подключены к входам блока вычитания, выход которого связан с блоком обработки и управления через частотный детектор,

2. Газоанализатор по п. 1, о т л и чаю - щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и чувствительности, в него

0

введен узел отбора и формирования пробы с тремя клапанами, связанный через первый клапан с измерительной камерой и через второй и третий клапаны - с окружающей средой,

3. Газоанализатор по пп. 1 и 2, отл и- ч а ю щ и и с я тем что, с целью повышения долговечности, входы блока обработки и управления связаны с введенным блоком формирования измерительного интервала и узлом отбора и формирования пробы, внутренний объем которого в п раз больше объема измерительной камеры.

Фиг.З

: Фиг.8 .

Похожие патенты SU1809367A1

название год авторы номер документа
Устройство для измерения механических величин 1979
  • Малов Владимир Владимирович
  • Козловский Владимир Давидович
  • Глазунова Валентина Петровна
SU777495A2
Устройство допускового контроля пьезоэлектрических элементов 1980
  • Афанасьев Виктор Васильевич
  • Кабаков Аркадий Валентинович
  • Каширин Анатолий Петрович
  • Черножуков Борис Иванович
SU943606A1
Широкополосный измеритель параметров диэлектриков 1983
  • Иванов Борис Александрович
  • Скрипник Юрий Алексеевич
  • Захаров Павел Томович
  • Ручкин Валерий Иванович
  • Федорина Игорь Алексеевич
  • Папенко Наталья Рафаиловна
  • Покалюхин Николай Алексеевич
SU1109670A1
Датчик перемещений 1982
  • Баржин Владимир Яковлевич
  • Колпаков Федор Федорович
  • Милькевич Евгений Алексеевич
  • Сычев Алексей Егорович
SU1060932A2
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОЛЩИНОМЕР 2002
  • Булатов А.С.
  • Сясько В.А.
RU2225592C1
Пьезокварцевый датчик давления 1985
  • Милькевич Евгений Алексеевич
  • Рубанов Василий Григорьевич
  • Сычев Алексей Егорович
  • Баржин Владимир Яковлевич
  • Кижук Александр Степанович
SU1296871A1
Ультразвуковой толщиномер 1990
  • Меледин Генрих Федорович
  • Алексеев Александр Петрович
  • Бобров Виктор Владимирович
  • Бухарев Николай Александрович
  • Егунов Леонид Иванович
  • Скоморохов Юрий Иванович
  • Химикус Валентин Алексеевич
SU1763887A1
Автогенераторный диэлькометрический измеритель 1980
  • Иванов Борис Александрович
  • Скрипник Юрий Алексеевич
  • Ручкин Валерий Иванович
  • Захаров Павел Томович
  • Бурлакин Александр Иванович
SU868634A1
ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫЙ РАДИОВЫСОТОМЕР 2003
  • Жуков В.М.
  • Жуков М.В.
RU2263330C2
Пьезоэлектрический преобразователь 1984
  • Колпаков Федор Федорович
  • Писарев Владимир Альбертович
  • Шевелев Владимир Алексеевич
  • Солодовник Виктор Федорович
  • Тимошенко Владислав Григорьевич
  • Андреев Александр Анатольевич
SU1262307A1

Иллюстрации к изобретению SU 1 809 367 A1

Реферат патента 1993 года Пьезоэлектрический газоанализатор

Использование: область измерительной техники. Сущность изобретения: газоанализатор содержит измерительную камеру с установленными в ней первым резонансным пьезоэлементом с нанесенным на его поверхность слоем координационного соединения на основе моноциклического соединения d-переходных элементов, вторым резонансным пьезоэлементом с нанесенными на него золями кислоты, локированной ионами М+2, резонансный пьезоэлемент подключен к измерительному автогенератору, второй резонансный пьезоэлемент подключен к опорному автогенератору. Выходы автогенераторов связаны с входами блока вычитания, выход которого связан с блоком обработки и управления через частотный детектор. Выход блока обработки и управления подключен к блоку индикации. 2. з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула изобретения SU 1 809 367 A1

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1993 года SU1809367A1

Устройство для управления производственным процессом ремонта машин 1985
  • Юсупов Ислам Юсупович
  • Парфенов Игорь Иванович
  • Парфенова Мария Яковлевна
  • Хомяков Анатолий Илларионович
SU1314305A1
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Пьезоэлектрический анализатор газов 1987
  • Арш Эммануил Израилевич
  • Канунников Владимир Петрович
  • Покатаев Виктор Николаевич
  • Флоров Александр Константинович
SU1449933A1
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1

SU 1 809 367 A1

Авторы

Бударин Лев Иванович

Бурлаенко Наталья Андреевна

Канунников Владимир Петрович

Олефир Анатолий Иванович

Покатаев Виктор Николаевич

Раевский Сергей Валентинович

Ткаленко Борис Викторович

Даты

1993-04-15Публикация

1991-06-28Подача