АВТОМАТИЧЕСКИЙ ХРОМАТОГРАФ Советский патент 1972 года по МПК G01N1/22 

Изобретение относится к устройствам для Контроля и регулирования технологических процессов в металлургической и химической промышленности и может быть использовано для анализа состава газа путем хроматографии.

Известен а1втоматический хроматограф типа ХПА-4, в состав которого входят: газовая схема для проведения анализа газа, включающая в себя панель -подготовки газов, датчик детектора и блок электропневматических клапанов; измерительная схема сигнала детектора, включаюпдая в себя измерительный мост, блок измерительных шкал, стабилизированный источник питания и электронный потенциометр, регистрирующий показания, блок коррекции нуля измерительного моста; программное устройство- командный прибор для управления всеми блоками хроматографа, представляющий собой набор программных кулачков, расположенных на распределительном валу, приводимом во вращение синхронным двигателем.

Известный хроматограф ХПА-4 имеет следующие недостатки:

1. Невысокую точность измерения сигнала детектора (сигнал детектора измеряется электронным потенциометром, основная погрешность которого при шкале О-5 мв составляет :4:1%), малую продолжительность и ненадежность работы измерительного тракта из-за наличия реохорда в цепи измерения.

2.Неудобство эксплуатации, так как вследствие регистрации результатов анализа в виде

записи нескольких компонентов на одной диаграмме требуется дальнейщая расшифровка и не обеспечивается оперативное наблюдение за ходом технологического процесса.

3.Применение контактных устройств в схеме программного управления (профильных кулачков и др.), что снижает надежность работы аппаратуры и создает больщие трудности при настройке.

Целью изобретения является:

1. Повыщение точности и надежности работы измерительной схемы хроматографа. Это достигается введением в схему измерения сигнала детектора бесконтактной следящей системы, работающей по принципу цифровой

компенсации аналоговой величины измеряемого параметра.

2. Повыщение точности регистрации и преобразования результатов анализа в форму, }добную для оперативного наблюдения за хоДОМ технологического процесса. Это достигается введением устройства регистрации результатов анализа в цифровой форме на ленте электрифицированной печатающей машинки в сочетании с регистрацией результатов

диаграммах отдельных вторичных приборов, что дает возможность наглядно представить тенденцию изменения содержания каждого ключевого компонента в анализируемом газе в течение технологического процесса.

3. Обеспечение надежной работы программного устройства, управляющего работой хроматографа. Это достигается включением в установку схемы программного устройства, работающего по принципу электронного двоичного счетчика времени. Датчиком времени служит электрическая сеть переменного тока частотой 50 гц.

На чертеже показана блок-схема нредложенного автоматического хроматографа.

Газовая схема включает в себя панель подготовки газов 1, датчик 2 хроматографа, блок электропневматическнх клапанов 5 и предназначена для проведения анализа газа. В схему датчика хроматографа входят пневматический кран-дозатор, колонка и детектор по теплопроводности, номещенные в термостат, температ,ува,,, в котором поддерживается элвкхронным регулятором температуры 4.

Схема измерения сигналов детектора включает в себя -схему измерительного моста 5, блок измерительных шкал 6, электронный усилитель 7, реверсивный двигатель 8, преобразователь 9 угла поворота вала двигателя, анализатор знака 10, электронный двоичный реверсивный счетчик импульсов //, преобразователь код-аналог 12.

В схему регистрации результатов анализа в цифровой и аналоговой форме входят преобразователь Я анализатор знака 10, электронный двоично-десятичный счетчик импульсов 13, электронный двоично-десятичный счетчик времени 14, электрифицированная печатающая машинка 15, преобразователь э.д.с. - ток 16, коммутатор 17 и вторичные регистрирующие приборы 18 и 19 (например, самопишущие миллиамперметры).

Схема корректировки нуля измерительного моста детектора включает в себя электронный усилитель 7, переключатель 20 и реверсивный двигатель 21. Работой хроматографа управляет программное устройство 22.

Работает автоматический хроматограф следующим образом.

Анализируемая смесь через панель подготовки газов /, где она редуцируется и очищается от механических примесей, агрессивных газов и влаги, поступает в датчик 2 хроматографа. С помощью пневматического крана-дозатора, работой которого управляет блок электропневматических клапанов 3, осуществляются отбор и ввод .пробы анализируемого газа в колонку. В колонке анализируемая смесь разделяется на составные компоненты, которые поток газа-носителя вносит в детектор. В детекторе установлены чувствительные элементы - полупроводниковые или проволочные термосопротивления. Чувствительные элементы являются активными плечами схемы измерительиого моста 5, питание которого осуществляется стабилизированным источником питания постоянного тока 23. Изменение сопротивления чувствительных элементов при прохождении через детектор компонеитов анализируемого газа вызовет разбаланс моста измерительной схемы. Сигнал разбаланса подается и а вход блока измерительных шкал 6. Блок измерительных шкал представляет собой набор делителей напряжения, собранных из постоянных проволочных сопротивлений. С помощью этих делителей, число которых соответствует числу измеряемых компонентов газа, устанавливается масштаб измерительной шкалы для каждого компонента.

Сигнал от блока измерительных шкал подается на вход электронного усилителя 7- нуль-оргаиа, который через нереключатель 20 управляет реверсивным двигателем 8. Выходной вал реверсивного двигателя механически связан с валом емкостного преобразователя 9 углового перемещения вала в количество электрических импульсов. При наличии сигнала на входе электронного усилителя электрические импульсы от преобразователя 9 поступают на вход электронного логического устройства - анализатора знака 10.

Анализатор знака имеет два выхода и в зависимости от направления вращения вала реверсивного двигателя 8 пропускает электрические импульсы от иреобразователя 9 в схему сложения или вычитания электронного двоичного реверсивного счетчика импульсов 11. В этом счетчике в каждый момент времени записано число, цифровое значение которого пропорционально сигналу измерительного моста детектора. Цифровое значение измеряемой величины нреобразуется в аналоговую величину-напряжение преобразователем коданалог 12. Это напряжение подается в цепь обратной связи на вход электронного усилителя 7 и уравновешивает электрический сигнал блока измерительных шкал.

Схема регистрации результатов анализа работает следующим образом.

Электрические импульсы преобразователя 9 с одного выхода анализатора знака 10 (например, с выхода сложения) поступают в схему электронного двоично-десятичного счетчика импульсов 13. Счетчик ведет счет импульсов в момент прохождения компонентов анализируемого газа через детектор на восходящей или нисходящей ветви хроматографического пика, т. е. при вращении вала реверсивного двигателя 8 в одном и том же направлении. При изменении направления вращения импульсы преобразователя 9 в схему счета не поступают.

Суммарное число импульсов, сосчитанное счетчиком 13, пропорционально высоте хроматографического пика компонента анализируемого газа. Цифровое значение измеряемой величины, записанное в этом счетчике по команде программного устройства 22, печатается из

ленте электрифицированной печатающей машинки 15.

Благодаря разрешающей способности преобразователя 9 основная погрешность схемы цифровой регистрации результатов анализа не превышает ±1%.

Содержание ключевых компонентов в анализируемом газе регистрируется на диаграммах вторичных приборов 18.

Выходная величина наиряжения преобразователя код-аналог 12, пропорциональная значению измеряемой величины, преобразуется нормирующим преобразователем э.д.с.- ток 16 в пропорциональную ей величину тока. Подключение выхода нормирующего преобразователя к входу соответствующего вторичного регистрирующего прибора осуществляется по команде программного устройства 22 коммутатором 17.

Диаграммная лента на вторичных регистрирующих приборах 18 приводится в движение после окончания цикла анализа газовой смесн и останавливается перед вводом пробы газа в хроматографическую колонку. На каждой диаграмме получают ряд параллельных линий, высота каждой из которых пропорциональна количеству компонента в газовой смеси за соответствующий цикл анализа. Благодаря такой форме записи на диаграммах вторичных приборов 18 при непрерывной работе хроматографа представлена общая картина изменения содержания каждого компонента в анализируемом газе в течение технологического процесса.

Для периодического контроля за работой автоматического хроматографа установлен вторичный регистрирующий прибор 19. На его диаграмме воспроизводится полная хроматограмма анализа газовой смеси, а также контролируется дрейф нулевой линии схемы измерительного моста детектора.

В схему автоматического хроматографа введен электронный двоично-десятичный счетчик времени 14. Датчиком времени служат импульсы переменного тока частотой 50 гц. Перед каждым циклом анализа, в момент ввода пробы газа в хроматографическую колонку, осуществляется иечатание времени на ленте электрифицированной печатающей машинки 15. Команда на печатание поступает от программного устройства 22. Схема программного устройства 22 состоит

из электронного двоичного счетчика, диодного дешифратора и триггеров управления. Электронный двоичный счетчик выполняет функции счетчика времени и работает от импульсов переменного тока частотой 50 гц. На диодном

дешифраторе набирается программа автоматической работы хроматографа. Максимальный интервал времени между командами зависит от числа разрядов счетчика, а минимальный интервал может быть установлен

с точностью ±1 сек. Электрические импульсы, поступающие с диодного дешифратора при работе счетчика, включают триггеры управления, которые осуществляют необходимые переключения в схеме автоматического хроматографа.

Включение программного устройства при автоматической работе хроматографа осуществляется от импульсов электронного двоичнодесятичного счетчика времени, через иитервалы времени, кратные полному циклу анализа газовой смеси.

Предмет изобретения

30

Автоматический хроматограф, содержащий систему подготовки газов, датчик, схему измерения и компенсации сигналов детектора, состоящую из моста, нуль-органа, реверсивного

двигателя, преобразователя угла поворота вала, анализатор знака, схему регистрации результатов анализа, схему автоматической корректировки нуля моста детектора и схему программпого управления, отличающийся тем,

что, с целью повыщения точности измерения, выход нуль-органа схемы измерения и компенсации сигналов детектора подключен к реверсивному двигателю, на валу которого расположен преобразователь угла поворота

вала в пропорциональное ему количество электрических импульсов, выход которого соединен с анализатором знака и двоичным реверсивным счетчиком.