ТЕРМОМАГНИТНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР Советский патент 1973 года по МПК G01N27/72 

1

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и предназначено для измерения концентрации парамагнитных газов (в частности кислорода) в газовых смесях.

Известен термомагнитный газоанализатор, содержащий измерительную камеру термоанемометрического типа, магнит с полюсными наконечниками для создан1 Я неравномерного магнитного поля, термочувствительные элементы, измерительную схему и регистрирующий прибор..:

Однако известный термомагнитный газоанализатор термоанемометрического типа имеет большую инерционность, недостаточно высокую точность анализа.

Целью изобретения является увеличение быстродействия и точности анализа.

Для этого между датчиком и регистрирующим устройством включен управляемый выходным сигналом датчик и связанный с ним посредством обратной связи двухпороговый переключатель рода работы датчика.

В анализатор вводят, например, дополнительные источники питания нагревателя и подмагничнвающсп катушки, подключаемых посредством триггорного ключа-переключателя, работа которого зависит от концентрации парамагнитного газа в анализируемой CMCCii. Благодаря этому осуществляется возможность работы термоанемометра в нестацнонарном режиме, который заключается в импульсном подключении, например, нагревателя к дополнительному источнику питания с целью повышения температуры нагревателя с первоначально заданной температурой 7i до тем-пературы Т с последующим охлаждением пбд действием потока термомагнитной конвекции. Для ускорения охлаждающего действия потока с той же частотой включается питание подмагничивающей катущки, установленной на магнитопроводе магнитов, причем катушку подключают К источнику питания в момент отключения дополнительного питания нагревателя.

Нагреватель обладает достаточной мощностью, чтобы время подогрева на температуру ДГ, равную , было мало и постоянно, т. е. не зависимо от скорости потока термомагнитной конвекции. Время охлаждения - величина переменная и зависит от скорости потока термомагнитной конвекцин, что, в свою очередь, зависит от концентрации пара.магннтного газа в смеси. В связи с тем, что частота включения нагревателя - величина, обратно пропорциональная временп охлаждения, частота пыходиого сигнала будет пропорциональна величине входного сигнала, какой является концентрация нарамагпитлого газа.

Таким образом, включение между датчиком и регистрирующим устройством управляемого выход 1ыми- сигналами датчика и связаниого с иим обратной связью хТ.вухпорогового переключателя рода работы датчика позволяет производить периодическое измеиеиие (в зависимости от выходиого сигнала датчика) рода работы этого датчика, иаиример иериодический вывод датчика на рабочий режим. Это позволяет судить о концентрации парамагнитного газа в анализируемой смеси, например, ио частоте включения обмотки иодмагничиваюнхей катушки (либо по частоте включения нагревателя), которая зависит от времени охлаждения нагревателя. Так как измерение частоты осуществляется с точностью, превосходящей точность измерения темиературы, то точность показаний газоанализатора в целом увеличивается. Кроме того, ирибор с выходным сигналом, промодулированным по частоте, обладает значительно меньщей инерционностью по сравнению с инерционностью известного анализатора.

Изобретение пояснено чертежами.

На фиг. 1 приведена блок-схема термомагнитного газоанализатора; на фиг. 2 - кривая а изменения во времени концентрации парамагнитного газа в смеси, кривая б температуры нагревателя, кривая в напряженности магнитного поля и кривая г частоты выходиого сигнала; на фиг. 3 - вариант принципиальной электрической схемы газоанализатора.

Термомагнитный газоанализатор содержит измерительную камеру / (фиг. 1), в которой расположены два термочувствительных элемента моста 2, и измерительную схему, содержащую переключающее устройство 3 с блоком 4 реле и источники питания 5 моста, нагревателя 6, подмагничивающей катушки 7, переключающего устройства с блоком 8 реле. Выходной сигнал газоанализатора регистрируется измерительным прибором 9 и.поступает на вход электронно-вычислительлой машины 10.

Измерительная камера // (фиг. 3) содержит входной 12 и выходной 13 штуцеры для подачи анализируемого газа, обводные каналы 14 и измерительный канал 15. В нем поток термомагнитной конвекции, созданный неравномерным магнитным полем магнитов 16, соедииенных магнитопроводом 17, и градиентом температурного поля нагревателя 18, омывает термочувствительный элемент 19.

Неравномерность магнитного иоля создается полюсными наконечниками 20 магнитов 16, на .магнитопровод которых надета подмагничиваюи ая катушка 21. Катушка 21 запитывается от источника 22 постоянного тока через контакты 23. Нагреватель 18 намотан на термочувствительный элемент 19, иредварительно покрытый тончайшим слоем электроизоляционного покрытия, а второй термочув ствительный элемент 24 свободен от нагревателя. Он расположен вблизи входного штуцера 12 и служит для компенсации температурной погрешности.

Нагрезатель IS запитывается от двухсекционного источника 25 через контакты 26 и 27. 5 Резисторы 28 и 29 вместе с термочувствительными элементами 19 и 24 составляют мостовую схему, запнтываемую от источника 30 тока. Сигнал разбаланса моста 2 (фиг. 1) поступает на нереключаюи ее устройство 3, со10 бранное на транзнсторах 31 и 32, резисторах 33, 34, 35, 36, 37. 38, причем резисторы 34 п38 переменные. Блок 4 реле включает в себя реле 39 (с контактами 40, 41), 42 (с контактами 26, 27), 43 (с контактом 23} и резисто15 ры 44 и 45.

Переключающее устройство 5с блоком. 4 реле запитывается от источника 46 питания. Выходной сигнал, снимаемый с переключающего устройства 3, поступает на измерительный прибор 9 и вход электронно-вычислительной мащины 10 (фиг. 1).

Подмагничивающая катущка 21 установлена так, чтобы создаваемый ею поток магнитной индукции совпадал по направлению с 25 магнитным потоком магнитов 16. Кроме того, двухсекционный источник 25 питания при замыкании контакта 27 позволяет нагревателю 18 нагреться до и при замыкании контакта 26 (при этом контакт 27 разомкнут) - 0 до 180°С.

Термомагнитный газоанализатор работает следующим образом.

Термомагнитная составляющая анализируемого газа, попадающая в приемный преоб5 разователь, под действием неравномерного магнитиого поля втягивается в область наи.высшей напряженности. Однако нагреватель повышает температуру газа (до ), в результате чего его парамагнитные свойства 0 резко снижаются. Нагретый газ выталкивается из области наивысщей напряженности более холодным газом. Таким образом создается термомггнитная конвекция. Скорость потока термомагнитной конвекции зависит от кон5 центрации парамагнитного газа и определяется термоанемометрическим способом. Темиературные условия потока контролируются термочувствительными элемента.ми (в частности термисторами), причем термочувстви0 тельный элемент 19 контролирует температурные условия в измерительном канале 15, а элемент 24 реагирует иа температуру и расход анализируемого газа. Сигнал разбаланса моста, собранного на термочувствительных 5 элементах 19 и 24 и резисторах 28, 29, поступает на переключающее устройство 3, которое запитывает реле 39. Реле 39 своими контактами 40 и 41 включает реле 42 и отключает реле 43, при этом замыкаются контакты 26 0 и размыкаются контакты 27 и 23. Таким образом, включается дополнительное питание нагревателя 18 и одновременно отключается питание подмагничивающей катущки 21, тем самым уменьшается напряженность магнитного поля в измерительном канале.

Температура нагревателя (фиг. 26) повышается на величину ЛГ и достигает температуры Та, равной 72 71+ДГ, где Ti-первоначально заданная температура. Время, заданное на нагрев нагревателя до температуры TZ. мало и постоянно, так как нагреватель обладает большой мощностью, а время практически не зависит от скорости потска термомагнитной конвекции (на фиг. 2 б время нагрева обозначено i). В момент включения нагревателя переключающее устройство отключает питание подмагничивающей катушки.

При достижении нагревателем температуры TZ сигнал с выхода моста снимется, переключающий несимметричный триггер Шмидта, в результате чего реле 39 обесточится, выключив своими контактами 41 реле 43. Реле 43 своими контактами включит питание подмагничивающей катушки, а реле 42 своими контактами 26, 27 отключит питание нагревателя 18. Под действием потока термомагнитной конвекции нагреватель охладится за время, обозначенное через tz, до температуры Ti (фиг. 26), Бри этом с моста снимется сигнал, переключающий устройство 5 и вновь включающий нагреватель 18 к источнику 25 питания. После этого цикл возобновится.

Диапазон изменения температуры АГ (а значит и диапазон изменения величины выходного сигнала моста) регулируют резисторами 34 и 38, каждый из которых устанавливает порог срабатывания переключателя рода работы датчика.

С увеличением концентрации q парамагнитного газа (фиг. 2 а) увеличивается скорость потока термомагнитной конвекции, следовательно улучшается процесс теплообмена между нагревателем и потоком и уменьшается время tz, необходимое для охлаждения нагревателя на температуру AT. С уменьшением времени охлаждения увеличивается частота f (фиг. 2 г) В ключсиня и нагревателя (или подмагничнвающеи катушки). На выходе газоанализатора появляется сигнал, пропорциональный -концентрации парамагнитного газа (фиг. 2а, г).

Таким образом, на выходе -прибора мы получим импульсный сигнал, легко вводимый в ЭВМ, причем с высокой точностью определения концентрации парамагнитного газа.

Кроме того, значительно уменьшается инерционность газоанализатора, что очень важно при измерениях быстроменяющихся техноло гических процессов и в медицине.

В предложенном термомагнитном газоанализаторе переключающее устройство и блок реле могут быть залгенены любым устройством, соответствующим предмету изобретения.

0 Прр этом переключатель рода работы может управлять либо только «агревателем (при этом электромагнит не отключается), либо только электромагнитом (при этом Нагреватель не отключается), а также нагреватель и

подмагничивающая «атушка могут включаться либо синфаз-но, либо со сдвигом фаз (от О до 2л).

Предмет изобретения

Термомагнитный газоанализатор, состоящий из датчика и регистрирующего устройства, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и точности анализа, датчиком и регистрирующим устройством включен управляемый выходным сигналом датчика и связанный с ним посредством обратной связи двухпороговый переключатель

рода работы датчика.

a

Фиг.1.

0 Т Гг

Т,

тш

О

н

.rnmMiiwm

н, Н,

Фи г. 2.

0U2.J те