Газоанализатор с время-импульсным выходным сигналом Советский патент 1979 года по МПК G01N21/34 

точгак излучения с пвумя излучателями, коммутатор, кювету с анализируемой газовсй смесью 2J. Недостатком такого газоанализатора является довольно сложна:я схема выделения сигнала, включающая исключительно узлы аналогового преобразоватадя, от боль шинства из которых требуется высокая точность преобразования. Отрицательная обратная связь по эталонному сигналу, изменяющая питающее напряжение на источнике радиации, с одной сторонь; имеет глубину, ограничиваемую условиями устой чивости, а с другой стороны компенсирует изменения параметров только оптической, а также той части электронной схемы, которая является общей для рабочего и эталонного каналов. Целью предлагаемого изобретения яв является повышение точности время-импульсного преобразования кокиентрапик анализируемого газа, Она достигается тем, ,что в устройство цополгштельно введены три сравнивающих устройства, входы которых подключе ны к интегратору схемы выделения, CBSзанному с приемником излучения, а выходы через устройство формирования посрецством коммутатора связаны с двумя излучателями источника излучения. Структурная схема предлагаемого газоанализатора с время-импульсным выход ным сигналом приведена на фиг, 1; на фиг. 2 дана диаграмма его работы. Источник 1 инфракрасной радиации состоит из двух излучателей-светодиодов выйсшненных конструктивно в едином корпу се. Источник 1 установлен на входе кюве ты 2с анализируемой .газовой смесью, На выходе кюветы 2 имеется приемник 3 инфракрасной радиации. Электронная схема газоанализатора включает интегратор 4 с ключем пуск 5, три сравниваю щих устройства 6, 7, 8 с блоком 9 опор ных напряжений, устройство 1О формирования и коммутатор 11. Диаграмма, характеризующая работу газоанализатора в целом и соответствующая изменению напряжения на выходе интегратора 4 в первом и втором тактах интегрирования (соответственно кривые 12, 13) и импульсные напряжения с выхоца устройства 10 формирования длител . ностью t (кривая 14) и t (кривая 15), представлена на фиг, 2. В исходном состоянии коммутатор il замкнут на рабочий светодиод, однако излучение отсутствует, так как общая цепь т источника питания разорвана ( J 0), люч 5 замкнут, а выходные напряжения нтегратора 4 и устройства 10 формироания равны нулю. Измерение коьшентрации осуществляется в два такта по методу двухтактного тгегрирования в соответствии с диаграммой, (фиг. 2). В первом такте интегрирования в момент Т подачи импульса пуск от блока управления (на фиг. 1 .не показан) рабочий светодиод подключается к источнику питания и размыкается ключ 5 интегратора 4. Напряжение и„ц на выходе интегратора 4 начинает линейно расти (кривая 12) пропорционально напряжению ДОр разбаланса моста приемника 3 излучения в соответствии с выражени , . г AlJpdt НС j где постоянные интегрирования (фиг. 1). По цостижешш им уровня мент срабатывает 2 .oIDc.cl первое срав ивающее устройство 6 и формирующим устройством 10 начинается формирование измерительного интервала f-f- (кривая 14). Напряжение DH, в момент Tg равно п ±AUpdt; При достижении уров т сня UgB момент Tj срабатывает второе сравнивающее устройство 7 и формирующим 10 устройством заканчивается формирование измерительного интервала i, и начинается формирование измерительного интервала t- (кривая 15), а также осуществляется переключение коммутатора 11 так, что во втором такте излучает уже эталонный светодиод. Напрях ение в момент Sg .цС момента начинается второй цикл измерения. Напряжение на выходе интегратора 4 во втором такте продолжает линейно нарастать (кривая 13) пропорционально другому напряжению AUg разбаланса моста приемника 3 Д UgCe.t H Vi При достижении уровня Ug в момент Т срабатывает третье сравнива ощее устройство 8, и устройством 10 формир вания заканчивается формирование измерительного интервала ifc Л кривая 14). Напряжение Uj в момент Т равно -f f В момент Тд уст о ройство управления замыкает ключ 5,. с нуляя интегратор, прерывает цепь питания светопнодов и переключает коммутатор 11. В момент Tg. заканчивается цикл измерения алительностью t Ц, , и газоанализатор: возвращается в исходное состояние. Опорные напряжения U , 0 U сравнивающих устройств 6, 7, 8 задаются блоком 9 опорных вшпрягкений посред ством резисторного делителя R,, Р, к тотника напряжения (Jg (фиг. 1) и записать Коэффицие гт на зависит от изменений Ug источника напряжения и остается постоянным при действии дестаби лизирующюс факторов, которые в одинако вой мере будут оказываться иа R и С другой стороны справедливы равенс ва От ПОСТОЯННОЙ интегрирования требуется лишь кратковременная стабильност в течение цикла измерения i, t Начала и концы измерительных интервалов времени i. и -fc 2 определяются ерабатьгеанием идентичных между собой срав нивающих устройств 6, 7, 8 погрешности которые оказываются коррелированными между собой. С другой cTopofnbT входные напряжения интегратора ) и дУр фукцио нально связаны с концентрацией О анализируемого компонента в газовой civecH следующим соотношением гдеЗо Дд- интегюивиости соответственно эталонного и рабочего излучателей; - коэффициент поглощения (экстинкция) анализируемого газа5 L - длина оптического пути пот пошения исследуемым газом. Так как излучатели выполнены из одного материала и на единой подложке, то Г1нтен9нвности и.злучателей коррелнрованы г const . Для простоты их можно положить равными друг другу, поэтому величина измеряемой концентрации опрецеляется выражением 1. CU 2 Использование в предлагаемом газоанализаторе режима .интегрирования с тремя уровнями дискриминации (тремя с равнина кяликш устройствами), не требуюшего изменения направления интегрирования, автоматически обеспечивает выделение рабочего и эталонного сигна юв и не требует дополнительных узлов переключения, вычитания н т. д., сигналов, как в прототипе, снижающих точность измерения. В процессе интегрирования повышается отношение сигнал/шу 4 за счет их различнь1х статистических характеристик (для CHrnajiaAUp и AU - постоянны) что снижает влияние шума, в том числе шума приемника и позволяет дополнительно снизить порог чувствительности газоанализатора. Время-импульсное преобразование концентрации позволяет легко и точно произвести кодирование % fo N, 2 O 2 - частота генератора; 1 2 .Г. Это позволяет точно осуществить дальнейшие вычислительные операции уже кодов N и N или ввести информацию непосредственио в ЦВМ. В ско1ютруированном и испытанном макете предлагаемого газоанализатора с время-импульсным выходным сигналом на углекислый газ применен источник излучения, описанный в прототипе. Использование время-импульсной схемы выделения сигнала в сочетании с одноканальной оптической схемсА позволило повысить долговременную стабильность и точность измерения содержания углекислого газа в атмосфере объекта до 1% с пределом измерения ЗО мм рт. ст. и снизить до