Газоанализатор Советский патент 1980 года по МПК G01N25/32 

Изобретение относится к газоаналитичес сим приборам автоматического контроля газовоздушных сред, применяе мым в геологии, угольной и газовой промышленностях, горноспасательной технике. Известен термохимический анализатор горючих газов, содержащий активный и компенсационный термоэлементы в обособленных измерительных мостах, включенных непосредственно в коллекторную цепь оконечного каскада усилителя переменного тока, на вход которо го через трансформатор подан сигнал разбаланса моста 1. Недостаток указанного анализатора зак.71ючается в малой устойчивости устройства и пониженной точности измерения при дистанционном выносе термоэлементов датчика.Повышенный ра ход мощности на плечевых резисторах измерительных мостов и питание от ис точника напряжения с малым внутренни Сопротивлением снижают искробезопасность устройства. Цель изобретения - повышение усто чивости и точности измеренияпри дистанционном выносе датчика, а такж снижение потребляемой мощности. Поставленная цель достигается тем/ что газоанализатор дополнительно содержит автономный источник переменного напряжения,в каждую из цепей регулирования введены последовательно соединенные синфазный детектор и усилитель постоянного -тока, причем вход каждого из синфазных детекторов подключен к выходу соответств ВДего усилителя переменного напряжения, а выход каждого из усилителей постоянного тока и выход автономного источника переменного напряжения подключены к питающей диагонали соответствующего измерительного моста. Смежные плечи измерительных мостов выполнены в виде полуобмоток дифференциального трансформатора. На фиг. 1 представлена блок - схема газоанализаторов; на фиг,2 - электрическая принципиальная схема. Газоанализатор содержит камеру 1 сгорания, сравнительные резисторы 2 и 3, дифференциальные трансформаторы 4 и 5, усилители 6 и 7 переменног го напряжения, синфазные детекторы 8 и 9, усилители 10 и 11 постоянного тока, конденсаторы 12 и 13, трансформатор 14, автономный источник 15 переменного напряжения, источник 16 питания постоянного тока, индикатор i/. В камере 1 сгорания размещены активный термоэлемент 18 и компенсационь ьг термоэлемент 19,

Газоанализатор с;остоит из двух симметричных измерительных цепей переменного тока, соответственно относящихся к активному 18 и компенсационному 19 измерительным термоэлементам.

Каждая из измерительных цепей представляет собой мост, в смежные плечи которого включены полуобмотки соответствующего дифференциального трансформатора 4 (5), выделяющего сигнал разбаланса этого моста, Други плечи моста составлены термоэлементо 8 (19) и одним из сравнительных резисторов 2 (3). Величина разбаланса зависит как от соотношения резисторо 18 (19) и 2 (3), так и от амплиту,цы переменного напряжения повьлдюнкой частоты, подаваемого через трансформатор 4 (5) на измерительный мост от автономного источника 15„ Сигнал разбаланса, усиленный усилителем 6 (7) переменного напряжения, подается на вход синфазного детектора 8 (9), который преобразует переменное напряжение в постоянное и осуществля слежение за фазой этого напряжения, подаваемого на вход усилителя 10 (11 постоянного тока. С выхода усилителя 10 (11) постоянного тока-напряжение пропорциональное величине разбаланса подается к питающей диа.го -1али измерительного моста, разогревая термоэлемент 18 (19) до требуемой теыпе-.ратуры.

Таким образом, напряженке постоянного тока, накаляющее, термоэлемент, однозначно зависит от-сигнала разбаланса моста, а следовательно, при заданном значении сравнительного резистора 2 (3) от величины сопротивления, а значит и от температуры термоэлемента 18, изменение которого вызывает пропорциональное изменение накального напряжения таким образом, что возникает отрицательнггя обрггтная связь по контролируемому параметру термоэлемента.

Наличие отрицательной обратной связи позволяет поддерживать темпера туру термоэлемента на неизменном уровне при любЫ1- возмущениях на термоэлемент ,

,Цля исключения влияния на нагрев термоэлемента переменного напряженки автономного источника 15 а ллитуда последнего выбирается на порядок ниже накального, снимаемого с усилителя 10 (11) постоянного тока.

Постоянный ток накала,- проходя по встречно включенным обмоткам дифферециального трансформатора 4 (5), не оказывает Бпияние на измерительных мостов по переменной составляющей напряжения. И1унтирование конденсатором 12 (13) выхода усилителя 10 (11) постояннох о тока устраняет влияние внутреннего сопротизления усилителя на амплитуду сигнала переменного напряжения, подаваемого на измерительную цепь с автономного источника 15 переменного напряжения,,

В случае дистанционного выноса датчика, когда в плечи измерительного моста подключена длинная линия с распределенными параметрами, прохождение сигнала постоянного тока по ней не вызывает дополнительных возмущений, мешающих работе устройства. Тем более что на выходе усилителя б (7) переменного напряжения включен синфазный детектор 8 (9), имеющий большую инерционность(т: 0,1-0,15 с ), Это инерционное звено срезает все высокочастотные составляющие сигнала разбаланса, исключая возможность возбуждения системы измерения.

Включение в плечи измерительной цепи вместо сравкисельных резисторов полуобмоток трансформатора позволяет снизить потребляемую измерительными цепями мощность накала.

Газоанализатор, выполненный по предлагаемой электрической схеме, работает следующим образом.

Подачей питающего напряжения запускается источник переменного напряжения 15, в результате чего на выходе измерительной цепи на вторичной обмотке трансформатора 4 (5) возникае переменное напряжение разбаланса, определяемое несоответствием сопротивлений сравнительного резистора 2 (3) и термоэлемента 18 (19), который находится в холодном состоянии и имеет малое сопротивление. Поступившее на измерительную цепь с усилителя 10 (11) постоянное напряжение накаляет термоэлемент до Т€;мг ературы, определяемой величиной резистора 2 (3), Аналогично происходит нагрев и компенсационного термоэлемента 19, имеющий отдельную цепь регулирования и предназначенного для снижения погрешности измерения, вызываемой изменением параметров окружающей сре.цы. При появлении в измеряемой газовоздушной среде анализируемого газа температура активного термоэлемента 18 в результате, например - термокаталитического горения на нем газа стремится превысить заданный уровень, в то время как температура компенсационного термоэлемента остается неизменной. Это приводит к снижению переменного напряжения разбаланса измерительной цепи, снимаемого с трансформатора 4 (5) и связанного с ним постоянного / напряжения накала снижая температуру активного термоэлемента 18 до прежнего значения.

Термоэффект каталитического горени газа на активном термоэлементе 18 эквивалентен изменению протекающего черея термоэлемент тока накала, по величине которого судят о концентрации газа. Индикатор 17, измеряющий разность накальных напряжений активно го 18 и компенсационного 19 измерительных термоэлементов, градуируется непосредственно в единицах измерения концентрации газа. Предлагаемый газоанализатор отличается малой инерционностью процесса термокаталического преобразования анализируемого газа, повышенной точностью измерения при дистанционном выносе датчика и малой потребляемой измерительными мостами мощностью. Формула изобретения , 1. Газоанализатор, содержащий акти вный и компенсационный термоэлементы датчика, соединенные через обособлен ные измерительные мосты с j усилителям переменного напряжения замкнутой сие темы автоматического регулирования баланса мостов, отличающий с я тем, что, с целью повышения устойчивости и точности измерения пр дистанционном выносе датчика, газоанализатор дополнительно содержит автономный источник переменного напряжения, а в каждую из цепей регулирования введены последовательно соединенные синфазный детектор и усилитель постоянного тока, причем вход каждого из синфазных детекторов подключен к выходу соответствующего усилителя переменного напряжения, а выход каждого из усилителей постояйного токаи выход автономного источника переменного напряжения подключены к питающей диагонали соответствующего измерительного моста. 2. Газоанализатор по п. 1, о т л ичающийс я тем, что, с целью снижения потребляемой мощности, два смежных плеча измерительных мостов выполнены в виде полуобмоток дифференциального трансформатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство .СССР № 273507, кл. G 01 N 25/32 1968 (прототип).

Фиг./