Устройство для измерения концентрации взрывоопасных компонентов газовой смеси Советский патент 1980 года по МПК G01N25/32 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в калийных рудниках, на угольных шахтах, нефтеперегонных заводах и других предприятиях, в атмосфере которых возможно присутствие взрывоопасных газовых смесей. Известно устройство для определения концентрации взрывоопасиых компонентов в атмосфере, использующее принцип каталитического сгорания. Оно содержит измерительный мост с рабочими и сравнительными термоэлементамн, помещенными в закрытую камеру, в которую диффузионно или путем просасывания поступает исследуемая газовая смесь, блок питания и вторичный прибор ПЬ Точность измерении в этом устройстве обусловлена изменениями температуры окружающей среды, коэффициентов диффузии и теплопроводности движущейся газовой сме си. С помощью этого устройства определяют наличие и концентрацию одного из компонентов газовой смеси. Присутствие в смеси других взрывоопасных компонентов воспринимается нми, как погрещность, т.е. анализировать на нем многокомпонентную смесь не возможно. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения концентрации взрывоопасных компонентов газовой смеси, содержащее помещенный в закрытую камеру измерительный мост с рабочими и сравнительными термоэлементами, блок питания и.вторичный прибор, включенные соответственно в питающую диагональ,, делящую мост на две ветви и измерительную диагональ моста 2. Однако относительная погрещность при измерении суммарной концентрации велика. Это объясняется тем, что термоэффекты от окисления различных газов на рабочем термоэлементе неодинаковы, и, следовательно, результирующий сигнал в диагонали моста не будет пропорционален суммарной концентрации измеряемых компонентов. Цель изобретения - повышение точности определения суммарной концентрации взрывоопасных компонентов. Это достигается тем, что в устройстве для измерения концентрации взрывоопасных компонентов газовой смеси, содержащем помещенный в закрытую камеру измерительный мост с рабочими и сравнительными термоэлементами, блок питания и вто| нчный прибор, включенные соответственно в пи-. тающую диагональ, делящую мост на две ветви, и измерительную диагональ моста, установлены корректор соотношения сигналов концентрации взрывоопасных компонентов, выполненный в виде двух переменных резисторов, один из которых бегунком и плечами включен в измерительную, а другой - бегунком в измерительную и плечами в питающую диагонали моста, одна ветвь имеет ограничитель рабочей температуры, включенный в вершину моста и связанный бегунком с корректором соотношения сигналов. Кроме того, эта диагональ может подсоединяться к питающей диагонали моста посредством переключателя. Корректор соотношения сигналов позволяет регулировать долю сигнала, полученного при сгорании легковоспламеняемого компонента, а введение ограничителя рабочей температуры в одну из ветвей моста позволяет настраивать термоэлементы этой ветви на легковоспламеняемый компонент газовой смеси. На чертеже изображена принципиальная схема устройства. Устройство имеет блок питания 1, подключенный к питающей диагонали измерительного моста 2, корректор соотношения сигналов 3, у которого резистор 4 включен бегунком и плечами в измерительную, а резистор 5 - бегунком в измерительную и плечами в питающую диагонали моста, и вторичный прибор 6. Корректор соотнощения. сигналов 3 связывает две ветви измерительного моста. Одна из ветвей имеет рабочий термоэлемент 7 и сравнительный 8, настроенные на трудновоспламеняемый компонент газовой смеси. Вторая ветвь имеет ограничитель рабочей температуры 9, включенный в вершину моста между рабочим термоэлементом 10 и сравнительным II, настроенным при помощи ограничителя 9 на легковоспламеняемый компонент газовой смеси. Эта же ветвь подключена к питающей диагонали моста 2 посредством переключателя 12. Термоэлементы моста 2 помещены в закрытую камеру 13. Описанное устройство работает следующим образом. При включении устройства от блока питания 1 на измерительный мост 2 подают напряжение питания, контакты d-f и 1-g переключателя 12 замкнуты. Электрический ток, протекающий через рабочие и сравнительные термоэлементы моста 2, разогревает каждый из них до рабочей температуры. Термоэлементы обоих ветвей моста имеют одинаковые электрические параметры. Однако установившиеся значения тока и напряжения на термоэлементах 10, 11 меньше, чем на термоэлементах 7, 8, за счет наличия в их цепи ограничителя рабочего тока 9. Поэтому и температура термоэлементов 10, 11 устанавливается более низкой, чем у термоэлементов 7, 8. Подают в камеру 13 чистый воздух и роизводят начальную балансировку.моста, .е. выравнивают потенциалы точек а, в н с посредством переменных резисторов 9 и 5. Стрелка вторичного прибора 6 находится в нулевом положении. При этом перемещение бегунка резистора 4 не оказывает влияния на балансировку. Затем подают вкамеру однопроцентную .эталонную концентрацию трудновоспламеняемого компонента, например метана. При этом на термоэлемейте 7 происходит каталитическое окисление метана, что приводит к изменению его начального сопротивления и, следовательно, к появлению сигнала разбаланса в диагонали измерительного моста, который фиксируется прибором 6. . Термоэлемент 10, имеющиу температуру ниже каталитического окисления метана, не реагирует на его присутствие и никакого влияния на разбаланс не оказывает. После продувки чистым воздухом и возвращения моста в исходное состояние, подают однопроцентную эталонную концентрацию легковоспламеняемого компонента, например водорода. .В этом случае каталитическое сгорание происходит на термоэлементах 7 и 10, причем на термоэлементе 7 выходной сигнал будет больше, чем на .термоэлементе 10, за более высокой его начальной температуры. Сигнал от термоэлемента 7 поступает на зажим а и сигнал от термоэлемента 10 с таким же знаком на зажим в измерительной диагонали моста. Потенциалы точек а и в вычитаются, и результирующий сигнал через переменный резистор 4 поступает на прибор 6. Посредством перемещения бегунка резистора 4 приводят показания прибора б к величине, которая была зафиксирована при измерении концентрации метана. Таким образом точно учитывают влияние (погрешность), которое сказывает каталитическое, сгорание легковоспламеняемого компонента на. термоэлементе 7 на величину замеряемой суммарной концентрации бинарной газовой смеси. В рассмотренном случае устройство замеряет суммарную концентрацию взрывоопасных компонентов эквивалентных бинарным газовых смесей в соотношении: TBK-fn BK, где ТВК - трудновоспламеняемый компонент; ЛВК - легковосрламеняемый компонент; п - показатель чувствительности устройства к легковоспламеняемому компоненту меняется в пределах О 4 п 1 Однако на практике часто необходимо замерять суммарную концентрацию при наличии легковоспламеняемого компонента с низким порогомвзрываемости, следовательно, необходимо повысить чувствительность .схемы к этому компоненту по сравнению с чувствительностью к трудновоспламеияемому, т.е. должно выдерживаться соотношение

ТВК + пЛВКпри I « п 4 5 Это достигается путем замыкания контактов h-f и I-g переключателя 12. После чего устройство работает как описано выше, при этом после подачи легковоспламеияемого компонента и его каталитического сгорания на термоэлементах 7, 10 в измерительной диагонали моста происходит суммирование потенциалов точек айв.

Был изготовлен и испытан опытный образец. Проведенные исследования показали, что по основным метрологическим характеристикам опытный образец удовлетворяет требованиям к переносным шахтным газоанализаторам. Относительная приведенная погрешность образца составляет 10°/о по сумме горючих газов в случае применения измерительного (вторичного) прибора с классом точности 1,5.

Формула изобретения

Устройство для измерения концентрации взрывоопасных компонентов газовой смеси,

содержащее помещенный в закрытую камеру измерительный мост с рабочими к сравнительными термоэлементами, блок питания и вторичный прибор, включенные соответственно в питающую диагональ, делящую J мост на две ветви, и измерительную диагональ моста, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения суммарной концентрации компонентов, в него введен корректор соотношения сигналов концентрации взрывоопасных компонентов, выполнен0 ный в виде двух переменных резисторов, один из которых подвижным контактом и плечами включен в измерительную, а другой подвижным контактом в измерительную и плечами в питающую диагонали моста, одна ветвь моста имеет ограничитель рабочей температуры, включенный в вершину моста и связанный подвижным контактом с корректором соотношения сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Патент США № 4028057, кл. 23-254, опублик. 1977.

2. Патент США № 4002249, кл. 214-64, опублик. 1977 (прототип).