Газоаналитическое устройство Советский патент 1981 года по МПК G01D3/24 

1

Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано в автоматизированных системах газового анализа для линеаризации, поверки и градуировки газоанализаторов.

Известно устройство для распределения потоков газов 1.1.

Устройство характеризует низкая точность анализа, слабая чувствительность к изменению контролируемого газового компонента, обусловленные его значительным разбавлением на входе устройства.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является газоаналитическое устройство, в котором повЕлшение чувствительности при работе в следящем режиме производится посредством автоматического выбора и вычисления в процессе анализа новых значений реперных точек, что позволяет при широком диапазоне изменения концентрации исследуемого газового компонента производить его дотированное разбавление в диапайоне на порядок и более меньшем.

Известное устройство содержит первый управляемый вентиль, входные патрубки которого связаны с трубопроводами подачи газов, управляющий вход - с выходом исполнительного механизма, а выходной патрубок - с первым входом смесителя, связанным с датчиком концентрации, выход которого соединен с первыми входами.компаратора и блока памяти, связанного выходом со вторым входом компаратора и с первым входом информационного

0 вычислительного блока, блок регулирования, первый выход которого соединен со вторым входом информационного вычислительного блока 12.

Основным недостатком известного

5 устройства является то, что точность его ограничена в основном точностью дозирования, то есть зависит от выполнения ВЫСОКОТОЧНОГО газораспределительного узла7 что представ0ляет собой значительные трудности.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве осуществлено двух5ступенчатое разбавление эталонной концентрации X «юх, соответствующей концу шкалы преобразователя. Грубое - недозированное разбавление во всем диапазоне шкалы X max-X mm 0-и Точное - дозированное в диапазоне на порядок и более узком, то ест информативным для устройства является лишь канал точного дозировани в котором по коэффициентам К дози рования определяются текущие значения концентрации Х на входе преоб разователя, причем первоначально идет разбавление по каналу точного дозирования насколько это позволяет его диапазон, после чего при достижении границы диапазона вычисляетс и запоминается новое значение репер ной точки, дозирование по этому каналу приостанавливается и включаетс канал грубого разбавления до момент установления выходного сигнала преобразователя равным новому реперном значению, далее описанный цикл повторяется. С этой целью в устройство введен элемент И, понижающий редуктор и второй управляемый вентиль, входные патрубки которого через понижающий редуктор связаны с трубопроводами подачи газов, а выходной патрубок со вторым входом смесителя, причем второй вход регулирования соединен с управляющим входом второго управляемого вентиля, третий выход - со йторым входом блока памяти, через элемент И - со входом исполнительного механизма и с третьим входом информационного вычислительного блока, четвертый вход которого связан с четвертым выходом блока регулирования а выход компаратора подключен ко второму входу элемента И. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - графики, характеризующие работу устройства. Устройство содержит трубопроводы подачи газов 1 и 2 для ввода газа эталонной концентрации Схтах/ соответствующей концу шкалы датчика 3 концентрации - х ач и газа-разбавителя CQ, первый и второй управляемые вентили 4 и 5 соответственно, понижающий редуктор б, смеситель 7, компаратор8, блок 9 памяти, исполнительный механизм 10, элемент 11 И, блок 12 регулирования, включающий исполнительный механизм 13, потенциометр 14, концевой выключатель 15, выключатель 16, клемму 17 ввода пускового сигнала 17, информационный вычислительный блок 18, включающий генератор 19 импульсов, счетчики 20 и 21, цифро-аналоговые преобразователи 22 и 23, элементы И 24 и 25 и компаратор 26, первый и второй выходы 27 и 28 устройства для считывания параметров Vxi,Xi выходной характеристики датчика кон центраций. Для описания работы устройства введены следующие обозначения эталонный газ с концент X тсзл,рацией компонента X, соответствующей концу шкалы датчика концентрации; газ разбивитель (не содержит компонент X); Vx,i Xi параметры выходной характеристики датчика концентрации;Vpi pi- параметры реперных точек; 1,0- - коэффициент дозирования; а - коэффициент понижения редуктора;Vh-Vn-Ki выходной сигнал потенциометра;выходной сигнал потенциометра, находящегося в исходном состоянии; выходной сигнал цифроана- лотового преобразоватео о 23; Nj2 N27 - максимальные емкости счетчиков 20 и 21 и числа, NJ,,NI, записанные в лих. Первый двухвходовый управляемый вентиль 4 предназначен для плавного недозированного изменения (уменьшения) концентрации во всем диапазоне Сктах-;-Сх т1и(по шкале X гиал т«м ). Понижающий редуктор б предназначен для понижения в а раз расходов газов, проходящих через второй двухвходовый управляемый вентиль 5, на выходе которого осуществляется дозированное понижение концентрации компонента в пределах от О на каждом из поддиапазонов. Блок 12 регулирования осуществляет управление вторым двух ходовым управляемым вентилем 5, выдает аналоговый сигнал VH , пропорциональный углу его поворота, управляющие сигналы на пуск исполнительного механизма 10, вычислительного блока 18 и разрешение записи нового значения реперной координаты в блок 9 памяти. Второй исполнительный механизм 13 и второй двухвходовый управляемый . вентиль 5 работают не выключаясь в нереверсивном режиме, в конце кажloro рабочего цикла (конец диапазона регулирования) срабатывает концевой выключатель 15 и наступает зона холостого (нерегулируемого) хода, пройдя которую в канале точного дозирования вновь возобновится дозированное понижение концентрации компонента X в пределах от дй 0. Устройство работает следующим образом. , Перед включением устройства каналы грубого и точного дозирования устанавливают в состояния, обеспечивающие во входном газовом тракте атчика 3 концентрации максимальную концентрацию компонента tnanr вводят в блок 9 памяти соответствуюее ему значение Vpi Vx maxi устанавливают в счетчике 21 число Nc7 Xmax и уравновешивают сигналы на входах компаратора 26 при неизменном значении кода

При эагчыкании выключателя 16 с клеммы 17 ввода пускового сигнала включается второй исполнительный механизм 13 и через размыкагацие контакты концевого выключателя 15 снимается блокировка со счетного входа счетчика 21, происходит включение канала точного дозирования и работы вычислительного блока 18 в следующем режиме.

При постоянной концентрации компонента тах поддерживаемой на первом входе смесителя 7, на втором его входе концентрация будет изменяться от до О, в результате на входе датчика 3 произойдет изменение, концентрации компонента X от X nia до Xmin, Одновременно, с изменением на выходе потенциометра 14 начального установочного сигнала V в к; раз, пропорционально измеjv 1/1 И

няется выходной сигнал VQH - К; (счетный вход счетчика 20 блокиро ван) и соответственно в К4 раз уменьшится значение кода в счет1И7 ке 21 определяемого из выражения

ЦАП.

Так как на первом поддиапазоне , то равенство Vpi обеспечивается изменением текущих значений кода в счетчике 21 в соответствии с выражением

Vpj-N°i-Niz

17 ,,в и . , Ml

V и К N 11

и с учетом первоначально введенного в счет 21 значения Хтах информация о текущей величине компонента X i на выходе 28 устройства принимает вид

достижении границы первого поддиапазона

. a--t

max

max а

срабатывает концевой выключатель 15, блок регулирования 12 и второй двухвходовый управляемый вентиль 5 включаются на время Тхх в режим холостого хода до возобновления следующего цикла.

В течение режима холостого хода через разомкнувшиеся контакты концевого выключателя 15 и через логический элемент 25 И блокируется счетный вход счетчика 21. Через замкнувшиеся контакты концевого выключателя 15 и через логический элемент. 24 И снимается блокировка со счетного входа счетчика 20 и поступает сигнал разрешения записи в блок 9 памяти выходного сигнала датчика ЗV) Vp5 - новое реперное значение, соответствующее значению компонента

o Х Xpi, .зафиксированному в счетчике 21 к моменту начала режима холостого хода. С выхода блока9 памяти на второй вход компаратора 26 поступает сигнал нового значения 5 реперной точки и начинается заполнение счетчика 20 до значения обеспечивающего изменение выходного сигнала УОИ

20

. V° 1,0 .

Von

достаточного для выравнивания сигна5лов при неизменном значе- НИИ кода в счетчике 21. Через логический элемент 11 И происходит пуск первого исполнительного механизма 10 и первого двухвходового управляемого вентиля 4, в результате чего

0 происходит разбавление концентрации компонента на первом входе смесителя 7 до значения ,iiax фиксируемого моментом равенства сигнашов на входах компаратора 8.

5

Таким образом,.к моменту окончания режима холостого хода (.конец, первого цикла воспроизведения на выходах 27 и 28 устройства параметров выходной характеристики датчика

0 3 концентрации в диапазоне У-rna cГ Хкцах)на выходе смесителя 7 значение концентрации компонента X установится равным 9-д X тац. Далее, на следующем втором цикле вocпpoизвeдeния

5 вновь включается канал точного дозирования и при новом реперном значении VPI, Хр2 будет осуществляться аналогичным образом воспроизведение на выходах 27 и 28 устройства выходной характеристики датчика 3 в сле0дующем диапазоне

, . Р

О-1

0-2, max ц

man а

ct

и так далее..

В предлагаемом устройстве точностьвоспроизведения характеристик датчика 3 концентрации в основном зависит от точности дозирования газовых смесей. Включение канала точного дозирования через понижающий в а

раз редуктор расхода смеси при одинаковых точностных характеристиках управляемых вентилей, позволяет в а раз понизить погрешность дозирования на каждом из поддиапазонов, причем суммарная случайная погрешность при ее равномерном распределении уменьшается с увеличением коэффици - ента а редукции (количества поддиапазонов) . Кроме того, как правило, технически легче выполнить высокоточный дозатор смеси в узком диапазоне дозирования для использования его в канале точного дозирования, что позволит еще более повысить эффективность устройства.

Другой основной положительный эффект устройства определяется тем, что на точность воспроизведения характеристики V f(x) датчика концентрации не влияет ее нелинейность, более того, требуемая информация о виде характеристики заключается лишь данными об одной реперНОЙ точке Vpi Vxwan, Это обстоятельство значительно снижает требования к датчикам концентрации, основным узлам газоаналитических систем, не требует большого количесва дорогостоящих эталонных смесей и принятия специальных мер для линеаризации характеристики.

Форйула изобретения

Газоаналитическое устройство, со-; держащее первый управляемый вентиль, входные патрубки которого связаны с трубопроводами подачи газов, управляющий вход - с выходом исполнительного механизма, а выходной патрубок - с первым входом смесителя, связанным с датчиком-концентрации, выход которого соединен с первыми входами компаратора и блока памяти, связанного выходом со вторым входом компаратора и с первым входом информационного вычислительного блока, блок регулирования, первый выход которого соединен со вторым входом информационного вычислительного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит элемент И, понижающий редуктор и второй управляемый вентиль, входные патрубки которого через по1;ижающий редуктор связаны с трубопроводами подачи газов, а выходной патрубок - со вторым входом смесителя, причем второй выход блока регулирования соединен с управляющим входом второго управляемого вентиля, третий выход - со вторым входом блока памяти, через элемент И со входом исполнительного механизма и с третьим входом информационного вычислительного блока, четвертый вход которого связан с четвертым выходом блока регулирования, а выход компаратора подключен ко второму входу элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 586424, кл. G 05 D 7/03, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2581350/18-24,

кл. G 01 О 3/02, 1978 (прототип).

ьоВнобеши ания

КЯтР щ т ( i W7777L-V7777AУ77777 УТТШ WTTTTA

max

- лтах

м

0,

рг

Up3

fl,

PS

Следящем

Jfi на tktxode спесителя 7

I ° 1ентиая Ч

п

Хтах

I

I Сцикла I