Газоанализатор Советский патент 1981 года по МПК G01N27/02 

(54) ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Устройство относится к аналитичес кому приборостроению и может быть ис пользовано при разработке приборов и систем контроля атмосферы на объ.ектах нефтегазодобывающей и угольной промышленности, контроля содержания газов в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышлен ности и транспорта. Известен газоанализатор, содержащий два регулируелих с помощью усили телей обратной связи моста, в плечи которых включены соответственно рабочий и компенсационный чувствительные элементы. При появлении горючего газа на поверхности рабочего чувстви тельного элемента происходит реакция которая вызывает изменение условий тепломассообмена, что приводит к изменению тока, протекающего через чув ствительный элемент. Изменения тока через чувствительный элемент регистр руются измерительным прибором, включенным между мостами, которыйможет быть отградуирован в единицах концентрации контролируемого компонента W. Недостатком этого газоанализатора является невысокая точность измерений, вследствие нелинейности выходного .сигнала и зависимости ее от температуры окружающей среды, и большое потребление электрической мощности на активных элементах мостов и регулирующих элементах. Известен также тепловой газоанализатор, содержащий источники переменного и постоянного токов, два терморезистора, один из которых размещен в проточной камере, другой в закрытой, подключенные к источникам токов, усилитель переменного тока, измерительный прибор, два ключа, включенные между источниками переменного тока и терморезистором, формирователь импульсов, фазочувствительный выпрямитель, включенный между усилителем переменного тока и измерительным прибором, триггерный делитель частоты, счетный вход которого через формирователь импульсов подключен к источнику переменного тока, а выходы соединены с управляющими входами ключей и фазочувствительного выпрямителя 2 . Недостатками указанного газоанализатора является зависимость выходного сигнала от неизмеряемых компонентов анализируемой смеси и большое потребление мощности.

Известен также термохимический анализатор горючих газов с активвлами и компенсационными термоэлементами, включенными в обособленные измерительных мосты,/усилителями переменного тока, в коллекторную цель оконечных каскадов которых включены измерительные мосты, на входы поданы сигналы разбаланса моста, а базы оконечных каскадов усилителей активного и компенсационного мостов соединены посредством синхронизирующей емкости, либо посредством выходной цепи общего блок интегратора, схемно совмещенного с оконечным каскадом одного из усилителей.

Недостатком этого анализатора является то, что при импульсном регулировании питания чувствительных элементов изменяется частота (до 10 раз импульсов питания, что требует применения широкополосных усилительных устройств и ведет к снижению точност измерений.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является газ анализатор, содержащий рабочий и сравнительный чувствительные элементы, каждый из которых включен в цепь обратной связи, содержащую синфазное усилительно-выпрямительное устройство, подключенное к цепям обратной связи, синхронизирующий генератор, измерительный прибор и источник питания, подключенный к ка;кдому чувствительному элементу через ключ р

Однако данный газоанализатор также не будет обладать высокой точностью и экономичностью.

Цель изобретения - уменьшение потребляемой мощности и повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что в газоанализаторе, содержащим рабочий и сравнительные чувствительные элементы, каждый из которых включен в цепь обратной связи, содержащую синфазное усилительно-выпрямительное устройство, подключенное к цепям обратной связи, синхронизирующий генератор,- измерительный прибор и источник питания, подключенный к каждому чувствительному элементу через ключ, каждая цепь обратной связи снабжена преобразователем тока и задатчиком температуры чувствительного элемента, включенным между Ключом и синфазным усилительновыпрямительным устройством, на выходе которого установлен подключенный к синхронизирующему генератору широтно-импульсный модулятор, соединенный линиями управления с ключом и усилительно-выпрлмительным устройством.

На чертеже приведена одна из возможных схем реализации устройства.

Устройство содержит источник 1 питания, подключенный через ключи 2 и 3 к рабочему 4 и Сравнительному 5 чу

ствительным элементам, к задатчикам б и 7 температуры рабочего и сравнительного элемента и к измерительному прибору 8, преобразователи 9 и 10 тока, усилители 11 и 12 переменного тока, к дифференциальным входам которых подключены выходы преобразователей тока и задатчиков температуры чувртвительных элементов, синфазные выпрямители 13 и 14, подключенные к уси.лителям 11 и 12, широтно-импульсные модуляторы 15 и 16, подключенные к выходам синфазных выпрямителей, синхронизирующий генератор 17, подключенный к запускающим входам широтноимпульсных модуляторов. Усилители пе5ременного тока с синфазными выпрямителями образуют два синфазных усилительно-выпрямительных устройства.

Устройство работает следующим образом.

0

Открыванием ключа 2 управляет широтно-импульсный модулятор 15, на вход которого подается усиленная и выпрямленная разность сигналов от преобразователя 9 тока и задатчика б температуры.

5

При увеличении температуры рабочего чувствительного элемента 4 уменьшается величина проходящего через него импульсного тока. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение сигнала

0 на выходе преобразователя тока, что приводит к уменьшению разности между . сигналом преобразователя тока и задатчика температуры. А это вызывает уменьшение напряжения на выходе син5фазного выпрямителя 13 и уменьшение длительности открывания ключа 2 широтно-импульсным модулятором 15, что приводит к охлаждениюрабочего чувствительного элемента 4. При переох0лаждении элемента 4 происходит обратный процесс. Таким образом, происходит поддержание температуры рабочего чувствительного элемента на уровне, задаваемом задатчиком б температуры.

Аналогично поддерживается темпера5тура сравнительного чувствительного элемента 5. При изменении условий тепломассообмена рабочего чувствительного элемента с окружающей средой,, вызванном появлением анализируемых

0 компонентов в смеси газов, происходит изменение длительности открывания ключа 2, пропорциональное изменению подводимой к рабочему чувствительному элементу 4 электрической мощнос55ти. Это изменение длительности открывания ключа 2 регистрируется измерительным прибором 8, алпрямление сигнала усилителей переменного тока в фазе с сигналом широтно-импульсного

0 модулятора позволяет исключить возникновение автоколебаний температуры чувствительных элементов при достаточно больших коэффициентах усиления.

В качестве задатчика температуры

5 могут быть применены опорные элементы, делители напряжения, обмотки тра сформаторов, электромагнитов, индуктивности, емкости и др., а в качестве преобразователей тока - включенны в цепь электромагнита магнитореэисто ры, оптроны, обмотки трансформаторов и другие элементы, параметры которых зависят от величины протекающего по ним тока. 1 Задатчик температуры чувствительны элементов может быть выполнен регулируемым, а два задатчика могут быть функционально связаны. Такое выполнение позволяет снимать сигналы элементов в функции их температуры. Улучшение точности устройства дос тигается за счет того, что изменение условий теплообмена чувствительных элементов при постоянной их температу ре приводит к равным изменениям их теплоотдачи, что, в свою очередь, вызывает равные изменения длительности открывания ключей, не внося погрешность в результаты измерения. Прямо пропорциональная зависимость между изменением длительности открывания ключа и изменением подводимой к нему электрической мощности позволяет расширить динамический диапазон линейной зависимости выходного сигнала. Предлагаемое устройство обладает повышенной экономичностью, вследствие того, что расходуется энергия в основ ном только на нагрев чувствительных элементов до рабочей температуры за счет исключения из цепи питания элементов, потребляющих электрическую мощность, а также за счет поддержания постоянной их температуры при изменениях условий тепломассообмена. Предлагаемый газоанализатор облада ет более широкими функциональными воз можностями. Разработка на базе предлагаемого устройства переносных приборов анализа газов позволит использовать источники питания с минимальной емкостью. Импульсная форма выходного сигнала, следующего с определенной частотой позволяет применить узкополосные каналы измерения сигнала с высокой точностью. Выходной сигнал предлагаемого газоанализатора также очень просто может быть развязан от искроопасных цепей. изобретения Газоанализатор, содержащий рабочий И сравнительный чувствительные элементы, каждый из которых включен в цепь обратной связи, содержащую синфазное усилительно-выпрямительное устройство, синхронизирующий генератор, измерительный прибор и источник питания, подключенный к каждому чувствительному элементу через ключ, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребля-чмой мощности и повышения точности, каждая цепь обратной связи снабжена преобразователем тока и задатчиком температуры чувствительного элемента, включенным между ключом и синфазным усилитель новы прямит ел ьным устройством, на выходе которого установлен подключенный к синхронизирующему генератору широтно-импульсный модулятор, соединенный линиями управления с ключом и усилительно-выпрямительным устройством. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Троицкий Н.С. и др. Повышение быстродействия термохимических преобразователей с тонкопленочными чувствительными элементами. Измерительная техника. М., 1976, № 8, с. 79. 2.Авторское свидетельство СССР № 553530, кл. G 01 N 27/00, 1974. 3.Авторское свидетельство СССР № 273507, кл. G 01 N 27/00, 1965 (прототип).