Газоанализатор Советский патент 1981 года по МПК G01N27/16 

(54) ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Устройство относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при разработке анализаторов концентраций углеводородных и других горючих газов в воздухе.

Известно устройство для газового анализа, использующее в качестве чувствительного злемента термокаталитический датчик, который представляет собой терморезистор, выполненный из каталитически активного материала или с покрытием, на который нанесен каталитически активный слой. При протекании гетерогенно-каталитической реакции на этих чувствительных элементах выделившееся тепло, пропорциональное измеряемой концентрации горючего газа, определяется по изменению сопротивления терморезистора или по изменению электрической мощности, подводимой к чувствительному элементу и необходимой для нагрева его до определенной температуры 1.

Однако данное устройство обладает невысокой точностью при анализе смесей горючих газов, вследствие различия: теплового эффекта их сгорания, диффузионных и тепловых их свойств, различной активности катализаторов к индивидуальным газам и др.

Известно устройство, в котором, с целью повьжаения точности измерения степени взрывоопасности горючих газов, путем набора катализаторов, обеспечивакяоих одинаковое суммарное тепловыделение в устройстве, содержащем термокаталитический чувствительный элемент и измерительную схему, чувствительный элемент выпсхпнен не менее чем из двух различных по чувствительности, начальной температуре катализа и величине контактной поверхности катализатора электрически соединенных частей {.2.

Недостатком данного устройства является сложность подбора катализаторов, обеспечивающих одинаковое суммарное тепловыделение при одинаковых взрывоопасностях смесей и трудность изготовления чувствительного элемента.

Наиболее близким к изобретению является газоанализатор, содержащий подключенное к измерительной схеме запоминающее устройство, термокаталитический датчик, подключенный к измерительной схемечерез-ключ, устройство вычитания сигналов, входы которогч подключены к измерительной схеме и запоминающему устройству.

енератор, выход которого подключен; входам управления ключа и запомиающего устройства 3.

Но и этот газоанализатор не облаает высокой точностью.

Цель изобретения - повышение точости измерений.

Указанная цель достигается тем, то известный газоанализатор, состощий из подключенного к измерительой схеме запоминающего устройства, ермокаталитического датчика, подключенного к измерительной схеме через ключ, устройства вычитания сигналов, входы которого подключены к измерительной схеме и запоминающему устройству, генератор, выход которого подключен к входам управления ключа и запоминающего устройства содержит устройство дифференцирования логарифма сигнала, вход которого подключен к выходу устройства вычитания сигнала, а выход подключен к измерительной схеме.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит термокаталитический датчик 1 включенный через контакты реле 2 в мостовую схему, состоящую из резисторов 3-5 таким образом, что поддерживаются постоянным его сопротивление и температура с помощью усилителя 6 обратной связи, входящего в состав измерительной схемы, путем регулирования напряжения питания моста. Включением термокаталитического датчика управляет реле 2, на управляющую обмотку которого подается напряжение от генератора 7. Управляющее напряжение от генератора поступает также на управляющий вход 8 запоминающего устройства 9, на вход 10 запоминания которого подается сигнал напряжения питания моста. Генератор с реле образуют устройство включения датчика. Выход запоминающего устройства подключен через резистор 11 на инвертирующий вход операционного усилителя 12. На этот же вход усилителя 12 подключен через резистор 13 выход усилителя 6. Усилитель 12 с масштабирующими резисторами 13-15 образуют вычитающее устройство. Выход усилителя 12 подключен к измерительному прибору 16 и через резистор 15 к инвертирующему входу усилителя 17, в цепь обратной связи которого включен нелинейный элемент 18.

Нелинейный элемент 18 подбирают таким, чтобы он обеспечивал логарифмование входного сигнала, поступающего на резистор 15. Например, в качестве нелинейного элемента 18 может быть использован полупроводниковый диод.

Выход усилителя 9 через конденсатор 19 подключен к инвертирзпощему входу операционного усилителя 20, в

цепь обратной связи которого включен, резистор 21.

Усилители 17 и 20 с элементами 15 и 18, 19и21с вышеописанной схемой включения образуют устройство дифференцирования логарифма сигнала. Выход усилителя 17 подключен к измерительному прибору 22, входящему в состав измерительной схемы.

В состав измерительной схемы входит также источник опорного напряжения 23 и измерительный прибор 24, /включенный между источником опорного напряжения 23 и выходом усилителя. В качестве источника опорного напряжения может быть использовано напряжение системы авторегулироваиия температуры сравнительного элемента, имеющего с термокатгшитическим датчиком одинаковые тепловые и электрические характеристики, не имеющего каталитического покрытия.

Устройство работает следумщим образом.

В отсутствие анализируемого газа опорное напряжение .иа выходе источника опорного напряжения 23 устанавливают таким, чтобы измерительный прибор 24, показывающий разность между напряжением источника опорного напряжения и напряжением питания моста с термокаталитическими датчиками,

0 показывал значение,равное нулю. В присутствии анализируемого газа, вступающего в гетерогенно-каталитическую реакцию на поверхности термокаталитического датчика, напряжение питания моста с термокаталитическим датчиком изменится на величину, пропорциональную тепловому эффекту реакции, вследствие уменьшения необходимой электрической мощности для нагрева датчика до выбранной температуры, и измерительный прибор 24 показывает величину, пропорциональную концентрации анализируемого газа.

Сигналом генератора производится отключение датчика на время, достаточное для установления равновесной концентрации анализируемого газа вокруг термокатали ического датчика. В этот момент запоминающим устройством, управляющим сигналом от устройства включения датчика, производится запоминание установившегося значения напряжения питания моста с термокаталитическим датчиком При реакции анализируемого газа на его поверх5ности.

При включении датчика происходит его быстрый нагрев до температуры начала реакции, на поверхности термокаталитического датчика и на выходе вычитающего устройства ВУ и на измери0тельном приборе 16 будет напряжение, пропорциональное разности концентраций анализируемого газа у поверхности термокаталитического датчика в момент переходного процесса и при установившемся режиме реакции, а на выходе устройства дшфферемцирования логарифма сигнала и измерительном приборе 22 будет напряжение, величина которого пропорциональна показате лю степени экспоненты, характеризуюцему установление равновесия. Ангшиэ известных работ в газовом анализе и наим исследования переходного процесса aнaлизиpye шй газ-термокаталитический датчик при начале реакции для.различных газов и различ ных внешних условий показывают, что 1выходиой сигнал Uewx датчика описывается вьфажением: Uftyx-Ooll-KU-e )}, где Up - начальное значение сигнала V - время. Козффициент К определяется геометрией системы и пропорционален чув .ствительности датчика. Величина -определяется в основном коэффициентом диффузии газа и геометрией системы. Таким образом, с помощью прибора 16, показывающего максимальное значение сигнала переходного процесса установления равновесия, определяется чувствительность термокаталитичес кого датчика. А измерительный прибор 22 показывает значение, пропорциональное коэффициенту , т.е. величнну, пропорциональную коэффициенту диффузии анализируемого газа. При анализе смесей газов с помощью описанной схемы определяется их компонентный состав, по показаниям прибо ров 16, 22 и 24, их концентрации. Данное устройство может быть при менено при разработке приборов и си тем контроля взрывобпасности атмосферы на предприятиях нефтяной, газо вой, угольной и химической промышленности. Периодическая проверка чувствительности газоаналнзатора дает возможность его применения на объектах, где возможно отравление чувствительных элементов. Устройство может быть применено при разработке приборов контроля попутных нефтяных газов и газов, выходящих из бурового раствора, так как дает возможность определять их компонентный состав. Формула изобретения Газоанализатор, содержащий подключенное к измерительной схеме запоминающее устройство, термокаталитический датчик, подключенный к измерительной схеме через ключ, устройство вычитания сигналов, входы которого подключены к измерительной схеме и запоминающему устройству, генератор, выход которого подключен к входс1М управления ключа и запоминаю- щего устройства, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен устройством дифференцирования логарифма сигнала, вход которого подключен к выходу устройства вычитания сигнала, а выход подключен к измерительной схеме. Источники информации, принятые во внимание при зкспертнзе 1.Тхоржевский В.П. Автоматический аналнз газов и Жидкостей на химических предприятиях. М., Химия,1976, с.76. 2.Авторское свидетельство СССР № 457915, кл. G 01 N 27/16, 1975. 3.Соколов В.А. и Юровский Ю.М. Теория и практика газового каротажа скважнн М., Гостоптехиздат, 1961, с.243,(прототип).