Газоанализатор Советский патент 1981 года по МПК G01N27/14 

(54) ГАЗОАНАЛИЗАТОР

I

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к газоаналитическим приборам, и может быть использовано, в частности, при создании тепловых газоанализаторов.

Известен газоанализатор по теплопроводности, который содержит измерительную мостовую схему, состоящую из измерительных и сравнительных (заключенных в ампулы с газом, соответствующим по составу началу щкалы) термочувствительных элементов, и сравнительную мостовую схему, в плечах которой находятся термочувствительные элементы, заключенные в ампулы с газом, соответствующим по составу началу и концу щкалы. Наличие сравнительного места позволяет скомпенсировать некоторые погрещности измерения 1.

Но такое устройство не защищено от влияния такого важного фактора как наличие неизмеряемых компонентов в анализируемой смеси.

Влияние неизмеряемых компонентов устраняется в газоанализаторе, в котором в сравнительной мостовой схеме по крайней мере один из чувствительных элементов выполнен открытым и помещен в ту же газовую

среду, что и чувствительные элементы измерительного моста, но очищенную от измеряемого компонента 2.

Существенным недостатком обоих описанных устройств является нелинейность выходного сигнала (5н.). что затрудняет его использование в устройствах автоматики, телемеханики и обработки информации.

Наиболее близким к предлагаемому является газоанализатор, содержащий по трак10ту измерения содержания водорода в анализируемой газовой смеси подсоединенную к источнику питания мостовую измерительную схему с измерительными и сравнительными (заключенными в запаянные ампулы с газом, соответствующим по составу началу щкалы) термочувствительными элементами, соединенный с этой схемой через устройство преобразования сигнала измеритель. В устройстве преобразования сигнала производится нормирование, усиление, линеаризация, основанная на принципе кусочно-линей20ной апроксимации, сигнала, поступающего с датчика. Остаточная нелинейность сигнала 5н.я.«0,5% 3.

Недостатком описанного газоанализатора является наличие устройства линеаризации характеристики выходного сигнала датчика, имеющего сложную электрическую схему, обладающую большой трудоемкостью изготовления и настройки, причем настройка производится индивидуально для выходной характеристики каждого датчика и требует периодической проверки и корректировки в процессе эксплуатации. Наличие сложной электронной схемы влечет за собой снижение надежности прибора в целом. Кроме того, устройство линеаризации требует специальных стабилизированных источников питания.

Целью изобретения является увеличение точности анализа при одновременном упрощении, снижении стоимости и улучшении технологичности.

Указанная цель достигается тем,, что в газоанализаторе, содержащем подсоединенную к источнику питания мостовую измерительную схему с измерительным и сравнительным термочувствительными элементами, соединенный с этой схемой через устройство преобразования сигнала измеритель, имеются дополнительный регулируемый источник питания и мостовая измерительная схема, соединенная в устройстве преобразования сигнала с сумматором через управляемый делитель, а на выходе мостовых измерительных схем установлены измерители нелинейности, соединенные через блок сравнения с управляющими входами делителя и дополнительного регулируемого источника питания.

Мостовые измерительные схемы в предлагаемом устройстве обладают различной нелинейностью выходных сигналов при однозначной зависимости каждого из них от концентрации измеряемого компонента анализируемой газовой смеЬи.

Различная нелинейность сигналов достигается, например, за счет различия в режимах питания мостовых схем, в частности UHHT. (Нч.э.) const для одного моста и 1пит. (Нч.э) const для другого моста. Здесь UnuTIHUT - соответственно напряжение и ток питания термочувствительных элементов; Яц.э,- сопротивление термочувствительных элементов. Известно, что относительная нелинейность сигнала в режиме ипит.(Кчз) const не превышает 10%, а в режиме 1пит. (Кцз) const достигает 25%.

На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема газоанализатора; на фиг. 2 - кривые, иллюстрирующие процесс линеаризации характеристики выходного сигнала в устройстве преобразования сигнала.

Газоанализатор содержит стабилизированный 1 и регулируемый 2 источники питания мостовых измерительных схем 3, 4, измерители нелинейности 5, 6, блок сравнения 7, управляемый делитель 8, сумматор 9. Управляемый делитель 8 и сумматор 9 образуют устройство преобразования сигнала 10, выход которого подключен к измерителю 11. На фиг. 2 кривая 12 представляет собой характеристику выходного сигнала ивых.2 мостовой схемы 4, кривая 13 - характеристику выходного сигнала УВЫХ. мостовой схемы 3; кривая 14 - характеристику сигнала Ug(,,jj2 после делителя 8; 15 - характеристика результирующего сигнала Upes

ивы -UbblXiв предлагаемом газоанализаторе мостовые схемы 3, 4 находятся в различных режимах питания чувствительных элементов. За счет этого в произвольно выбранной точке диапазона измерения отклонения характеристик выходных сигналов мостовых схем 3, 4 UBUXI и ивых2 от линейного закона (нелинейности) Д I и Дъ соответственно, таковы, что - 4 Выходные сигналы мостовых схем 3,4 подаются на измерители нелинейности 5, 6 соответственно и в устройство

преобразования сигнала 10. С измерителей нелинейности 5, б информация о величине нелинейностей Л| и z поступает в блок сравнения 7, выдающий управляющий сигнал на регулируемый источник питания 2 и на управляемый делитель 8. Под действием управляющего сигнала с блока сравнения 7 регулируемый источник 2 создает режим питания чувствительных элементов мостовой схемы 4, обеспечивающий оптимальное различие характеристик выходных сигналов Ugtixi и Uebixi- На управляемом делителе 8 устанавливается коэффициент деления К. Преобразованный на делителе 8 сигнал ивых.г KUebaz имеет характеристику 14, у которой нелинейность в произвольно выбранной точке А2 Д. После

сумматора 9 получают сигнал Upes. Uewxi- UBbu.2 (при условии, что Д1 и А 2 одного знака; если режимы питания мостовых схем тактовы, что Л| и А 2 имеют разные знаки, Uptj. Uftbixi + Овыха, например, за счет

« сочетания режимов питания мостовых схем 3 4 Unm. (Кчз) const и Кч.э. (С) const, где С - концентрация анализируемого компонента газовой смеси), характеристика 14 которого практически линейна, что отвечает требованиям, предъявляемым к унифицированным сигналам. Например при величинах в конце диапазона измерения- Ugbix (200 мВ и ивых2 400мВ и , мВ при остаточной нелинейности 8 „ 0,2%. Предлагаемое устройство позволяет без применения сложных электронных схем для преобразования выходных сигналов получить результирующий сигнал с практически линейной характеристикой, удовлетворяющей требованиям, предъявляемым к унифицированным сигналам ГСП по ГОСТ 9895-

69, пригодным для работы в сочетании с устройствами обработки информации и автоматического управления технологическими процессами. Остаточная нелинейность в

несколько раз меньше, чем в известных устройствах. Блочно-функциональная и принципиальная электрическая схемы предлагаемого устройства просты, что обеспечивает выигрыш в стоимости, трудоемкости изготовления, надежности, габаритах и вес газоанализатора.

Формула изобретения

Газоанализатор, содержащий подсоединенную к источнику питания мостовую измерительную схему с измерительным и срав-. нительным термочувствительными элементами, соединенный с этой схемой через устройство преобразования сигнала измеритель, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности анализа, он снабжен дополни м./

/гит/

/

ww. /

ибш. f , сигнал

ИГ. /

тельным регулируемым источником питания и мостовой измерительной схемой, соединенной в устройстве преобразования сигнала с сумматором через управляемый делитель, а на выходе мостовых измерительных схем установлены измерители нелинейности, соединенные через блок ,сравнения с управляющими входами делителя и дополнительного регулируемого источника питания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

.

//

IA7

«« .J

Ulbix.

иг.&