Способ измерения состава газов Советский патент 1982 года по МПК G01N11/00 

(5) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВА ГАЗОВ

Изобретение относится к измериiтельной технике и может быть использовано для анализа состава газов, например, в помещениях при производстве полимеробетоиных композиций стр ительных изделий, а также при автома тизации научных исследований с применением средств цифровой вычислительной техники. Известен способ измерения состава газов, основанный на эффекте взаимодействия двух струй: струи сравнительного газа постоянного состава и струи анализируемого газа, вытекаю щих из сопел при постоянной скорости истечения анализируемого газа и постоянном давлении истечения сравнительного газа, направленных навстречу друг другу, в котором измеряют изменение скорости истечения сравнительного газа и по результатам судят о составе . Недостатком известного способа является то, что скорость истечения сравнительного газа регистрируется в аналоговой форме и обратно пропорционально зависит от состава гайа. Известен также способ измерения состава газов путем сравнения давлений торможения р приемных каналах струй анализируемого и сравнительного газов, в котором, с целью получения дискретного сигнала, давление сравнительного газа перед приемным каналом изменяют скачкообразно, а давление сравнительного газа в камере, включенной последовательно с приемным каналом - экспоненциально, замеряют временной интервал достижения равенства указанных давлений торможения и по нему судят о составе газовС23. Недостатком этого способа является низкая чувствительность и значительная погрешность измерения состава газов из-за наличия дополнительного канала со сравнительным газом, требующим стабилизации давления. 39 Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения состава газов путем сравнения давлений анализируемого газа до и после ламинарного дросселяГЗ. Недостатком известного способа является низкая точность измерения состава газов, обусловленная тем, что замеряемый перепад давления на дросселе зависит от колебаний входного и выходного давлений анализируемого газа и формируется в аналоговой форме, что сужает обдаст ь применения способа, а именно исключает возможность использования дискретных информационно-измерительных систем контроля и управления. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения влияния колебаний входного и выходно го давлений на формируемый информативный сигнал. Указанная цель достигается тем, что давление анализируемого газа до ламинарного дросселя изменяют скачко образно и по времени достижения равенства этого давления с давлением в камере, включенной последовательно с ламинарным дросселем, определяют состав газа. На фиг. 1 представлена блок схем устройства, реализующего способ изм рения состава газов, на фиг. 2 - вр менная диаграмма работы устройства, где Т 1,5 с для 50 состава азотоводородной смеси, Tij Г,8 с для 62% и T-J 2, с для 80% состава этой смеси. Способ измерения состава газов осуществляется следующим образом. При включении пусковой кнопки 1 срабатывает управляемый ею клапан 2 который разобщает с линией 3 атмосф ного давления и сообщает с линией анализируемого газа последовательно соединенные ламинарный дроссель 5 и камеру 6 постоянного объема, вызыва тем самым скачкообразное изменение давления перед дросселем 5. Включение кнопки 1 одновременно приводит счетчик 7 импульсов в исходно состояние, а также вызывает срабаты вание триггера 8, открывающего ключ и начинается запблнение счетчика 7 импульсами опорной частоты от генератора 10. Скачкообразное изменение давления Pgy анализируемого газа перед ламинарным дросселем вызывает изменение давления Р0ь|у в камере 6, которое будет изменяться до значения Рд„ по экспоненциальному закону в соответствии с уравнением выу Рву(), где fe - время, характеризующее величину давления анализируемого газа в камере 6, в данный момент времени, Т - постоянная времени, определяемая параметрами дросселя 5 .и камеры 6. Постоянная времени последовательно соединенных дросселя 5 и камеры 6 при постоянной температуре анализируемого газа, характеризует время, ,за которое давление в камере 6 достигает значения, равного входному давлению перед дросселем 5, и определяется выражением где V - объем камеры 6, R - газовая постоянная, 0- температура анализируемого 1- проводимость дросселя 5. Проводимость ламинарлого дросселя при малых перепадах давления на нем зависит от состава газов и характеризуется выражением вида V Тч в- I lift IZ где d и 0 - соответственно диаметр и длина ламинар. ного дросселя 5, р М - соответственно плотность и вязкость анализируемого газа. Подставив выражение значения про(водимости k дросселя в выражение постоянной времени Т, и считая, что размеры камеры 6 и сопротивление дросселя 5 не зависят от температуры, постоянную времени получим в виде Т - Q tjTd cepПо истечении интервала времени tx ЭТ давление за ламинарным дросселем будет равно давлению анализируемого газа, и элемент 11 сравнения вырабатывает сигнал на переброску 5 iтриггера 8 и закроет ключ 9- При этом одновременно срабатывает клапан 2 и анализируемый газ из внутренней полости камеры 6 истекает через линию 3 в атмосферу, чем обеспечивается подготовка устройства к сле дующему циклу измерения. Интервал времени от момента скачкообразного изменения давления перед дросселем 5 до момента выравнивания давления за ним будет зависеть от проводимости дросселя 5 и, следовательно, состава газа, и определения путем заполнения его импульсами опорной частоты. При изменении соетава газа будет изменяться проводимость дросселя 5 и, как следствие этогоубудет изменяться проводимость дросселя 5 и постоянная времени coi- ласно выражению Т, графическая интерпретация изменения которой показа на на фиг.2. Динамический диапазон работы устройства для реализации способа измерения состава газов определяется .герметическими параметрами дросселя 5 и камеры 6, которые могут выбираться в соответствии с желаемыми метрологическими показателями работы конкретной информационно-управляю щей системы. Таким образом, в способе выходной информативный сигнал - временной инте вал - не зависит от колебаний входно

3 го и выходного давлений анализируемого газа (зависимость , кроме того, формируется в виде временного сигнала, который может быть измерен высокоточными измерителями. Применение изобретения позволит увеличить точность в 2,5 раза. Формула изобретения Способ измерения состава газов путем сравнения давлений анализируемого газа до и после ламинарного дросселя, отличающийся тем, что,с целью повышения точности измерения давление анализируемого газа до ламинарного дросселя изменяют скачкообразно и по времени достижения равенства этого давления с давле-. нием в камере, включенной последовательно с ламинарным дросселем, определяют состав газа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 N 11/00, 19б5. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 278 4611/,кл. G 01 N11/00, 3. Булгаков Б.Б., Кубрак А.И. невмоавтоматика. Киев, Техника, 1977, с. , рис.78.

Рв

Фи1.2