Газоанализатор

 

1. ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержащий расположенные последовательно по ходу пуча источник инфракрасного иэ пучения, измеритепьную кювету, рабочую и сравнительную пучеприемные камеры с установленными в них термочувствитепьными элементами, рабочий и сра&нвтепыалй измерительные каналы, включающие рабочий и сравнительный мосты переменного тока с включёнными в них термочувствительными элементами, последовательно соединенные усилитель ВЫСО- кой частоты, синхронный детектор высокой частоты, избирательный усилитель в синхронный детектор низкой частоты, суммирующее устройство и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности показаний гаэоанапизатора, он дополнительно содержит фильтр постоянной составляющей эпектрияеского сиг нала с двумя выходами, вход которого связан с выходом синхронного детектора высокой частоты сравкитепьшго ипи рабочего канала, а першлй выход - с входом суммирующего устройства. 2. Газоанализатор по п. 1, о т п вчдющийся тем, что, с иелью повышения температурной стабйпьносги коэффициента преобразоваввя гаэоашп затора , он содержит допопнитепьное суммирующее устройство и устройство умножения , при этом второй выход фильтра постоянной составляющей эпектричесхого сигнала связан через суммирующее yci ройство с устройством умножения, соединенным с регистрирующим прибором. &д СП 00 СО

СОЮЗ .СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Ю (11)

peg О 018 21/61

6

II

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ"";:, . ю, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ (21) 3291768/18-25 (22) 25.05.81 (46) 15.08.83. Бюп. l4 30 (72) Л,C.Àíòèïîâ (53) 543.27 (088.8) (56) 1. Авторское. свидетельство СССР

% 693175,.кп. О Ol.é ..21/35, 1979.

2. Вечкасов И.A. и др. Приборы и .методы анализа в ближней инфракрасной области. М., Химия,. 1977, с. 70, рис. 3.2б (прототип). (54)(57) 1. ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содер жащий расположенные поспедоватепьно по хну. пуча источник инфракрасного излучения, измерительную кювету, рабочую и сравнительную пучеприемные камеры с установленными в ннх термочувствитепьными: элементами, рабочий и сравиительюай измерительные каналы, включающие рабочий и сравнительный мосты переменного тока с вкпюченнымн в них термочувствитепьными элементами, последовательно соединенные усилитель высокой частоты, синхронный детектор выс кой частоты, избирательный усилитель и синхронный детектор низкой частоты, суммирующее устройство и регистрирующий прибор, о т и и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности показаний газоаналнзатора, он дополнительно содержит фильтр постс янной составпяющей электрического сигнала с двумя выходами, вищ которого связан с выходом синхронного детектора высокой частоты сравнительного ипи рабочего канала, а первый выход - с входом суммирующего устройства.

2. Газоанапизатор.по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с цепью повышения температурной стабильности коэффициента преобразования газоанали- Е затора, он содержит дополнительное сум«. мирующее устройство и устройство умножения, при этом второй выход фильтра постоянной составляющей электричвского сигнала связан через суммирующее уст- р ройство с устройством умножения, соединенным с регистрирующим прибором.

Бель изобретения - повышение температурной стабильности показаний и коэффициента преобразования газоанапиэатора.

Поставленная цепь достигается тем, что газоанапиэатор, содержащий расположенные последовательно по ходу луча источник инфракрасного излучения, измерительную кювету, рабочую и сравнитель

55

1 10354

Изобретение относится к оптическим абсорбпионным гаэоаналиэаторам и может быть использовано для контроля газового состава окружающей среды, а также для контроля газовых и парогазовых смесей в химической, нефтехимической, металлургической и других отрасляк промышленности.

Известен газоанализатор, содержащий источник излучения, рабочую камеру, лу- 1О чеприемник, в рабочей и сравнительной камерах которого установлены термосопротивления, включенные в схему измерительного моста переменного тока, причем сравнительная лучеприемная камера является одновременно компенсационной(1).

Недостаток этого газоанализатора-уход. нуля при изменении температуры окружающей среды., Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является газо .ана лиэатор, содержащий расположенные последовательно по ходу пуча источник инфракрасного излучения, измерительную кювету, рабочую и сравнительиую лучепри-25 емные камеры с установленными в них термочувствительными элементами, рабочий и сравнительный измерительные каналы, включающие рабочий и сравнитель ный мосты переменного тока с включен- 3Q ными в них термочувствительными элементами, последовательно соединенные усилитель высокой частоты, синхронный детектор высокой частоты, избирательный усилитель и синхронный детектор низкой частоты, суммирующее устройство И ре35 гистрирующий прибор P2 j, Однако нри работе,газоана лизатора при температуре, отличной от середины . его температурного диапазона, появляе

« 40 ся погрешность анализа, связанная с температурным дрейфом нуля гаэоанализато.ра и температурным изменением его ко эффициента преобразования .концентрации измеряемого газа ипи пара в электрический сигнал. Эта погрешность растет

45 с увеличением разности между температурой окружающей среды и температурой баланса.

83 2 ную лучеприемные камеры с установлен» ными в них термочувствительными эле» ментами, рабочий и сравнительный измерительные каналы, включающие рабочий и сравнительный мосты переменного тока с включенными в них термочувствительными элементами, последовательно соединенные усилитель высокой частоты, синхронный детектор высокой частоты, избирательный усилитель и синхронный детектор низкой частоты, суммирующее устройство m регистрирующий прибор, дополнительно содержит фильтр постоянной составляющей электрического сигнала с двумя выходами, вход которого связан с выходом синхронного детектора высокой частоты сравнительного или рабочего ка нана, а первый выход - с входом суммирующего устройства.

Кроме того, он содержит дополнительное суммирующее устройство и устройство умножения, при этом второй выход фильтра постоянной составляющей электрического сигнала связан через суммирующее устройство с устройством умножения, соединенным с регистрирующим прибором.

На чертеже представлена схема устройства.

Гаэоанализатор содержит источник 1 инфракрасного (ИК) излучения с отража« телем 2, источник 3 тока накала иэлу чателя, электронный ключ 4, прерывающий ток накала источника, измерительную кювету 5, рабочую лучеприемную камеру

6 и сравнительную лучеприемную камеру

7. Рабочая 6 и сравнительная 7 луче приемные .камеры запалнены измеряемым газом или паром.

В рабочей 6 и сравнительной 7 лучеприемных камерах установлены термочувствительные элементы (например металлические нити, темпосопротивления и др.)

8 и 9, которые со стабильными сопротивпениями (например, из маиганина) 10-15 образуют схемы рабочего и сравнительного мостов, питаемых от генератора 16 прямоугольных импульсов, частота которого равна, например, 1 кГп. Рабочий мост состоит из термочувствительного элемента 8 и стабильных сопротивлений

10-12, а сравнительный - из термочувствительного элемента .9 и стабиш ных сопротивлений 13-15.

Для осуществления модуляции ИК-потока частота генератора 16 прямоугольных импульсов делится " помощью делителя 17 частоты, формирующего прямо3 -1038 угольные импульсы низкой частоты (например 0,5 Гц), которые управляют электронным ключом 4, прерывающим ток накапа источника 1 ИК-излучения, питающегося от источника 3 тока накала.

Выход рабочего моста подключается к входу усилителя 18 высокой частоты, который усиливает сигнап разбапанса рабочего моста. Синхронный детектор 19 высокой частоты, источником сигналов щ синхронизации которого является генератор 16 прямоугольных импульсов, выпрямляет усиленный сигнал раэбапанса рабочего моста, при атом в выпрямленном сигнале присутствует низкочастотная 15 огибакяцая, частота которой равна частоте модуляции ИК-потока. Вьщепенный синхронным детектором 19 высокой частоты сигнал низкой частоты {например 0,5 Гц) усиливается избирательным усипитепем

20 (0,5+0,05 Гц) низкой частоты и выпрямляется синхронным детектором 21 низкой частоты, источником сигналов синхронизации которого является цепитепь 17 частоты.

Выход сравнительного моста .подключается к входу усилителя 22 высокой частоты, который усипивает сигнал разбапанса сравнительного моста. Синхронный детектор 23 высокой частоты, ис.точником сигналов синхронизации которого является генератор 16 прямоугольных импульсов, выпрямляет усиленный сигнал разбапанса сравнительного моста, при атом в выпрямленном сигнале присутствует низкочастотная огибающая частота которой равна частоте модуляции ИКпотока. Выделенный синхронным детектором 23 высокой частеты сигнал низкой частоты (например 0,5 Гц) усиливается избирательным усилителем 24 (0,5+

0,05 Гц) низкой частоты и выпрямляется синхронным детектором 25 низкой частоты, источником сигналов синхронизации которого является делитель 17 частоты.

Рабочий сигнал с выхода синхронного 45 детектора 21 низкой частоты поступает на первый вход суммирующего устройства 26, на второй вход которого поступа-. ет сравнитепьный сигнал с выхода синхронного детектора 25 низкой частоты.

В суммирующем устройстве 26 осуществляется вычитание рабочего и сравнительного сигналов. Далее усиленная разность рабочего и сравнительного сигналов с вы-! хода суммирующего устройства 26 посту 55 пает нв.первый вход устройства 27 умножения, а оттуда на регистрирующий ипи ,показывающий прибор 28.

483 4

Потенциометр 29 служит дпя регули« ровки усиления сравнительного сигнала и точной установки нуля газоанапизатора, а потенциометр 30 предназначен дпя ре- гулировки его чувствительности.

Прн несоответствии температуры окружающей среды температуре баланса сравнительного ипн рабочего моста .на частоте питания (1 кГц) на их выходах возникают сигналы раэбапанса, пропорционален ные изменению температуры окружающей среды по отношению к температуре баланса. На выходе фильтра 31 постоянной составляющей электрического сигна па, вход которого связан с выходом синхрон .ного детектора 23 нпи 19 высокой частоты формируется сигнал,процорционапьный изменению температуры окружающей среды, при этом термочувствитепьные элементы

9 ипи 8 выполняют функции термометров сопротивления, Компенсация температурного дрейфа нуля газоанапизатора осуществляется с помощью потенциометра 32, подающего напряжение компенсации с первого выхода. фильтра 31 постоянной составляющей апектрического сигнала на третий вход суммирующего устройства 26.

Устройство 27 умножения предназначено апя компенсации (коррекции) тем пературных изменений коаффициента преобразования концентрации измеряемого газа ипи пара в электрический сигнал гаэоанапиэатора. При атом корректирую щее напряжение, пропорциональное изменению температуры окружающей среды, поступает на второй вход устройства 27

-умножения с выхода суммирующего уст ройства 33, на первый вход которого поступает опорное напряжение .от источника. 34 опорных напряжений, а на второй вход поступает напряжение, пропорциональное изменению температуры окружающей среды, от фильтра 31 постоянной составляющей апектрического сигнала .

Опорное напряжение устанавливается с помощью потенциометра 35, а компен сания (коррекция) температурных измене-

:ний коэффициента .преобразования концент-рации измеряемого газа ипи пара в апектрический сигнал гаэоанапизатора осуществляется с- помощью потенциометра 36.

Газоанапиэатор работает спедукхцим образом.

Модулированный (0,5 Гц) ИК-поток от источника 1 с помощью отражателя 2 направляется в измерительную кювету 5, а оттуда поступает в рабочую 6 и сравS. 10384 нитепьную 7 пучеприемные камеры. При этом на выходе рабочего и сравнитепьного мостов. присутствует низкочастотный (0,5 Гц) сигнап, вызванный модупяпией сопротивления термочувствитепьных эпе- 5 ментов 8 и 9 из-эа модуляции .температуры газа в рабочей 6 и сравнитепьной 7 пучеприемных камерах.

Сигнапы разбапанса рабочего и .сравнитепьного мостов усиливаются усилителями 10

18 и 22 высокой частоты, выпрямляются синхронными детекторами 19 и 23 высокой частоты,при атом в выпрямпенных; рабочем и сравнитепьных сигнапах выдепяется. низкочастотная огибающая, частота 15 которой равна частоте (0,5ГП) модупяции

ИК-потока.Дапее низкочастотные (0,5 Гц}, сигналы рабочего и сравнительного мостов усиливаются избиратепьными усипитепями

20 и 24 (0,5+0,05 Гц) низкой частоты 20 и выцрямпяются синхронными детекторами

21 и 25,низкой частоты.

При отсутствии в пробе измеряемого газа ипи пара эпектрический сигнап на выл ходе газоанапизатора, равный усипенной разности сравнитепьного и рабочего .алектрических cm.íàïoâ отсутствует. Этого добиваются с помощью. потенциометра 29, устанавливая сравнитепьный эпектричес кий сигнап. равным рабочему. При напи- 30 чии в пробе измеряемого газа ипи пара

ИК-поток, поступающий в рабочую пучеприемную камеру 6, уменьшается за счет поглощения в иэмеритепвной кювете 5 части ИК-потока измеряемым газом ипи паром, что приводит к уменьшению рабоче . Го cm RENB и х появпению снгнапа на Bhl ходе гаэоанапизатора. При этом происходит уменьшение и сравнитепьного cm напа. Например, еспи рабочая 6 и сравни- 40 тельная 7 пучеприемныв камеры запопнены 100% СО, а их гпубина равна Змм, то уменьшение сравнительного сигюпа не превышает 15% от вепичйны уменьшения рабочего сигнале и падает с ростом 45 гпубнны рабочей пучеприемной камеры 6, которая играет роль фильтровой; камеры . дпя сравнительной пучеприемной камеры

7. Еспи концентрация измеряемого газа ипи пара равю верхнему предепу шкапы газоанапизатора, то на выходе аюпизатора появпяется максимапьный сигнип) кото рый устанавпивается равным верхнему предепу шкалы регистрирующего прибора

28 с помощью потенциомзтра 30.

Бапансировка сравнитепьного и рабоче го мостов иа частоте питания (1 кГц) осушествпяется с помощью сощютивпений

13 и 10 при температуре, соответству юшей середию температурного диапазона работы гаэоанапизатора, при этом усипение усипитепей 22 и 18 высокой частоты выбирается таким, чтобы при температуре, соответствующей верхней и нижней границам температурного диапазона газоанапизатора, сигнапы с выхода сравнительного и рабочего мостов не ис кажапись усипитепями 22 и 18 высокой. частоты.

При работе гаэоанапиэатора в середине его температурного диапазона на выходах фильтра 31 постоянной составпя юшей эпектрического сигнала отсутствует сигнал, связанный с изменением температуры окружающей среды, а на третий вход суммирующего устройства 26 и второй вход суммирующего устройства ЗЗ поступают сигналы, равные нулю. Лри этом на второй вход устройства 27 умножения поступает сигнап, равный, например, 1Â, который формируется с помощью источника

34 опорного напряжения, потенциометра

35 и суммирующего устройства 33. Тогда установка нуля шкалы газоанапизатора осушествпяется с помощью потенциомвтра 29, а установка верхнего предепа его шкапы - с помощью потенпиометра 30.

Возможна регулировка чувствительности газоанапизатора с помощью потенциометра 35.

Одновременно на выходе фипьтра 31 постоя нной составпяюшей электрического сигнапа появляется сигнап, абсолютная вепичина которого растет с ростом разности между температурой окружающей среды и температурой баланса. При этом компенсация температурного дрейфа нупя газоанапиэатора осуществляется с помощью потенциометра 32, подающего юпряжение компенсации с первого выхода фильтра 31 постоянной составпяюшей электрического сигнапа на третий вход суммирующего устройства 26, а компенсаши температурного изменения коэффициента преобразования концентрации измеряемого газа ипи пара в эпектрический сигюп осушествпяется с помощью поте нциометра 36, подающего компенсирующее напряжение с второго выхода фипьтра

31 постоянной составпякхцей эпектрнческого сигнапа на второй вход суммирующего устройства 33, а с его выхода - на второй вход устройства 27 умножения. При этом сигнап по второму входу устройства 27 умножения меняется таким об7 1035483 8.

"разом, чтобы скомпенсировать темпера- анализатор обладает высокой избиратель турные изменения,.коефФипиента преоб- костью н стабильностью показаний при раэования.конпентрапни;измеряемого газа загрязнении рабочей камефю, так как . ,или пара в электрический сигнал газоана-. сравнительный сигнал компенсирует иэлиэатора 5 менения рабочего сигнала, связанные с .Использование предлагаемого газо- наличием в пробе газов или.паров, име;аналнаатора уменьшает температурную ющих полосы поглощения, частично совпа погрешность в 8-10 раз и доводит до — даюшие с полосой поглощения измеряемо (уровня 1% на 10оС, а также уменьшает го газа или пара, и загрязнением рабовремя дрогрева. Предлагаемый газо- 1О чей камеры.

ВНИИПИ Заказ 5822/44 Тираж 873 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4