Пьезоэлектрический газоанализатор

 

Использование: область измерительной техники. Сущность изобретения: газоанализатор содержит измерительную камеру с установленными в ней первым резонансным пьезоэлементом с нанесенным на его поверхность слоем координационного соединения на основе моноциклического соединения d-переходных элементов, вторым резонансным пьезоэлементом с нанесенными на него золями кислоты, локированной ионами М+2, резонансный пьезоэлемент подключен к измерительному автогенератору, второй резонансный пьезоэлемент подключен к опорному автогенератору . Выходы автогенераторов связаны с входами блока вычитания, выход которого связан с блоком обработки и управления через частотный детектор. Выход блока обработки и управления подключен к блоку индикации. 2. з.п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1Ц

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ.

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ индикации. 2, з.п. ф-лы, 8 ил.

Ьа

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4950856/10 (22) 28.06,91 (46) 15.04,93. Бюл. N. 14 (71) Научно-производственное обьединение

"Проблемная электроакустическая лаборатория" (72) Л. И. Бударин, Н. А. Бурлаенко, B. П.

Канунников, А, И, Олефир, В, Н, Покатаев, С; В, Раевский, Б, В. Ткаленко (56) Патент Великобритании М 1314305, кл.

6 01 N 5/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

М 1449933, кл, G 01 R 27/26, 1987.. (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР (57) Использование: область измерительной техники, Сущность изобретения. газоаналиИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве прибора для определения порогового значения отдельных составляющих газовой смеси (например, окиси углерода в воздухе).

Цель изобретения — расширение эксплуатационных возможностей путем обеспечения избирательности и повышения ресурса работы.

На фиг, 1 представлена структурная схема ГА; на фиг. 2 — принципиальная схема управляемого частотного детектора (УЧД); на фиг. 3 — эпюры напряжений основных узлов; на фиг. 4 — частотно-концентрационные характеристики ГА; на фиг, 5 — 7 — прин(st)s G 01 N 5/00, В 06 В 1/06 затор содержит измерительную камеру с установленными в ней первым резонансным пьезоэлементом с нанесенным на его поверхность слоем координационного соединения на основе моноциклического соединения б-переходных элементов, вторым резонансным пьезоэлементом с нанесенными на него золями кислоты, донированной ионами М+2, резонансный пьезоэлемент подключен к измерительному автогенератору, второй резонансный пьезоэлемент подключен к опорному:автогенератору, Выходы автогенераторов связаны с входами блока вычитания, выход которого связан с блоком обработки и управления через частотный детектор. Выход блока обработки и управления подключен к блоку ципиальные схемы блока вычитания (СВ), устройства формирования измерительного интервала (УФИИ) и блока обработки и управления (БОУ) соответственно; на фиг:8— структурная схема устройства отбора пробы (УОП) и измерительной камеры (ИК), ГА состоит (фиг. 1) из измерительного и опорного кварцевых резонаторов (ИКР 1, 0КР 2), помещенных в ИК 3, ИКР 1 и ОКР 2 включены в схемы измерительного генератора (ИГ) 4 и опорного генератора (ОГ) 5 соответственно, выходы которых связаны с входами СВ 6, выход последней — с входом

УЧД 7, имеющим двунаправленную линию связи с первым входом БОУ 8, который соединен также по второму входу с УФИИ 9 и

QO

СЭ

О

6д

О

1809367

3 4

УОП 10, выход БОУ 8 соединен с блоком . формируется временной импульс йнтервала индикации (БИ) 11.. измерения toe. Длительность этого импульИКР 1 и ОКР 2, помещенные в измери- са прямо пропорциональна постоянной вретельную камеру 3, устанавливают частоты мейи (R15+ R16+ R17+ R18)*C19; генерации соответственно ИГ 4 и ОГ 5. Сиг- 5 Временные характеристики работы налы этих генераторов вычитаются в СВ 6, УЧД7приведены на фиг.3. При неизменной

Так как ИКР 1 и ОКР 2 находятся в одинако- toB и при относительно низкой-частоте fox, вых условиях, выходная частота СВ 6 прак- - в D-триггер DD 21 bio окончании tos положитически не зависит от воздействия тельнымфрбнтомзаписываетсялогическая дестабилизирующих факторов. Сигнал раз- 10 "1" (левая часть фир. 3). При превышении fex ностной частоты с выхода CB 6 поступает на порогового значения или увеличенйя toe в вход УЧД 7, на выходе которого формирует- DD 21 записывается логический "0", ся сигнал уровня логического "0" или "1" в: . На фйг. 4 приведены частотно-концентзависимости от того, превышает или нет ча- . рационные характеристики ГА (т на выходе стота выходного сигнала установленный за- "5 СВ 6 как функция концентрации анализиру- . райее порог. : ., емого газа С).

БОУ 8 формирует все необходимые.сиг- . Ha фиг. 5 представлена принципйальналы для работы УЧД 7 и УФИИ 9 в завйси-...ная электрическая схема СВ 6; Триггер DD мости от состояния УОП 10; а также. 20служитдля получения разностнойчастоформирует непрерывный звуковой (свето- 20 ты ИГ3и ОГ4.Триггер DD23 обеспечивает вой) сигнал в течение ийтервала измерения " получение на выходе СВ 6 импульсного сиги прерывистыйсигналвслучаепревышения нала разностной частоты с скважностью заданного порога срабатывания, который два, подается на вход БИ 11. Схема УФИИ 9 показана на фиг. 6; Она

УФИИ 9 фиксирует состояние УЧД 7 по 25 представляет обычный одновибратор. истечении времени интервала измерения.. Схема БОУ f0 показана на фйг. 7, Здесь

Формирование временного измерительно- на элементах DD 32. DD 33, С 34 и DD 36, ro интервала начинается автоматически.по- DD 37, C 38, R 39, DD 9 — 00 12 выполнены сле завершения пробоотбора УОП 10, . генераторы на частоты 1000 и 0,5 Гц соот-

Индикация превышения заданного зна- 30 ветственйо, Элементы 00 7, DD 8, R.30 и й, . чения осуществляется БИ 11 в виде преры- 31 дребезг контактов переклвчателя S 19.2. вистой звуковой (световой) индикации. В триггере 40 эапоминаетСя информация от

Как показано на фиг.2УЧД7состоитиз УЧД 7 по сигналу от УФИИ 9. Остальные регулируемого одновибратора(РОВ)12, вы- . элементы образуют комбинированнуЮ схе- . полненного на элементах 8 15, R 16, и 17, С 35 му, управляющую БИ 11 в зависимости от

18, 0013, 0Ю4, DD15, переключателя "Ра- . состояйия УЧД 7 и положения перею1ючате- . бота-Настройка" S19. Последниймеханиче- ля S19,,состояния триггера 00 17 и двух ски связан с УОП 10 таким образом, что пока генераторов на 1000 и 0,5 Гц соответственне сделан пробоотбор переключатель 16 на- но, ходится в положении "Настройка". После, 40 На фйг. 8 приведена структурная схема забора пробы переключатель S 19 перехо- УОП 10 и ИК3. УОП 10 включает в себя ручку :дит в положение "Работа" в результате чего поршня 41, поршень 42, камеру забора газа формируется отрицательный импульс, дли- 43, заборный клайан 44, пружину 46. ИК 3 тельность которого пропорциональна. по- включает в себя ИКР 1, ОКР 2, впускной стоянной времени цепи (R12 + 813 + R14+ 45 клапан 45, выпускной клапан 47, R15)*C18.

Регулировайие длительности этого им-:: ИГ 4 и Of 5 выполнены по схеме емкост:пульса осуществляется переключателем S ной трехточки (P. Граф "Электронные схе20. Триггер DD 21 формирует бйт признака мы"). соотношения между разностной частотой с. 50 Работа ГА происходит следующим обравыхода СВ 6 и ее пороговыми значениями. зом. Перед выполнением пробоотбора пеПеред выполнение операции пробоот- реключатель $19 находится в положении бора переключатель S 19 находится в поло- "Настройка,"„в котором схема ГА сбалансижении "Настройка". При этом цепь запуска . рована и не генерируется никаких внешних

POB 12 разомкнута и импульс временного 55 сигналов, Затем приоткрывается выпускной интервала на его выходе не формируется. клапан 47 и делается несколько качков порПосле совершения операции пробоот- шня 42 для очистки ИК 3, в которой после бора POB 12 переключатель S 19 переходит этого устаналивается атмосфера окружаюв положение "Работа", Это значит что цепь щей среды. Затем закрывается клапан 47 и запуска РОВ 12 замкнута и на его выходе включается питание прибора. Потенциомет1809367 ром R47 компенсируется focT. на выходе СВ

6, После этого прибор готов.к работе, Перемещением поршня из крайне правого в крайне левое положение и обратно в

ИК 3 создается зона повышенного давления и повышенной концентрации. Коэффициент увеличения давления и определяется соотношением заборной и измерительной камер, а также количеством качков поршня 42.

В начальный момент времени, когда анализируемого вещества еще нет на входе РОВ

12 поступает разностная частота, величина которой может достичь несколько килогерц.

Резистором R 27 {уст. "0") устанавливается такая длительность toe 6 при которой УЧД 7 находится на пороге срабатывания (появления прерывистого звукового (светового) сигнала).

Переключатель выбора S 20 "Предел" подключается к времязадающей цепи POB

12 и, .в зависимости от положения, закорачивает некоторые-из резисторов R1 „. R4, . длительность toe при этом уменьшается на некоторую фиксированную величину и в Dтриггер записывается логическая "1".

В процессе сорбции анализируемого газа (см. фиг. 4) из ИК 3 на поверхность ИКР 1 резонансная частота последнего уменьшается и, следовательно, увеличивается частота на выходе СВ 6. Если частота на выходе

СВ 6 до окончания интервала измерения увеличится настолько (момент времени t3 фиг. 4), что 2 < тов — tîâ, то D-триггер УЧД 7 переключается в положение логического "0" и по окончании временного измерительного интервала это значение зафиксируется в

БОУ8. В этом случае появится прерывистый звуковой (световой) сигнал. Если же концентрация анализируемого вещества мала для выбранного предела измерения и в процессе сорбции разностная частота увеличится не намного, то есть 2 > toe — toe, то на выходе

УЧД 7 останется логическая "1" и по окончании интервала измерения прерывистый звуковой {световой) сигнал не появится (момент времени t1t2 фиг, 4), Для обеспечения нормальной эксплуатации БОУ 8 в режиме "Настройка" индицирует текущее состояние УЧД 7, а s,режиме

"Работа" — зафиксированное в конце измерительного интервала состояние УЧД.

Во время отработки измерительного интервала также генерируется непрерывный сигнал 1000 Гц, по которому пользователь может определить момент окончания измерения. Если уход значения разностной частоты на выходе СВ 6 превысил установленный порог срабатывания, По завершению интервала измерения генерируется прерывистый сигнал 1000 Гц (частота прерывания 0,5 Гц). В противном случае никакого сигнала не будет.

Использование такого динамического

5 метода возможно только до достижения

ИКР 1 области насыщения при данной концентрации газа. После этого необходима регенерация ИКР 1 (например за счет прогрева).

10 Для выбранных значений разностной частоты проверяется установка "0" с помощью резистора R 27 СВ 6, Полученные значения заносят в паспорт ГА. При смене ИКР 1 и OKP

2 производят новую калибровку, 15 Масса покрытия, которая наносится на

ИКР 1 выбирается из условия обеспечения устойчивых колебаний ИГ 3 в диапазоне контролируемых концентраций и требования обеспечения необходимой чувствитель20 ности. . Вид покрытия определяется типом контролируемого продукта и выбирается для обеспечения селективности измерений иэ комплекса координационных моноцикличе25 ских соединений d-переходных элементов. Покрытие ОКР 2 выбирается из условия одинаковой реакции ИКР 1 на дестабилизирующие факторы кроме чувствительности к измеряемому газу. В качестве покрытия для

30 OKP 2 используются золи кислоты (например, кремниевой) допированной ионами

М+2.

Предложенный пьезоэлектрический газоанализатор позволяет увеличить селек35 тивность в 5 — 8 раз, сократить время измерения в 70 — 80 раз, повысить ресурс работы до 1 — 2. При этом достигается сохранение числа измерений до регенерации 50, — 100 раз. Данные проверены по результа40, там контроля ряда оксидов.

Формула изобретения

1, Пьезоэлектрический газоанализатор, содержащий измерительную камеру с установленными в ней первым резонансным

45 пьезоэлементом с нанесенным на его поверхность слоем газочувствительного сорбента и вторым резонансным пьезоэлементом, измерительный автогенератор, подключенный к первому резонансному

50 пьезоэлементу, опорный автогенератор, подключенный к второму резонансному . пьезоэлементу, частотный детектор, блок вычитания, блок обработки и управления и блок индикации, вход которого связан с вы55 ходом блока обработки и управления, о тличаю щийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей пу-, тем обеспечения избирательности и повышения ресурса работы, в нем второй резонансный пьезоэлемент покрыт золями

1809367

Фиг.l

Работа кислоты, допированной ионами M+2, cnoQ покрывающего первый резонансный пьеэоэлемент газочувствительного сорбента выполнен из координационного соединения на основе моноциклического соединения d-переходных элементов, выходы измерительного и опорного автогенераторов подключены к входам блока вычитания; выход которого связан с блокам обработки и управления через частотный детектор, 2. Газоанализатор по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения быстродействия и чувствительности, в него

3 введен узел отбора и формирования пробы с тремя клапанами, связанный через первый клапан с измерительной камерой и через второй:и третий клапаны — с

5 окружающей средой..

3. Газоанализатор по пп, 1 и 2, о т л и. ч а ю шийся тем, что, с целью повышения долговечности, входы блока обработки.и управления связаны с введенным блоком фор10 мирования измерительного интервала и узлом отбора и формирования пробы, внутренний объем которого в и раз больше объема измерительной камеры, ВыкО

1809367

Фиг iOG

1809367

Фиг.8

Составитель С.Раевский

Редактор S.Òðóá÷åíêî Техред М.Моргентал г

Корректор Е.Папа

Проивводственио.нвдетельскив комбинат "Патент", г. ужгород, ув.рвгерннв, 101

Заказ 1283 . Тираж, - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5