Газоанализатор
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ЙЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советски н
Социалистическик
Рес убл и 922608 (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаЯвлено 25. 06. 80 (21) 2946458/18-25 с присоединением заявки № (23)Приоритет (5l)M. Кл.
G 01 N 25/48
Гооудорствппвй комитет
СССР ао долам изобретений н открытнй (53) УДК 543.27 (088.8) Опубликовано 23.04.82. Бюллетень № 15
Дата опубликования описания 25.04.82 (72) Автор изобретения
В. С. Емельянов
Ордена Ленина институт проблем управления (7l) Заявитель (54) ГАЗОАНАЛИЗРТОР
Изобретение относится к анализу газов с помощью тепловых средств и предназначено для определения концентрации водяных паров в воздушных и газовых средах.
Известен термодесорбционный газо" анализатор, содержащий сорбирующий термореэистор, включенный в плечо измерительного моста, источник стабилизированного питания, ключ, нуль-орган и измеритель интервалов времени. Вы.10 ходным си гналом газоанализатора является время прогрева сорбирующего терморезистора от окружающей до фиксированной температуры, задаваемой соот15 ношением постоянных сопротивлении моста 1 j.
Недостатком известного газоаналиэа тора является зависимость его показаний от температуры анализируемой сре20 ды, Это объясняется тем, что время прогрева сорбирующего терморезистора до фиксированной температуры меняется с изменением его начальной температуры и зависит от количества поглощенного им газового компонента, которое является функцией не только концентрации этого компонента в анализируемой среде, но и ее температуры.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является газоаналиэатор, содержащий четырехплечий резистивный мост с сорбирующим терморезистором в плече, нуль-органом в измерительной диагонали и последовательно соединенными источником постоянного тока и первым ключом в диагоналй питания, управляемые ключи, запоминающий элемент, а также последовательно соединенные генератор импульсов, элемент задержки и триггер, к выходу которого подключен управляющий вход первого ключа, а к второму входу - выход нуль-органа.
ИэВестный газоанализатор имеет простую электрическую схему, обеспе" чивает непрерывный контроль исправности схемы и позволяет получить до3 92260 полнительную измерительную информацию о твмпературе анализируемой среды (2J.
Недостатком известного устройства является, незначительное уменьшение температурной погрешности измерения, что обьясняется неравномерным и нестабильным прогревом анализируемой среды из-за ее потоков, и, в частности, конвективных, вокруг сорбирующего терморезистора в период стабилизации
его начальной температуры., другим недостатком устройства являются довольно большие затраты электрической энергии обусловленные тем, что стабилизация начальной температуры должна осуществляться весь период сорбции, который может продолжаться в зависимости от конкретной измерительной задачи и применяемого типа сорбента достаточно долго, более одной минуты.
Однако малая достоверность дополнительной информации о температуры анализируемой среды объясняется тем, что выходной сигнал, по которому судят о температуре анализируемой смеси, зависит от теплоотдачи нагретого до постоянной начальной температуры рабочего терморезистора, а, как известно, теплоотдача в этом случае зависит не только от температуры анализируемой смеси, но и от целого ряда других параметров, например состава, скорости движения, вязкости, теплопроводности l1 т.д.
Цель изобретения - повышение точности измерения концентрации газового компонента в газовой смеси и одновременное увеличение достоверности дополнительной информации и темпера40 туре газовой смеси, Поставленная цель достигается тем, что в газоанализатор, содержащий четырехплечий резистивный мост с сорбирующим термореэистором в плече, 4$ нуль-органом в измерительной диагонали и последовательно соединенными источником постоянного тока и первым ключом в диагонали питания, управляемые ключи, запоминакж1ий элемент, а также последовательно соединенные генератор импульсов, элемент задержки и триггер, к выходу которого подключен управляюший вход первого ключа, а к второму входу - выход нуль-органа, введены источник опорного напряжения, два двухвходовых сумматора, интегратор и формирователь импульсов, причем интегратор включен между выходом
8 4 первого и входом второго сумматоров и подключен управляющим входом к выходу генератора импульсов, вход формирователя импульсов соединен с выходом триггера и с управляющими входами второго и третьего ключей, а выход с управляющим входом четвертого ключа, включенного между выводом сорбирующего термореэистора и входом запоминающего элемента, выход которого подключен к второму входу второго сумматора и через третий ключ - к одному из входов первого сумматора, другой вход которого через второй ключ соединен с выходом источника опорного напряжения, причем смежное с сорбирующим терморезистором плечо моста выполнено со средним выводом, соединенным с шиной нулевого потенциала газоанализатора, при этом, выходом газоанализатора является выход второго сумматора.
На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого газоанализатора.
Газоаналиэатор содержит четырехплечий мост, образованный сорбирующим терморезистором 1 и резисторами 2-4, нуль-орган 5, источник 6 постоянного тока, управляемые ключи 7-10, формирователь 11 импульсов, триггер l2, элемент задержки 13, генератор 14 импульсов, запоминающий элемент 1g источник 16 опорного напряжения и последовательно соединенные сумматор 17, интегратор 18 и сумматор 19, выход которого является выходом газоаналиэвтора.
Гаэоанализатор работает следующим образом.
Чувствительный элемент, помещенный в анализируемую среду, сорбирует определяемый компонент в течение заданного периода времени. По окончании этого периода генератор l4 выдает запускающий импульс на вход элемента задержки 13 и на управляющий вход интегратора 18. В последнем под воздействием этого импульса устанавливаются нулевые начальные условия.
По истечении времени задержки опро-! кидывается триггер 12, в результате чего ключи 7-10 одновременно замыкаются, и по ветвям мостовой цепи 1-4 начинает протекать электрический ток от источника 6. Ключ 8 после его замыкания сразу же размыкается. Время его замкнутого состояния определяется парЯметрами формирователя 11 им5 9226 пульсов и задается таким, чтобы напряжение между точками а и 5 моста прошло на запоминающий элемент 15 только в начальный момент подачи питания на мост. Это напряжение однозначно опре-s деляет сопротивление, а следовательно, и температуру рабочего терморезистора, которую он имеет до начала измерения. По сути дела формирователь 11 импульсов, ключ 8 и запомина- i0 ющий элемент 15 выполняют функции схемы выборки-хранения, сигнал которой несет информациою о начальной температуре сорбиpyqu1eго терморезистора и используется для коррекции 15 основного сигнала газоанализатора.
Ключи 7, 9 и 10 остаются в замкнутом состоянии на протяжении всего периода Т нагрева рабочего терморезистора 1 от начальной до заданной темпера 0 туры, При этом на входы сумматора 17 поступают опорное напряжение U0 от источника 16 и корректирующее напряжение 0<0>рт запоминающего элемента 15. Напряжение Бьерна входе сумма- zs тора 17 умножается на коэффициент К1.
Результирующее напряжение U =i!0 К U т О 1 09 с выхода сумматора 17 поступает на вход интегратора 18. Напря><ение U U<> .суммируется о сумматоре 19 с корректирующим напряжением U р,умно женным на коэффициент К,. В результате на© выходе газоанализатора имеем сигнал значение которого определяю 35 ется выражением Ugg >I p p (U p + K< Ups) d +. К 1кор "и о После интегрирования получаем и =--Т+ — -U Т+ К1U "0, К» ЕЬй II,„ „>IOP 1 К0а где 7> постоянная интегрирования; 1i0 = coll st коэффициенты передачи сумм маторов 17 и 19 соответст45 венно по входам корректирующе го на пряжени я, их значения выбираются в зав>>симости от типа применяемого сорбента; Т вЂ” период интегрирования, равный времени прогрева сорбирующего терморезистора от начальной до заданной температуры. Рассмотрим последнее равенство. Первое слагаемое —, является выраU0 т и жением основного нескорректированного. сигнала, содержащего мультипликатив08 ную и аддитивную составляющие темпе" ратурной погрешности измерения. Второе слагаемое -.U Т является выра> и 10Р жением вспомогательного сигнала, компенсирующего в предлагаемом газоанализаторе мультипликативную составляющую, а третье слагаемое К U является выражением сигнала, компенсирующего аддитивную составляющую температурной погрешности. Причем знаки компенсирующих сигналов зависят от знака напряжения U ÷òo определяется выбором положения среднего вывода в смежном с сорбирующим терморезистором плече моста, т.е. выбором температуры анализируемой среды, при которой статическая характеристика газоанализатора принята за номинальную, и сигнал коррекции U равен нулю. Предлагаемый газоанализатор может быть использован для измерения относительной влажности и температуры воздуха и других. газов на объектах про" мышленного и сельскохозяйственного производств. Его использование позволяет увеличить точность измерения относительной влажности и дает возмож" ность с помощью одного чувствительного элемента получить информацию одновременно о двух параметрах - влажнос" ти и температуре анализируемой среды. Формула изобретения Газоанализатор, содержащий четырехплечий резистивный мост с сорбирующим терморезистором в плече, нуль органом в измерительной диагонали и последовательно соединенными источником постоянного тока и первым ключом в диагонали питания, управ-ляемые ключи, запоминающий элемент, а также последовательно соединенные генератор импульсов, элемент задержки и триггер, к выхрду которого подключен управляющий вход первого ключа, а к второму входу - выход нульоргана, о т А и ч а ю шийся тем jf что, с целью повышения точности измерения концентрации газового компонента в газовой смеси, в него введены источник опорного напряжения, два двухвходовых сумматора, интегратор и формирователь импульсов, причем интегратор включен между выходом первого и входом второго сумматоров и подключен управляющим входом к выпричем смежное с сорбируюцим терморезистором плечо моста выполнено со средним выводом, соединенным с шиной нулевого потенциала газоанализатора, при этом выходом газоанализатора является выход второго сумматора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент ClJA h" 3610023, кл ° 73-27, опублик. 1966. 2. Авторское свидетельство СССР N"475540, кл. G 01 N 25/48, 1975 (прототип). 7 922608 ходу генератора импульсов, вход формирователя импульсов соединен с выходом триггера и с управляющими входами второго и третьего ключей, а выход - с управляющим входом четвертого ключа, включенного между выводом сорбирующего терморезистора и входом запоминающего элемента, выход которого подключен к второму входу второго сумматора и через 10 третий ключ - к одному из входов первого сумматора, другой вход которого через второй ключ соединен с выходом, источника опорного напряжения, Составитель S. Немцев Редактор Н. Бобкова Техред " ПекаРь Корректор В. Бутяга Заказ 2571/57 Тираж 883 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва Ж-3hz Раушская наб. g. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
