Тепловой газодинамический анализатор состава

 

ТЕПЛОВОЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СОСТАВА, содержащий соединенную с магистралью подачи анализируемой среды проточную камеру с термочувствительным элементом, вклю .ченным в электрическую измерительную схему с вторичным прибором, и установленный на магистрали подачи анализируемой среды газодинамический дроссельный мост с перекрестным расположением ламинарных и турбулентных дросселей, междроссельные камеры которого соединены через проточную камеру, отличающийся тем, что, с целью повышения точности :чувствительностн и стабильности измерения, он снабжен второй проточной камерой с термочувствительным элементом , -подсоединенной параллельно к первой проточной камере, а между камерами включены два идентичных дросселякаждый соответственно в одну и другую ветвь дроссельного моста последовательно с основными дросселями, причем тер (Л мочувствитбйьные элементы проточных камер включены в смежные плечи электрической измерительной мостовой схемы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1% (ll) (я):G 01 М 11/04

М (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1 ) 3334004/18-2 5 (22) 09.09.81 (46) 15.04.83. Бюп. ¹ 14 ,(72) E. П. Пистун, Б. А. Криль, 3. H. Теплюх и М. И. Худый (71) Львовский ордена Ленина панитехнический институт им. Ленинского ком.СОМОпа (53) 543.274(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 454469е кл. G 01 и 27/1 6, 1 973.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 628435, кл. G 01 Й 11/04, 1978 (прототип). (54) (57) ТЕПЛОВОЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СОСТАВА, содержаший соединенную с магистралью подачи анализируемой среды проточную камеру с термочувствитепьным элементом, включенным в электрическую измеритепьную схему с вторичным прибором, и установленный на магистрали подачи анализируемой среды газодинамический дроссельный мост с перекрестным расположением ламинарных и турбулентных дросселей, меж дроссельные камеры которого соединены через проточную камеру, о т и и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, чувствительности и стабильности измерения,. он снабжен второй проточной камерой с термочувствитепьным элементом, подсоединенной параллепьно к первой проточной камере, а между камерами включены два идентичных дросселякаждый соответственно в одну и другую ветвь дроссельного моста последова тельно с основными дросселями, причем тер-. мочувствитейьные элементы проточных камер включены в смежные плечи электриче ской измерительной мостовой схемы.

1012101

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к тепловым анализаторам состава газооб- . разных и жидких сред, и может йайти применение для анализа состава бинарных или квазибинарных сред как в научных исследованиях, так и в системах контроля различными технологическими процессами.

Известна термокаталитическая ячейка, lO выполненная в ниде камеры с входом и выходом для газа и содержашая размещенный вне зоны направленного потока чувствительный элемент и заслонку, причем вход и выход дпя газа расположены по одну сторону чувствительного элемента 13

Данная ячейка обладает невысокой чувствительностью и имеет невысокую точность в процессе изменения за счет влияния на ее выходной сигнал колебаний расхода анализируемой среды и коэф,фициента теплоотдачи.

Наиболее близким к изобретению является тепловой газодинамический анализатор состава, содержаший соединенную с магистралью подачи анализируемой среды проточную камеру с термочувствительпым элементом, включенным в электрическую измерительную схему с вторичным ЗО прибором, и установленный на магйстрали подачи анализируемой среды газодинамический дроссельный мост с перекрестным распсложением ламинарных и турбулентных дросселей, междроссельные камеры которого соединены через проточную камеру g2).

Однако и в этом устройстве имеют место погрешности измерения, обусловленные флюктуациями физических парамет- gO ров анализируемой среды, а также нестабильностью работы термочувствительного элемента. Эти погрешности особенно проявляются при измерении малых концентраций, и поэтому точность измерения ма- лых концентраций является недостаточной.

Цель изобретения - повышение точности, чувствительности и стабильности измерения в начале диапазона измерения.

9та цель достигается тем что тепло» вой газодинамический анализатор состава, содержаший соединенную с магистралью подачи анализируемой среды проточную камеру с термочувствительным элементом, включенным в электрическую изме рительную схему с вторичным прибором, 55 и установленный на магистрали подачи анализируемой среды газодинамический дроссс.льный мост с перекрестным расположением ламинарных и турбулентных дросселей, междроссельные камеры кото.рого соединены через проточную камеру, снабжен второй проточной камерой с термочувствительным элементом, подсоеди« ненной параллельно к первой проточной камере, а между камерами включены два идентичных дросселя — каждый соответст° венно в одну и другую ветвь дроссельного моста поспедовательно с основными дросселями, причем термочувствительные элементы проточных камер включены в смежные плечи электрической измерительной мостовой схемы.

На чертеже показана принципиальная схема теплового газодинамического анализатора состава.:, Тепловой газодинами ческий анализатор состава содержит две проточные камеры

1 и 2, в которых установлены термочувствительные элементы 3 и 4, включенные в смежные плечи электрической измерительной схемы 5 с вторичным прибором

6. Магистраль подачи анализируемой среды разветвляется на две линии, на первой из которых установлен турбулентный дроссель 7 и ламинарные дроссели 8 и 9, а на второй - ламинарные дроссели 10 и

1 1 и турбулентный дроссель 1 2. Проточная камера 1 теплового газодинамического анализатора состава подсоединена к междудроссельным камерам 13 и 14, а проточная камера 2 — к междудроссельным камерам 15 и 16. Дроссели 8 и 11 выполнены идентичными. Дроссели 7 и 12 выполнены турбулентными с одинаковыми газодинамическими сопротивлениями. llpocсели 9 и 10 выполнены ламинарными, причем газоди нами ческое сопротивление дроссели 9 больше газодинамического сопротивления дросселя 8, а газодинамическое сопротивление дросселя 10 меньше газодинамического сопротивления дросселя 11, Тепловой газодинамический анализатор состава работает следуюшим образом.

Анализируемая среда под постоянным давлением питания через систему дросселей подается в проточные камеры 1 и

2 За счет указанного выполнения- дросселей потоки среды, протекаюшей через проточные камеры, равны, но противоположны по направлению. Термочувствительные элементы, разогреваемые проходяшим по них током, охлаждаются одинаково, и их температуры, а соответственно, и сопротивления одинаковы. Вторичный прибор 6, включенный в электрическую измерительную схему 5, показывает на3 1012 чапьное значение концентрации исспедуемой среды.

При изменении концентрации опреде» пяемого компонента в анапиэируемой среде за счет сопутствукицего этому изменению вязкости. и плотности среды, изменятся гаэодинамические сопротивпения дроссепей 7-12. Это ведет к тому, что изменяются пропорционально к изменению концентрации определяемого компонента величины потоков среды через проточные камеры 1 и 2. Например, поток в проточной камере 1 возрастает, а поток в проточной камере 2 уменьшается. В реэупьтате термочувствитепьный элемент 3 в камере 1 начинает сильнее охлаждаться возросшим потоком анализируемой среды, его температура и, соответственно, эпектрическое сопротивпение уменьшаются, а термочувствительный элемент 4, находящийся в проточной камере 2, охлаждается меньше, так как расход и связанная с ним скорость среды в камере 2 снижаются. Следовательно, температура термочувствитепьного эпемента 4, разогреваемого проходящим по нему током, повы- шается и увеличивается его электрическое сопротивление. Оба термочувствитель ные,эпементьт включены в эпектрическую измерительную схему 5 в смежные плечи моста. и их сопротивления меняются в противоположные стороны, поэтому s выходной диагонали мостовой схемы появляется сигнал (напряжение ипи ток, в зависимости от типа вторичного прибора), величина которого пропорционапьна изме-, нению сопротивлений термочувствитепьных элементов и, соответственно, содержанию измеряемого компонента. Таким образом, каждому значению концентрации определяемого компонента соответствует

4О определенное показание вторичного прибора 6.

Зависимость выходного сигнапа от, концентрации анапиэируемого компонента в предложенном анапизаторе практически пи-45 нейная, в отличие от известных, имеющих бопьшую нелинейность характеристики.

Это достигнуто за счет указанного вкпючения и выбора параметров дроссепей, а также эа счет включения двух термочув- 50 ствитепьных элементов в смежные плечй измеритепьного моста Указанными признаками обесцечивается значи тепьное уменьшение нелинейности как дроссельной, так и .электрической мостовых схем. Кро-55 ме того, обеспечивается компенсация не линейности характеристики термочувствитепьиых элементов. Это обусповпено тем, lOl 4 что сон ротивпения термочувствитепьных эпементов изменяются в противоположные стороны, и поэтому при включении их в смежные ппечи моста характеристика такого преобразователя линейная.

Указанное выполнение анализатора обеспечивает также, по сравнению с известными, и значитепьно большую чувстжтепьносчь, и точность измерения. При а этом точность предложенного анадизато- . ра повышается за счет того, что при пюбом значении концентрации определяемого компонента в проточных камерах существует поток анапиэируемой среды и меняется топько его величина, что обеспечивает устранение влияния очень нестабипьного состояния возникновения потока в проточных камерах на результат измерения, особенно в начале диапазона измерения. Кроме того, сам расход в проточных канапах явпяется функцией концентрации, и поэтому в предпоженном анапизаторе отсутствуют как необходимость в его стабилизации, так и погрешности этой стабилизации. Особенно важным здесь явпяется то, что потоки в проточных камерах меняются по величине в разные стороны относитепьно первоначального опредепенного значения. В результате этого термочувствитепьные элементы находятся в практически одинаковых условиях, что положительно сказывается на долговременной их стабильности и на повторяемости показаний анализатора. Таким образом" и эа счет этого также повышается точность измерения.

Важным отпичитепьным свойством предложенной схемы является также компенсация изменений давления питания и изменений температуры среды в зоне термочувствитепьных элементов.

Компенсация изменений давления питания происходит спедуюшим образом. При повышении давпения питания происходит одновременное и однонаправпенное возрастание расхода анапизируемой среды в проточных камерах, в отличие от изменения расходов в проточных камерах в разные стороны при изменении концентра= ции измеряемого компонента. При этом термочувствитепьные элементы охпаждаются омывающим из потоком среды.одинаково,- температуры их снижаются, и так как они включены в смежные плечи измерительного моста, изменений показаний вторичного прибора не происходит. При снижении давления питанйя расходы среды. в проточных камерах одновременно уменьшаются, температуры термочувствитель>

5 1012 ных элементов повышаются и так же не происходит изменения показаний вторичного прибора. Аналогично происходит компенсация изменений температуры среды в зоне термочувствительных элементов.Таким образом, эа счет компенсации изменений этих, неинформативных параметров сушественно повышается точность измерения.

Характеристики предложенного акали- р затора исследовались на макете, в котором s качестве ламинарных дросселей использовались стеклянные капилляры с внутренним диаметром 240 мк, а в качестве турбулентных дросселей тонкие ру- g биновые пластинки с отверстием 82 мк.

Все дроссели были собраны в металлическом блоке с соответствуюшими уплотнениями, проточные камеры были выполнены заодно с блоком и имели внутренний диа- >о метр 4 мм. Внутри проточных камер помешались термочувствительные элементы от хроматографов серии "Цвет". Анализатор был снабжен также известными устройствами для поддержания постоянного давления питания анализируемой. смеси и стабилизации температуры анализатора.

Питание измерительной схемы осуществлялось от источника стабилизированного

101 4 тока со значением 60 мА. Как вторич1 ный прибор использовался потенциометр

КСП-4 и дополнительно для более точных измерений во время испытаний - цифровой вольтметр Щ-48000.

Макет анализатора испытывался на бинарной смеси углекислый газ-азот. Через анализатор пропускались чистый азот, а также смеси с содержанием углекислого газа 1%, 2,4% и 10%. Испытания показали исключительно высокую повторяемость результатов измерений, например, воспроизводимость показаний как на- ° ,чального значения концентрации, так

I и в других точках была в пределах 0,4%.

Технико экономический эффект предпоженного анализаторе достигается эа счет более высокой точности и чувствительности измерения, высокого быстродействия. и, соответственно, более высокого качества управления технологическими процессами. бранное устройство может использоваться в химической, нефтехимической, энергетической и других отраспях промышленности.

ВНИИПИ Заказ 2750/ 53 Тираж 871 Подписное

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4