Газоанализатор

 

(1Å (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

C»IN»»» »

РЕСПУЬЛИК

ЗИ9 G 01 27 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

А0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ "»

» ч

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к aampceoasv саидкткльстау

/ (21 ) 3329183/18-25, (22 ) 14. 08. 81 (46 ) 23. 11. 83.. Бюл. 9 43 (72 ) Л.Л. Горелик,, Ю.Н. Лебедев

:К A.Ã. Морозов (53 ) 543. 274 (088. 8 ) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

В 168049, кл. G 01 Ы 27/18, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР В 407219, кл. G 01 М 27/18, 1973 (прототип }. (54 ) (57) 1. ГАЭ0АБАпИЗАТ0Р,основанный на иэмейе!нки теплопроводности кислорода в магнктком поле, содержаций датчик,: состоящий из помещенной в соленоид измерительной камеры с плоским .термочувствительным элементом и, виброустойчивьвл в магнитном поле нагревателем, источик тока, подклн чениый к нагревателю, источник пульсирующего тока низкой частоты, подключенный к соленоиду, измерительный. усилитель низкой частоты, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения точности измерений, установленный с зазором к нагревателю термочувствнтельный элемент расположен на поверхности плоского теплоотводяцего элемента, размещенного на стенке измерительной камеры.

2. Газоанализатор по п.1, о т л и- ч а ю шийся тем, что, термочувствительный элемент выполйен в виде пироэлектрического преобразователя толщиной не более 0,5 мк.

3. Гаэоанализатор по п.1, о тл и ч,а ю щ к и с я тем, что нагре-, Щ ватель выполнен в вкде.параллельной: термочувствительному элементу плас-, тинки с расположенной на ней обмоткой подогрева. !

105б 026

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к магнитно-теплопроводностному газовому анализу на кислород (в его основу положен связанный с парамагнезитом кислорода эффект уменьшения теплопроводности кислорода в магнитном поле), и может найти преимущественное применение в технике вакуумных изме-. рений.

Известен газоанализатор, содержащий расположенные в корпусе термочув4 ствительные элементы (ТЭ) в виде симметрично включенных в измерительный мост переменного тока термосопротив. — . лений, одно из которых помещается в )5 пульсирующее магнитное поле низкой частоты. При этом второе термосопротивление служит для улучшения стабильности гавоанализатора.

Анализ производится при давлениях

0,01-10 тоРГ (13-1300 Па). Используются магнитные полл т. 50 Э ° Обычно в качестве термосопротивлений служат натянутые вдоль осей измерительных камер платиновые проволоки ф 30 мкм, которые подогреваются током измерительного моста до температуры порядка 100ОС. Вызываемые магнитым ! полем пульсации теплопроводности кис,лородной газовой смеси приводят к / пульсациям активного термосопротив- ления. Возникающие при этом пульсации напрях<ения в измерительной диагонали моста усиливаются избирательным усилителем. Указанная конструкция датчика обеспечивает виброустойчивость ТЭ в магнитном поле(1)<

Однако существенным недостатком гаэоанализатора является наличие большого температурного скачка мех<ду термосопротивлением и находящимся 4(} при низком давлении газом. Это приводит к сильному уменьшению градиента температуры в газе и, в результате, к ухудшению пороговой ,чувствительности. 45

Наиболее близким IIî технической сущности к изобретению является газоаналиэатор, основанный на изменении теплопроводности кислорода в магнитном поле, содержащий датчик, состоящий из помещенной в соленоид измерительной камеры с плоским термочувствительным элементом и виброустойчивым в магнитном поле нагревателем, источник тока, подключенный к нагревателю, источник пульсирующего тока низкой частоты, подключенный к соленоиду, измерительный усилитель низкой частоты 2 ).

Недостатки известного газоанализатора заключаются в том, что термо- 60 чувствительные эЛементы, выполненные в виде металлических термосопротивлений, имеют низкий коэффициент пребразования и для их подогрева необходимо использовать хорошо стабилизированный и высокоизбирательный усилитель. Для компенсации дрейфа нуля необходимо иметь вторую иэ мерительную камеру, находящуюся вне: магнитного поля, в процессе измере- ний возникает необходимость постоянно балансировать мост.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение точности измерений, Поставленная цель достигается тем, что в гаэоанализаторе, основанном на изменении теплопроводности кислорода в магнитном поле, содержащем датчик, состоящий из помещенной в соленоид, измерительной камеры с плоским термочувствительным элементом и виброустойчивым в магнитном поле нагревателем, источ ник тока, подключенный к нагревателю, источник пульсирующего тока низкой частоты, установленный с зазором к нагревателю термочувствительный элемент расположен на поверхности плоского теплоотводящего элемента, размещенного на стенкЕ измерительной камеры.

При этом термочувствительный элемент монет быть выполнен в виде пироэлектрического преобразователя (ПЭП) толщиной не более 0,5 мм, а нагреватель — в виде параллельной термочувствительному элементу пластинки с располох<енной на ней обмоткой подогрева.

На чертеже изображена схема газоанализатора, основанного на изме-. . нении теплопроводности кислорода в магнитном поле.

В соленоид 1 помещена измерительная камера 2 с расположенными в ней виброустойчивым в магнитном поле нагре-, вателем 3, плоским.термочувствительным элементом 4. Элемент 4 установлен с зазором к нагревателю 3 и расположен на поверхности плоского теплопроводящего элемента 5, размещенного на стенке измерительной камеры 2. Соленоид подключен к источнику б пульсирующего тока низкой (модулирующей) частоты, нагреватель 3 подключен к источнику 7 тока, а.теплочувствительный элемент подключен к измерительному устройству, выполненному в виде измерительного усилителя 8 низкой частоты, через нагрузочное сопротивление 9, которое служит согласующим элементом,.

Термочувствительный элемент выполнен в виде пирозлектрического преобразователя, который одной своей поверхностью полностью лежит на теплоотводяцем элементе, установленном на стенке измерительной камеры, причем толщина пироэлектрического преббразователя и период модуляции Т выбраны так, что достигнуто прибли1056026. Составитель Г. Боровик

Редактор Н. Лазаренко Техред Т.Фанта Корректор A. Ильин

Заказ 9290/34 . Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д..4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 зительное равенство T „1/6Т, где

Г - время тепловой релаксации. При соблюдении этого равенства достигается наилучшая пороговая чувствительность. Толщина пироэлектрического преобразователя не првьыает 0,5 мм.

Нагреватель выполнен в виде плас- тинки, на которую намотана обмотка подогрева, причем выбран такой шаг намотки, при котором обеспечена виброустойчивость нагревателя в магнит ном поле (шаг намотки 0,5-1 мм).

Пластинка установлена параллельно . термочувствительному элементу.

Ыирина и длина нагревателя выбраны больше соответствукщих размеров пироэлектрического преобразователя, что способствует оптимальному исполь. зованию теплового потока.

Корпус измерительной камеры представляет собой латунный стакан с внутренним диаметром 20 мм, длиной

12 см. В камере установлен ПЭП из ниобата лития (LiNbO ) в виде дис3 ка ф 10 им, толщиной 0,5 мм Его вольт-ьаттная чувстви тель ность в расчете «а единицу площади (коэффициент преобразования) приблизительно на 3 порядка больше, чем у металлических термосопротивлений. ПЭП положен на медную пластинку толщиной 2 мм, имеющую непосредственный тепловой контакт с корпусом камеры.

Нагреватель установлен вдоль камеры, параллельно плоскости ПЭП,на расстоянии 7 мм от нее. Он выполнен в виде слюдяной пластинки толщиной 0,2мм, шириной 12 ми, длиной 20 мм, на которую намотана шагом в 1 мм платиновая проволока Ф 50 мкм сопротивлением 26 Ом. На проволоку подается постоянное напряжение 4 В. При этом

1 температура нагревателя порядка ° .

00 С, причем с погрешностью менее

ЗОВ она одинакова на всем нагре- вателе. Тепловая постоянная времени нагревателя i < 50 с, при этом требования к стабильности источника питания нагревателя примерно в

50 раз меньше, чем у известного устройства.

Соленоид намотан медным проводом ф 0,4 мм, число витков на 1 см

100, амплитудное значение пульсирующего тока соленоида е 0,09 А, его частота 0,3 rtl. rlpR этом амплитудное значение магнитного поля л 10 Э. Соленоид имеет магнитную экранировку от внешних полей.

Электрические выводы датчика выполнены бифилярно, земляные выводы имеют общую точку на корпусе камеры. К контролируемой системе датчик подсоединяется таким образом, чтобы обеспечить быстрое пе10 ремешивание газа между системой и датчиком. Вес датчика 0,7 кг.

Газоаналиэатор работает следуюцим образом.

Возникающие в пульсирукщем маг15 нитном поле пульсации теплопроводности кислородосодержащей газовой смеси вызывают пульсации идущего от нагревателя теплового потока и, как следствие этого, пульсации температуры ПЭП. При этом, посКольку ПЭП является сегнетоэлектриком, в нем возникает изменение момента поляризации (дР) и, в результате, переменный ток.

По электрическим проводам, припаянным к имеющимся на обеих поверхностях ПЭП тонким металлическим . покрытиям, сигнал поступает на вход усилителя, настроенного на частоту пульсирующего тока. Нагрузочное сопротивление 9 согласуется с измерительной схемой с учетом того, что эквивалентное сопротивление ПЭП R — результат запараллеливания омического и емкостного сопротивлений ПЭП (Нн R ). В осуществленной схеме нагрузочное сопротивление R н - 10 Ом. Коэффициент усиления схемы 2 .104. Пороговая чувствительность газоанали40 затора определяется шумами ПЭП, при давлении 1 торр она равна

- 0,03-% О .

Достоинства гаэоанализатора и

45 возможные перспективы его совершенствования открывают также возможности эффективного использования подобных устройств для исследований влияния магнитных и электричес50 ких полей на теплопроводность газов, например, для исследования недавно обнаруженного осцилляционного эффекта (ОЭ).