Газоанализатор

 

1. ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержа щий магнитоакустический преобразователь , выполненный в виде магнитной системы с размещенными в ее зазоре и сопряженными с возбудителем акустических колебаний камерами для анализируемой и эталоннойгазовых смесей и установленным между ними датчиком магнитной индукции, подключенный к выходу датчика фазочувствительный усилитель и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения , регистратор выполнен в виде шкального механизма, соединенного с подключенным к выходу фазочувствительного усилителя устройством перемещения подвижной части магни-. тоакустического преобразователя, 2. Газоанализатор по п.1 о т личающийся тем, что в качестве подвижной части использован шток, расположенный в одной из камер магнитосвкустического преобразова-, (Л теля. СлЭ tsD to

СОЮЗ. СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1132211 A

3(5Н 6 01 N 27/72

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

-ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ у/

" » 1

*» (54) (57) i 1. ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержа щий магнитоакустический преобразователь, выполненный в виде магнитной системы с размещенными в ее зазоре и сопряженными с возбудителем акустических колебаний камерами для ана:В

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2714939/18-25 (22) 22. 01. 79 (46) 30. 12. 84. Вюл. 9 48 (72) И.Н.Сапранков и E.Ä.Âàëèåâ (71) Физико-технический институт

AH ТССР (53) 543.274(088.8) (56) 1.Агейкин Д.И. Магнитные газоанализаторы. M., Л., 1963,с.3,200.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2536372/25, кл. 6 01 И 27/72, 1978 (прототип). лизируемой и эталонной газовых смесей и установленным между ними датчиком магнитной индукции, подключенный к выходу датчика фазочувствительный усилитель и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, регистратор выполнен в виде шкального механизма, соединенного с подключенным к выходу фаэочувствительного усилителя устройством перемещения подвижной части магнитоакустического преобразователя.

2. Гаэоанализатор по п.1 о т— л и ч а ю шийся тем, что в ка" честве подвижной части использован шток, расположенный в одной из ка- щ

Мер магнитожсустнческого преобразова-,. теля.

1132211

Модуляция магнитыой проницаемости сопровождается модуляцией магнитной индукции В поля в межполюсном прост ранстве магнитной системы, т.е.

Изобретение относится к анализу веществ (материалов) по их магнитным свойствам и может быть использовано, например, при определении концентрации свободного кислорода н составе топочных газон. 5

В настоящее время существуют различные устройства, предназначенные для определения концентрации свободного кислорода в газовой среде. Наиболее предпочтительны приборы, в основу работы которых заложено использование зависимости магнитной проницаемости смеси от ее состана, и, в основном, от концентрации в ней свободного кислорода. Для боль шинства газоных смесей, встречающихся на практике, магнитная проницаемость пропорциональна концентрации свободного кислорода и ней. Это объясняется тем, что кислород по сравнению с другими газами обладает ярко выраженными парамагыитными свойствами. Таким образом, концентрация свободного кислорода н аыалиэируемой смеси может быть определена по значению магнитной проницаемости последней. Определение магнит ной проницаемости газовой смеси осуществляется измерением одной иэ физических величин, однозначно связанНых с манитной проницаемостью исследуемой среды. Такими величинами являются магнитная индукция, индуктивность соленоида, объем которого заполнен исследуемой смесью, .взаимная индуктивность между двумя катуш- 35 ками, помещенными в исследуемую среду и т.д.11j .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является газоанализатор, содержащий магнита- 40 акутсический преобразователь, выполненный в виде магнитной системы с размещенными в ее зазоре и сопряженными с возбудителем акустических колебаний камерами для анализируемой и эталонной газовых смесей и установленным между ними датчиком магнитной индукции подключенный к выходу датчика фазочувствительный усилитель и регистраторt.2j. 50

Известное устройство представляет собой газоанализатор, в основном ыа кислород, принцип действия которого основан на измерении магнитной проницаемости газовой среды. Устройства содержит магнитную систему, в зазоре которой помещена камера н виде акустического резонатора, заполняемого анализируемой смесью и снабженного преобразователем электрических колебаний в акустические, подключенным к генератору переменного тока, и преобразователь магнитного потока, выход которого подключен к входу из-. мерительного тракта, в зазор.магнитной системы также помещен магнит- Я ный концентрат, нормально расположенный по отношению к силовым линиям магнитной системы и рассеченный в направлении продольной оси резонатора на дне части зигзагообразным разрезом, выполненным в виде меандра, таким образом, что концентратор образован двумя смещенными шреСенками, зубцы которых чередуются через —, Л

2 а преобразователь магнитного потока установлен на перемычке, соединяющей обе части гребенки; акустический резонатор при этом выполнен в виде двух отрезков полой трубы, соединенных коленом, продольный размер которого равен длине нечетного количества полуволн акустической волны.

Такое построение приводит к тому, что в нижней части резонатора н каждой из его точек объема акустические колебания находятся н противофазе с колебаниями в рядом расположенных точках верхней части резонатора. Марнитный концентратор установлен н межполюсном пространстве таким образом, что.местоположение его зубцов приходится ыа пучнОсть акустической стоячей волны в резонаторе.

При работе преобразователя электрических колебаний н акустические, в камере с анализируемьм газом устанавливаются стоячие акустические колбЬания, что приводит к модуляции плотности и магнитной проницаемости газа. Для магнитной проницаемости ф4 газовой среды можно записать в этом случае следующее выражение, учитывая, что для изогнутого резонатора коор.динатой х является продольная ось резонатора:

Q4 = p pPL (К f) tn Сою >)(Сою 2ПГЙ) е где,К,и и. — магнитная постоянная и относительная магнитная проницаемость исследуемого газа при его нормальном давлении и температуре соответственно; коэффициент глубины модуляции; л- - длина акустической волны; — координата пространства;

F — частота акустических колебаний.

В качестве оправки можно привести данные для магнитной проницаемости кислорода.При давлении 1 атм. и

О С для кислорода ф-z) 4 1,83"10

В =И М о(И+ К- )) п.Сох — У-cog 2TIFt:

1132211 где Н вЂ” напряженность поля в статическом режиме.

Из выражения (2) следует, что переменная составляющая магнитной индукции в зазоре является знакопеременной функцией продольной оси резонатора х.

В =Н ф.о(Ф-1) vn c» —" х сою2!(Н

Следовательно, суммарная величина переменного магнитного потока системы является также периодической функцией координаты х, а ее максимальное значение не превышает переменного магнитного потока, действую- 15 щего в пределах одной пучности акустической волны, т.е. при o x»+

Модуляция магнитной проницаемости (проводимости) среды приводит не только к модуляции нормальной состав-y(} ляющей магнитной индукции, но и возникновению переменных тангенциальных магнитных потоков (вдоль продольной оси резонатора), амплитуда и направление которых является гармонической функцией резонатора и концентратора, а также благодаря тому, что зубья гребенки концентратора находятся в области максимального значения результирующего продольного магнитного потока, в перемычке концентратора известного газоанализатора циркулирует переменный поток, пропорциональный сумме абсолютных значений элементарных переменных тангенциальных потоков, вызванных модуляцией магнит-З5 ной проницаемости газа в обоих частях резонатора.

Недостатком этого устройства явля,ется его ограниченная точность и

:разрешающая способность измерений 40 вследствие нестабильности узлов,входящих в этот газоанализатор.

Цель изобретения — повышение точности измерений, а значит, и увеличение разрешающей способности газо- 45 анализатора.

Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции газоанализатора регистратор выполнен в виде шкального механизма, соединенного с подключенным к выходу фазочувствительного усилителя устройством перемещения подвижной части магнитоакустического преобразователя.

Кроме того, в качестве подвижной. части может быть использовано шток, расположенный в одной из камер магнитоакустического преобразователя.

На чертеже схематически изображен вариант выполнения устройства со стержнем, расположенным в камере с анализируемой смесью и соединенным с устройством его перемещения.

Газоанализатор содержит магнитную систему 1, в зазоре которой размещены сопряженные с возбудителем 2 акус-65 тических колебаний резонаторы 3 и 4, заполненные анализируемым и эталонным газами соответственно, магнитный концентратор 5, который расположен между резонаторами 3 и 4 и выполнен в виде двух смещенных на половину длины акустической волны — гребенок

К из магнитного материала с расстоянием между зубьями каждой из этих гребенок,равным длине акустической волны х, соединенных между собой магнитопроводящей перемычкой, датчик маг-. нитного потока б, установленный на перемычке концентратора 5 и подключенный к входу фазочувствительного выпрямителя 7, генератор переменного тока 8, выход которого подключен к возбудителю 2 акустических колебаний, и к опорному входу фазочувствительного выпрямителя 7, механизм перемещения 9 с отсчетной школой

10. Резонатор 3 с анализируемым газом снабжен перестраиваемым аттенюатором 11 акустических колебаний, сочлененным с механизмом перемещения 9 ° Управляющий вход механизма перемещения 9 подключен к выходу фазочувствительного выпрямителя 7. Резонаторы 3 и 4 размещены таким образом, что синфазные пучности акустических стоячих волн в резонаторах совпадают с расположением зубьев концентратора 5. Подвиж-. ной частью магнитоакустического преобразователя может являться концентратор датчика магнитной индукции или заслонки, вводимая в одну из камер, и т.п. Однако выполнение подвижной части в виде стержня позволяет полую чить наименьшую погрешность.-,, При запитке возбудителя 2 акусти ческих колебаний переменным током от генератора 8 в резонаторах 3 и 4, заполненных анализируемым и эталон- ным газами соответственно, устанав ливают стоячие акустические колебания. При этом в резонаторах с частотой акустических колебаний происходит, модуляция плотностей и магнитных

;проницаемостей анализируемого и эталонного газов. Пучности акус тических стоячих колебаний в резонаторах 3 и 4 синфазны между собой и совпадают с расположением зубьев концентратора. В случае нулевого продольного магнитного потока глубина модуляции акустических колебаний в резонаторе 3, заполненном анализируемой средой, находится в однозначной зависимости от концентрации парамагнитной компоненты в данной среде. Глубина модуляции определяется текущими параметрами аттенюатора, например длиной введенного в резонатор стержня.

Таким образом, показания шкалы механизма перемещения могут быть

1132211

Составитель Л.Дикая

Техред.Ж.Кастелевич Корректор A.Òÿcêo

Редактор К.Волощук

Заказ 9783/37 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий °

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

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 откалиброваны в процентах измеряемой концентрации. При использовании подвижной части в виде стержня погрешность из-за возможных люфтов механизма перемещения в рассматриваемом газоанализаторе может быть значительно снижена за счет уменьшения цены деления его шкалы. Действительно, в данной конструкции величина перемещений подвижного элемента (стержня, вводимого в резонатор) ат- 10 тенюатора ограничена длиной резонатора, которая может быть много больше длины акустической волны, при этом перекрываемый диапазон измеряемой концентрации парамагнитной 15 компоненты может быть установлен не на 10ОЪ, а значительно меньше, в пределах десятков или единиц процентов, т.е. предлагаемая конструкция реализует прибор с растяжкой шкалы, О следовательно, с малой ценой деления.

Кроме того, возможны следующие варианты аттенюатора: с выполнениемвводимого в резонатор стержня иэ вязкого материала, т.е. с большим поглощением звуковой энергии и стержня с шероховатой поверхностью, т.е. использование демпфирования звуковых колебаний на границе раздела двух сред. Укаэанные варианты выполнения аттенюатора позволяют осуществить стабильное и линейное в широких пределах изменения глубины модуляции звуковых колебаний.

Предлагаемый гаэоанализатор обладает повышенной точностью и разрешающей способностью измерений. При реализации этого устройства снижаются требования к точности выполнения наиболее ответственных узлов, что ведет к повышению надежности и снижению

его себестоимости. Эти качества расширяют возможности использования газоанализатора в народном хозяйстве.