Способ контроля горючих газов и паров

 

Изобретение относится к газоаналитическому приборостроению, в частности к способам контроля горючих газов термохимическим датчиком. Цель изобретения - обеспечение точной, плавной регулировки чувствительности контроля. Способ включает изменение электротеплового режима работы измерительного и компенсационного чувствительных элементов датчика при изменении параметров (например, концентрации) контролируемых компонентов. Контролируемые параметры определяют по изменению электротеплового режима чувствительных элементов датчика. Соотношение между тепловой чувствительностью измерительного и компенсационного термоэлементов изменяют величиной тока, протекающего через компенсационный чувствительный элемент. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1Ю (И) А1 (5ц 4 G 01 N 27/16

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тепловой режим измерительного и компенсационного чувствительных элементов датчика при изменении параметров (например, концентрации) контролируе. мых компонентов и определяют контролируемые параметры по изменению электротеплового режима чувствительных элементов датчика. Перед анализом устанавливают заданное соотношение между тепловой чувствительностью измерительного и компенсационного термоэлементов путем изменения величины тока, протекающего через компенсационный чувствительный элемент.

Кроме того, соотношение между тепло, вой чувствительностью измерительного и компенсационного термоэлементов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4253287/25-25 (22) 01.06.87 (46) 15.12.89. Бюл.М 46 (71) Институт технической теплофизикн АН УССР (72) Б.М.Лисогор, А.С.Бурдейный и Ю.И.Чоповский (53) 543.274(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 212609, кл. G 01 N 27/14, 1962.

Авторское свидетельство СССР

У 1040396, кл. G О! N 27/16, 1983. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ

И ПАРОВ (57) Изобретение относится к газоаналитическому приборостроению, в частности к способам контроля горючих

Изобретение относится к газоанали-. тическому приборостроению, в частности к способам контроля горючих газов термохимическим датчиком, и может быть использовано в химической, нефтехимической и газовой промышленности для контроля технологических процессов, при которых возникает необходимость измерения концентрации или других параметров горючих газов в смеси с воздухом или иным окислителем.

Цель изобретения — обеспечение точной, плавной регулировки чувствительности контроля.

Способ контроля горючих газов и паров термохимическим датчиком заключается в том, что изменяют электро2 газов термохимическим датчиком. Цель изобретения — обеспечение, точной, ппавной регулировки чувствительности контроля. Способ включает изменение электротеплового режима работы измерительного и компенсационного чувствительных элементов датчика при изменении параметров (например, концентрации) контролируемых компонентов. Контролируемые параметры определяют по изменению электротеплового режима чувствительных элементов датчика. Соотношение между тепловой чувствительностью измерительного и компенсационного термоэлементов изменяют величиной тока, протекающего через компенсационный чувствительный элемент. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1529094 можно изменять во время анализа при увеличении концентрации горючих газов и паров путем уменьшения величины тока, протекающего через компенсационный чувствительный элемент.

Измерительный и компенсационный чувствительные элементы включают в смежные плечи дифференциального электрического моста. Сигнал разбаланса дифференциального моста усиливают и преобразуют в последовательность электрических импульсов заданной длительности, частота повторения ко.торых обратно пропорциональна сигналу разбаланса дифференциального измерительного моста, возникающему вследствие каталитического окисления на измерительном чувствительном элементе контролируемых горючих газов. С помо- 2О щью электрических импульсов осуществляют разогрев чувствительных элементов до температуры каталитического окисления горючих газов. Амплитуда и начальная частота следования импульсов выбира- 25 ются достаточными для нагрева чувствительных элементов до заданной рабочей температуры. К чувствительным элементам подают эталонную газовоздушную смесь с заданной концентрацией контролируемого горючего газа. Изменяя1 ток разогрева компенсационного чувствительного элемента с помощью резистора сравнения, последовательно включенного с компенсационным чувстви-З5 тельным элементом, добиваются требуемой чувствительности контроля. Чтобы баланс измерительного моста при этом не нарушался, последовательно с компенсационным чувствительным элемен- 4р том вводят дополнительный резистор, При изменении электротеплового режима компенсационного чувствительного элемента нарушаются его компенсационные свойства, поэтому термоэлементы до" 45 полнительно термостатируют. Если чувствительные элементы термохимического датчика нагревают с помощью встроенных в них отдельных нагревателей, контроль их температуры разо" грева осуществляют с помощью термометров сопротивления, изготовленных из платиновой проволоки и электрически изолированных от нагревателей, нагреватели измерительного и компен55 сационного термоэлементов включают последовательно и питают электрическими импульсами заданной амплитуды, длительности и частоты, изменяющейся при изменении концентрации контролируемых горючих газов, а термометры сопротивления включают в смежные плечи дифференциального измерительного моста, то чувствительность контроля в предлагаемом варианте изменяют путем изменения тока, протекающего через термометр сопротивления компенсационного чувствительного элемента. При токе через компенсационный элемент практически равном нулю чувствительность контроля минимальна и определяется электротепловыми параметрами измерительного чувствительного элемента, При увеличении тока через термометр сопротивления компенсационного элемента чувствительность контроля возрастает и ограничивается величиной тока, при которой процесс контроля устойчив, т.е. при увеличении концентрации горючих газов частота питающих импульсов только уменьшается и не возникает паразитных электротепловых автоколебаний. Оптимальную вели-. чину тока через компенсационный элемент определяют в процессе настройки и калибровки устройства, реализуюЩего способ

На фиг.l схематически представлен электрический дифференциальный мост устройства, реализующегЬ данный способ для чувствительных элементов с совмещенными термометром сопротивления и нагревателем термоэлемента; фиг.2 — то же, с отдельными нагревателями.

Устройство содержит измерительный чувствительный элемент 1, компенсационный чувствительный элемент 2, постоянный резистор 3 в плече измерительного чувствительного элемента, переменный резистор 4, с помощью которого изменяют ток в плече компенсационного чувствительного элемента, добавочный резистор 5, выравнивающий баланс дифференциального измерительного моста при изменении тока через компенсационный термоэлемент. К диагонали 6, 7 моста подводят электрические импульсы тока заданной амплитуды длительности для разогрева термоэлементов. Управляющий выходной сигнал дебаланса снимают с диагонали 8, 9.

Электрический дифференциальный мост с отдельными нагревателями содержит последовательно включенные нагреватели 10 и ll соответственно измерительного и компенсационного чувстви5 15290 тельных элементов, к которым подают электрические импульсы постоянной амплитуды и длительности для разогрева до температуры каталитического окис5 ления горючих газов. В диагональ 6, 7 подают постоянное напряжение для питания термометров сопротивления измерительного и компенсационного термоэлементов. Управляющий выходной сигнал дебаланса снимают с диагнонали

В, 9.

Способ реализуют следующим образом.

В качестве чувствительных элемен" тов (фиг.,2) используют цилиндрические тела из / -окиси алюминия диаметром

0,6-3 мм и длиной 1,5-6 мм, в которые концентрически, симметрично встроены нагреватель в виде спирали, содер- 20 жащей десять витков проволоки из нихрома диаметром 0,06-0,1 мм и термометр сопротивления, выполненный также в виде спирали, содержащей 5-10 витков проволоки из платины диаметром 0,01- 25

0,03 мм. Разброс в размерах чувствительного элемента и его конструктивных составляющих обусловлен возможностями технологии изготовления. Измерительный и компенсационный чувствитель- 30 ные элементы выполняют идентичными.

На поверхность измерительного термо. элемента наносят мелкодисперсный платино-палладиевый катализатор, обеспечивающий его каталитическую активность к окислению контролируемых горючих газов и паров. Нагреватели .чувствительных элементов соединяют последовательно и подключают через электронный ключ к источнику постоян- 40 ного напряжения. Работой электронного ключа управляют сигналом с преобразователя аналогового сигнала в частоту °

Термометры сопротивлений чувстви- 45 тельных элементов включают в электрический дифференциальный мост, к диагонали 6, 7 которого подают постоянное напряжение. С помощью сигнала дебаланса моста через дифференциальный 5р усилитель управляют преобразователем аналогового сигнала в частоту следования электрических импульсов заданной длительности. Частотно-импульсный сигнал с выхода преобразователя 55 напряжения в частоту подают на вход электронного ключа, с помощью которого регулируют поступление импульсного тока заданной амплитуды и длитель94 6 ности на последовательно включенные нагреватели чувствительных элементов для их разогрева до температуры каталитического окисления горючих газов.

Подаваемый к термоэлементам контролируемый горючий газ или пар в смеси

\ с воздухом каталитически окисляют с помощью измерительного чувствительного элемента. Получаемый при этом прирост температуры (термоэффект) преобразуют в электрический сигнал (дебаланс моста) с помощью термометра сопротивления измерительного чувствительного элемента, включенного в дифференциальный электрический мост.

Последовательно воздействуя полученным электрическим сигналом на дифференциальный усилитель, преобразователь напряжения в частоту следования электрических импульсов и электронный ключ, добиваются уменьшения подводимой к нагревателю измерительного чувствительного элемента электрической мощности и, следовательно, темпера" туры разогрева термоэлемента путем уменьшения частоты следования электрических импульсов питания нагревателя термоэлемента. По изменению частоты следования импульсов питания определяют концентрацию нли иные параметры контролируемых горючих газов.

Поскольку нагреватели измерительного и компенсационного чувствительных элементов включены последовательно, то уменьшая частоту следования импульсов питания термоэлементов, уменьшают и температуру разогрева компенсационного элемента. Изменение (уменьшение) температуры компенсационного чувствительного элемента преобразуется в дополнительный электрический сигнал (дебаланс моста) с помощью термометра сопротивления компенсационного термоэлемента, включенного в смежное плечо дифференциального измерительного моста. Увеличенным сигналом дебаланса дополнительно снижают частоту подачи импульсов питания на измерительный чувствительный элемент, уменьшая температуру его разогрева и термоэффект от окисления горючих газов и добиваясь исходного баланса дифференциального электрического моста, куда включены термометры сопротивления измерительного и компенсационного термоэлементов. По уменьшению частоты следования импульсов питания термо1529094

Ток компенсационного термометра сопротивления, мА

5,1,1 5,75 6,14 6,60 7,66 9,37

Показ атель

Чувствительность контроля, кГц/мл/м

1,25 1,26 1,28 1 36 1,83 2,23 элементов судят о концентрации или иных параметрах контролируемых горючих газов.

Чувствительность способа контроля определяют как отношение изменения частоты следования импульсов питания термоэлементов к величине концентрации контролируемых горючих газов в эталонной смеси, подаваемой к термоэлементам при отладке способа контроля. Чувствительность способа контроля изменяют путем изменения соотношения между тепловой чувствительностью измерительного и компенсационного термоэлементов. При постоянной тепловой чувствительности измерительного чувствительного элемента изменяют тепловую чувствительность компенсационного чувствительного элемента путем изменения тока в цепи термометра сопротивления компенсационного чувствительного элемента. Тепловую чувствительность термоэлемента определяют как отношение изменения сигнала25 дебаланса дифференциального электрического моста, в который включен термоэлемент или его термометр сопротивления, к заданному известному количеству теплоты или приросту температуры, сообщаемому термозлементу.

Изменяя ток через термометр сопротивления компенсационного термоэлемента, изменяют чувствительность дифференциального моста и, следовательно, тепловую чувствительность компенсационного термоэлемента и чувствительность контроля °

В таблице представлена полученная з ависимость изменения чувствительности 4< контроля от тока через термометр сопротивления компенсационного термоэлемента при подаче к чувствительным элементам эталонной смеси паров бензина с воздухом концентрацией

10 мп/м

Изменение тока термометра сопротивления компенсационного элемента в

1,83 раза приводит к изменению (увеличению) чувствительности контроля .в 1 78 раза, S0

Возможность плавного изменения чувствительности контроля при изменении тока компенсационного термометра сопротивления позволяет стабилизировать чувствительность контроля, точно согласовать операции контроля параметров горючих газов с последующими операциями обработки .частотно-импульсного информационного сигнала и в результате повысить точность контроля концентрации или иных параметров горючих газов и паров. Увеличение точности контроля позволяет снизить за-траты на обслуживание процесса контроля при его реализации, Формула и з о б р е т е н и я

1. Способ контроля горючих газов и паров термохимическим датчиком, включающий изменение электротеплового режима работы измерительного и компенсационного чувствительных элементов датчика нри изменении концентрации контролируемых компонентов и определеиие концентрации по изменению электротеплового режима чувствительных элементов датчика, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и плавности регулировки чувствительности контроля, перед анализом устанавливают заданное соотношение между тепловой чувствительностью измерительного и компенсационного термоэлементов путем изменения величины тока, протекающего через компенсационный чувствительньй эле-. мент.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что при увеличении концентрации горючих газов и паров во время анализа соотношение между тепловой чувствительностью измерительного и компенсационного термоэлементов дополнительно изменяют путем уменьшения величины тока, протекающего через компенсационный чувствительный элемент.

1529094

Составитель В.Екаев

Техред Л. Сердокова

Корректор И.Муска

Редактор С.Лисина

Заказ 7633/38

Тира к 789

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета Ъо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101