Магнитодинамический газоанализатор

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для анализа веществ по их магнитной восприимчивости, например для определения концентрации кислорода в газовых смесях. Целью изобретения является повышение чувствительности газоанализатора. Диамагнитное тело 1, выполненное в виде тороида с образующей в форме усеченного конуса, помещено в измерительную камеру, выполненную по форме диамагнитного тела. Внутренней стенкой камеры является полюсный наконечник постоянного магнита 2, наружной - пустотелый магнитОпровод 3. Анализируемый газ посредством пнев монагнетателя (ПН) 7 подается в канал 8 пневматического моста, плечами которого являются кольцевая измерительная камера, дроссели и регулировочный вентиль. К измерительной диагонали пневматического моста подключен электрический мост (ЭМ), двумя плечами которого являются полупроводниковые термоанеморезиетивные чувствительные элементы 12, размещенные в проточной камере 13. Сигнал разбаланса ЭМ через усилитель 15 поступает или непосредственно на индикатор 16 процентного содержания кислорода, или в цепь обратной связи, состоящую из микропроцессора (МП) 17, управляющего через блок 18 ПН 7.-На второй вход МП 17 поступает сигнал с датчика 19 температуры окружающей среды, выход МП 17 подключен к частотомеру 20, отградуированному в единицах процентного содержания кислорода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 N 27/72

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ й

1 (21) 4768830/21 (22) 15.12.89 (46) 07,03.92, Ьюл. N 9

И (71) Казанский авиационный институт им.

А.Н.Туполева и Казанское специальное конструкторско-технологическое бюро "Медтехника" (72) В,А.Ференец, А.А,Стахов, И,Л.Ротберт, Е.Б.Малкин и А,Н.Благовещенский (53) 620,179. l 4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1492265, кл, G 01 N 27/72. 28.10.87, (54) МАГНИТОДИНАМИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для анализа веществ по их магнитной восприимчивости, например для определения концентрации кислорода в газовых смесях. Целью изобретения является повышение чувствительности газоанализатора, Диамагнитное тело 1, выполненное в виде тороида с образующей в форме усеченного конуса. помещено в измерительную камеру, выполненную по форме,, АХ,, 1718105 Al диамагнитного тела, Внутренней стенкой камеры является полюсный наконечник постоянного магнита 2, наружной — пустотелый магнитопровод 3, Анализируемый газ посредством пневмонагнетателя (ПН) 7 подается в канал 8 пневматического моста, плечами которого являются кольцевая измерительная камера, дроссели и регулировочный вентиль. К измерительной диагонали пневматического моста подключен электрический мост (3M), двумя плечами которого являются полупроводниковые термоанеморезистивные чувствительные элементы 12, размещенные в проточной камере 13. Сигнал разбаланса ЗМ через усилитель 15 поступает или непосредственно на индикатор

16 процентного содержания кислорода. или в цепь обратной связи, состоящую из микропроцессора (МП) 17, управляющего через блок 18 ПН 7. На второй вход МП 17 поступает сигнал с датчика 19 температуры окружающей среды, выход МП 17 подключен к частотомеру 20, отградуированному в единицах процентного содержания кислорода, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измеритель-!!ой технике и предназначено для анализа веществ по их магнитной воспроиимчивосги, !!апри!1ер, при определении концентрации кислорода в газовых смесях.

Цель изобретения — повышение чувствительности гаэоанализатора.

На чертеже показана конструкция гаэоакалиэатора.

Газоанализатор содержит диамагнитноо тело 1, выполнен!!ое в виде тороида с образу!ощей в форме усеченного конуса, помещенное LI кольцеву!о измерительну!о камеру, выполненну!о по форме диамап!итного тела. Внутренней стенкой камеры является пол!ос!5ый наконечник послгоянногo т1а IIHTG 2, а наружной — пустотелый магнитопровод 3, Анализируемый газ подается в полость мап<итопровода через патрубок (какал ввода) 4, откуда поступает и измерительную камеру через каналы 5.

Последние (12 пар) расположены по образующей внешней стенки измерительной камеpbl и ОЬ5 пол!!Сны под некоторым углом к радиальному каправлени!о. Кольцевая камера закрыта крышкой 6 с отверстием для выхода анализируемого газа. к которому подкл!o кают канал вывода газа. Анализируемый га3 с помощью пневмокагнетателя 7 подается 0. канал 8 пнешлэтического лоста, плечами которого явля!отся кольцевая измеритепы!ая камера, дроссепи 9 и регулировоч5!ый вентиль 10. К измерительной диагонали пневматического моста с помощью патрубков 11 подключен электрический мост, двумя плечами которого явля!отся полупроводниковые термоанемореэистивкые чувствительные злементь! 12, размещенные и проточкой камере 13, а двумя другими плечами — резисторы 14, Сигнал раэбала! са моста через усилитель 15 поступает или !!епосредственно на индикатор 16 праце!!ткого содержания кислорода, или

IlocT IIBBT B LIепь o6pBTHoli1. cD5I3I1, cocTo5Iщук> из микропроцессора 17, управля!ощего

GlloKot1 1! 8 питания I1HBI3MQHBI кетателя 7. Нэ второй вход микропроцессора 17 поступает сип1ал от датчика 19 температуры окружа5ощей среды. Выход блока 18 соединен с гн гевмсп5ап5етателем 7, а тэк>ке с частотомером 20, отградуированкым в единицах проце!5ткого содержания кислорода в анализируемом газе. На чертеже обозкачеilo также: 21 — канал вывода (отверстие в

Kpb!!55KB 6); 22 — KIIBMMbl питания; 23 — глухое отверстие тела 1; 24 — кольцевая полость ! !а5!5итопровода 3. Канал ввода образован патрубком 4, полость|о 24, соплами (каналами} 5, Газоанал!лэатор содер>кит также уппот!гя5ощую втулку 25 и канал 26 вывода.

Газоанапизатор работает следующим образом.

Анализируемый газ с помощью пневмонэгнетателя 7 через патрубок 4 поступает в полость 24 кольцевого магнитопровода 3, откуда по каналам 5, скошенным относительно радиального направления и располо>кенным по внутренней образующей магнитопровода 3, подается в измерительну!о камеру, представляющую собой рабочий воздушный зазор магнитной системы, образованной постоянным магнитом 2 и магнитопроводом 3. Рабочий зазор выполнен кольцевым, а диамагнитное рабочее тело 1 представляет собой поплавок, выталкиваемый газовой смесью иэ неравномерного магнитного поля. Тело 1 имеет форму полого тороида, максимально эапопH5IIoùBãо рабочий объем измерительной камеры и образует с каналами 5 ввода анализируемого газа пневматическу!о пару соппо — заслонка, Скошенное рэсположение каналов 5 ввода анализируемого газа в измерительную камеру придает вращательНоВ движение при подаче газа, что обеспечивает его лучшую центровку в камере,в рабочем состоянии .

Внешняя часть тела 1 и внутренняя часть кольцевого мэгнитопровода 3 выполнены под телесным углом а= 15 — 25 град, что обеспечивает требуемую неравномерность магнитного поля в измерительной камере, повышает устанавливающий момент и обеспечивает необходимую центровку рабочего тела. Телесный угол менее 15 град может привести к заклиниванию поплавка (тела) 1 в исходном попо>кении, угол больше

25 град не обеспечивает величину требуемого градиента индукции в воздушном зазоре.

Положение тела в измерительной камере, зависящее от концентрации кислорода в анализируемом газе, определяется с помощью регистрирующего прибора (измерительной цепи), выполненного в виде сочетания пневматического и злектрического мостов. Плечами пневматического моста является кольцевая измерительная камера, дроссели 9 и регулировочный вентиль 10, позволяющий устанавливать необходимый диапазон измерения кислорода, На входдиal.oHали питания пневматического моста через канал 8 подается анализируемый газ, который выходит в атмосферу через отверстие 21 в крышке 6 измерительной камеры и через вентиль 10.

К измерительной диагонали пневматического моста подсоединены патрубки 11. по которь!м сигнал разбаланса в виде потока газа со скоростью, пропорциональной разности пневматических сопротивлений

1718105

10

20

55 измерительной камеры и вентиля 10 подвется в проточную камеру 13 с большим пневматическим сопротивлением.

Электрический мост состоит из двух чувствительных элементов — бусинковых остеклованных полупроводниковых терморезисторов (ПТР) 12 и двух пассивных резисторов l4. ПТР 12 размещены в проточной камере 13 против выходов патрубков 11 и работают в режиме термоанемометров, реагируя на скорость и направление потока газа в измерительной диагонали пневматического моста, Наличие в камере 13 проточ- ного отверстия малого диаметра, сообщающегося с атмосферой, обеспечивает режим работы термоанеморезисторов на линейном участке характеристики, соответствующем наибольшей чувствительности, Сигнал раэбаланса электрического моста, пропорциональный процентному содержанию кислорода в анализируемом газе, через усилитель 15 подается на индикатор

16. Точность измерения и устойчивость показаний могут быть повышены, если сигнал с усилителя завести в цепь обратной связи, включающей микропроцессор 17, на который поступает также сигнал от датчика 19 температуры окружающей среды, влияющей на плотность анализируемого газа.

Микропроцессор по алгоритму, учитывающему влияние температуры окружающей среды, управляет частотой генератора блока 18, что в свою очередь изменяет производительность нагнетателя 7. Таким образом, всякое изменение концентрации кислорода в анализируемом газе, вызывающее смещение поплавка (тела 1) в измерительной камере и появление сигнала разбаланса приводит к изменению частоты . генератора и, следовательно, производительности нагнетателя до тех пор, пока не восстановится первоначальное положение поплавка, Отсчет показаний производится

l1G частотомеру 20, тарированному в единицах процентного содержания кислорода в анализируемом газе, Снижение погрешности и увеличение стабильности показаний происходит за счет поддержания постоянного пневматического сопротивления пары сопло — заслонка и компенсации температурной погрешности гаэоанализатора, Таким образом, реализация предлагаемой конструкции газоанализатора обеспечивает возможность создания малогабаритного и малоинерционного прибора, отличающегося по сравнению с известными образцами чувствительностью. Это достигается путем максимального испольэования воздушного зазора магнитопровода кольцевой формы, применением тороидального поплавка, образующего с каналами ввода анализируемого газа чувствительную пару сопло — заслонка, обеспечением устойчивого положения поплавка в рабочем положении эа счет придания ему вращательного движения. Кроме того, использование сочетания пневматического и электрического мостов повышает чувствительность прибора, а обработка сигнала с помощью микропроцессора существенно повышает точность измерения эа счет коррекции показаний с учетом влияния возмущающих факторов, Формула изобретения

1, Магнитодинамический газоанализатор, содержащий магнитную систему с рабочим зазором, в котором расположена измерительная камера с каналами ввода и вывода анализируемого газа, в которой размещено диамагнитное тело в виде усеченного конуса, боковая поверхность которого параллельна внутренней поверхности измерительной камеры, а также регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен уплотняющей втулкой, магнитная система выполнена в виде-коаксиальных цилиндрического постоянного магнита и цилиндрического магнитопровода с крышкой и кольцевой полостью, внутренняя поверхность которой выполнена с радиальными соплами, каналы ввода и вывода анализируемого газа подключены к кольцевой полости цилиндрического магнитопровода и отверстию в крышке цилиндрического магнитопровода соответственно, при этом диамагнитное тело выполнено с осевым цилиндрическим пазом со стороны меньшего основания. в котором расположен полюс цилиндрическоге постоянного магнита, уплотняющая втулка размещена между наружной боковой поверхностью. цилиндрического постоянного магнита и внутренней боковой поверхностью цилиндрического магнитопровода под его кольцевой полостью, а измерительная камера образована внутренней поверхностью кольцевой полости цилиндрического магнитопровода и наружной поверхностью полюса цилиндрического постоянного магнита.

2. Гаэоаналиэатор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что сопла выполнены скошенными в горизонтальной плоскости, а угол между внутренней поверхностью кольцевдй

llaëoñTè цилиндрического магнитопровода и образующей цилиндрического постоянного магнита лежит в диапазоне 15 — 25 .