Термокаталитический газоанализатор

 

Использование: аналитическое приборостроение , в частности приборы селективного термохимического анализа газов. Сущность изобретения: термокаталитический газоанализатор содержит два реверсивных счетчика, два цифро-аналоговых преобразователя, генератор тактовых импульсов , формирователь фазовых импульсов , делитель на два частоты тактовых импульсов, блок 8 управляющей логики, аналоговый сумматор 9, два переключателя Устройство содержит также два генератора прецизионного тока, цепь из последовательно соединенных и подключенных к выходу одного из генераторов термокаталитического датчика, опорного резистора и общей шины, цепь из последовательно соединенных и подключенных к выходу второго генератора одного термокаталитического датчика и сопротивления. В устройство входят два включателя, функциональный преобразователь и компаратор. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) ((1) (51)5 G 01 N 27/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4804594/25 (22) 20.03.90 (46) 30.06.92. 6юл, № 24 (71) Институт ехнической теплофизики

AH УССР (72) В.В.Шейко, Б.Н.Онопа, А,B.Ïðèìàê и В.Ю.Александров (53) 543,274 (088.8) (56) Лохберг Ж,Л. и др. Методы и приборы автоматического контроля выбросов ТЭС.

М,; Энергоатомиздат, 1986, c;72 — 73.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1559886, кл, G 01 N 27/16, 1988, (54) ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР (57) Использование; аналитическое приборостроение, в частности приборы селективного термохимического анализа газов, Изобретение относится к аналитическому приборостроению и предназначено для определения содержания горючих газов в многокомпонентной газовоздушной смеси.

Известен термокаталитический газоанализатор, содержащий преобразователь приращения сопротивления термокаталитического датчика в электрический сигнал напряжения постоянного тока, генератор тактовых импульсов, первый и второй установочные триггеры, цифроаналоговый преобразователь, операционный усилитель, компаратор, первый и второй счетчики, логический элемент И и связи между ними.

Недостатками данного устройства являются низкая точность измерения, обусловСущность изобретения: термокаталитический газоанализатор содержит два реверсивных счетчика, два цифро-аналоговых преобразователя, генератор тактовых импульсов, формирователь фазовых .импульсов, делитель на два частоты тактовых импульсов, блок 8 управляющей логики, аналоговый сумматор 9, два переключателя, Устройство содержит также два генератора прецизионного тока, цепь из последовательно соединенных и подключенных к выходу одного иэ генераторов термокаталитического датчика, опорного резистора и общей шины, цепь из последовательно соединенных и подключенных к выходу второго генератора одного термокаталитического датчика и сопротивления. В устройство входят два включателя, функциональный преобразователь и компаратор. 3 ил . ленная тем, что данное устройство не обеспечивает постоянства коэффициента измерительного преобразования при измерении анализируемых газов в широком диапазоне концентраций, поскольку в нем температура термокаталитического датчика изменяется с изменением измеряемой концентрации, а также низкое быстродействие, обусловленное потерей времени на сброс счетчиков в исходное состояние перед каждым последующим измерением.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является термокаталитический газоанализатор с повышенной точностью и быстродействием, содержащий термокаталитический датчик, первый и второй установочные триггеры, первый и второй счетчики импульсов, генератор

1744625

10 тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь, два элемента И, формирователь фазовых импульсов, переключатель, генератор прецизионного тока, опорный резистор, функциональный преобразователь, два источника опорного напряжения, Недостаток этого газоанализатора— невозможность селективного газоопределения, поскольку результатом анализа является суммарная коцентрация анализируемых горючих газов в многокомпонентной смеси.

Цель изобретения — расширение области применения газоанализатора на селективный анализ многокомпонентных газовых смесей, Поставленная цель достигается тем, что термокаталитический газоанализатор, содержащий термокаталитический датчик, опорный резистор, генератор тактовых импульсов, первый и второй реверсивные счетчики, цифроаналоговый преобразователь, формирователь фазовых импульсов, переключатель, генератор прецизионного тока, два источника опорных напряжений, функциональный преобразователь, компаратор и блок управляющей логики с первым и вторым элементами И, при этом выходы первого реверсивного счетчика соответственно подключены к входам цифроаналогового преобразователя, выход первого источника опорного напряжения подключен к первому информационному входу переключателя, выход генератора тактовых импульсов — к входу формирователя фазовых импульсов, выход переключателя — к первому входу генератора прецизионного тока, выход функционального преобразователя — к первому входу компаратора, к второму входу которого подключен выход второго источника опорного напряжения, причем к выходу генератора прецизионного тока подключены последовательно соединенные термокаталитический датчик, опорный резистор, точка соединения которых подключена к второму входу генератора прецизионного тока, и общая шина, в него введены аналоговый сумматор, первый и второй аналоговые включатели, делитель на два частоты импульсов, первый и второй аналоговые включатели, делитель на два частоты импульсов, переменный резистор, а также вторые термокаталитический датчик, опорный резистор, переключатель, цифроаналоговый преобразователь и генератор прецизионного тока, при этом выход первого цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом аналогового сумматора, выход которого подключен к второму информационному

50 входу первого переключателя, выходы второго реверсивного счетчика соответственно соединены с входами второго цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму входу аналогового сумматора и к второму информационному входу второго переключателя, выход первого источника опорного напряжения дополнительно соединен с первым входом второго переключателя, а выход генератора тактовых импульсов — к входу делителя на два частоты импульсов, выход второго переключателя — к первому входу второго генератора прецизионного тока, причем входы и выходы блока управляющей логики соответственно соединены — первый вход с первым, а второй — с вторым выходами формирователя фазовых импульсов, третий вход — с выходом делителя на два частоты импульсов, четвертый — с выходом компаратора, первый выход — с управляющими входами первого переключателя и включателя, а второй — с управляющими входами второго переключателя и включателя, третий выход— с входом сложения, а четвертый — с входом вычитания первого реверсивного счетчика, пятый выход — с входом сложения, а шестой — с входом вычитания второго реверсивного счетчика, при этом выход второго генератора прецизионного тока подключен к цепи из последовательно соединенных второго термокаталитического датчика, переменного резистора, второго опорного резистора и общей шины, причем выходы первого термокаталитического датчика и

nepBoro опорного резистора соответствен- ° но подключены к информационным входам первого выключателя, а вывод второго термокаталитического датчика со стороны его соединения с выходом второго генератора прецизионного тока, вывод переменного резистора со стороны его соединения с вторым опорным резистором и выводы самого резистора соответственно подключены к информационным входам второго включателя, при этом с первого по четвертый выходы первого и второго включателей соединены попарно и подключены соответ- ственно к входам функционального преобразователя, а блок управляющей логики дополнительно включает в себя два инвертора и четыре элемента И, при этом входы и выходы блока подключены соответственно: первый вход — к первым входам первого и второго элементов И, второй вход — к первым входам с третьего по шестой элементов

И, третий вход — к входу первого инвертора и к второму входу второго элемента И, а четвертый вход — к входу второго инвертора и к вторым входам третьего и пятого элемен1744625

10

20

35

55 тов И, первый выход блока — к выходу второго элемента И, соединенного с третьим входом третьего и с вторым входом четвертого элемено1ов И, второй выход- к выходу первого элемента И, соединенного с третьим входом пятого и с вторым входом шестого элементов И, выходы блока с третьего по шестой являются соответственно выходами с третьего по шестой элементов И, причем выход второго инвертара подключен к третьим входам четвертого и шестого элементов И.

Сущность технического решения заключается в следующем.

Устройство содержит два канала поддержания стабильной;; температуры термокаталитических датчиков, причем BO втором канале температура датчика поддерживается на более низком уровне, чем температура датчика первого канала, в то же время первый канал функционально (посредством аналогового сумматора) связан с вторым каналом таким образом, что на выходе первого реверсивного счетчика формируется код, несущий информацию о концентрации анализируемого компонента в полигазовой смеси.

На фиг,1 приведена структурно-функциональная схема газаанализатара; на фиг.2— схема блока управления логики этого устройства: на фиг.3 — временная диаграмма

его работы.

Термокаталитический газоанализатор (фиг.1) содержит реверсивные, счетчики 1 и

2, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП)

3 и 4, генаратор 5 тактовых импульсов, формирователь 6 фазовых импульсов, делитель

7 на два частоты тактовых импульсов, блок

8 управляющей логики. аналоговый сумматор 9, переключатели 10 и 11, генераторы 12 4 и 13 прецизионного тока, цепь из последовательна соединенных и подключенных к выходу генератора 12 термокаталитического датчика 14, опорного резистора 15 и общей шины. цепь из последовательно соединенных и подключенных к выходу генератор 13 термакаталитического датчика 16, переменного резистора 17. опорного ре. зистора 18» общей шины, включатели 19 и

20, функциональный преобразователь.21 и компаратор 22. При этом выход реверсивного счетчика 1 подключен соответственно к входу ЦАП 3. а выход реверсивного счетчика

2 — к входу ЦАП 4, выход генератора тактовых импульсов подключен к входам формирователя 6 фазовых импульсов и делителя 7 на два частоты тактовых импульсов, причем выходы формирователя б и делителя 7 подкл очены следуюшим образом; первый и второй выходы формирователя б саатветственно к первому и второму входам блока 8 управляющей логики, а выход делителя 7— к третьему входу блока 8; выход ЦАП 3 соединен с первым входом аналогового сумматора 9, выход которого подключен к первому информационному входу переключателя 10, а выход ЦАП 4 — с вторым входом сумматора 9 и первым информационным входом переключателя 11, второй информационный вход которого совместно с вторым информационным входом переключателя 10 подключены к источнику первого опорного напряжения 0 м, причем выход переключателя 10 соединен с первым входом генератора 12 прецизионного тока, второй вход которого подключен к точке соединения датчика 14 с опорным резистором 16, а выход переключателя 11 — с первым входом генератора 13 прецизионного тока, второй вход которого подключен к точке соединения переменного резистора l7 с опорным резистором 18; выводы термокаталитического датчика 14 и опорного резистора 16 подключены к информационным входам включателя 19, а выводы опорного резистора 18, термокаталитического датчика 15 и переменного резистора 17 — соответственна к информационным входам включателя 20; выходы с первого по четвертый включателей 19 и 20 соединены попарно и подключены к соответствующим входам функционального преобразователя 21, выход которого соединен с первым входом коМпаратора 22, к втарому входу которого подключен источник опорного напряжения Upped, а выход компаратора

22 соединен с четвертым входам блока 8 управляющей логики, выходы которого подключены следующим образом: первый — к управляющим входам переключателя 10 и включателя 19, второй — к управляющим входам переключателя 11 и включателя 20, третий — к входу сложения, а четвертый — к входу вычитания реверсивного счетчика 1, пятый — к входу вычитания реверсивного счетчика 2.

Входящий в газаанализатар блок управляющей логики (фиг.2) включает в себя инверторы 23 и 24 и элементы И 25 — 30, причем входы и выходы этого блока подключены следу ощим образом: первый вход к первым входам элементов И 25 — 30, третий вход к входу инвертора 23 и к второму входу элемента Л 26, а четвертый вход к входу инвертора 24 и к вторым входам элементов

И 27 и 29, при этом первый выход блока 8 является выходом элемента И 26, соединенного с третьим входом элемента И 27 и с вторы : входом элемента И 28, второй выход является выходом элемента И 25, соединен1744625 лиза.

15

25

35

55 ного с третьим входом элемента И 29 и с вторым входом элемента И 30, а выходы блока 8 с третьего по шестой являются соответственно выходами элементов И 27-30, причем выход инвертора 24. подключен к третьим входам элементов И 28 и 30, Устройство работает следующим обра. зом.

В исходном состоянии до подачи команды "Пуск" (на фиг.1 не показано) реверсивные счетчики 1 и 2 находятся с сброшенном состоянии, при этом их выходной код и уровни управляющих напряжений на выходах ЦАП 3 и 4 равны "0", а следовательно, отсутствует ток разогрева термокаталитических датчиков 14 и 15. Через датчики 14 и 15 в это время прокачивается чистый воздух, не содержащий анализируемых газовых кампонентов, По команде "Пуск" снимается блокировка со счетчиков 1 и 2, а на выходе генератора 5 формируется последовательность тактовых импульсов длительностью Т (фиг.За), на выходах же формирователя 6 формируются фазовые импульсы Ф1 и Ф2 (фиг,3e и 3c), причем длительность фазового импульса Ф1тэ значительно меньше длительности тактовых импульсов Т (hei«T), а длительность импульса Ф2тэг, в свою очередь, значительно меньше длительности импульса Ф1 re> (te2«re1) и расположена на плоском участке вершины выходного сигнала преобразователя 21, При этом делитель 7 обеспечивает деление (фиг.Зб) на две частоты импульсов генератора 5. 8 целом устройство представляет собой следящую систему с импульсной обратной связью, содержащую два канала, управляемых импульсами Ф1, разделенными во времени с .помощью блока 8 управляющей логики (фиг.Çf — первый канал, фиг.39 — второй канал), причем второй канал, включающий в себя реверсивный счетчик 2,.ЦАП 4, переключатель 11, генератор 13 прецизионного тока, последовательную нагрузочную цепочку с датчиком 15 и включатель 20, работает независимо, а первый канал с реверсивным счетчиком 1, ЦАП 3, аналоговым сумматором 9, переключателем 10, генератором 12 прецизионного тока, цепочкой с датчиком 14 и включателем 19 функционирует посредством аналогового сумматора 9 во взаимосвязи r, вторым каналом. Импульсная обратная связь в такой следящей системе, где каждый канал из каналов опрашивается поочередно (фиг.Çf и Çg). обеспечивается с помощью функционального преобразователя 21 и компаратора 22.

Использование предлагаемого технического решения позволяет реализовать селективный анализ газов в многокомпонентной смеси с одновременной компенсацией внешних дестабилизирующих факторов (тепловых помех) на результат газового анаФормула изобретения

Термокаталитический газоанализатор, содержащий термокаталитический датчик, опорный резистор, генератор тактовых импульсов, первый и второй реверсивные счетчики, цифроаналоговый преобразователь, формирователь фазовых импульсов, переключатель, генератор прецизионного тока, два источника опорных напряжений, функциональный преобразователь, компа ратор и блок управляющей логики с первым и вторым элементами И, при этом выходы первого реверсивного счетчика соответственно подключены к входам цифроаналогового преобразователя, выход первого источника опорного напряжения подключен к первому информационному входу переключателя, выход генератора тактовых импульсов — к входу формирователя фаэовых импульсов, выход переключателя — к первому входу генератора прецизионного тока, выход функционального преобразователя — к первому входу компаратора. к второму входу которого подключен выход второго источника опорного напряжения, причем к выходу генератора прецизионного тока подключены последовательно соединенные термокаталитический датчик, опорный резистор, точка соединения которых подключена к второму входу генератора . прецизионного тока, и общая шина. о т л и. ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей устройства, в него введены аналоговый сумматор, первый и второй аналоговые включатели, делитель на два частоты импульсов, переменный резистор, а также вторые термокаталитический датчик, опорный резистор, переключатель, цифроаналоговый преобразователь и генератор прецизионного тока, при этом выход первого цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом аналогового сумматора, выход которого подключен к второму информационному входу первого переключателя, выходы второго реверсивного счетчика соответственно соединены с входами второго цифроанало-. гового преобразователя, выход которого подключен к второму входу аналогового сумматора и к второму информационному входу второго переключателя, выход первого источника опорного напряжения дополнительно соединен с первым входом второго переключателя, а выход генератора тактовых импульсов — к входу делителя на

1744625 два частоты импульсов, выход второго переключателя — к первому входу второго генератора прецизионного тока, причем входы и выходы блока управляющей логики соответственно соединены: первый вход — с первым, а второй — с вторым выходами формирователя фазовых импульсов, третий вход — с выходом делителя на два частоты импульсов, четвертый — с выходом компаратора, первый выход — с управляющими входами первого переключателя и включателя, а второй — с управляющими входами второго переключателя и включателя, третий выход — с-входом сложения, а четвертый — с входом вычитания первого реверсивного счетчика, пятый выход — с входом сложения, а шестой — с входом вычитания второго реверсивного счетчика, при этом выход второго генератора прецизионного тока подключен к цепи из последовательно соединенных второго термокаталитического датчика, переменного резистора, второго опорного резистора и общей шины, причем выходы первого термокаталитического датчика и первого опорного резистора соответственно подключены к информационным входам первого выключателя, а вы вод второго термокаталитического датчика со стороны его соединения с выходом второго генератора прецизионного тока, вывод переменного резистора со стороны

У его соединения со вторым опорным резистором и выводы самого опорного резистора соответственно подключены к инфор, мационным входам второго "включате5 ля, при этом с первого по четвертый выходы первого и второго включателей соединены попарно и подключены соответственно к входам функционального преобразователя, а блок управляющей логики дополнительно

10 включает в себя два инвертора и четыре элемента И, при этом входы и выходы блока подключены соответственйо; первый вход — к первым входам первого и второго элементов И, второй вход — к первым вхо15 дам с третьего по шестой элементов И, третий вход — к входу первого инвертора и к второму входу второго элемента И, а четвертый вход — к входу второго инвертора и к вторым входам третьего и пятого элемен20 тов И, первый выход блока — к выходу второго элемента И, соединенного с третьим входом третьего и с вторым входом четвертого элементов И, второй выход — к выходу первого элемента И, соединенного с треть25 им входом пятого и с вторым входом шестого элементов И, выходы блока с третьего Ilo шестой являются соответственно выходами с третьего по шестой элементов И, причем выход второго и н вертора подключен к

30 третьим входам четвертого и шестого элементов И.

Составитель B. Шейко

Редактор M. Циткина Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А Осауленко

Заказ 2194 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„ 4/5

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