Способ контроля работоспособности электрохимической ячейки газоанализатора

 

Способ контроля работоспособности электрохимической ячейки газоанализатора. Используется: в газоаналитической аппаратуре. Сущность изобретения: электрохимическая ячейка поляризуется напряжением в виде суммы постоянного напряжение и высокочастотного, промодулированного низкочастотным напряжением. Оператор, находящийся на расстоянии от газоанализатора, принимает сигнал о работоспособности ячейки через эфир и оценивает ее при нарушении корреляции между постоянной и переменной на частоте модуляции составляющими сигнала ячейки. 2 ил.

Изобретение относится к газовому анализу, в частности к методам определения концентрации газообразных сред с применением электрохимических ячеек (ЭХЯ), расположенных на значительном удалении от оператора, и может быть использовано для измерения концентрации компонентов воздуха рабочей зоны и атмосферы населенных пунктов.

Известны способы электрохимического анализа газов, реализуемые в электрохимических газоанализаторах, содержащих датчик в виде ЭХЯ с измерительным, вспомогательным и сравнительным электродами, потенциостат для поддержания постоянного потенциала на измерительном электроде относительно сравнительного электрода, подключенный к одному из входов потенциостата источник установочного напряжения и выходной измерительный преобразователь [1].

Недостатком таких анализаторов является необходимость нахождения оператора, обслуживающего газоанализатор, в непосредственной близости от ЭХЯ, что не всегда возможно, так как, во-первых, часто возникает необходимость непрерывного контроля окружающей среды, а, во-вторых, концентрация контролируемых газовых сред, которые обычно являются токсичными, не позволяет находиться оператору в месте измерения.

Известен способ, реализуемый газоанализатором, дополнительно содержащим генератор контрольных импульсов напряжения с частотой генерации, равной частоте автоматического контроля работоспособности [2].

Недостатком прототипа является низкая достоверность автоматического периодического контроля работоспособности ЭХЯ. У прототипа сигнал работоспособности вырабатывается при отключении ЭХЯ. В то же время ЭХЯ электрохимического газоанализатора является наименее надежным элементом. Это может привести к опасной ситуации, когда человек, надеясь на газоанализатор, при отказе ЭХЯ попадает в зону повышенной и даже смертельной концентрации токсичных газов, например сероводорода. При этом газоанализатор-прототип будет давать ошибочный результат о работоспособности прибора.

Целью изобретения является повышение надежности измерений и упрощение конструкции устройства, реализующего способ.

Это достигается тем, что к электродам ЭХЯ, расположенным в месте измерения концентрации анализируемого газа, прикладывают одновременно постоянное и переменное синусоидальное напряжение, частоту которого выбирают из условия получения величины внутреннего емкостного сопротивления не менее чем в 10 раз меньше внутреннего активного сопротивления ЭХЯ, но не более значений, при которых последнее начинает зависеть от частоты постоянной составляющей тока, протекающего через ЭХЯ, модулируют по частоте высокочастотный синусоидальный сигнал, а переменной составляющей тока через ЭХЯ модулируют по амплитуде тот же высокочастотный синусоидальный сигнал. Упомянутый сигнал излучают в эфир, в месте расположения оператора сигнал принимают, поддерживают постоянной амплитуду несущей составляющей сигнала. По величине девиации принимаемого сигнала судят о концентрации анализируемого газового компонента, а по отклонению амплитуды модулирующего по амплитуде сигнала от значений функции, аргументом которой является величина девиации частоты принимаемого сигнала, судят о работоспособности газоанализатора, включая работоспособность ЭХЯ, причем характер упомянутой функциональной зависимости предварительно снимают для каждой ЭХЯ.

Поставленная цель в устройстве достигается тем, что в месте проведения измерений концентрации анализируемой газовой смеси расположены ЭХЯ, источники постоянного и переменного синусоидального напряжений, частотный и амплитудный модуляторы, генератор высокочастотных колебаний и излучающая антенна, а в месте расположения оператора - приемная антенна, приемник высокочастотных колебаний, система автоматической регулировки усиления приемника, частотный и амплитудный детекторы, измерительное устройство, функциональное устройство и устройство регистрации отклонения напряжения, причем ЭХЯ питается одновременно от источников постоянного и переменного напряжений, постоянная составляющая тока через ЭХЯ поступает на вход частотного модулятора, модулирующего генератор высокочастотных колебаний, переменная составляющая тока через ЭХЯ поступает на вход амплитудного модулятора, модулирующего упомянутый генератор высокочастотных колебаний, выход которого подключен к передающей антенне. Приемная антенна соединена с входом приемника высокочастотных колебаний, имеющего систему автоматической регулировки усиления, выход которого соединен с входами частотного и амплитудного детекторов. Выход частотного детектора соединен с измерительным устройством и одним из входов функционального устройства, выход амплитудного детектора - с вторым входом функционального устройства, выход которого соединен с устройством регистрации отклонения напряжений.

На фиг.1 приведена эквивалентная схема ЭХЯ на переменном токе; на фиг.2 - устройство, реализующее предлагаемый способ.

Электрохимический анализатор газов, реализующий способ и устройство, содержит ЭХЯ 1 с двумя или более электродами, источник 2 постоянного и источник 3 переменного напряжений, усилитель 4 постоянного и усилитель 5 переменного тока, частотный модулятор 6 и амплитудный модулятор 7, генератор 8 высокочастотных колебаний, излучающую антенну 9, приемную антенну 10, приемник 11 высокочастотных колебаний, систему 12 автоматической регулировки усиления, частотный детектор 13, амплитудный детектор 14, функциональное устройство 15, измерительное устройство 16 и устройство 17 регистрации отклонения напряжений.

ЭХЯ последовательно соединена с источниками 2 и 3 и низкими входными сопротивлениями усилителей 4 и 5. Выход усилителя 4 соединен с входом частотного модулятора 6, а выход усилителя 5 - соответственно с входом амплитудного модулятора 7. Выходы обоих модуляторов соединены с двумя входами генератора 8, выход которого поступает на антенну 9. Соответственно выход антенны 10 соединен с входом приемника 11, оборудованного системой 12 автоматической регулировки усиления: выход приемника 11 - с входами частотного детектора 13 и амплитудного детектора 14, выход частотного детектора 13 - с входами измерительного устройства 16 и функционального устройства 15, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 14, а выход функционального устройства 15 - с устройством 17 регистрации отклонения напряжений.

Устройство анализа газов работает следующим образом.

При отсутствии анализируемого газа в месте расположения ЭХЯ сигналы на входах, а следовательно, и выходах усилителей 4 и 5 близки к нулю. Модуляции генератора 8 не происходит, поэтому измерительное устройство 16 показывает нулевое значение концентрации анализируемого газа. Функциональное устройство 15 предварительно настроено таким образом, чтобы компенсировать функциональную зависимость между напряжениями на выходах усилителей 4 и 5 в зависимости от концентрации анализируемого газа, причем характер той функциональной зависимости определяется характеристиками каждой применяемой ЭХЯ, поэтому напряжение на выходе функционального устройства 15 при исправной ЭХЯ находится в допуске и не регистрируется устройством 17.

Если концентрация анализируемого газа вблизи ЭХЯ будет отличаться от нуля, то напряжения на выходе усилителей 4 и 5 также будут отличны от нуля, вследствие чего генератор 8 будет модулирован по частоте сигналом постоянной составляющей тока ЭХЯ, несущим информацию о концентрации анализируемого газа, и по амплитуде переменной составляющей тока ЭХЯ, также несущей информацию о концентрации анализируемого газа, но по изменению внутреннего активного сопротивления ЭХЯ.

При изменении концентрации анализируемого газа в ЭХЯ изменяются два параметра: внутренняя ЭДС и внутреннее сопротивление. Корреляция между этими параметрами в зависимости от концентрации анализируемого газа имеет определенную функциональную зависимость, которая остается неизменной при неизменных параметрах ЭХЯ. В случае отказа ЭХЯ, постепенного либо внезапного, эта корреляция нарушается. По этой причине при исправном ЭХЯ и устройстве в целом соотношения между сигналами на выходах частотного детектора 13 и амплитудного детектора 14 с учетом коррекции, вносимой функциональным устройством 15, остаются в пределах установленного допуска и не фиксируются устройством 17.

В случае отказа ЭХЯ либо какого-либо другого элемента устройства независимо от концентрации анализируемого газа напряжение на выходе функционального устройства 15 выйдет за пределы установленного допуска и будет зафиксировано устройством 17, которое выдаст соответствующее сообщение оператору.

Частоту переменного напряжения, вырабатываемого источником 5, выбирают, исходя из условия получения величины внутреннего емкостного сопротивления не менее чем в 10 раз меньше внутреннего активного сопротивления ЭХЯ, но не более значений, при которых последнее начинает зависеть от частоты. Из эквивалентной схемы ЭХЯ, изображенной на фиг.1, видно, что указанный диапазон частот источника переменного напряжения будет достигнут, если сдвиг фаз между током и напряжением ЭХЯ будет близок к нулю, как и для любой реактивной цепи.

Заявляемое техническое решение позволяет повысить надежность измерений и упростить конструкцию устройства за счет введения более рационального способа контроля работоспособности газоанализатора.

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ ГАЗОАНАЛИЗАТОРА, заключающийся в том, что на ячейку с электродами и электролитом подают напряжение в виде суммы постоянного напряжения и высокочастотного, промодулированного низкочастотным напряжением, и фиксируют контрольный сигнал о работоспособности ячейки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности контроля и упрощения контролирующей системы, прием измеряемого сигнала осуществляют через эфир, устанавливают корреляцию между постоянной и переменной на частоте модуляции составляющими сигнала ячейки при исправном состоянии ячейки и о нарушениях работающей ячейки судят по нарушению этой корреляции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2