Фотокомпенсационный датчик плотности газов

Авторы патента:

Тютяев Роман Евгеньевич (RU)

Королев Филипп Андреевич (RU)

Макаров Валерий Анатольевич (RU)

Макаров Андрей Валерьевич (RU)

G05B11/00 - Автоматические регуляторы (G05B 13/00 имеет преимущество)

G01N9/26 - путем измерения разности давлений

G01B11/00 - Приспособления к измерительным устройствам, отличающиеся оптическими средствами измерения (измерительные устройства как таковые G01B 9/00)

Владельцы патента RU 2683803:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" (RU)

Изобретение относится к области анализа материалов путем определения их плотности, более конкретно к автоматическим датчикам газового анализа, а именно к фотокомпенсационному датчику плотности газов, который содержит магнитоэлектрический гальванометр, включающий рамку, помещенную в зазоре постоянного магнита, и подвижную часть с жестко закрепленными на ней пластиной и зеркалом, на которое из источника света через конденсор и диафрагму направляется луч света, при этом к поверхности пластины, жестко закрепленной на растяжках магнитоэлектрического гальванометра, нормально расположена входная пневматическая схема, выполненная в виде двух сопел, а в обратной связи указанного датчика расположена электрическая дифференциальная схема, включающая в себя источники напряжения и нагрузочного сопротивления, регистрирующий прибор миллиамперметр и дифференциальный фоторезистор, и указанный датчик характеризуется тем, что к входной пневматической схеме подключена цепь сравнительного газа, в одну из веток которой подключены импульсно подающий при контрольном режиме дозу пробного газа пневмораспределитель, измерительная камера для пробного газа, также подключенная к пневмораспределителю, и микроманометры, измеряющие давления газов. Технический результат - повышение чувствительности и увеличение показаний измерений плотности газов. 1 ил.

Изобретение относится к области анализа материалов путем определения их плотности, более конкретно, к автоматическим датчикам газового анализа.

Из уровня техники известен принимаемый в качестве ближайшего аналога изобретения фотоэлектрический усилитель, основанный на использовании фотокомпенсационной гальванометрической схемы, содержащей гальванометр, источник светового потока, фотоприемник, мостовую электрическую схему, в обратной связи которой расположен вторичный прибор для регистрации выходного сигнала [авторское свидетельство SU 464953 А1, опубл. 25.03.1975].

Недостатком известного фотоэлектрического усилителя является отсутствие возможности регистрации плотности газа.

Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в возможности регистрации плотности газов за счет использования в нем измерительной компенсационной схемы силового действия струи на подвижную преграду, регистрации этого воздействия с помощью фотокомпенсационной гальванометрической схемы.

Более конкретно, технический результат достигается фотокомпенсационным датчиком плотности газов, который содержит магнитоэлектрический гальванометр, включающий рамку, помещенную в зазоре постоянного магнита, и подвижную часть с жестко закрепленными на ней пластиной и зеркалом, на которое из источника света через конденсор и диафрагму направляется луч света, при этом к поверхности пластины, жестко закрепленной на растяжках магнитоэлектрического гальванометра, нормально расположена входная пневматическая схема, выполненная в виде двух сопел, а в обратной связи указанного датчика расположена электрическая дифференциальная схема, включающая в себя источники напряжения и нагрузочного сопротивления, регистрирующий прибор миллиамперметр и дифференциальный фоторезистор, и указанный датчик характеризуется тем, что к входной пневматической схеме подключена цепь сравнительного газа, в одну из веток которой подключены импульсно подающий при контрольном режиме дозу пробного газа пневмораспределитель, измерительная камера для пробного газа, также подключенная к пневмораспределителю, и микроманометры, измеряющие давления газов.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого фотокомпенсационного датчика плотности газов.

Фотокомпенсационный датчик плотности газов включает магнитоэлектрический компаратор, представляющий собой магнитоэлектрический гальванометр 1, рамка 2 которого помещена в зазоре постоянного магнита 3. На подвижной части гальванометра 1 жестко закреплены зеркало 4 и пластина 5. Ток к рамке подводится по токопроводам 6. Нормально к поверхности пластины 5, жестко закрепленной на растяжках гальванометра 1, и на некотором удалении от нее установлены представляющие собой входную пневматическую схему сопла 7, из которых вытекают струи воздуха под давлением Р₁ иР₂.

Оптическая часть гальванометра 1 состоит из источника света 8, подающего через конденсор 9 и диафрагму 10 луч света на зеркало 4 гальванометра 1. Отраженный от зеркала 4 луч света падает на дифференциальный фоторезистор 11, включенный в электрическую дифференциальную схему, которая состоит из источников напряжения Е₁ и Е₂ и нагрузочного сопротивления R_н. Выходной ток I в цепи обратной связи регистрируется миллиамперметром 12.

Входные сопла 7 подключены к пневмораспределителю 13, с помощью которого осуществляется пуск пробного газа ПГ через измерительную камеру для пробного газа 14. Для контроля давлений Р₁ и Р₂ в цепи сравнительного газа СГ используются микроманометры 15, настройка которых обеспечивается переключением клапанов 16.

При подаче пробного газа ПГ происходит накопление в течение времени измерения, в это время сравнительный газ СГ проходит к входным соплам 7 и одинаково давит на пластину 5, при этом рамка 2 гальванометра 1 и зеркало 4 находятся в исходном положении. В связи с этим возникает условный нулевой сигнал. С помощью пневмораспределителя 13 пробный газ ПГ подается в линию сравнительного газа СГ. Пробный газ ПГ, обладающий другой плотностью, поворачивает на определенный угол пластину 5, зеркало 4 и рамку 2 гальванометра 1. Отраженный луч света изменяет освещенность дифференциального фоторезистора 11, в результате чего появляется ток в обратной цепи, который согласно закону Фарадея приводит к появлению магнитоэлектрической силы, компенсирующей изменение силы действия струи. Величина тока в цепи обратной связи пропорциональна разности плотностей пробного газа ПГ и сравнительного газа СГ.

При разбалансе входной пневматической схемы струи газа, вытекающие из сопел 7, отклоняют пластину 5 с зеркалом 4. Перемещение отраженного от зеркала луча света вызывает перераспределение световых потоков на поверхностях двух половин дифференциального фоторезистора 11. Разбаланс электрической дифференциальной схемы приводит к появлению тока в цепи отрицательной обратной связи, состоящей из сопротивления R_н, миллиамперметра 13 и рамки 2 гальванометра 1. Образующийся при этом магнитоэлектрический момент М_эл компенсирует механический момент М_м от действия струи на поверхность пластины 5.

Пренебрегая жесткостью упругих элементов подвижной части, запишем условие работы в установившемся режиме:

Механический момент от действия струи на подвижную пластину:

где ΔР=Р₁-Р₂ - разность давлений перед соплами 7, S_c - площадь «следа» струи, i_ц - расстояние оси симметрии площади «следа» струи от оси симметрии подвижной части гальванометра 1.

Магнитоэлектрический момент М_эл определяется выражением:

где ψ_э - потокосцепление.

Равенство (1) с учетом (2) и (3) имеет вид:

Чувствительность Н_р к изменению давления перед соплами 7:

Анализ результатов проведенных исследований привел к выводу, что дозированная подача измеряемых величин и цикличная работа устройства обеспечивают значительное повышение чувствительности к изменению плотности и стабильности показаний.

Фотокомпенсационный датчик плотности газов, который содержит магнитоэлектрический гальванометр, включающий рамку, помещенную в зазоре постоянного магнита, и подвижную часть с жестко закрепленными на ней пластиной и зеркалом, на которое из источника света через конденсор и диафрагму направляется луч света, при этом к поверхности пластины, жестко закрепленной на растяжках магнитоэлектрического гальванометра, нормально расположена входная пневматическая схема, выполненная в виде двух сопел, а в обратной связи указанного датчика расположена электрическая дифференциальная схема, включающая в себя источники напряжения и нагрузочного сопротивления, регистрирующий прибор миллиамперметр и дифференциальный фоторезистор, и указанный датчик характеризуется тем, что к входной пневматической схеме подключена цепь сравнительного газа, в одну из веток которой подключены импульсно подающий при контрольном режиме дозу пробного газа пневмораспределитель, измерительная камера для пробного газа, также подключенная к пневмораспределителю, и микроманометры, измеряющие давления газов.

Изобретение относится к средствам автоматизации и может быть использовано, в частности, в системах управления генераторных электроагрегатов с приводом от двигателя внутреннего сгорания.

Способ управления нагревательным прибором, включающим по меньшей мере один датчик со2 и один детектор отсутствия/присутствия, и связанный с ним нагревательный прибор // 2670663

Изобретение относится к способу управления нагревательным прибором. Нагревательный прибор (1) содержит по меньшей мере один датчик CO2 (2) и один детектор (3) отсутствия/присутствия, а также нагревательный блок (5).

Панель управления для противоаварийной системы // 2669517

Изобретение относится к панелям управления для противоаварийной системы AES на подстанции электроэнергетической сети. Технический результат – обеспечен интерфейс связи с возможностью передачи двоичных команд защиты и управления.

Способ и устройство для запуска заданной операции интеллектуального бытового устройства // 2652921

Группа изобретений относится к автоматическим регуляторам. Способ для запуска заданной операции интеллектуального бытового устройства заключается в следующем.

Аналоговый процессор с функциями управления вычислениями // 2647672

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров.

Устройство адаптивного регулирования на основе объединённого принципа максимума // 2646373

Изобретение относится к области цифровых систем управления и может быть использовано для решения задач быстродействия в автоматизированных системах, например в радиотехнике, для фазовой автоподстройки частоты.

Регулятор дренажного стока // 2636319

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к мелиорации, и может быть использовано для автоматического регулирования грунтовых вод на дренажной сети в осушительно-увлажнительных системах.

Способ каскадного цифрового регулирования // 2600024

Изобретение относится к области управления непрерывными технологическими процессами, в частности инерционными объектами, с помощью вычислительных технических средств и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Устройство управления приводами антенного поста радиолокационной станции // 2587715

Использование: изобретение относится к универсальным автоматизированным системам управления приводами, преимущественно приводом азимутального вращения антенны со стабилизацией опорной платформы антенного поста корабельной радиолокационной станции.

Адаптивный интеллектуальный логический регулятор, работающий в условиях нечетко заданной информации // 2579987

Изобретение относится к области управления сложными объектами, которые не удается представить математической моделью в виде систем линейных дифференциальных уравнений, и быстродействующими технологическими процессами и касается нефтехимической, машиностроительной и нефтеперерабатывающей промышленностей.

Устройство для измерения параметров газожидкостной смеси, добываемой из нефтяных скважин // 2634081

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения параметров газожидкостной смеси, добываемой из нефтяных скважин. Заявленное устройство содержит измерительную колонку с вертикальной ветвью, снабженной первым датчиком разности давления и датчиками абсолютного давления и температуры измеряемой жидкости, и ветвь измерительной колонки, содержащую участок калиброванного трубопровода длиной L1 меньшего диаметра D1 и участок калиброванного трубопровода длиной L2 с резким расширением его диаметра D2 в выходном патрубке, снабженный вторым датчиком разности давления.

Устройство для измерения параметров жидких сред в трубопроводе // 2632999

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения ряда параметров жидких сред в потоке трубопровода. Заявленное устройство содержит измерительную колонку, выполненную в виде двух коаксиальных, установленных с кольцевым зазором вертикальных труб - с внешней трубой и внутренней трубой, датчик разности давления, установленный в верхней части измерительной колонки, два датчика разности давления, установленные в нижней части измерительной колонки, датчик давления и датчик температуры измеряемой жидкости, импульсные трубки с «эталонной» жидкостью, а также регистрирующий блок.

Способ измерения вертикального профиля плотности морской воды и устройство для его осуществления // 2631017

Изобретение относится к области экспериментальной океанографии, предназначено для непосредственного измерения вертикальных профилей плотности, температуры и скорости течения в море и может быть использовано в промышленности и на транспорте для определения тех же параметров в жидких средах, а также для контроля загрязнений морской воды.

Определение характеристики текучей среды для многокомпонентной текучей среды с сжимаемыми и несжимаемыми компонентами // 2604954

Предусмотрен способ определения характеристик текучей среды для многокомпонентной текучей среды. Способ включает в себя этап измерения первой плотности, ρ1, многокомпонентной текучей среды, содержащей один или более несжимаемых компонентов и один или более сжимаемых компонентов в состоянии первой плотности.

Устройство для измерения плотности и уровня жидкости // 2604477

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения параметров жидких сред, например, в химической, нефтяной и других отраслях промышленности, где требуется учет количества жидкости (масса, объем), хранящейся в резервуарах.

Способ защиты установки электроцентробежного глубинного насоса // 2573613

Изобретение относится к теории и практике эксплуатации нефтедобывающих скважин с помощью установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) и может использоваться в нефтедобывающей промышленности.

Способ определения потерь нефти и нефтепродуктов от испарения при малых дыханиях резервуаров // 2561660

Изобретение относится к области хранения и транспортировки нефти и нефтепродуктов. Способ оценки количественных потерь нефти и нефтепродуктов от испарения при малых дыханиях резервуара, оборудованного дыхательным клапаном, заключается в контроле над изменением избыточного давления в резервуаре и предусматривает регистрацию значения избыточного давления, атмосферного давления, средних значений температуры газового пространства в резервуаре, определение изменений массовой концентрации углеводородов в газовом пространстве резервуара, определение массовых потерь от испарения при вытеснении обогащенной парами углеводородов по определенным формулам.

Способ определения плотности жидкости в скважине // 2544882

Изобретение относится к теории и практике эксплуатации нефтедобывающих скважин с помощью глубинно-насосного оборудования и может использоваться в нефтяной промышленности как способ определения плотности жидкости в межтрубном пространстве действующей скважины.

Способ определения содержания конденсата в пластовом газе // 2455627

Изобретение относится к области исследований газоконденсатных разведочных и эксплуатационных скважин. .

Измерительная система для среды, протекающей в технологическом трубопроводе // 2452935

Изобретение относится к измерительной системе для измерения плотности среды, являющейся изменяющейся в отношении термодинамического состояния, в частности, по меньшей мере, частично сжимаемой, протекающей в технологическом трубопроводе, таком как технологическая магистраль или труба, вдоль оси потока в измерительной системе.

Способ протонной лучевой терапии внутриглазных злокачественных новообразований // 2680208

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при выполнении лучевой терапии внутриглазных злокачественных новообразований пучками протонов.