Термомагнитный газоанализатор

 

О П И С А Н И Е 399777

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски

Социалистическии

Республик

Зависимое от авт. свидетельства. №

Заявлено 26.1!.1971 (№ 1630436/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 03.Х.1973. Бюллетень ¹ 39

Дата опубликования описания 21.1.1974

М. Кл. G Oln 27/72

Государстненнн1й комитет

Совета Министров ".ССр но делам изобретений и открытий

УДК 54 3.271(088.8) Авторы изобретения

С. Д. Альтман и P. К. Азимов

Заявитель

Ташкентский политехнический институт

ТЕРМОМАГН И ТН Ы И ГАЗОА НАЛ И ЗАТОР

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и предназначено для измерения концентрации парамагнптных газов (в частности кислорода) в газовых смесях.

Известен термомагнитный газоанализатор, содержащий измерительную камеру термоанемометрического типа, магнит с полюсными наконечниками для создания неравномерного магнитного поля, термочувствительные элементы, измерительную схему и регистрирующий прибор.

Однако известный термомагнитный газоанализатор термоанемометрического типа имеет большую инерционность, недостаточно высокую точность анализа.

Целью изобретения является увеличение быстродействия и точности анализа.

Для этого между датчиком и регистрирующим устройством включен управляемый выходным сигналом датчик и связанный с ним посредством обратной связи двухпороговый переключатель рода работы датчика.

В анализатор вводят, например, дополнительные источники питания нагревателя и подмагничпвающсй катушки, подключаемых посредством трпггсрного ключа-переключателя, работа которого зависит от концентрации парамагнитного газа в анализируемой смеси.

Бла года ря этому осуществляется воз можность работы тсрмоанемометра в нсстацнонарном режиме, который заключается в импульсном подключении, например, нагревателя к дополнительному источнику питания с целью повышения температуры нагревателя с первоначально заданной температурой Т до температуры Те с последующим охлаждением под действием потока термомагнитной коцвекции. Для ускорения охлаждающего действия потока с той же частотой включается питание подмагничивающей катушки, установленной на магнитопроводе магнитов, причем катушку подключают к источнику питания в момент отключения дополнительного питания нагревателя.

Нагреватель обладает достаточной мощностью, чтобы время подогрева на температуру

КТ, равную ЛТ= T — Ть было мало и постоянно, т. е. нс зависимо от скорости потока термомагнитной конвскцип, Время охлаждения — вели пша переменная и зависит от скорости потока тсрмомапштной конвскцип, что, в свою очередь, зависит от концентрации парамаг:штного газа в смеси. В связи с тем, что частота включения нагрсватстя — величина, обратно пропорциональная времеви Охлаждс1шя, частота выходного сппгала оудст пропорциональна величине входпог:) сигнала, какой является .:онцснтрацня парамагпптпого

30 газа.

399777

Таким образом, включение между датчиком и регистрирующим устройством управляемого выходными сигналами датчика и связанного с пим обратной связью двухпорогового персключатсля рода рабаты датчика позволяет производить периодическое изменение (в зависимости от выходного сигнала датчика) рода работы этого датчика, например периодический вывод датчика на рабочий режим. Это позволяет судить о концентрации парамагнитного газа в анализируемой смеси, например, по частоте включения обмотки подмагничивающей катушки (либо по частоте включения нагревателя), которая зависит от времени охлаждения нагревателя. Так как измерение частоты осуществляется с точностью, превосходящей точность измерения температуры, то точность показаний газоанализатора в целом увеличивается. Кроме того, прибор с выходным сигналом, промодулированным по частоте, обладает значительно меньшей инерционностью по сравнению с инерционностью известного анализатора.

Изобретение пояснено чертежами.

На фиг, 1 приведена блок-схема термомагнитного газоанализатора; на фиг. 2 — кривая а изменения во времени концентрации парамагнитного газа в смеси, кривая о температуры нагревателя, кривая в напряженности магнитного поля и кривая г частоты выходного сигнала; на фиг. 3 — вариант принципиальной электрической схемы газоанализатора.

Термомагнитный газоанализатор содержит измерительную камеру 1 (фиг. 1), в которой расположены два термочувствительных элемента моста 2, и измерительную схему, содержащую переключающее устройство 3 с блоком 4 реле и источники питания 5 моста, нагревателя б, подмагничивающей катушки 7, переключающего устройства с блоком 8 реле.

Выходной сигнал газоанализатора регистрируется измерительным прибором 9 и. поступает на вход электронно-вычислительной машины 10.

Измерительная камера 11 (фиг. 3) содержит входной 12 и выходной 18 штуцеры для подачи анализируемого газа, обводные каналы 14 и измерительный канал 15. В нем поток термомагнптной конвекции, созданный неравномерным магнитным полем магнитов 16, соединенных мапгптопроводом 17, и градиентом температурного поля нагревателя 18, омывает термочувствительный элемент 19.

Неравномерность магнитного поля создается полюсными наконечниками 20 магнитов 16, на магпптопровод которых надета подмагничивающая катушка 21. Катушка 21 запитывается от источника 22 постоянного тока через контакты 28. Нагреватель 18 намотан на термочувствптельный элемент 19, предварительно покрытый тончайшим слоем электроизоляционного покрытия, а второй термочувствительный элемент 24 свободен от нагревателя, Он расположен вблизи входного штуцсра 12 и служит для компенсации температурной погрешности.

Нагрсзатель 18 запитывастся от двухсекциопного источника 25 через контакты 26 и 27.

Резисторы 28 и "9 вместе с термочувствительпыми элементами 19 и 24 составляют мостовую схему, запптываемую от источника 80 тока. Сигнал разбаланса моста 2 (фиг. 1) поступает на переключающее устройство 8, со10 браппос на транзисторах 31 и 82, резисторах

88, 84, 85, 86, 37, 88, причем резисторы 34 и 88 переменные. Блок 4 реле включает в себя реле 89 (с контактамн 40, 41), 42 (с контактами 26, 27), 43 (с контактом 23) и резисто15 ры 44 и 45.

Переключающее устройство 3 с блоком 4 реле запптывается от источника 46 питания.

Выходной cHIIIQ;I, снимаемый с переключающего устройства 8, поступает на измеритель20 ный прибор 9 и вход электронно.-вычислительной машины 10 (фиг. 1).

Подмагннчивающая катушка 21 установлена так, чтобы создаваемый ею поток магнитной индукции совпадал по направлению с

25 мапштным потоком магнитов 16. Кроме того, двухсекцпонный источник 25 питания при замыкании контакта 27 позволяет нагревателю

18 нагреться до 130=С и при замыкании контакта 26 (прп этом контакт 27 разомкнут)—

З0 до 180 С.

Термомагнитный газоанализатор работает следующим образом.

Термомагнитная составляющая анализируемого газа, попадающая в приемный преоб35 разователь, под действием неравномерного магнитного поля втяпгвается в область наи. высшей напряженности. Однако нагреватель повышает температуру газа (до 130 С), в результате чего его парамагнитные свойства

40 резко снижаются. Нагретый газ выталкивается из области наивысшей напряженности более холодным газом. Таким образом создается термомггнитная конвекция. С1 орость потока термомагнитной конвекции зависит от кон45 центрацип парамагнитного газа и определяется термоанемометрическим способом. Температурные условия потока контролируются термочувствптельны ми элемента ми (в частности термисторами), причем термочувстви50 тельный элемент 19 контролирует температурные условия в измерительном канале 15, а элемент 24 реагирует на температуру и расход анализируемого газа. Сппгал разбаланса моста, собранного на термочувствительных

55 элементах 19 и 24 и резисторах 28, 29, поступает на переключающее устройство 8, которое запптывает реле 89. Реле 89 своими контактами 40 и 4! включает реле 42 и отключает реле 43, при этом за м ык а к>тся контакты 26

60 и размыкаются контакты 27» 23. Таким образом, включается дополнительное питание нагревателя 18 и одно ремснно отключается питание подмапшчивающей катушки 21, тем самым уменьшается напряженность магнитно65 го поля в измерительном канале, 399777

Температура нагревателя (фиг. 26) повышается на величину AT и достигает температуры Т . равной T=T<+AT, где T> — первоначально заданная температура. Время, заданное на нагрев нагревателя до температуры Т, мало и постоянно, так как нагреватель обладает большой мощностью, а время практически не зависит от скорости потока термомагнитной конвекции (на фиг. 26 время нагрева обозначено tl). В момент включения 10 нагревателя переключающее устройство отключает питание подмагничивающей катушки.

При достижении нагревателем температуры

Т сигнал с выхода моста снимется, переклю- . >5 чающий несимметричный триггер Шмидта, в результате чего реле 89 обесточится, включив своими контактами 41 реле 48. Реле 48 своими контактами включит питание подмагничивающей катушки, а реле 42 своими контактами 2б, 27 отключит питание нагревателя 18.

Под действием потока термомагнитной конвекции нагреватель охладится за время, обозначенное через t до температуры Т< (фиг. 2 6), при этом с моста снимется сигнал, переключающий устройство 8 и вновь включающий нагреватель 18 к источнику 25 питания. После этого цикл возобновится.

Диапазон изменения температуры AT (а значит и диапазон изменения величины выходного сигнала моста) регулируют резисторами 84 и 88, каждый из которых устанавливает порог срабатывания переключателя рода работы датчика.

С увеличением концентрации д парамагнитного газа (фиг. 2 а) увеличивается скорость потока термомагнитной конвекции, следовательно улучшается процесс теплообмена между нагревателем и потоком и уменьшается время 4, необходимое для охлаждения нагре- ® вателя на температуру AT. С уменьшением времени охлаждения увеличивается частота . (фпг. 2г) включения и нагревателя (пли подмагничпвакнцей катушки). На выходе газоанализатора появляется сигнал, пропорциональный,концентрации парамагнитного газа (фпг. 2а, г).

Таким образом, на выходе прибора мы IIQлучим импульсный сигнал, легко вводимый в

ЭВМ, причем с высокой точностью определения концентрации парамагнитного газа.

Кроме того, значительно уменьшается инерционность газоанализатора, что очень важно при измерениях быстроменяющихся технологических процессов и в медицине.

В предложенном термомагнитном газоанализаторе переключающее устройство и блок реле могут быть заменены любым устройством, соответствующим предмету изобретения.

При этом переключатель рода работы может управлять либо только нагревателем (при этом электромагнит не отключается), либо только электромагнитом (при этом нагреватель не отключается), а также нагреватель и ,подмагничивающая катушка могут включаться либо синфазно, либо со сдвигом фаз (от

О до 2л).

Предмет изобретения

Термомагнитный газоанализатор, состоящий из датчика и регистрирующего устройства, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и точности анализа, между датчиком и регистрирующим устройством включен управляемый выходным сигналом датчика и связанный с ним посредством обратной связи двухпороговый переключатель рода работы датчика.

399777

25 ЯО

Фиг..у

Составитель Н. Преображенская

Редактор Л. Зиньковский Техред Л. Грачева Корректор Е. Хмелева

Заказ 3710/7 Изд. № 37 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2