Датчик парамагнитного газа

 

4 твм-. »o- a;;.с;." вснк

ij

«.-,.::дяс"+е«а ко Е A

ОПИСАНИЕ

ИЗОВГЕтЕНИЯ "" 02ЗО4

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, сзид-ву (22) Заявлено 2908.77 (21) 2522906/18-25 (5!)М. Кл. с присоединением заявки Нов (23) Приоритет

G 01 R 17/02 .6 01 Ь 27/72

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 0512.79. Бюллетень No 45

Дата опубликования описания:081279 ! (5 3) Уд)(6 21 . 31 7 . 7:!

543.544.08 (088.8) (72) Авторы изобретения

A.H. Цай С. Суханов и С. Нурыев

1 (71) Заявитель марыйская государственная районная электрическая станция (54) ДАТЧИК ПАРАИАГНИТНОГО ГАЗА

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, к приборам для измерения магнитных величин, а именно, к измерительным приборам, в которых осуществляется сравнение с эталонной величиной, точнее, к тем из них, в которых подлежащая измерению величина автоматически сравнивается с эталонной величиной, например, к датчикам парамагнитйого газа, в частности, кислорода.

Изобретение может быть использо вано в системах контроля и управления технологическими процессами в. различных отраслях промышленности, . там, где требуется анализировать парамагнитные газы, в особенности кислород. В частности, изобретение может применяться в энергетике для

;обеспечения оптимальных условий сжигания топлива на тепловых электростанциях, где необходимо измерение содержания кислорода в уходящих газах для регулирования подачи топлива и воздуха.

Известен датчик парамагнитного газа, содержащий камеру, в которой создано неоднородное магнитное поле и через которую пропускают анализируемую газовую смесь. В камере установлена платиновая спираль, состоящая из двух секций, которые являются активными плечами мостовой схемы. Ра-.. бота датчика основана иа принципе термомагнитной конвекции, возникающей в парамагнитной газовой смеси, помещенной в неоднородное магнитное поле (1) .

B этом датчике, который называют газонализатором, газовая смесь, магнитная восприимчивость которой в сильной степени зависит от наличия в ней кислорода, предварительно очищенная от .вредных примесей, охлажденйая до температуры 20,C и осушенная селикагелем при регулируемом постоян" ном расходе подается s рабочую камеру ° .

В рабочей камере газовая смесь, попадая в неоднородное магнитное,поле, вызывает ., так называемйй магнитный ветер, скорость потока которого пропорциональна магнитной восприимчивости газовой смеси, и охлаждает платиновую спираль, помещенную в измерительную трубку. Первая по ходу газовой смеси секция платиновой спирали охлаждается интенсивнее второй секции, в результате чего изменение сопротивления активных плеч неодина702304 ково и балансное состояние моста нарушается. При этом разбаланс пропорционален содержанию кислорода в анализируемой газовой смеси. Напряжение разбаланса подается на вторичный прибор, имеющий шкалу, градуированную в процентах содержания кислорода.

К недостатк ам из в ест н ого датчик а парайагнитного газа относится следую щее. Контроль содержания кислорода в анализируемой газовой смеси осуществляется косвенным методом, что не обеспечивает достаточной точности измерения. Предъявляются высокие треб ов ани я к анали з ируемой,газ ов ой смеси: отклонение давления газовой сме" си в рабочей камере на 10 мм ртутного столба от номинального дает дополни. тельную погрешность до ЗЪ от. верхнего предела измерений, изменение расхода газовой смеси на 10% от номиналь" ного вызывает дополнительную погрешность порядка 1Ъ, при изменении борометрического давления на пять миллиметров ртутного столба и температуры окружающей среды на 10 С дополнитель- 25 ная погрешность прибора составляет

1,5% от,максимальногo значения шкалы.

Известен также датчик парамагнит-. ного газа, содержащий мостовую магнитную систему с двумя зазорами для 30 эталонного и анализируемого. газа и с датчиком индукции магнитного по-, ля (2j

В этом датчике затруднена балансировка плеч моста, а также наблюдает- 5 ся смещение нуля во время работы. В связи с этим, точность и особенно стабильность этого датчика не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к подобным датчикам на производстве, О в частности, при регулировании процесса сгорания топлива на тепловых электростанциях °

Известен датчик парамагнитного газа, наиболее близкий по технической сущности, содержащий анализатор па45 рамагнитного газа с входным и выходным каналами для подвода и отвода анализируемого газа и выходным электрическим каналом и источник анализируемого газа. Устройство содержит магнит, часть магнитопровода которого выполнена в виде трубопровода с анализируемым газом, и датчик индук" ции магнитного поля (3) °

Этот датчик при измейеник парамет- 55 ров магнита из-за изменения темпе@а-4 туры окружающей среды и других причин не обеспечивает достаточную точ-. ность и не может быть использован для внсокоточйых измерений анализи- 60 руемой смеси газов, Цель предлагаемого изобретения— повышение точности датчика.

Для этого в датчике установлены три-клапана с дискретным управлением„ 65 два блока памяти аналоговых сигналов с дискретным управлением, два блока памяти дискретных сигналов с дискретным управлением, две логические схемы, реализующие каждая логическую операцию отрицания импликации, сумматор аналоговых сигналов, блок формирования сигналов управления и источйик эталонного газа, вход первого клапана соединен с источником эталонного газа, вход второго клапана соединен с источником анализируемого газа, а выходы первого и второго клапанов соединены со входным каналом указанного анализатора парамагнитного газа,,вход третьего клапана связан с выходным каналом анализатора, а выход, третьего клапана связан со сбросной полостью, например, с атмосферой, электрический выход анализатора йарамагнитного газа свя» зан со входом первого блока памяти аналогового сигнала, выход которого сообщен с плюсовым входом сумматора, выход сумматора связан с первыми входами упомянутых логических схем и со входом второго блока памяти аналогового сигнала, выход которого соединен с минусовым входом сумматора и со вторыми входами укаэанных логических схем, выходы которых связаны со входами блоков памяти дискретных сигналов, выходы которых являются выходами датчика, управляющие входы клапанов и блоков памяти соединены с выходами блока формирования сигналов управления.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого датчика парамагнитного газа.

Датчкк содержит электромагнит 1, часть магнитопровода 2 которого выполнена в виде трубопровода 3 с ана" лизируемым газом, и датчик 4 индукции магнитного поля. Электромагнит 1 с магнитапроводом 2, трубопроводом 3 и датчиком 4 индукции магнитного поля представляют собой анализатор парамагнитного газа с входным и выходным каналами для подвода и отвода анализируемого газа и выходным элект- рическим каналом. Входной канал для подвода анализируемого газа есть вход трубопровода 3, а выходной канал для отвода анализируемого газа есть выход трубопровода 3. Выходной электрический канал анализатора есть выход датчика 4 индукции магнитного поля. Используется пример выполнения датчика, в котором анализатор выполнен в виде электромагнита 1, часть магнитопровода которого выполнена в виде трубопровода 3, и датчика 4 индукции магнитного поля, который может быть выполнен, например, в виде датчика Холла. В датчике парамагнитного газа установлены три клапана 5, б и 7 с дискретным управлением, 702304

Поступающий.от усилителя или преобразователя 18 вида сигнала сигнал повторяется блоком 8 памяти и поступает на сумматор 14. При этом, как уже было рассмотрено, на выходе и минусовом входе сумматора отрабатывается почти такой же сигнал, т.е. сигнал с некоторой погрешностью. Be"" личина этого сигнала может изменяться в некотором диапазоне, обычно в стандартном диапазоне сигналов, при нятых для электрических и гидравлических средств. При этом на выходах логических схем 12 и 13 сигналы бу6О дут равны единице, поскольку сигналы на их входах равны и каждый из них можно считать единичным сигналом, несмотря на то, что они могут изменяться в достаточно, большом диапазоне, 65 Рассмотренный режим может быть наздва блока 8 и 9 памяти для запоминания аналоговых сигналов с дискретным управлением и два блока 10 и ll памяти дискретных сигналов с дискрет ным управлением. Кроме того, в датчике установлены две логические схемы 12 и 13, реализующие каждая логическую операцию отрицания имплккации сумматор 14 аналоговых сигналов и блок 15 формирования сигналов управления. Вход первого клапана 5 соединен с источником 16 эталонного газа, вход второго клапана 6 соединен с источником 17 анализируемого газа, а выходы первого 5 и второго 6 клапанов соединены со входом трубопровода

3, установленного в магнитопроводе 2

Вход третьего клапана 7 связан с выходом указанного трубопровода 3, а выход — co сбросной полостью, например,,с атмосферой, Выход датчика 4 индукции магнитного поля непосредственно или через усилитель выходного сигнала этого датчика 4, или через преобразователь 18 вида сигнала, который, например, может быть выполнен в виДе преобразователя электрического сигнала в гидравлический сигнал, связан со входом первого блока 8 памяти аналогового сигнала. Выход первого блока 8 памяти аналогового сиг.нала сообщен с плюсовым входом сумматора 14, выход которого связан с первыми входами логических схем 12 и 13 и со входом второго блока 9 памяти аналогового сигнала. Выход второго блока 9 памяти аналогового сиг,нала соединен с минусовым входом сумматора 14 и со вторыми входами указанных логических схем 12 и 13, выходы которых связаны со входами блоков

10 и 11 памяти дискретных сигналов, являющимися выходами датчика.

Управляющие входы клапанов 5, 6 и 7 блоков 8, 9, 10 и 11 памяти соединены со входами блока 15 Формирования сигналов управления, Предлагаемый датчик работает следующим образом, Сначала от блока 15 формирования сигналов управления по-. дают сигналы к блокам 10 и 11 памяти дискретных сигналов, на выходах которых запоминают текущие сигналы. 3атем подают сигналы к блокам 8 и 9 памяти, которые переводят эти блоки в режим следящеи системы, т.е. в такой

l режим, при котором на выходах этих блоков отрабатывается автоматически такой же сигнал, какой подают на их входы. В этом режиме сумматор 14 работает также в режиме следящей системы, т.е ° на его минусовом входе повторяется сигнал выхода сумматора

14, и при этом сигнал выхода, сигнал на минусовом входе и сигнал на плюсовом входе сумматора 14 равны между .собой, хотя и могут практически от личаться один от другого на величину погрешности сумматора 14 и блока 9 памяти.. Кроме тога, с блока 15 формирования сигналов управления поступает сигнал на клапан 5, через который эталонный газ или смесь газов

5 поступает в трубопровод 3. При этом в первый момент в течение некоторого времени клапан 7 может быть открыт

I для того чтобы сбросить газ, который быЛ в трубопроводе 3 до поступления эталонного газа. Клапан 7 может быть открытым и большее время или всегда открытым, если система рассчитана на работу в режиме протока эталонного и анализируемого газа. Когда эта" лонный газ заполнит трубопровод 3 или будет непрерывно и равномерно протекать через этот трубопровод, чврез магнитопровод 2 установится постоянный магвитный поток, который будет определяться содержанием в эталонном газе парамагнитного газа.

Предположим, что в эталонном газе

I будет содержаться 2% кислорода. При этом на выходе датчика 4 индукции магнитного поля установится сигнал, соответствующий двухпроцентному содержанию кислорода в эталонном газе.

Необходимо отметить, что элементы схемы предлагаемого датчика парамагнитного газа могут быть реализованы электрическими, гидравлическими, пневматическими-и- другими средствами. Для пояснения работы датчика парамагнитног0 .газа имеет значение лишь функциональные зависимости, реа35 лизуемые тем или иным элементом, а не его конструктивная реализация и даже не физическая природа сигналов, над которыми выполняется та йли иная функция. Поскольку описываемые функ"

Щ ции элементарны, каждая из них в от" дельности может быть реализована на тех или ияых элементах специалистом в той-или иной области в соответствии с конкретными условиями эксплуа45,тации.

702 304 ван режимом настройки датчика парамагнитного газа.

Для перехода во второй режим, который можно назвать измерительным режимом, "от блока 15 формирования сигналов управления подают сигналы на 5 блоки 8 и 9 памяти аналоговых сигна лов, которые переводят эти блоки памяти в режим запоминания. При этом ,сигналы на выходах этих блоков оста- . .ются постоянными и не зависят.от сиг» )g налов на их входах.

Затем от блока 15 формирования

" сигналов управления подают сигнал к клапану 5 на его закрытие и сигнал к клапану 6 на его открытие. При этом через трубопровод 3 начинает проходить анализируемый газ или смесь газов. Если количество кислорода в этой

- смеси pàâéo в -точности количеству кислорода в эталонной смеси, т.е. " двум-процентам, то сигнал датчика ин дукции магнитного поля не измейится.

При этом очевидно, что при переводе .. блока 8 памяти в режим слежейия ничего не должно измениться, так как на вго выходе и входе окажутся в точности ойинакбвые сигналы, что и при режиме настройки, Если же количество

-кислорода в смеси анализируемого r à- за больше или меньше, чем количество кислорода, которое было в эталонной смеси в режиме настройки, то сигнал на выходе датчика индукции магйитнцго поля также изменится, станет больше . или меньше. Изменится и сигнал на вы" ходе блока 8 памяти, что приведет к 35 разбалансу сумматора 14, который в этом режиме, при фиксированном сигнале от блока 9 памяти, работает как элемент сравнения с дискретным выходом, Сигнал на выходе сумматора 14 ф) либо уменьшится до нуля, либо увеличится до возможного максимума. При этом произойдет срабатывание одной из логических схем 12 или 13. Причем та Схема, которая выполняет логичес- 45 кую операцию отрицания импликации

Формула изобретения

Датчик парамагнитного газа, содвр": жаший анализатор парамагнитного газа с входным и выходным каналами для подвода и отвода анализируемого газа и выходйым электрическим каналом и источник анализируемого газа, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в датчике установлены три клапана с дискретным управлением, два блока памяти аналоговых сигналов с дискретным управлением, два блока памяти дискретных сигналов с дискретным управлением, две логические схемы, реализуюшив .каждая логическую операцию отрица65 iния импликации, сумматор аналоговых

7 в„4 — В гдŠ — выходной сигнал сумматоЦ ра 14;

 — выходн ой си г H ал блок а па9 мяти- 9; — — з н ак логи че ск ой опер ации импликация

- — означает отрицанйе, над буквами Вл4 — В9-, При увеличении выходного сигнала сумматора 14 перебросится с единицы на нуль, а та схема, которая выпол" няет логическую операцию 1

В9 — В14

" йри этом же увеличении выходного сиг; нала сумматора 14 будет пбддврживать на своем выходе сигнал, равйый еди" .нице, а при уменьшении выходного сиг нала сумматора 14 вторая схема поменяет сигнал, а первая оставит прежний сигнал. В конце второго измерительного режима работы подают от блока 15 формирования сигналов управления сигналы на блоки 10 и 11 памяти дискретных сигналов 10 и 11 сигналы, которые Переводят их из режима запоминания в режим отслеживания входных сигналов. При этом сигналы от логических схем 12 и 13 проходят на выход датчика и могут быть использованы для контроля и управления.

Предлагаемый датчик парамагнитного газа имеет более высокую точность, чем известныв датчики. По предварительным расчетам точность повышается в 5-8 раэ. Это объясняется твм, что в предлагаемом датчике обеспечена автоматическая настройка, при которой устраняется погрешность, связанная с нестабильностью магнитной системы, погрешность, вызванная изменением температуры, погрешность от нестабильности других элементов датчика. Эти погрешности полностью в принципе устраняются благодаря самонастройке датчика. Необходимо отметить, что речь идет о погрешностях, вызванных относительно медленными измвнвниями параметров. Если за время от начала первого режима до конца вто рого эти параметры изменятся, то погрешность будет расти. Но первый и второй режимы могут. быть проведены за нвскблько секунд, и за это время вероятность измененйя параметров мала. Если в дальнейшем за более длительное время, чем переходные процес" сы от начала первого режима до конца второго, произойдут даже, значительныв изменения параметров датчика, это нв вызовет внесения погрешности, так как каждый раэ датчик будет под" страиваться под измененные парамет ры и автоматически устранять погрешность

702304

Составитель В. Майоршин

Редактор Б. Павлов ТехредЛ.АлФерова КорректоР E. Лукач

Тираж 1073 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

113035, Москва, Ж-35, РаушскаЯ наб., д, 4/5

Заказ 7581/42

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

I сигналов, блок формирования сигналов матора и со вторыми входами указануправления и источник эталонного га- ных логических схем, выходы которых эа, вход первого клапана ссединен" с связайы со входами .блоков памяти дискисточником эталонного газа, вход вто- ретных сигналов выход которых яврого клапана соединен с источником ляются выходаМи датчика,, убавляющие" " " анализируемого газа, а вйходы перво- — 5 входы клапанов и блоков памяти соедиго и второго клапанов соединены со " ""нены с выходами блока формирования входным каналом указанного. анализато- сигналов управления. ра парамагнитного газа, вход третьего клапана связан с выходным каналом Источники информации, анализатора, а выход третьего клапа- )O принятые во внимание при экспертизе на связан со сбросной полостью, на- 1. Кошарский Б.Д. Справочник по пример, с атмосферой, электрический приборам теплового контроля и авторевыход анализатора парамагнитного га" гулирование для электростанций в проза связан со входом первого блока па" мышленных котельнях; M.-Л., 1964, мяти аналогового сигнала, выход кото- 15 с. 236-246. рого сообщен с плюсовым входом сумматора, выход сумматора связан с пер= йод о I9eaquriqq озсер ьЮ выми входами упомянутых логических .NotUY e ц,<82.,$958 р. оз, схем и со входом второго блока памяI ти аналогового сигнала, выход кото-,- 3. Патент Японии Р 48-37635, рого соединен с минусовым входом сум- (кл. 113 q 5, опублик; 1970,