Газоаналитическое устройство

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (u>734530 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0602,78 (21) 2581350/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 1505.80. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 15D5.80 (51)м. к„,2

G 01 N 3/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 62-50 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Б Г.Кадук, С.И.Рудковский, P.Т .Франко, В.Й.Сморчков и В.П.Хвостов. (71) Заявитель

Всесоюзный научно-исследовательский институт аналитического приборостроения (54) ГАЗОАНАЛИТИЧЕСКОЕ УСТРОЯСТВО

Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано в. автоматизированных системах газового анализа, а также для приготовления контрольных газовых смесей и градуировки газоанализаторов.

Известны устройства для приготовления газовой смеси заданного состава, которые можно применять для газового анализа. Изменяя концентрацию исследуемого компонента в приготовляемой смеси и периодически переключая входные каналы датчика на исследуемую и приготовляемую смеси, добиваются равенства выходных сигналов датчика для обоих каналов и по известной в момент равенства концентрации компонента в приготовляемой смеси определяют искомую концентрацию в исследуемой смеси (1).

Недостаток этих устройств — низкое быстродействие и производительность, большой расход эталонных га- 25 зов, периодичность работы и использование зромоздкой аппаратуры: баллоны, калиброванные сосуды, манометры, регулируемые вентили, соединительная арматура. 30

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является гаэоаналитическое устройство, содержащее последовательно.соединенные смеситель, датчик и блок сравнения, выход которого соединен с первыми входами смесителя и блока регулирования, первый выход которого соединен со вторым входом смесителя (2).

Недостаток устройства — низкая точность анализа, которая выражается в слабой чувствительности к изменению концентрации контролируемого газового компонента, обусловленная его значительным разбавлением на входе устройства.

Цель изобретения — повышение, точности и быстродействия газоаналитического устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство включены вычислительный блок, коммутатор и два блока перезаписи, выход первого из которых соединен со вторым входом блока сравнения, информационный выход с выходом датчика, а управляющие входы блоков перезаписи подключены хо второму выходу блока регулирования, третий выход которого соединен

734530 с первым входом вычислительного блока, второй вход которого подключен к выходу второго блока презаписи, а выход — к первому входу коммутатора, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения.

На чертеже приведена блок-схема

5 предлагаемого технического решения, где обозначены входные газовые тракты устройства для ввода исследуемой смеси, газа-носителя и чистого газа соответственно, 1, 2, 3 смеситель 4, 10 двухвходовый клапан 5, газораспределительный узел б, датчик 7, блок 8 сравнения, первый блок 9 перезаписи, четвертый вход 10 устройства для ввода калибровочного значения выход- 15 ного сигнала датчика, блок 11 регулирования, шаговый двигатель 12, датчик 13 граничных положений 13, генератор 14 импульсов, реверсивный счетчик 15, второй блок 16 перезаписи, Щ коммутатор 17, вычислительный блок 18, пятый вход устройства для ввода величины базисной концентрации С, соответствующей базисной калибровочной величине И„выходного сигнала датчика

19, шестой вход 20 устройства для, ввода величины базисного коэффициента дозирования К, выход 21 устройства.

Исследуемая смесь, содержащая искомую концентрацию Сх компонента, гаэ-носитель (Со=0%) и чистый газ (100%-ная концентрация компонента) поступают через входные газовые тракты устройства 1, 2, 3, соответственно на входы смесителя 4, включающего в себя двухвходовый клапан 5 и гаэораспределительный узел б, Входной газовыи тракт 1 соединен с одним входом газораспределительного узла 6, а входные газовые тракты 2, 3 через 4D двухьходовый клапан 5 соединены со вторым входом газораспределительного узла 6, выход которого соединен с входным газовым трактом датчика 7, Двухвходовый клапан 5 предназначен для случая, когда в момент включения устройства коцентрация С исследуемой смеси меньше величины калибровочного значения Cg и для определения начальной концентрации на второй вхоц газо- о распределительного узла б подается чистый r àç, после определения начальной концентрации в течение всей дальнейшей работы устройства на второй вход газораспределительного узла б подается газ-носитель. Газораспределительный узел б предназначен для дозированного,изменения во входном газовом тракте датчика 7 объемного соотношения двух газбвых потоков, Выход датчика 7 соединен с одним вхо- gP дом узла 8 сравнения и с первым информационным входом первого .блока 9 перезаписи, выход которого соединен со вторым входом блока 8 сравнения.

Второй информационный вход первого блока 9 перезаписи соединен с четвертым входом 10 устройства для ввода калибровочного значения N, соответствующее величине калибровочной концентрации С датчика 7, В блоке 11 регулирования объединены шаговый двигатель 12, датчик 13 граничнцх положений, генератор 14 импульсов и реверсивный счетчик 15. Выход генератора 14 импульсов соединен с счетным входом реверсивного счетчика 15 и с входом шагового двигателя

12, ось которого механически связана с входом датчика 13 граничных положений, а также .через первый вход блока

11 регулирования и второй управляющий вход смесителя 4 с управляющим входом газораспределительного узла б °

Для установки шагового двигателя 12 в положение, обеспечивающее разбавление исследуемой смеси до степени, равной базисному коэффициенту разбавления К, а также для установки в реверсивном счетчике 15 числа, пропорционального значению базисного коэффициента разбавления К, одни управляющие входы их соединены с выходом датчика 13 граничных положений, а вторые управляющие входы, через которые осуществляется реверс и останов, соединены через первый вход блока регулирования с выходом блока 8 сравнения. Выход датчика 13 граничных положений соединен также через второй выход блока 11 регулирования с управляющими входами первого блока 9 перезаписи, второго блока

16 перезаписи и коммутатора 17.

Первый блок 9 перезаписи преднаэначен для подачи в начальный момент анализа на второй вход блока 8 сравнения значения величины М,соответствующей калибровочной величине концентрации С,и в дальнейшем,при работе устройства в следящем режиме,в моменты достижения датчиком граничных положений 13 одного иэ граничных значений К„, КВ, мгновенно значения выходного сигнала датчика bN =Ы41, соответствующего новой базисной величине концентрации Сс и хранения его значения до следующего срабатывания датчика 13 граничных положений.

Второй блок 16 перезаписи предназначен для подачи в начальный момент анализа на один иэ входов вычислительного блока 13 значения величины концентрации С, соответствующей калибровочной точке N и в дальнейшем, при работе устройства в следящем режиме, в моменты достижения датчиком граничных положений 13 одного из граничных значений Кн, Кв мгновенного значения искомой концентрации С, определяемой вычислительным блоком 18, и хранения этого значения до следующего срабатывания датчика граничных положений 13. С этой целью один информационный вход ВТо734530 рого блока 1б перезаписи соединен с входом 19 устройства для ввода величины концентрации С„, соответствующей калибровочному значению концентрации Мх, а второй вход — с выходом вычислительного блока 18. Информационный вход реверсивного счетчика 15 через второй вход блока 11 регулирования соединен с входом устройства

20 для ввода величины базисного значения коэффициента дозирования К .

Реверсивный счетчик 15 предназначен для формирования и подачи на второй вход вычислительного блока 18 значения, пропорционального текущей величине степени разбавления к +ьк исследуемой смеси. В вычислительном блоке 18 искомая концентрация определяется посредством выполнения операции

20 с с=

К + К если к моменту начала анализа С <С

Х К то первое вычисление концентрации С„в вычислительном блоке 18 производится по формуле

С -400 к 25

C = х к

Считывание результатов осуществляется в момент равенства сигналов на информационных входах блока 8 сравнения. С этой целью выход вычислительного блока 18 через коммутатор 17 соединен с выходом устройства 21.

Работу устройства можно условно подразделить на 3 этапа;

1-ый этап. Определение начальной концентрации компонента — временной интервал to t °

Перед началом работы в устройство вводят исходные данные: калибровочное значение N „ выходной величины дат- 40 чика — вход 10, соответствующую ему величину калибровочной концентрации

Ск и величину базисного коэффициента

К вЂ” входы 19, 20.

К моменту двухвходовый клапан 45

5 закрыт для подачи раэбавляющего газа во второй вход гаэораспределительного узла б, в котором установлен коэффициент разбавления К=1, т.е. вся исследуемая смесь с концентраци- ®0 ей С» исследуемого компонента поступает во входной газовый тракт датчика

7. Выходной сигнал датчика 7, принимающий значение Их, соответствующее мгновенному значению коцентрации С», поступает на первый вход блока 8 срав- 5 нения, на второй вход которого со входа 10 через первый блок 9 перезаписи поступает базисное калибровочное значение выходного сигнала датчика 7 М„, соответствующее базис- QQ ной калибровочной концентрации Су, При сравнении этих величин узел 8 сравнения формирует один иэ трех сигналов Я1с7п(И < N„), Sign(N<>8 ), Sign(N»=N ) .По сигналу Sign(N» 65 через двухвходовый клапан 5 во второй вход газораспределительного узла б подается чистый газ; ось шагового двигателя 12 повертается на угол, обеспечивающий разбавление исследуемОй смеси Сх в степени К до момента равенства значений на входах узла 8 сравнения, так как исследуемая смесь разбавлена до базисной калибровочной величины С« в реверсивном счетчике

15 формируется число, пропорциональное K„. определение искомой концент;рации в вычислительном блоке 18 по формуле — (00 К

C xx-=

К

По сигналу Sign(N<>N») через двухвходовый клапан 5 во второй вход газораспределительного узла б подается гаэ-HocHTenr; ось шагового двигателя

12 повернется на угол, обеспечивающий разбавление исследуемой смеси в степени К=0,37 до момента равенства сигналов на входах блока сравнения 8; в реверсивном счетчике 15 .сформиру-. ется число, пропорциональное К=0,37; определение концентрации в вычислительном блоке 18 производится по формуле

2-ой этап. Подготовка устройства для работы в следящем режиме.

Двухвходовый клапан 5 в течение всей дальнейшей работы устанавливается в положение, при котором исследуемая смесь раэбавляется только газом-носителем. Ось шагового двигателя 12 поворачивают на угол, обеспечивающий разбавление исследуемой смесь 15, записывается число, пропорциональное K=O 80. В первый блок 9 перезаписи с выхода датчика 7 записывается значение его выходного сигнала М =И, соответствующее концентрации, разбавленной в степени К вЂ” новое базисное значение N < взамен калибровочного значения Ик, а во второй блок 16 перезаписи с выхода вычислительного блока 18 записывается, значение вычислительной концентрации С =С„ К вЂ” новая базисная величина концентрации взамен прежней Сх.

3-ий этап. Работа устройства в следящем режиме.

При изменении концентрации Сх компонента в исследуемой смеси (временной интервал t<-"g), относительно вычисленной С, нарушается условие равновесия величин на входах блока 8 сравнения N фИ и по обратной связи блока 8 сравнения — шаговый двигатель 12 — гаэораспределнтельный узел 6. Это изменение компенсируется посредством соответствующего разбавления исследуемой смеси во

734530 входном тракте дачтика 1е С этой целью импульсы с генератора 15 поступают одновременно на входы шагового двигателя 12 и реверсивного счетчика 15, на управляюшие входы .которых поступает сигнал с выхода блока 8 сравнения, осушествляюший соответствующее их реверсирование, Сформированные в реверсивном счетчике 15 текушие значения коэффициентов разбавления Кг+дК и базисное значе.Ние концентрации С поступают на входы вычислительного блока 18, где осуществляется операция вычисления

Сд< окончательных результатов C„= считываемых в моменты равновесия следящей системы через коммутатор 15

17 на выход устройства 21.

При изменении концентрации компонента в исследуемой смеси в ту или иную сторону до величины, которую необходимо разбавить с коэффициентом що разбавления равным граничному Кд или

К.. ось шагового двигателя 12 поворачивается на соответствуюший угол, в результате чего срабатывает датчик граничных положений 13, управляюший сигнал с выхода которого осуществляет: установку оси шагового двигателя

12 в положение, обеспечивающее разбавление смеси в степени, равной базисному значению коэффициента разбавления К г, а в реверсивном счетчике 15 соответствующее ему число, пропорциональное К -, с выходов датчика 7 и вычислительного блока 18 в первый и во второй блоки 9, 16 перезаписи записываются текущие значения, которые принимают в момент выходного сигнала датчика 7 N =Ngq и вычисленное значение концентрации

С =С - соответственно — новые базисные

К с значения,. относительно которых опре- 4() деляется концентрация йри работе устройства в следующем интервале

Э 4

Работа устройства в последуюших интервалах, 4и т.д. аналогична работе в описанном выше интервале

"2 3 °

Таким образом устройство позволяет при значительном раэбавлении исследуемой смеси начальном этапе анализа произвести первое вычисление концентрации с точностью, не завися-шей от степени разбавления, а все последующие изменения (С ) в широком диапазоне определяется при незначительном разбавлении смеси (на 55 диаграмме фиг. 2 для наглядности диапазон степени разбавления выбран в пределах К -. Кв=0,7-0,9, практически его можно выбрать в более узких пределах, близких к единице), что не снижает реакции датчика к незначительным изменениям С<. Кроме того на точность анализа не влияет нелинейность выходной характеристики датчика, более того, требуемая информация о виде характеристике заключается в данных лишь об одной калибровочной точке. Это обстоятельство значительно снижает требования к датчикам — основным узлам газоаналитических систем, не требует расхода большого количества дорогостоящих эталонных газовых смесей для снятия характеристики и .принятия специальных мер для ее линеаризации (применение чистого газа — 100Ъ-ной или другой эталонной концентрации исследуемого компонента необходимо лишь в начальной стадии анализа и не во всех случаях).

Эти факторы позволяют повышать точность и быстродействие анализа без увеличения аппаратурных затрат, неизбежных при достижении этой цели известными устройствами.

Формула изобретения

Газоаналитическое устройство,содержащее последовательно соединенные смеситель,датчик и блок сравнения,выход которого соединен с первыми входами смесителя и блока регулирования, первый выход которого соединен со вторым входом смесителя,о т л и ч аю ш е е с я тем,что,с целью повышения точности и быстродействия устройства в него введены вычислительный блок, коммутатор и два блока перезаписи,выход .первого иэ которых соединен со вторым входом блока сравнения, информационный вход — с выходом датчика, а управляюшие входы блоков перезаписи подключены ко второму выходу блока регулирования, третий выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход которого подключен к выходу второго блока перезаписи, а выход— к первому входу коммутатора, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1..Коллеров Д,К. Средства для приготовления поверочных газовых смесей и поверки газоанализаторов. Измерительная техника, 1975, Р 6, 2. Авторское свидетельство СССР

М 321719, кл. 2 G 01 N 7/00,12.03.69 (прототип).

Составитель Г.Нефедова

Редактор H.Ãoðâàò Техред Ж.Кастелевич Корректор я.Вигула

Закаэ 2216/8 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

<филиал ППП Патент,, г.узтород, ул.Проектная,4