SU879434A1 - Термомагнитный газоанализатор - Google Patents

Description

(54) ТЕРМОМАГНИТНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

f

Изобретение относитс  к области аналитического приборостроени  и может быть использовано дл  -определени  концентрации кислорода при контроле состава газовых сред.

Известно измерительное устройство вырабатывающее завис щий от угла наклона электрический сигнал, которое можно было бы, использовать в качестве компенсатора наклона. В резистивном преобразователе углов отклонени  от вертикалей 1 корпус заполнен электропровод щей жидкостью с частично погруженными в нее резистивными элементами, включенными в измерительный мост. При изменении угла наклона измен ютс  вследствие перемещени  электропровод щей жидкости сопро-. тивлени  плеч моста, который и вырабатывает завис щий от угла наклона сигнал.

Недостатком этого устройства  вл етс  наличие зависимости удельного сопротивлени  электролита, а, следовательно, и выходного сигнала устройства от окружающей температуры .

Известно также устройство, состо щее из двух сообщающихс  узких трубок , заполненных диэлектрической

жидкостью, в каждую из которых помещена пара электродов, образующих обкладки конденсаторовf2j. Конденсаторы подключены по дифференциальной схеме к электронному преобразователю и показывающему прибору. При наклонах устрюйства измен етс  отношение между емкост ми обоих конденсаторов, определ емое, в свою очередь, соот10 ношением долей диэлектрических проницаемостей жидкостей и воздуха в эффективной диэлектрической проницаемости везцества каждого конденсатора.

Недостатком этого устройства как

15 возможного компенсатора наклонов газоанализатора  вл етс  необходимость использовани  дополнительных электронных устройств, которые согласовывали бы реактивный сигнал данного на20 клономера с активным сигналом газоанализатора , что привело бы к усложнению прибора и увеличению его габаритов и энергопотрёВленн . Кроме того, общим недостатком измерителей

25 наклона  вл етс  несоответствие их инерционностей инерционности газоанализатора , обусловленной временем пере .годного процесса изменени  условий теплообмена на поверхности чувстви30 тельных элементов газоанализатора

при его наклонах. Это обсто тельство приводит к по влению ложных срабатываний при наклонах газоанализатора, снабженного выходным сигнальным устройством с релейной характеристикой .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности с учетом известности компенсаторов наклона  вл етс  термомагнитный газоанализатор с чувствительными элементами-терморезисторами в виде проволочньлх цилиндрических стержней, выполненный по двухмостовой схеме отношени , содержащей рабочий мост с горизонтално расположенными.в термомагнитной  чейке чувствительными элементами и сравнительный мост с аналогичными чувствительными элементами З .

Рабочий мост содержит рабочий и сравнительный чувствительные элементы , включенные в смежные плечи моста и представл ющие собой терморезисторы . Два другие плеча образованы посто нными резисторами. Рабочий чувствительный элемент -рабочего моста находитс  в термомагнитной измерительной  чейке в неоднородном магнитном поле, создаваемом магнитнойсистемой , а сравнительный элемент, в этой же  чейке,но вне пол . Сравнительный мост газоанализатора выполнен в виде моста теплопроводности, в смежные плечи которого включены чувствительные элементы - терморезисторы , помещенные в измерительной  чейке, в которых отсутствует передача тепла конвенцией. Один чувствительный элемент (рабочий находитс  в  чейке, заполненной воздухом, а другой (сравнительный - в  чейке с двуокисью углерода. Вьоходное напр жение рабочего моста пропордионально концентрации кислорода в термомагнитной  чейке, квазипосто нное выходное напр жение сравнительного моста  вл етс  опорным. Выходы мостов соединены с входами электронного блока, формирующего напр жение, пропорциональное отношению сигнала рабочего моста к сигналу сравнительного моста.

Недостатком описанного газоанализатора  вл етс  то, что в случае наиболее распространенной конструкции термомагнитной  чейки (магнитное поле в однородной области вертикально, а оси чувствительных элементов горизонтальны ) показани  газоанализатора существенно зав-ис т от угла наклона прибора к плоскости горизонта при повороте его относительно оси чувствительного элемента.

Целью изобретени   вл етс  устраНение вли ни  наклонов на показани  приборов и повышение надежности его работы.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в термомагнитном газоанализаторе с чувствительными элементамитерморезисторами в виде проволочных цилиндрических спиралей, выполненном f по двухмостовой схеме отношени , содержащей рабочий мост с горизонтально расположенными в термомагнитной  чейке чувствительными элементами и сравнительный мост с аналогичными

и чувствительными элементами, два чувствительных элемента сравнительного моста помещены в заполненную частично жидким теплоносителем герметичную камеру и по крайней мере частично погружены в теплоноситель, а их оси

5 расположены в плоскости, перпендикул рной ос м чувствительных элементов термомагнитной  чейки рабочего моста.

На фиг. 1 изображен схематически 0 газоанализатор с герметичной камерой, на фиг. 2 - герметична  камера в наклонном положении.

Термомагнитный газоанализатор состоит из рабочего и сравнительного 5 мостов. Рабочий мост содержит иден- тичные рабочий и сравнительный чувствительные элементы, образующие смежные плечи моста 1 и 2 соответственно. Ка ддый из чувствительных элементов

1 и 2 представл ет собой терморезистор , выполненный из тонкой металлической проволоки с высоким температурным коэффициентом сопротивлени  в виде остеклованной цилиндрической

спирали малого диаметра. Рабочий чувствительный элемент 1 находитс  в термомагнтной измерительной  чейке (на чертежах не показанаj в неоднородном магнитном поле,создаваемом магнитной системой, а сравнительный

элемент 2 - в этой же  чейке, но вне пол . Два другие плеча рабочего моста образованы посто нными резистора 3 и 4. При нахождении газоанализатора в нормальном рабочем положеНИИ вектор магнитного пол  в  чейке в области.однородного пол  направлен по вертикали, а оси чувствительных элементов расположены в горизонтальной плоскости. Сравнительный мост

газоанализатора содержит идентичные рабочий и сравнительный чувствительные элементы 5 и б, включенные в смежные плечи моста и выполненные аналогично чувствительным элемеитам 1 и 2, но помещенные соответственно в две  чейки теплопровод- . нести, в которых отсутствует конвективный теплообмен. Ячейка рабочего чувствительного элемента 5 заполнена углекислым газом, а  чейка сравнительного чувствительного элемента б воздухом . В два других смежных плеча моста включены посто нные резисторы 7 и 8,а также компенсационные терморезисторы 9 и 10. Каждый из терморезисторов выполнен из тонкой металлической проволоки с высоким температурным коэффициентом сопротивлени  в виде остеклованной цилиндрической спирали малого диаметра. Терморезисторы 9 и 10 помещены в заполненную частично например на половину , жидким теплоносителем 11 камеру 12. Плоскость, в которой наход тс  оси элементов 9 и 10, перпендикул рна ос м чувствительных элементов термомагнитной  чейки. При нахождении газоанализатора в нормальном рабочем положении терморезисторы 9 и 10 погружены по крайней мере частично в теплоноситель, а их оси вертикальны . Измерительные диагонали рабочего и сравнительного мостов соединены с входом операционного усилител  13 вырабатывающего напр жение .U, пропорциональное отношению выходных напр жений рабочего L) и сравнительного U2 мостов согласно равенству: где К const Рассмотрим работу газоанализатора в двух случа х: при нахождении прибора в нормальном рабочем положаНИИ и при наклоне его к плоскости горизонта поворотом относительно оси одного из чувствительных элементов рабочего моста. В первом случае при по влении в термомагнитной  чейке газовой смеси , содержащей кислород, вблизи рабо чего чувствительного элемента 1 рабочего моста возникает термомагнитна  конвекци , вследствие чего, температура элемента 1 понижаетс , рабо чий мост выходит из состо ни  равновеси  и в измерительной диагонали моста по вл етс  напр жение (J , пропорциональное концентрации кислорода в контролируемой газовой смеси. При этом терморезисторы 9 и 10 погру жены в жидкость 11 на одинаковую часть длины и имеют одинаковые темпе ратуры и сопротивлени , благодар  чему содержаща  терморезисторы ветвь сравнительного моста симметрич на относительно измерительной диагонали и выходное напр жение сравнительного моста Uj равно задаваемому номинальному значению, обусловленном разностью температур сопротивлений/ чувствительных элементов 5 и 6. В оп рационном усилителе 3 осуществл етс  деление напр жений рабочего моста и. на напр жение сравнительного мост в соответствии с соотношением (1, в результате чего на выходе усилител  13 вырабатываетс  масштабированны сигнал и,- пропорциональный концентрации (измер емой кислорода/. . При наклоне газоанализатора к плоскости горизонта происходит поворот вектора термомагнитной конвекции , относительно вектора естественной тепловой конвекции, в результате чего измен етс  результирующий вектор конвекции газа вблизи рабочего чувствительного элемента 1. Одновременно вследствие поворота термомагнитной  чейки и несимметричности конфигурации ее рабочего объема измен етс  интенсивность конвективной теплоотдачи сравнительного элемента 2, что приводит к одновременному, но неодинаковому изменению температур (и сопротивлений) чувствительных элементов 1 и 2, не св занному с изменением концентрации кислорода. Вследствие этого в измерительной диагонали рабочего моста по вл етс  дополнительный сигнал AU, представл ющий собой погрешность, пропорциональную углу наклона прибора. Однако, синхронно с этим происходит перетекание теплоносител  в камере 12, например , как показано на фиг.2 дл  случа  поворота прибора по часовой стрелке. При этом теплоотдача терморезистора 9 ослабевает вследствие его обнажени  и уменьшени  коэффициента теплоотдачи на его поверхности, а теплоотдача терморезистора 10 остаетс  практически неизменной. Вследствие этого повышаетс  температура и сопротивление терморезистора 9, симметри  ветви моста, содержащей терморезисторы 9 и 10, нарушаетс , и выходной сигнал сравнительного моста получает приращение uU2, пропорциональное углу наклона прибора. В процессе настройки прибора приращени , ди и U 2 регулируют до равенства с заданной точностью, например, подбором шунтирующих сопротивлений дл  терморезисторов 9 и 10 ив результате операции делени , осуществл емой в усилителе 13, выходной сигнал газоанализатора и становитс  независимым от наклона. Схема включени  терморезисторов 9 и 10 в сравнительный мост, приведенна  на фиг.1, соответствует случаю, когда знаки приращений сигнала рабочего моста при поворотах прибора по и против часовой стрелки противоположны . В случае же, когда знаки приращений сигнала при повороте прибора по и против часовой стрелки совпадают , терморезисторы 9 и 10 включены последовательно в одно плечо сравнительного моста (этот вариант включени  ввиду его очевидности графичес- ки не представлен). Из фиг.2 следует, что при выбранных значени х длины Н рабочей части компенсационных терморезисторов 9 и 10 и рассто ни  L между их ос ми, компенсаци  погрешности от наклонов прибора осуществл етс  в

предложенном устройстве вплоть до предельного угла наклона , определ емого соотношением:

r-J-rr .

- 2 н

Таким образом, в предложенном газоанализаторе введена автоматическа  компенсаци , устран юща  вли ние наклона на показани , присущее нзвecтнo J газоанализатору. Преимущество предложенного газоанализатора перед известными измерител ми угла наклона заключаетс  также в том, что в нем компенсирунадий наклоны сигнал вырабатьшаетс  синхронно с паразитным сигналом и имеет тот же характер благодар  тому, что оба сигнала формируютс  с помощью процесса одной природы - согласованным изменением теплоотдачи идентично изготовленных терморезисторов, включенных в идентичные измерительные мосты и нагреваемых проход щим через них током. Это исключает возможность по влени  вследствие наклона ложных срабатываний газоанализатора , в случа х если он снабжен выходным сигнализирующим устройством релейного типа,т.е. повышает надежность , газоанализирующих устройств.

Claims (3)

1.Авторское свидетельство СССР № 614323, кл. G 01 N 27/72, 1977.

2.Патент ФРГ № 2711620, кл. .G 01 С--5/04, 1977.

3.Авторское свидетельство СССР № 627391, кл. G 01 N 27/72, 1977 (прототип).