Устройство для измерения концентрации газа

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистическиРЕСГ 1 УЬПИК(19) П ) 56 51)5 С 01 Й 27/1 НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛ ЬСТВ К АВТОРСКО жения ранзиго - в еский институтдчук Мир, 1989, с.9 А ИЗМЕРЕНИЯ КОНегу- ких ГОСУДАРСТВЕН 10 Е ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯЦЕНТРАЦИИ ГАЗА(57) Использование; аналитическое приборостроение. Сущность изобретения. Устройство осуществляет преобразование еМкости в частоту, для чего полевой транзистор, выступающий в качестве емкостного преобразователя, используется еще дополнительно в виде усилительного элемента, причем затвор соединяется с коллектором, исток - с базой, а сток - с эмиттером биполярного транзистора, Конструкция устройИзобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано как датчик концентрации газов в различных устройствах автоматизированного управления технологическими процессами.Цель изобретения - увеличение чувствительности и точностИ измерения,Достижение этой цели позволит значительно улучшить технику измерения и р лирования различных технологичес процессов, связанных с производством химической продукцииПоставленная цель достигается тем, что в известном устройстве преобразование ства при подаче управляющего напря обеспечивает работу биполярного т стора в активном режиме, а полево режиме насыщения, При этом на зажимах коллектор - эмиттер биполярного транзистора возникает отрицательное сопротивление, которое приводит к возникновению электрических колебаний в контуре, состоящем иэ параллельного соединения полных сопротивлений с индуктивной составляющей на зажимах эмиттер - коллектор биполярного транзистора и емкостной составляющей на зажимах затвор - сток полевого транзистора. При подаче газа на газочувствительный затвор полевого транзистора происходит изменение емкости подзатворного диэлектрика, что приводит к изменению емкостной составляющей полного сопротивления на зажимах затвора - сток полевого транзистора, что, в свою очередь, изменяет резонансную частоту контура, 1 ил. емкости в ток заменяется в предполагаемом устройстве преобразованием емкости в частоту, для чего полевой транзистор выступает в качестве управляемого газом емкостного элемента колебательного контура, потери энергии в котором компенсируются эа счет отрицательного сопротивления, возникающего на зажимах коллектор - эмиттер биполярного транзистора, у которого базовый электрод соединен с источником полевого транзистора, коллектор соединен с затвором, а эмиттер со стоком. Индуктивным элементом служит реактивная составляющая полного сопротивления на зажимах коллектор-эмиттер биполярного транзисто 1824566ра. Для увеличения общей эквивалентной индуктивности и подстройки контура параллельно зажимам змиттер - коллектор биполярного транзистора, включается внешняя пассивная индуктивность, Таким образом, в предлагаемом устройстве небольшое изменение емкости подзатворного диэлектрика под действием газа преобразуется в значительное изменение резонансной частоты колебательного контура, что позволяет увеличить чувствительность и точность определения концентрации газа,Совокупность признаков неизвестных ранее, появляется за счет использования емкостной составляющей полного сопротивления на зажимах затвор - сток полевого транзистора, которое включается параллельно полному сопротивлению с индуктивным характером на зажимах эмиттер-коллектор биполярного транзистора, что образует колебательный контур, потери энергии в котором компенсируются эа счет отрицательного сопротивления, возникающего на зажимах эмиттер-коллектор биполярного транзистора в результате положительной обратной связи в цепях эмиттер - база и коллектор - эмиттер биполярного транзистора по постоянному и переменному токам, Резкая зависимость резонансной частоты контура от изменения емкостной составляющей полного сопротивления на зажимах затвор - сток полевого транзистора за счет воздействия газа на затвор полевого транзистора повышает чувствительность и точность измерения концентрации определяемого газа.На чертеже дана схема устройства, Устройство для измерения концентрации газа содержит источник 1 управляющего постоянного напряжения, включенного параллельно зажимам эмиттер - коллектор биполярного транзистора 4 и последовательной цепочке, состоящей из пассивной индуктивности 5 и конденсатора 6, причем затвор полевого транзистора 3 соединен с эмиттером биполярного транзистора 4, исток соединен с базой, а исток с эмиттером, Газочувствительным элементом полевого транзистора 3 является активный слой подзатворного диэлектрика, на который воздействует поток газа. поступающий иэ источника 2. Выход устройства образован первой обкладкой конденсатора и общей шиной.Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени гаэ не подается на затвор полевого транзистора 3. Повышением напряжения управляющего источника 1 до величины, когда биполярный транзистор 4 станет работать в активном45 50 55 Устройство для измерения концентрации газа, содержащее газопровод для подачи газэ, источник электропитания, подключенный к емкостному управляемому элементу, электрически связанному с параллельно подключенным индуктивным элементом, отличаю ще вся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, в него введены биполярный транзистор, конденсатор и пассивная индуктивность, а индуктивный элемент выполнен в виде реактивного биполярного транзистора. причем база биполярного транзистора подключена к истоку полевого транзистора, коллектор биполярного тран 5 10 15 20 25 30 35 40 режиме, а полевой транзистор 3 в режиме насыщения, на зажимах эмиттер - коллектор биполярного транзистора 4 возникает отрицательное сопротивление, которое приводит к возникновению электрических колебаний в колебательном контуре, образованном параллельным включением полного сопротивления с емкостным характером на зажимах затвор - сток полевого транзистора 3 и полным сопротивлением с индуктивным характером на зажимах эмиттер - коллектор биполярного транзистора 4, Индуктивность 5 служит для подстройки колебательного контура на нужную резонансную частоту, а емкость 6 предохраняет источник 1 управляющего напряжения от короткого замыкания через подстроечную индуктивность 5, а также, служит нагруэочным сопротивлением по переменному току, с которого снимается выходной сигнал. При последующей подаче газа из источника 2 нв затвор полевого транзистора 3 происходит изменение емкостной составляющей полного сопротивления на зажимах затвор - сток полевого транзистора 3, что приводит к изменению резонансной частоты колебательного контура.Использование предлагаемого устройства для измерения концентрации газов по сравнению с прототипом существенно повышает чувствительность и точность определения информативного параметра эа счет выполнения индуктивного элемента на основе биполярного транзистора, а емкостного элемента в виде полевого транзистора измерительного колебательного контура, в котором изменение емкости под действием газа, обеспечивает эффективную перестройку частоты на выходе, а также за счет реальной воэможности линеаризации функции преобразования путем выбора напряжения на выходе источника 1 питания. формула изобретения1824566 10 Составитель Е. ОсадчукТехред М.Моргентал Корректор Н. Гунько Редактор Заказ 2222 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужюрод, ул,Гагарина, 101 эистора подключен к затвору полевого транзистора. эмиттер биполярного транзистора подключен к стоку полевого транзистора, первый вывод пассивной индуктивности подключен к коллектору биполярного транзистора, затвору полевого транзистора и первому полюсу источника питания, а второй вывод пассивной индуктивности соединен с первым выводом конденсатора, к которому подключается первая выходная клемма, а второй вывод конденсатора подключен к эмиттеру биполярного транзисто ра, к стоку полевого транзистора и второмуполюсу источника питания, которые образуют общую шину, к которой подключена вторая выходная клемма.