Тепловой газодинамический анализатор состава

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1% 01)11 а 01 М 11/О О ИЗОБРЕТ ИЯ ь поинт омво СССР 1 973,СССР 1978 АМИЧЕС.одержаподачикамеру с, вклютепьную ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ВТОРСИОМУСВИДЕТЕЛЬСТ(71) Львовский ордена Ленинанический институт им. Ленинсксомопа(54)(57) ТЕПЛОВОЙ ГАЗОДИКИЙ АНАЛИЗАТОР СОСТАВА,ший соединенную с магистральюанализируемой среды проточнуютермочувствитепьным элементоченным в электрическую измер схему с вторичным прибором, и установленный на магистрали подачи анализируемой среды газодинамический дроссельный мост с перекрестным расположением ламинарных и турбулентных дросселей,меж- дроссельные камеры которого соединены через проточную камеру, о т и и ч а ющ и й с я тем, что, с цепью повышения точности, чувствительности и стабильности измерения, он снабжен второй проточной камерой с термочувствитепьным элементом, подсоединенной параппепьно к первой проточной камере, а между камерами включены два идентичных дросселя- каждый соответственно в одну и другую ветвь дроссельного моста последова тельно с основными дросселями, причем термочувствитейьные элементы проточныхФ камер включены в смежные плечи электрической измерительной мостовой схемы, 1012101Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности ктепловым анализаторам состава газооб- .разных и жидких сред, и может йайти применение для анализа состава бинарныхили квазибинарных сред как в научныхисследованиях, так и в системах контроля различными технологическими процессами.Известна термокаталитическая ячейка,10выполненная в щде камеры с входом ивыходом для газа и содержашая размещенный вне зоны направленного потокачувствительный элемент и заслонку, причем вход и выход для газа расположеныпо одну сторону чувствительного элемента 1,Данная ячейка обладает невысокойчувствительностью и имеет невысокуюточность в процессе изменения за счет 20влияния на ее выходной сигнал колебаний расхода анализируемой среды и коэф,фициента теплоотдачи,Наиболее близким к изобретению является тепловой газодинамический анализатор состава, содержаший соединенную смагистралью подачи анализируемой средыпроточную камеру с термочувствительпым элементом, включенным в электрическую измерительную схему с вторичным ЗОприбором, и установленный на магйстралиподачи анализируемой среды газодинамический дроссельный мост с перекрестнымраспсложением ламинарных и турбулентных дросселей, междроссельные камерыкоторого соединены через проточную камеру 2,Однако и в этом устройстве имеютместо погрешности измерения, обусловленные флюктуациями физических парамет-ров анализируемой среды, а также нестабильностью работы термочувствительногоэлемента. Эти погрешности особенно проявляются при измерении малых концентраций, и поэтому точность измерения малых концентраций является недостаточной.Цель изобретения - повышение точности, чувствительности и стабильности измерения в начале диапазона измерения,Эта цель достигается тем, что тепловой газодинамический анализатор состава,содержаший соединенную с магистральюподачи анализируемой среды проточнуюкамеру с термочувствительным элементом, включенным в электрическую измерительную схему с вторичным прибором,55и установленный на магистрали подачианализируемой среды газодинамическийдроссельный мост с перекрестным расположением ламинарных и турбулентных дросселей, междроссельные камеры кото,рого соединены через проточную камеру, снабжен второй проточной камерой с термочувствительным элементом, подсоеди ненной параллельно к первой проточной камере, а между камерами включены два идентичных дросселя - каждый соответстфвенно в одну и другую ветвь дроссельного моста поспедовательно с основнымидросселями, причем термочувствительныеэлементы проточных камер включены всмежные плечи электрической измерительной мостовой схемы,На чертеже показана принципиальнаясхема теплового газодинамического анализатора состава,, Тепловой газодинами ческий анализаторсостава содержит две проточные камеры1 и 2, в которых установлены термочувствительные элементы 3 и 4, включенныев смежные плечи электрической измерительной схемы 5 с вторичным прибором6. Магистраль подачи анализируемой среды разветвляется на две линии, на первойиз которых установлен турбулентный дроссель 7 и ламинарные дроссели 8 и 9, ана второй - ламинарные дроссели 10 и11 и турбулентный дроссель 12, Проточная камера 1 теплового газодинамического анализатора состава подсоединена кмеждудроссельным камерам 13 и 14, а проточная камера 2 - к междудроссельнымкамерам 15 и 16, Дроссели 8 и 11 выполнены идентичными. Дроссели 7 и 12выполнены турбулентными с одинаковымигазодинамическими сопротивлениями. Дроссели 9 и 10 выполнены ламинарными, причем газоди нами ческое сопротивлениедроссели 9 больше газодинамического сопротивления дросселя 8, а газодинамическое сопротивление дросселя 10 меньшегазодинамического сопротивления дросселя 11,Тепловой газодинамический анализаторсостава работает следуюшим образом.Анализируемая среда под постояннымдавлением питания через систему дросселей подается в проточные камеры 1 и2 За счет указанного выполнения дросселей потоки среды, протекаюшей черезпроточные камеры, равны, но противоположны по направлению. Термочувствительные элементы, разогреваемые проходящим по них током, охлаждаются одинаково, и их температуры, а соответственно,и сопротивления одинаковы. Вторичныйприбор 6, включенный в электрическуюизмерительную схему 5, показывает на3 1012 чапьное значение концентрации исследуемой среды.При изменении концентрации определяемого компонента в анализируемой среде за счет сопутствукзцего этоМу изменению вязкости. и плотности среды, изменятся гвэодинвмические сопротивления дросселей 7-12. Это ведет к тому, что изменяются пропорционально к изменению концентрации определяемого компонента 1 ц величины потоков среды через проточные камеры 1 и 2. Например, поток в проточной камере 1 возрастает, в поток в проточной камере 2 уменьшается, В результате термочувствительный элемент 3 вкамере 1 начинает сильнее охлаждаться возросшим потоком анализируемой среды, его температура и, соответственно, электрическое сопротивление уменьшаются, а термочувствительный элемент 4, находящийся в проточной камере 2, охлаждается меньше, так как расход и связанная с ним скорость среды в камере 2 снижаются. Следовательно, температура термочувствительного элемента 4, разогреваемого проходящим по нему током, повы- шается и увеличивается его электрическое сопротивление. Оба термочувствитель ные,элементы включены в электрическую измерительную схему 5 в смежные плечи моста. и их сопротивления меняются в противоположные стороны, поэтому в выходной диагонали мостовой схемы появляется сигнал напряжение или ток, взависимости от типа вторичного прибора), величина которого пропорциональна изме-, нению сопротивлений термочувствительных элементов и, соответственно, содержанию измеряемого компонента. Таким образом, каждому значению концентрации определяемого компонента соответствует40 определенное показание вторичного прибора 6.Зависимость выходного сигнала от, концентрации анализируемого компонента в предложенном анализаторе практически линейнвя, в отличие от известных, имеющих большую нелинейность характеристики. Это достигнуто эа счет указанного включения и выбора параметров дросселей, а также эа счет включения двух термочув ствительных элементов в смежные плечй измерительного моста Указанными признаками обесцечивается значительное уменьшение нелинейности как дроссельной, так и электрической мостовых схем,Кро.55 ме того, обеспечивается компенсация не линейности характеристики термочувствительных элементов. Это обусловлено тем,101 4что сопротивления термочувстви тельных элементов изменяются в противоположныестороны, и поэтому при включении их всмежные плечи моста характеристика такого преобразователя линейная.Указанное выполнение анализатораобеспечивает также, по сравнению с известными, и значительно большую чувстжтельнос 1 ь, и точность измерения. Приоэтом точность предложенного анализатора повышается зв счет того, что при любом значении концентрации определяемогокомпонента в проточных камерах существует поток анализируемой среды и меняется топько его величина, что обеспечивает устраненце влияния очень нестабильного состояния возникновения потока впроточных камерах на результат измерения, особеннов начале диапазона измерения, Кроме того, сам расход в проточныхканалах является функцией концентрации,и поэтому в предложенном анализаторе отсутствуют квк необходимость в его стабилизации, так и погрешности этой стабилизации. Особенно важным здесь являетсято, что потоки в проточных камерах меняются по величине в разные стороны относительно первоначального определенногозначения, В результате этого термочувствительные элементы находятся в практически одинаковых условиях, что положительно сказывается на долговременной ихстабильности и на повторяемости показаний анализатора. Таким образом" и эасчет этого также повышается точностьизмерения.Важным отличительным свойством предложенной схемы является также компенсация изменений давления питания и изменений температуры среды в зоне термочувствитвпьных элементов,Компенсация изменений давления питания происходит следующим образом. Приповышении давления питания происходитодновременное и однонаправленное возрастание расхода анализируемой среды впроточных камерах, в отличие от изменения расходов в проточных камерах вразные стороны при изменении концентрации измеряемого компонента. При этомтермочувствительные элементы охлаждаются омывающим из потоком среды.одинаково,. температуры их снижаются, и таккак они включены в смежные плечи измерительного моста, изменений показанийвторичного прибора не происходит, Приснижении давления питанйя расходы среды,в проточных камерах одновременно уменьшвются, температуры термочувствительПодписно ИИПИ Заказ 2750/ 53 Тираж пиал ППП Патентф, г. Ужгород, ул, Проектная 5 1012 ных элементов повышаются и так же не происходит изменения показаний вторичного прибора. Аналогично происходит компенсация изменений температуры среды в зоне термочувствительных элементов.Таким образом, эа счет компенсации изменений этих, неинформативных параметров существенно повышается точность измерения,Характеристики предложенного акали- О затора исследовались на макете, в котором в качестве ламинарных дросселей использовались стеклянные капилляры с внутренним диаметром 240 мк, а в качестве турбулентных дросселей тонкие ру-биновые пластинки с отверстием 82 мк. Все дроссели были собраны в металлическом блоке с соответствующими уплотнениями, проточные камеры бьщи выполнены заодно с блоком и имели внутренний диа- О метр 4 мм, Внутри проточных камер помешались термочувствительные элементы от хроматографов серии "Цветф. Анализатор бьщ снабжен также известными устройствами для поддержания постоянного давления питания анализируемой, смеси и стабилизации температуры анализатора.Питание измерительной схемы осуществлялось от источника стабилизированного 101 Фтока со значением 60 мА. Как вторич 1ный прибор использовался потенциометрКСПи дополнительно для более точныхизмерений во время испытаний - цифровой вольтметр Щ.Макет анализатора испытывался на бинарной смеси углекислый газ-азот, Черезанализатор пропускались чистый азот, атакже смеси с содержанием углекислого газа 1%, 2,4% и 10%. Испытания показали исключительно высокую повторяемость результатов измерений, например,воспроизводимость показаний как на-,чального значения концентрации, таки в других точках была в пределах 0,4%,Технико экономический эффект предпоженного анализаторе достигается эа счет более высокой точности и чувствительности измерения, высокого быстродействия и, соответственно, более высокого качества управления технологическими процессами,Ванное устройство может использоваться в химической, нефтехимической, энергетической и других отраслях промышлен- ности