Устройство для определения объемной концентрации парамагнитного газа

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9) (1 01 М 27/7 ИЗОБР ИДЕТЕЛЬСТВ ЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬТИЙ(71) физико-технический институтАН Туркменской ССР(56) 1. Агейкин Д. Магнитные гаэоанализаторы, М.-Л., 1963, с. 3-41.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2536372/25,кл. С 01 И 27/72, 1977 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯОБЪЕМНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ПАРАИАГНИТНОГОГАЗА, содержащее магнитную систему,в зазоре .которой помещена камера ввиде акустического резонатора, заполняемого анализируемой смесью иснабженного преобразователем электрических колебаний в акустические,подключенного к генератору переменного тока, и преобразователь магнитного потока, выход которого подключенк входу измерительного тракта, о тл и ч а.ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности и чувствительности измерения, в зазор магнитной системы помещен магнитный концентратор; выполненный в виде пластины иэ магнитопроводящего материала,нормально расположенной по отношению к силовым линиям магнитной системы и рассеченной в направлениипродольной оси резонатора зигзагообразным разрезом с шагом, равнымдлине акустической волны причемпреобразователь магнитного потокаустановлен на перемычке соединя-ющей обе части концентратора.1144046 3вой среды можно записать в этом случае следующее выражение: Изобретение относится к анализувеществ (материалов) по их магнитным свойствам и может быть использо-.вано, например, при определении кон-центрации свободного кислорода в составе топочных газов.Существуют .различные устройства,предназначенные цля определения концентрации свободного кислорода вгазовой среде, Наиболее предпочтительны приборы, в основу работы которыхзаложено использование зависимостимагнитной .проницаемости газовой смеси от ее состава, в основном от концентрации в ней свободного кислорода, 15Для большинства газовых смесей, встречающпхся на .практике, магнитная проницаемость пропорциональна концентра-ции свободного кислорода в ней. Этообъясняетсятем, что Кислород по .20сравнению с другими газами обладаетярко выраженными парамагнитными свой,ствами, Таким образом, концентрациясвободного кислорода в анализИруемойсмеси может быть определена по эначе 23нию магнитной проницаемости послед. -ней, Определение магнитной проница"емостью газовой смеси осуществляется измерением одной из физическихвеличин, однозначно связанных с маг" 5 рнитной проницаемостью исследуемойсреды, Такими величинами являютсямагнитная индукция, индуктивностьсоленоида, объем которого заполненисследуемой смесью, взаимная индуктив;ность между. двумя катушками, помещенными в исследуемую среду и т.д ЯОднако данный метод измеренияи устройство не имеют достаточной,точности и чувствительности,Наиболее близким к изобретениюя,.ляется устройство для определенияобъемной концентрации парамагнитногогаза, содержащее магнитную систему,в зазоре которой помещена камера в45виде акустического резонатора, запойняемого анализируемой смесью и снабженного преобразователем электрических колебаний в акустические подклюФченного к генератору переменноготока, и преобразователь магнитногопотока, выход которого подключен квходу измерительного тракта. 1 ри возбуждении акустической стоячей волны в резонаторе наблюдается 55модуляция плотности и магнитной проницаемости исследуемой газовой среды. Для магнитной проницаемости р газооотаамх со 627 Г 1 О).л где ц, р - магнитная постоянная иотносительная магнитнаяпроницаемость исследуемого газа при его нормальных давлении и температуре соответственноФФ - коэффициент глубинымодуляции:;% - длина акустической волны;- координата пространства;частота акустическихколебаний.Иодуляция магнитной проницаемости сопровождается модуляцией магнитной индукции В поля в межполюсном пространстве магнитной системы, т.е. б ьаф(.) т сов - и еоь 2 иГ 1 (4ЩФ т где Н - напряженность магнитногополя в статическом режиме,т.е. при отсутствии акустических колебаний.Из выражения (2) следует, что переменная составляющая магнитной индукции в зазоре является знакопе-ременной функцией продольной оси резонатора Х Следовательно, суммарная величина переменного магнитного потока системы:является также периодической функцией координаты Х , а ее максимальное значение не превышает переменного магнитного потока, действующего в пределах одной пучности акустической волны, т.е. при04 хь - ,Ф2 Увеличениечувствительности известного гаэоанализатора достигают размещением в зазоре магнитной системы многоэлектродного датчика Холла, конструкция, схема запитки и расположение которого приводит к тому, что амплитуда У выходного сигналаАкустический резонатор может быть выполнен в виде двух отрезков полой трубы, соединенных коленом, продольный размер У которого выбран из со 5где 1 с = 3= - 21 ) ).отношения Увеличение,чувствительности впред-:50 лагаемом газоанализаторе достигается размещением в зазоре магнитной систе. мы нормально расположенного но отно- ." шению к силовым линиям магнитной системы плоского магнитного концентратора, расположение зубцов которого согласовано с местоположением пучнос-. тей стоячей акустической волны. В ре- зультате такого исполнения концент 1= О, 1, 2, , и, вследствие чего в нижней части резонатора в каждой из его точек объема акустические1 О колебания находятся в противофазе с колебаниями в рядом расположенных точках верхней части резонатора.Между нижней и верхней частями резонатора 2 расположен плоский магнитный концентратор 8, выполненный в виде меандра, таким образом, что концентратор образован двумя смещенными гребенками, зубцы которых чере-, дуются. Магнитный концентратор установлен в межполюсном пространстве таким образом,. что местоположение его зубцов приходится на пучности акустической волны в резонаторе.При работе преобразователя 3 электрических колебаний в акустические в камере 2 с анализируемым газом устанавливаются стоячие акустические колебания. При этом, аналогично известному устройству, в резонаторес частотой акустических колебаний происходит модуляция плотности и, соответственно, магнитной проницаемости ц, анализируемого газа. Поэтому для процессов, происходящих в нем, справедливы выражения (1) (3), учитывая, что для изогнутого резонатора координатой Х является продольная ось резонатора М, Следует отметить, что модуляция:магнитной40 проводимости среды приводит не только к модуляции нормальной составляющей магнитной индукции, но и к воз- никновению переменных тангендиальных магнитных потоков (вдоль продольной45 оси резонатора), амплитуда и направление которых являются гармоническойФункцией продольной оси .резонатора,ратора в его перемычке циркулирует переменный магнитный поток, равный сумме абсолютных значений элементарных переменных тангенциальных потоков, пронизывающих полость, заключенную между трубами резонатора, Следовательно, выходное напряжение Б ь преобразователя, установленного на перемычке концентратора, про,порционально этой сумме и для него, по аналогии с выражением (4), можно записать следующее выражениеВьх +"о( ")вгде К . - коэффициент пропорциональюности, учитывающий эффективность конструкции.гК этому выводу можно прийти, рассмотрев эквивалентную схему участкамагнитной цепи предлагаемого устройства.Схема содержит эквивалентный источник 9 магнитного потока, сопротивления 10-,13, учитывающие магнитное сопротивление газовой среды впределах одной длины акустическойдолны (т.ев пределах двух смежныхпротивофаэных пучностей волны) дляобоих участков (нижнего и верхнего)акустического резонатора, сопротивление, учитывающее магнитное сопротивление концентратора, сопротивлениеучитывающее шунтирующее действиевоздушных промежутков между зубцамиконцентратора, и измерительный прибор, отражающий на эквивалентнойсхеме взаимосвязь потока, проходящего в перемычке, с показаниями измерительного прибора 7.Как показано ранее, в смежныхпучностях акустической волны изменение во времени магнитной проницаемости происходит в противофазе,что вызывает переменные во времении знакочередующиеся вдоль продольной оси концентратора магнитные потоки, которые циркулируют по контурус наименьшим магнитным сопротивлением, т.е, при наличии магнитного концентратора в основном через его перемычку (сопротивление 14) и частично через шунтирующие воздушные промежутки между его зубцами (сопротивление 15),Для увеличения эффективности концентратораследует уменьшать сопротивление (т.е. брать для концентра1144046 8циент преобразования устройства.В зазоре магнитной системы могут рас.полагаться и два резонатора 1 один -для эталонной среды) . В этом случаереализуется дифференциальный методизмерения, позволяющий минимизировать влияние дестабилизирующих фак-.торов.В предлагаемом устройстве нет ог- О раничений рабочего объема с газом,поскольку магнитный концентраторлегко выполнить с различным числомзубцов а следовательно, получитьвозможность интегрирования магнитных 1 .потоков с большого рабочего объемас газом. Устройство технологично,надежно и обладает повышенной посравнению с известным устройством.точностью и чувствительностью. Составитель В. ЕкаевПетраш Техред А.Ач Редакто1Заказ 8 37 Тираж 897ИИПИ Государственногопо делам изобретений35, Москва, Ж, Рауш писно омитета СССРоткрытийкая наб., д. 4/5 ент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4. Филиал 7тора материал с более высокой магмнитной проницаемостью) и обеспечивать минимальную магнитную проницаемость промежутков между зубцами концентратора. Для этой цели можно заполнить эти промежутки немагнитным электропроводящимматериалом,магнитная нро ницаемая емкость которого для переменного магнитного поля меньше единицЫ. Не маловажным Фактором в увеличении эффек тивности концентратора является расчет и выбор оптимальных. размеров и конфигурации зубцов концентратора.Использование резонатора в виде двух тРуб, соединенных 0 -образным, коленом, длина которого кратна нечет ному количеству акустических полу- волн, позволяет, как это видно из ,эквивалентной схемы, удвоить коэфйиКорректор Л. Пилипенк