Способ контроля горючих газов и паров

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНРЕСПУБЛИК 1% (11 ц 4 С 01 И 27 ТЕНИЯ 1 25(57) Изобрелитическомуности к спо табл. при изменении пар, концентрации)онентов и определараметры по изме метров датчик (напри онтролируе.ют контролитермохибыть и о нию электтельныхнализомтношение руемы отепл ме уста ностьюионного овой чувствител ного и компенса нтов путем изме протекающего ч чувствительныйсоотношение м межд изме ения велиреэ компенлемент. моэлемтока цио оме ежду тепло, рительного тог вствительностью из вой чи комп ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЭОБР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт техничеки АН УССР(56) Авторское свидетВ 212609, кл. С 01 КАвторское свидетелУ 1040396, кл. С О М ение относится к газоанаприборостроению, в частобам контроля горючих Изобретение относится к газоаналиическому приборостроению, в частности способам контроля горючих газов ическим датчиком, и можетользовано в химической, нефтеой и газовой промышленности для контроля технологических процессов, при которых возникает необходимость измерения концентрации или дру гих параметров горючих газов в смеси с воздухом или иным окислителем.Цель изобретения - обеспечение то ной, плавной регулировки чувствитель ности контроля.Способ контроля горючих газов и паров термохимическим датчиком заклю чается в том, что изменяют электрог в термохимическим датчиком. Цельизобретения - обеспечение, точной,ппавной регулировки чувствительностиконтроля, Способ включает изменениеэлектротеплового режима работы измерительного и компенсационного чувствительных элементов датчика при изменении параметров (например, концентрации) контролируемых компонентов, Контролируемые параметры определяют по изменению электротепловогорежима чувствительных элементов датчика. Соотношение между тепловойчувствительностью измерительного икомпенсационного термоэлементов изменяют величиной тока, протекающегочерез компенсационный чувствительныйэлемент.з.п. ф-лы, 2 ил., 1 тепловои режим измерительного и компенсационного чувствительных элементов ового режима чувствтов датчика, Передвливают заданное со енсациониого термоэлементможно изменять во время анализа при увеличении концентрации горючих газов и паров путем уменьшения величины тока, протекающего через компенсационный чувствительный элемент.Измерительный и компенсационный чувствительные элементы включают в смежные плечи дифференциального электрического моста. Сигнал разбаланса дифференциального моста усиливают и преобразуют в последовательность электрических импульсов заданной длительности, частота повторения которых обратно пропорциональна сигналу разбаланса дифференциального измерительного моста, возникающему вследствие каталитического окисления на измерительном чувствительном элементе контролируемых горючих газов.С помо О щью электрическихимпульсов осуществляют разогрев чувствительных элементов до температуры каталитического окисления горючих газов, Амплитуда и начальная частота следования импульсов выбира ются достаточными для нагрева чувствительных элементов до заданной рабочей температуры. К чувствительным элементам подают эталонную газовоздушную смесь с заданной концентрацией контролируемого горючего газа, Изменяя 1 ток разогрева компенсационного чувствительного элемента с помощью резистора сравнения, последовательно включенного с компенсационным чувствительным элементом, добиваются требуемой чувствительности контроля, Чтобы баланс измерительного моста при этом не нарушался, последовательно с компенсационным чувствительным элемен О том вводят дополнительный резистор, При изменении электротеплового режима компенсационного чувствительного элемента нарушаются его компенсационные свойства, поэтому термоэлементы до" 45 полнительно термостатируют. Если чувствительные элементы термохимического датчика нагревают с помощью встроенных в них отдельных нагревателей, контроль их температуры Разо" грева осуществляют с помощью термометров сопротивления, изготовленных из платиновой проволоки и электрически изолированных от нагревателей, нагреватели измерительного и компен 55 сационного термоэлементов включают последовательно и питают электрическими импульсами заданной амплитуды, длительности и частоты, изменяющейся при изменении концентрации контролируемых горючих газов, а термометрысопротивления включают в смежные плечидифференциального измерительного моста, то чувствительность контроля впредлагаемом варианте изменяют путемизменения тока, протекающего черезтермометр сопротивления компенсационного чувствительного элемента. Притоке через компенсационный элементпрактически равном нулю чувствительность контроля минимальна и определяется электротепловыми параметрами измерительного чувствительного элемента, При увеличении тока через термометр сопротивления компенсационногоэлемента чувствительность контролявозрастает и ограничивается величинойтока, при которой процесс контроляустойчив, т.е. при увеличении концентрации горючих газов частота питающих импульсов только уменьшается ине возникает паразитных электротепловых автоколебаний, Оптимальную вели-.чину тока через компенсационный элемент определяют в процессе настройки и калибровки устройства, реализуюЩего способ,На Фиг.1 схематически представленэлектрический дифференциальный мостустройства, реализующегЬ данный способдля чувствительных элементов с совмещенными термометром сопротивления инагревателем термоэлемента;фиг.2 - то же, с отдельными нагревателями.Устройство содержит измерительныйчувствительный элемент 1, компенсационный чувствительный элемент 2, постоянный резистор 3 в плече измерительного чувствительного элемента,переменный резистор 4, с помощьюкоторого изменяют ток в плече компенсационного чувствительного элемента,добавочный резистор 5, выравнивающийбаланс дифФеренциального измерительного моста при изменении тока черезкомпенсационный термоэлемент. К диагонали 6, 7 моста подводят электрические импульсы тока заданной амплитудыдлительности для разогрева термоэлементов. Управляющий выходной сигналдебаланса снимают с диагонали 8, 9.Электрический дифференциальный мостс отдельными нагревателями содержитпоследовательно включенные нагреватели 10 и 1 соответственно измерительного и компенсационного чувстви5 15290тельных элементов, к которым подаютэлектрические импульсы постояннойамплитуды и длительности для разогревадо температуры каталитического окис 5ления горючих газов. В диагональ 6,7 подают постоянное напряжение дляпитания термометров сопротивленияизмерительного и компенсационноготермоэлементов. Управляющий выходнойсигнал дебаланса снимают с диагноналиВ, 9.Способ реализуют следующим образом.В качестве чувствительных элементов (фиг,2) используют цилиндрическиетела из-окиси алюминия диаметром0,6-3 мм и длиной 1,5-6 мм, в которыеконцентрически, симметрично встроенынагреватель в виде спирали, содержащей десять витков проволоки изнихрома диаметром 0,06-0,1 мм и термометр сопротивления, выполненный такжев виде спирали, содержащей 5-10 витковпроволоки из платины диаметром 0,01- 250,03 мм. Разброс в размерах чувствительного элемента и его конструктивныхсоставляющих обусловлен возможностями технологии изготовления. Измерительный и компенсационный чувствительные элементы выполняют идентичными.На поверхность измерительного термо.элемента наносят мелкодисперсныйплатино-палладиевый катализатор,обеспечивающий его каталитическую активность к окислению контролируемыхгорючих газов и паров. Нагревателичувствительных элементов соединяютпоследовательно и подключают черезэлектронный ключ к источнику постоянного напряжения, Работой электронногоключа управляют сигналом с преобразователя аналогового сигнала в частотуТермометры сопротивлений чувстви тельных элементов включают в электрический дифференциальный мост, к диагонали 6, 7 которого подают постоянное напряжение. С помощью сигнала дебаланса моста через диФференциальный 5 О усилитель управляют преобразователем аналогового сигнала в частоту следования электрических импульсов заданной длительности. Частотно-импульсный сигнал с выхода преобразователя напряжения в частоту подают на вход электронного ключа, с помощью которого регулируют поступление импульсного тока заданной амплитуды и длитель 94 6ности на последовательно включенные нагреватели чувствительных элементов для их разогрева до температуры каталитического окисления горючих газов.Подаваемый к термоэлементам контролируемый горючий газ или пар в смеси с воздухом каталитически окисляют с помощью измерительного чувствительного элемента. Получаемый при этом прирост температуры (термоэффект) преобразуют в электрический сигнал (дебаланс моста) с помощью термометра сопротивления измерительного чувствительного элемента, включенного в дифференциальный электрический мост, Последовательно воздействуя полученным электрическим сигналом на дифференциальный усилитель, преобразователь напряжения в частоту следования электрических импульсов и электронный ключ, добиваются уменьшения подводимой к нагревателю измерительного чувствительного элемента электрической мощности и, следовательно, темпера" туры разогрева термоэлемента путем уменьшения частоты следования электрических импульсов питания нагревателя термоэлемента. По изменению частоты следования импульсов питания определяют концентрацию нли иные параметры контролируемых горючих газов.Поскольку нагреватели измерительного и компенсационного чувствительных элементов включены последовательно, то уменьшая частоту следования импульсов питания термоэлементов, уменьшают и температуру разогрева компенсационного элемента. Изменение (уменьшение) температуры компенсационного чувствительного элемента преобразуется в дополнительный электрический сигнал (дебаланс моста) с помощью термометра сопротивления компенсационного термоэлемента, включенного в смежное плечо дифференциального измерительного моста. Увеличенным сигналом дебаланса дополнительно снижают частоту подачи импульсов питания на измерительный чувствительный элемент, уменьшая температуру его разогрева и термоэффект от окисления горючих газов и добиваясь исходного баланса дифференциального электрического моста, куда включены термометры сопротивле. ния измерительного и компенсационного термоэлементов. По уменьшению частоты следования импульсов питания термо1529094 Ток компенсационного термометра сопротивления, мА5,1,1 5,75 6,14 6,60 7,66 9,37 Показ атель Чувствительность контроля, кГц/мл/м 1,25 1,26 1,28 1,36 1,83 2,23 элементов судят о концентрации илииных параметрах контролируемых горючих газов,Чувствительность способа контроляопределяют как отношение изменениячастоты следования импульсов питаниятермоэлементов к величине концентрации контролируемых горючих газов вэталонной смеси, подаваемой к термоэлементам при отладке способа контроля, Чувствительность способа контроля изменяют путем изменения соотношения между тепловой чувствительностьюизмерительного и компенсационного 15термоэлементов. При постоянной тепловой чувствительности измерительногочувствительного элемента изменяюттепловую чувствительность компенсационного чувствительного элементапутем изменения тока в цепи термометра сопротивления компенсационногочувствительного элемента. Тепловуючувствительность термоэлемента определяют как отношение изменения сигнала 25дебаланса дифференциального электрического моста, в который включентермоэлемент или его термометр сопротивления, к заданному известному количеству теплоты или приросту температуры, сообщаемому термозлементу.Изменяя ток через термометр сопротивления компенсационного термоэлемента, изменяют чувствительность дифференциального моста и, следовательно,тепловую чувствительность компенсационного термоэлемента и чувствительность контроляВ таблице представлена полученнаязависимость изменениячувствительности 40контроля от тока через термометр сопротивления компенсационного термоэлемента при подаче к чувствительнымэлементам эталонной смеси паров бензина с воздухом концентрацией10 мл/мИзменение тока термометра сопротивления компенсационного элемента в1,83 раза приводит к изменению (увеличению) чувствительности контроля.в 1,78 раза,50 Возможность плавного изменения чувствительности контроля при изменении тока компенсационного термометра сопротивления позволяет стабилизировать чувствительность контроля, точно согласовать операции контроля параметров горючих газов с последующими операциями обработки, частотно-импульсного информационного сигнала и в результате повысить точность контроля концентрации или иных параметров горючих газов и паров. Увеличение точности контроля позволяет снизить за-. траты на обслуживание процесса контроля при его реализации,Формула изобретения 1. Способ контроля горючих газови паров термохимическим датчиком,включающий изменение электротепловогорежима работы измерительного и компенсационного чувствительных элементовдатчика при изменении концентрацииконтролируемых компонентов и определение концентрации по изменению электротеплового режима чувствительныхэлементов датчика, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и плавности регулировкичувствительности контроля, переданализом устанавливают заданноесоотношение между тепловой чувствительностью измерительного и компенсационного термоэлементов путем изменения величины тока, протекающего черезкомпенсационный чувствительньй элемент,2. Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что при увеличении концентрации горючих газов и паров во время анализа соотношение между тепловой чувствительностью измеритель. ного и компенсационного термоэлементов дополнительно изменяют путем уменьшения величины тока, протекающего через компенсационный чувствительный элемент.529094 Составитель В.ЕкаевРедактор С.Лисина Техред Л, Сердокова Корректор И каз 7633/38 ирак 78 Подписи ГКНТ СССР зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уагород, ул. Гагарина НИИПИ Государственного комитета Ъо иэобретени 113035, Москва, Ж, Раушская