Датчик парамагнитного газа

4 твм-. но-тв:;,с;. "нснаа,;дясф+Фа М сл Союз Советских Социалистических Республик(51)М, К . с присоединением заявки Нов(23) Приоритет 6 01 В 17/02 .6 01 Ь 27/72 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель марыйская государственная районная электрическая станция(54) ДАТЧИК ПАРАИАГНИТНОГО ГАЗА Изобретение относится к области приборостроения, в частности, к приборам для измерения магнитных величин, а именно, к измерительным приборам, в которых осуществляется сравнение с эталонной величиной, точнее, к тем иэ них, в которых подлежащая измерению величина автоматически сравнивается с эталонной величиной, например, к датчикам парамагнитйого газа, в частности, кислорода.Изобретение может быть использо вано в системах контроля и управле" ния технологическими процессами в; различных отраслях промышленностиф там, где требуется анализировать парамагнитные газы, в особенности кислород. В частности, изобретение может применяться в энергетике для ;обеспечения оптимальных условий сжигания топлива на тепловых электро" станциях, где необходимо измерение содержания кислорода в уходящих га" эах для Регулирования подачи топливаи воздуха.Известен датчик парамагнитного газа, содержащий камеру, в которой создано неоднородное магнитное поле и через которую пропускают анализируемую газовую смесь. В камере установлена платиновая спираль, состоящая из двух секций, которые являются активными плечами мостовой схемы. Ра-. бота датчика основана иа принципе термомагнитной конвекции, возникающей в парамагнитной газовой смеси, помещенной в неоднородное магнитное поле (Ц .В этом датчике, который называют газонализатором, газовая смесь, магнитная восприимчивость которой в сильной степени зависит от наличия в ней кислорода, предварительно очищенная от.вредных примесей, охлажденйая до температуры 20,С и осушенная селикагелем при регулируемом постоян" ном расходе подается в рабочую камерунВ рабочей камере газовая смесь, попадая в неоднородное магнитное,поле, вызывает,так называемйй магнитный ветер, скорость потока которо" го пропорциональна магнитной восприимчивости газовой смеси, и охлаждает платиновую спираль, помещенную в измерительную трубку. Первая по ходу газовой смеси секция платиновой спирали охлаждается интенсивнее второй секции, в результате чего изменение сопротивления активных плеч неодинаково и балансное состояние моста нарушается. При этом разбаланс пропорционален содержанию кислорода в анализируемой газовой смеси. Напряжение разбаленса подается на вторичный прибор, имеющий шкалу, градуированную в процентах содержания кислорода. К недостатк ам из в ест н ого датчик апараМагнитного газа относится следующее, Контроль содержания кислородав анализируемой газовой смеси осу 10ществляется косвенным методом, чтоне обеспечивает достаточной точностиизмерения, Предъявляются высокие требования к анализируемой, газовой сме"си: отклонение давления газовой смеси в рабочей камере на 10 мм ртутногостолба от номинального дает дополнительную погрешность до 3 от. верхнего предела измерений, изменение расхода газовой смеси на 10 от номиналь"ного вызывает дополнительную погрешность порядка 1, при изменении борометрического давления на пять миллиметров ртутного столба и температурыокружающей среды на 10 С дополнительная погрешность прибора составляет1,5 от,максимального значения шкалы.Известен также датчик парамагнит-,ного газа, содержащий мостовую магнитную систему с двумя зазорами для 30эталонного и анализируемого. газа ис датчиком индукциимагнитного поля 23В этом датчике затруднена балансировка плеч моста, а также наблюдается смещение нуля во время работы. Всвязи с этим, точность й особенностабильность этого датчика не удовлетворяют требованиям, предъявляемымк подобным датчикам на производстве, Щв частности, при регулировании процесса сгорания топлива натепловыхэлектростанцияхИзвестен датчик парамагнитного газа, наиболее близкий по техническойсущности, содержащий анализатор па 745рамагнитного газа с входным и выходным каналами для подвода и отводаанализируемого газа и выходным электрическим каналом и источник анализи"руемого газа, Устройство содержитмагнит, часть магнитопровода которого выполнена в виде трубопровода санализируемым газом, и датчик индук"ции магнитного поля 3,Этот датчик при измейеник параметров магнита из-за изменения темпера 4туры окружающей среды и других причин не обеспечивает достаточную точ-.ность и не может быть использовандля внсокоточйых измерений анализи" 60руемой смеси газов,Цель предлагаемого изобретения -повышение точности датчика,Для этого в датчике установленытри-клапана с дискретным управлением 65 два блока памяти аналоговых сигналов с дискретным управлением, два блока памяти дискретных сигналов с дискрет" ным управлением, две логические схемы, реализующие каждая логическую операцию отрицания импликации, сумматор аналоговых сигналов, блок формирования сигналов управления и источйик эталонного газа, вход первого клапана соединен с источником эталонного газа, вход второго клапана соединен систочником анализируемого газа, а выходы первого и второго клапанов соединены со входным каналом указанного анализатора парамагнитного газавход третьего клапана связан с выходным каналом анализа" тора, а выход; третьего клапана связан со сбросной полостью, например, с атмосферой, электрический выход анализатора йарамагнитного газа связан со входом первого блока памяти аналогового сигнала, выход которого сообщен с плюсовым входом сумматора, выход сумматора связан с первыми входами упомянутых логических схем и со входом второго блока памяти аналогового сигнала, выход которого соединен с минусовым входом сумматора и со вторыми входами укаэанных логических схем, выходы которых связаны со входами блоков памяти дискретных сигналов, выходы которых являются выходами датчика, управляющиевходы клапанов и блоков памяти соединены с выходами блока формирования сигналов управления.На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого датчика па" рамагнитного газа.Датчкк содержит электромагнит 1, часть магнитопровода 2 кэгорого выполнена в виде трубопровода 3 с ана" лизируемым газом, и датчик 4 индукции магнитного поля. Электромагнит 1 с магнитапроводом 2, трубопроводом 3 и датчиком 4 индукции магнитного поля представляют собой анализатор парамагнитного газа с входным и выход" ным каналами для подвода и отвода анализируемого газа и выходным элект- рическим каналом. Входной канал для подвода анализируемого газа есть вход трубопровода 3, а выходной ка" нал для отвода анализируемого газа есть выход трубопровода 3. Выходной электрический канал анализатора есть выход датчика 4 индукции магнитного поля. Используется пример выполнения датчика, в котором анализатор выпол" нен в виде электромагнита 1, часть магнитопровода которого выполнена в виде трубопровода 3, и датчика 4 индукции магнитного поля, который может быть выполнен, например, в виде датчика Холла. В датчике парамагнитного газа установлены три клапана 5, б и 7 с дискретным управлением,702304Два блока 8 и 9 памяти для запоминания аналоговых сигналов с дискрет- памяти. К омепогрешности сумматора 14 и блока 9ным управлением и ва броме тога, с блока 15 фори два лока 10 и 11 мирования сигналов ипамяти дискретных сигналоуправления постуным управлением. Кроме того, в датов с дискрет- пает сигнал нна клапан 5, через котоике установлены две логические схе поступает в трубопров 3 Пвод . ри этом1 у щие каждая логи- в первыймомент в течение некоточескую операцию отрицания имплккациие некоторого,ка ии, времени клапан 7 может быть открыт,аналоговых сигналов и для того чтобы сбросить газ кото ыйблок 15 формирования сигналов управ-ления, Вход первого клапана 5 соеди"был в трубопроводе 3 до пост пленияд оступлениянен с источником 16 эталонного газа,1 О эталонного газа. Клапан 7 можетожет бытьвход второго клапана 6 соединен систочником 17 анализируемого газа, а на абот воткрытым, если система ассчитанвыходы первого 5 и второго 6 клапа"и второго клапа" го и анализируемого газа. Когда эта"нов соединены со входом трубопроводаа 5 лонный газ заполнит трубопровод 33, установленного в магнитопроводе 2.Вход третьего клапана 7 связан с выили будет непрерывно и равяоме ноходом указанного трубопровода 3 апротекать через этот т боп ово чк а рез магнитопоовод 2 установится повыход - со сбросной полостью, напримерс атмосферой, Выход датчика 4Р апри стоянный магйитный поток кото ыйбудет определяться сбдержанием в этаиндукции магнитного поля непосредст- лонном газе парамагнитного газа.венно или через усилитель выходногосигнала этого датчик 4Предположим, что в эталонном газепреобразователь 18а , или чеРез б дет со е жторый, например, может быть выполненде датчика индукциив виде преобразователя эл д магнитного поля установится сигнал,ектрическо- соответств йго сигнала в гидравлический сигналс и сигнал держанию кислородав эталбнном газе.связан со входом первого блока 8 па- Необходимо отметить, что элементымяти аналогового сигнала. Выход пер- схемы предлагаемого датчикапарамагвого блока 8 памяти аналогового сиг.- нитного газа могут быть реализованынала сообщен с плюсовым входом сум электрическимимато а 14 выэлектрическими, гидравлическими,матора 1 , выход которого связан с пневматическими-и- другими средствапервыми входами йогических схем 12 ми для пои 13 и со входом второго блоками. я пояснения работы датчика парого блока 9 па- рамагнитного .газа имеет значениелишь функциональные зависимости, реамяти аналогового сигнала. Выход второго блока 9 памяти аналогового сиг лизуемые тем или иным элементом, а,нала соединен с минусовым входомсум- не егоконструктивная реализация иматора 14 и со вторыми входами ука" даже не физическая природа сигналов,ванных логических схем 12 и 13, выхо- над которыми выполняется та йли инаяды которых связаны со входами блоков функция. Поскольку описываемы ф10 и 11 п ясываемые функ"и памяти дискретных сигналов що ции элементарны, каждая из них в от"являющимися выходами датчика, дельности может быть реализована науправляющие входы клапанов 5, 6 тех или иных элементах специалистоми блоков 8, 9, 10 и 11 памяти сое- в той-или иной области в соответст"динены со входами блока 15 формиро- вии с конкретными условиями эксплуа"ваяия сигналов управления, 45 тации.Предлагаемый датчик работает следующим образом, Сначала от блока 15 Поступающий.от усилителя или преформирования сигналов управления по-. образователя 18 вида сигнала сигналдают сигналы к блокам 10 и 11 памяти повторяется блоком 8 памяти и постудискретных сигналов, на выходах ко- пает на сумматор 14. При этом как50Рторых запоминают текущие сигналы. За- уже было рассмотрено, на выходе итем подают сигналы к блокам 8 и 9 па- минусовом входе сумматора отрабатымяти, которые переводят эти блоки в вается почти такой же сигнал, т.е.режим следящей системы, т,е. в такой сигнал с некоторой погрешностью. Ве"режим, при котором на выходах этих личина этого сигнала может изменятьблоков отрабатывается автоматически 5 ся в некотором диапазоне, обычно втакой же сигнал, какой подают на их стандартном диапазоне сигналов, привходы. В этом режиме сумматор 14 ра- нятых для электрических и гидравлиботает также в режиме следящей си- ческих средств. При этом на выходахстемы, т.ена его минусовом входе . логических схем 12 и 13 сигналы буповторяется сигнал выхода сумматора 60 дут равны единице, поскольку сигналы14, и при этом сигнал выхода, сигнал на их входах равны и каждый из нихна минусовом входе и сигнал на пхпю- можно считать единичным сигналом, не"совом входе сумматора 14 равны между смотря на то, что они могут изменятьсобой, хотя и могут практически от ся в достаточно, большом диапазоне,личаться один от другого на величину 65 Рассмотренный режим может быть наз702304 ван режимом настройки датчика парамагнитного газа.Для перехода во.второй режим, ко"торый можно назвать измерительным режимом, "от блока 15 формирования сигналов управления подают сигналы на 5блоки 8 и 9 памяти аналоговых сигна"лов, которые переводят эти блоки памяти в режим запоминания. При этом,сигналы на выходах этих блоков оста- .,ются постоянными и не зависятот сиг 10налов на их входах.Затем от блока 15 формирования " сигналов управления подают сигнал кклапану 5 на его закрытие и сигнал кклапану 6 на его открытие. При этомчерез трубопровод 3 начинает проходить анализируемый газ или смесь газов. Если количествокислорода в этойсмеси равйо в -точности количествукислорода в эталонной смеси, т.е. " двум процентам, то сигнал датчика.индукции магнитного поля не измейится.При этом очевидно, что при переводеблока 8 памяти в режим слежейия ничего не должно измениться, так как наего выходе и входе окажутся в точности ойинакбвые сигналы, что и прирежиме настройки, Если же количество -кислорода в смеси анализируемого га-за больше или меньше, чем количествокислорода, которое было в эталоннойсмеси в режиме настройки, то сигнална выходе датчика индукции магйитнцгополя также изменится, станет большеили меньше. Изменитсяи сигнал на вы.ходе блока 8 памяти, что приведет к 35разбалансу сумматора 14, который вэтом режиме, при фиксированном сигнале от блока 9 памяти, работаеткакэлемент сравнения с дискретным выхо"дом, Сигнал на выходе сумматора 14 4 Олибо уменьшится до нуля, либо увели"чится до возможного максимума. Приэтом произойдет срабатывание однойиз логических схем 12 или 13, Причемта Схема, которая выполняет логическую операцию отрицания импликации Формула изобретения Датчик парамагнитного газа, содер"жаший анализатор парамагнитного газа с входным и выходным каналами для подвода и отвода анализируемого газа и выходйым электрическим каналом иисточник анализируемого газа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в датчике установлены три клапана с дискретным управлением, два блока памяти аналоговых сигналов с дискретным управлением, два блока памяти дискретных сигналов с дискретным управлением, две логические схемы, реализуюшие каждая логическую операцию отрица ния импликации, сумматор аналоговых 50 1в 4 - В.гдЕ В - выходной сигнал сумматоЦра 14;В - выходной сигнал блока па 9мяти 9;-- знак логической операцииимпликация. - означает отрицанйе,над буквами Вл+ -В.,При увеличении выходного сигналасумматора 14 перебросится с единицына-нуль, а та схема, которая выпол"няет логическую операциюВИ"йри этом же увеличении выходного сиг;нала сумматора 14 будет пбддерживатьнасвоем выходе сигнал, равйый еди".нице, а при уменьшении выходного сиг,нала сумматора 14 вторая схема поменяет сигнал, а первая оставит прежний сигнал, В конце второго измерительного режима работы подают от блока 15 формирования сигналов управления сигналы на блоки 10 и 11 памятидискретных сигналов 10 и 11 сигналы,которые Переводят их из режима запоминания в режим отслеживания входныхсигналов, При этом сигналы от логи"ческих схем 12 и 13 проходят на выход датчика и могут быть использованы для контроля и управления. Предлагаемый датчик парамагнитного газа имеет более высокую точность,чЕм известные датчики. По предварительным расчетам точность повышаетсяв 5-8 раэ. Это объясняется тем, чтов предлагаемом датчике обеспеченаавтоматическая настройка, при которой устраняется погрешность, связан"ная с нестабильностью магнитной системы, погрешность, вызванная измене"нием температуры, погрешность от нестабильности других элементов датчика. Эти погрешности полностью в принципе устраняются благодаря самонастройке датчика. Необходимо отметить,что речь идет о погрешностях, вызван"ных относительно медленными измене"ниями параметров, Если за время отначала первого режима до конца вто"рого эти параметры изменятся, топогрешность будет расти. Но первыйи второй режимы могут быть проведеныза нескблько секунд, и за это времявероятность измененйя параметров мала. Если в дальнейшем за более длительное время, чем переходные процес"сы от начала первого режима до концавторого, произойдут даже, значительные изменения параметров датчика,это не вызовет внесения погрешности,так как каждый раэ датчик будет под"страиваться под измененные параметры и автоматически устранять погрешность,702304 10 Составитель В. Майоршинавлов Техред Л.АлФерова Корректор Е, Л ак Тираж 1073 ЦНИИПИ Государственн по делам изобретен 3035, Москва, Ж, Подписноо комитета СССРи открытий.ушская наб., д. аказ 7581/42 5 П Патент, г. Ужгород, Ул. Проектная Фи сигналов, блок формирования сигналовуправления и источник эталонного газа, вход первого клапана соединен" систочником эталонного газа, вход второго клапана соединен с источникоманализируемого газа, а вйходы перво" - 5го и второго клапанов соединены со "входным каналом указанного.анализатора парамагнитного газа, вход третьего клапана связан с выходным каналоманализатора, а выход третьего клапа- Она связан со сбросной полостью, например, с атмосферой, электрическийвыход анализатора парамагнитного га"за связан со входом первого блока па"мяти аналогового сигнала, выход кото" 15рого сообщен с плюсовым входом сумма"тора, выход сумматора связан с"пер="выми входами упомянутых логическихсхем и со входом второго блока памяти аналогового сигнала, выход которого соединен с минусовым входом сумматора и со вторыми входами указанных логических схем, выходы которыхсвязайы со входами, блоков памяти дискретных сигналоввыходы которых являются выходами датчика;, уйравляюЦие "входы клапанов и блоков памяти соединены с выходами блока формированиясигналов управления. Источники информации,принятые во внимание приэкспертизе1. Кошарский Б.Д. Справочник поприборам теплового контроля и авторе"гулирование для электростанций в промышленных котельнях М.-Л., 1964,с, 236-246,2.С:НЖзв.А.С.козе,-.бюез "Апач Метод о Меао 1 пд ВозсерОЬЮ 1 М"- Ма 1 В-Е,ЧЛ 8 2.,988,Р.1 О 82,3. Патент Японии 9 48-37635,