Устройство для измерения концентрации озона в воздухе кислороде

2 О Изобретение относится к измерительной технике и Может быТь использовано для определения озона в оэоно воздушных и озонокислородных газовых смесях в условиях их нромьппленного 5 производства и использования.Целью изобретения является повышение чувствительности и точности устройства для измерения концентрации езона в воздухе-кислороде за счет увеличения динамического диапазона и снижение температурной погрешности.На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройст ва; на фиг. 2 - временная диаграмма. работы.Устройство для измерения концентрации озона в воздухе-кислороде содержит емкостный датчик-ячейку 1, ИЧ-генератор 2, одновходовые клапаны 3 и 4, ячейки 5 и 6 разложения озона, двухвходовую схему И 7, четырехвходовую схему И 8, двоично-десятичный реверсивный счетчик 9, регистр 10 памяти, цифроаналоговый преобразователь 11, инвертор 12, асин.хронный 85 -триггер 13, блок 14 управления, состоящий из кварцевого генератора 15 прямоугольных импульсов, последовательно включенных Т-триггеров 16"19, двухвходовой схемы И 20 н Четырехвходовых схем И 21 и 22, одновходовые клапаны 23 и 24, емкостный датчик-ячейку 25, ВЧ-генератор 26,35 смеситель 27. Причем вход П двухвходовой схемы И 7 и вход Й асинхрон- . його кв "триггера 13 связаны с выхо" дом схемы И 20 блока управления, вход4 О 1 которой и управляющий вход клапана 3 связаны с выходом Я Т -триггера 19, с выходом Д которого связаны вход 11 четырехвходовой схемы И 8 и управляющий вход клапана 4, вход 111 четырехвходовой схемы И 8 и вход45 схемы И 20 блока управления связаны с выходом Я Т-триггера 18, а вход ХЧ четырехвходовой схемы И 8 связан с выходом Я асинхронного Йб -триггера 13, вход 5 которого через инвертор 12 связан с выходом Ч "Заем" реверсивного счетчика 9, вход 111 "Сброс" которого через схему И 2 блока управления связан с выходами Я Т- триггеров 19 и 17 и выходами С 1 Т- триггеров 16 и 18, вход 11 "Запись" регистра 10 памяти через схему И 22 блока 14 управления связан с выходом. Я Т-триггера 19 и выходами Ц Т-триггеров 16,18. Датчик-ячейка 1 включенв частотозадающий 1 С-контур ВЧ-генератора 26. Управляющие входы клапа.нов 23 и 24 соединены сооветственнос управляющими входами клапанов 4и 3, газовые входы которых соединенысоответственно с газовыми входамиклапанов 24 и 23, газовые выходы которых соединены с емкостным датчикомячейкой 25, выход которого соединенс выходом датчика-ячейки 1. ВыходыВЧ-генераторов 2 и 26 соединены свходами смесителя 27 частот, выходкоторого соединен с входом 1 прямогосчета реверсивного счетчика 9 черездвухвходовую схему И 7, а с входомобратного счета реверсивного счетчика 9 - через четырехвходовую схему И 8,1Блок 14 управления путем последовательного деления на два частотысоединения прямоугольных импульсовкварцевого генератора 15 с помощьюТ-триггеров 16-19 вырабатывает последовательность команд, управляющихработой клапанов 3, 4, 23 и 24, реверсивного счетчика 9, регистра 10памяти. Сформированные на выходахЯ и Я Т-триггера 19 команды длительностью по 14 с управляют работой клапанов, обеспечивая попеременное от-.крывание либо клапанов 3 и 24, либоклапанов 4 и 23При открытых клапанах 3 и 24 газовая смесь с выхода через ячейку 5 разложения, клапан 3поступает в датчик-ячейку 1, а черезклапан 24 - в датчик-ячейку 25. Ячейка 5 разложения обеспечивает получение опорного не содержащего озонагаза путем каталитического разложения озона, При открытых клапанахи 23 в датчик-ячейку 1 поступает исследуемый газ, а в датчик-ячейку 25опорный. Таким образом, обеспечивается попеременное прохождение черезкаждый датчик-ячейку опорного и исследуемого газон, причем, когда через один из датчиков-ячеек проходитопорный газ, через второй проходитиследуемый газ. Для исключения выбросов озона в атмосферу газ .с выходовдатчиков-ячеек 1 и 25 проходит ячейку 6 разложения озона. Изменениесостава газа в датчиках-ячейках 1 и25 вызывает противофазные изменениячастоты ВЧ-генераторов 2 и 26, пропорциональные концентрации озона,126 5568 4 Е +АЕю (С -Й, ) и .Е + АЕг (1 г) а Частота на выходе смесителя будет. Частоты ВЧ-генераторов поступают на смеситель 27, выделяющий разностную частоту. Выделение изменения частот Вч-генераторов производится путем последовательного эаполненеия реверсивного счетчика 9 импульсами разностной частоты, поступающими со сме сителя 27 частот, сначала по прямому счету, а затем по обратному. фор,мирование команды на заполнение ре- О версивного счетчика 9 по прямому сче ту осуществляется схемой И 20, обеспечивающей пропускание импульсов через схему И 7 на входсчетчика 9 только при открытых клапанах 3 и 24. 5 Заполнение реверсивного счетчика 9 в режиме обратного счета производится только при открытых клапанах 4 и 23, когда совпадение логических единиц с выходов 5 Т-триггера 9 и 20 5-триггера 13 и выхода ЯТ-триггера 18 на входе схемы И 8 обеспечит прохождение импульсов с выхода смесителя 27 на 1 вход реверсивного счетчика 9. Счет импульсов производится 25 в течение второй половины времени (7 с) нахождения в открытом состоянии клапанов 3 и 24 или 4 и 23. Первая половина этого времени используется для продувки датчиков-ячеек 1 ЗО и 25.Кроме периодического изменения частот ВЧ-генераторов 2 и 26 эа счет изменения состава газа в датчиках-ячейках 1 и 25, частоты изменяются со временем за счет температурного дрейфа.Иожно считать, что за время одното цикла измерения 28 с) температурный дрейф ВЧ-генераторов 2 и 26 40 благодаря применению пассивного термостатирования имеет постоянную величину, В момент 1 начала счета импульсов с выхода смесителя 27 реверсивным счетчиком 9 (фиг.2) в режиме прямого 45 счета частота ВЧ-генератора 2 имеет значение Ь Е и абсолютное изменениеоючастоты в единицу времени Ь Е, частота ВЧ-генератора 26 имеет значение Е и абсолютное изменение частоты - 50 ЬЕг. Частота на выходе смесителя Р будет иметь значение о 1 Ег) 1г ) ( г(2) Считая скорости изменения частот ВЧ- генераторов 2 и 26 постоянными, мож" но утверждать, что заполнение реверсивного счетчика 9 в режиме прямого счета производится импульсами со сме сителя 27, имеющими среднюю частоты Гц, равную Г +Рг- -= (Е -Е )+ - Ж-Е ) (м ., 2 а ог 2г-е ), (3)Число импульсов Н, фиксируемое счетчиком 9 за время Т = (С - 1,"1 = н,Т =(Ео Е)Т+2(ЬЕ, -ЬЕг)Т,. (4)В момент й производят переключение клапановКлапаны 3 и 24 закрываются, а клапаны 4 и 23 открываются. За счет изменения состава газа вдатчиках-ячейках 1 и 25 изменяютсячастоты ВЧ-генераторов. Частота ВЧгенератора 2 принимает значениео о ЬЕ г ) 81 Р (5)где 1, - частота ВЧ-генераторА 2 вмомент йб, вкрутизна преобразования ВЧз,генератора 2, Гц. г,. мзР - концентрация озона, г/мЧастота ВЧ-генератора 26 принимает значение(Е + ьЕг (г )+ ЗгР(6)где 1 - частота ВЧ-генератора 26 вмомент йБ - крутизна преобразования ВЧгенератора 26,За время от 1 г до Сэ производится продувка датчиков-ячеек и к моменту й частоты ВЧ-генераторов 2 и26 принимают значения соответственно:Е,+ ЬЕ, (С -й ) и Е + дЕ (Е -Е )Д,С этого момента начинается заполнение реверсивного счетчика 9 в режимеобратного счета. К моменту 1 окончания заполнения реверсивного счетчика 9 в режиме обратного счета час"тоты ВЧ-генераторов принимают значения соответственноЕо 1 ЕагВ момент 1: окончания заполнения ре версивного счетчика 9 в режиме прямого счета частоты ВЧ-генераторов 2 и 26 примут эначенйя соответственно о 1Ъ 2) 14 3)Еог +юг(з г) +ьЕг(ф э)3Средняя частота импульсов на выходесмесителя 27 аналогично выражению(аспющ ГРМф)07г Июле еюраш Файла найк СХРЕЮ Составитель В. Нем Техред И.Попович ректор В, Бутяг едактор ираж 778ственногобретений иЖ, Ра аказ 565 ВНИИПИ Госуд по делам и113035, Моск фическ Произ венно-пол