CS266665B1 - Zařízení pro měření nízkých koncentrací plynů a par polovodičovými čidly - Google Patents

Abstract

Je řešeno zařízení, které umožňuje automatickou korekci nulové linie, kalibraci a výpočet koncentrace^vzorku pomocí jednoobvodového mikropočítače, například řady 48. Výstup polovodičového čidla je připojen přes převodník odboru na frekvenci na vstup vnitřního čítače jednoobvodového mikropočítače. Zařízení v princtgu pracuje jako měřič odporů, kdy je měřena jen nejzákladnější veličina, a to odpor polovodičového čidla. Tím je zabezpečena vysoká variabilita v použití zařízení jenom změnou řídicího programu.

Description

Vynález se týká zařízení pro kvantitativní stanovení nízkých koncentrací plynů a par polovodičovými čidly s využitím jednoobvodového mikropočítače.

Jsou známa polovodičová čidla oxidovatelných plynů a par využívající změny odporu nebo jiných elektrických parametrů na rozhraní polovodičových zon tenkých nebo tlustých vrstev nebo na rozhraní monokrystalických polovodičů. Tato čidla se vyznačují vysokou citlivostí zvláště v oblasti nízkých koncentrací a nízkou mezí stanovitelnosti, lO^· až 1O$ ppm podle charakteru detekované látky a čidla, velkým poměrem signálu k šumu, krátkou dobou odezvy a minimální spotřebou energie s možností dlouhodobého provozu. Nevýhodou čidel tohoto typu je nízká selektivita, malý dynamický rozsah a nestálost elektrických parametrů, zvláště nestálost nulové linie. Tyto nevýhody velmi ztěžují využití těchto typů čidel ke kvantitivnímu stanovení koncentrací plynů a par v analyzátorech složení. Dosud se proto využívají pouze jako detektory.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro měření nízkých koncentrací plynů a par s polovodičovými čidly podle vynálezu. Jeho podstatou je, že výstup polovodičového čidla je připojen na vstup převodníku odporu na frekvenci, jehož výstup je napojen na vstup vnitřního čítače jednoobvodového mikropočítače. Převodník odporu na frekvenci může být vytvořen i jako součást jednoobvodového mikropočítače.

Navrhované zařízení umožňuje automatickou korekci nulové linie, kalibraci a výpočet koncentrace vzorku pomocí jednoobvodového mikropočítače/např. řady 48. Zařízení v principu pracuje jako měřič odporů. Je měřena jenom nejzákladnější veličina - od~

266 665 por čidla. Tím je zabezpečena vysoká variabilita v použití zařízení jenom změnou řídícího programu.

Blokové schéma zařízení podle vynálezu je uvedeno na obr. 1 . Na obr. 2 je příklad uspořádání zařízení v průtočném režimu, kdy se vyhodnocení provádí metodou kalibrační křivky. Na obr.2 je uveden příklad uspořádání zařízení ve spojení s koncentračním členem.

Zařízení čidlem £ a na věnci. Výstup pem vnitřního sestává z analogové části, tvořené polovodičovým jeho výstup připojeným převodníkem 2 odporu na frekpřevodníku 2 odporu na frekvenci je spojen se vstučítače jednoobvodového mikropočítače £, zde Ú^e P°~ užit mikropočítač řady 48, s displejem £ a funkčními tlačítky £.

Zařízení může vyhodnocovat koncentraci vzorku dvěma základními způsoby. První z nich je metodou kalibrační křivky. Zařízení sestává opět z řetězce polovodičové čidlo £, převodník 2, odporu na frekvenci a jednoobvodového mikropočítače £. Na polovodičové čidlo £ jsou připojeny přes solenoidové ventily 40, 50, 60 plynové cesty £0, 20, 30. Polovodičové čidlo £ je uloženo v komůrce v průtočném uspořádání.

Druhým způsobem vyhodnocování koncentrace je měření pomocí polovodičového čidla ve spojení s koncentračním Členem.

Základní řetězec se opět skládá z polovodičového čidla £, převodníku 2 odporu na frekvenci a z jednoobvodového mikropočítače £. Polovodičovému čidlu £ je zde předřazen koncentrační člen £2 adsorpčního nebo absorpčního typu se zdrojem 13 proudu. Na koncentrační člen 12 je napojeno čerpadlo ££ o konstantním průtoku. Mezi jednoobvodový mikropočítač £ a čerpadlo 11 je zapojen přepínací ventil 1 4. Jednoobvodový mikropočítač £ je napojen i na zdroj ££ proudu. Princip měření je založen na zachycení sledované složky z určitého objemu vzorku v koncentračním členu 12 adsorpčního nebo absorpčního typu a její desorpce při měření např. teplem do proudu vzduchu, kterým je zachycená složka unášena do systému s polovodičovým čidlem £. Jednoobvodový mikro- 3 266 665 počítač 2 měří časovou odezvu polovodičového čidla £ a koncentrace je vypočctena z výšky desorpčního píku nebo integrací plochy pod pikem n ze znalosti objemu vzorku proteklého koncentračním členem 1 2. Směrnice kalibrační přímky je definována měřením časové odezvy polovodičového čidla £ při desorpci známé hmotnosti měřeného plynu - standardu.

Změnou koncentrace plynu nebo páry, např. ve vzduchu,mění polovodičové Čidlo £ svůj odpor a tato změna, převedená převodníkem 2 odporu na frekvenci, je vyhodnocována jako změna frekvence. K měření frekvence se využívá vnitřního čítače jednoobvodového mikropočítače £. Tímto způsobem se dosahuje podstatného zjednodušení obvodových prvků při zachování velkého rozsahu a vysoké přesnosti. Režim jednoobvodového mikropočítače £ se řídí funkčními tlačítky a po provedení operací s naměřenými daty podle programu je vypočítaná koncentrace a spolu s dalšími stavovými informacemi zobrazována na displeji ,4.

Zařízení může provádět kalibraci, korekci nulové linie a vlastní měření ve třech programově vymezených režimech buď automaticky ve stanoveném sekvenčním sledu,nebo lze tyto operace provádět ručně v režimech volitelných funkčními tlačítky 2· Vstupná-výstupni řídící signály 6 z jednoobvodového mikropočítače £ umožňují plně automatický provoz zařízení včetně přepínacích ventilů.

Při prvním způsobu vyhodnocování koncentrace vzorku pracuje toto zařízení tak, že v průtočném režimu, kdy měřený plyn proudí průtočnou komůrkou polovodičového čidla £,se vlastní vyhodnocení provádí metodou kalibrační křivky. Provádí se ruční nebo automatické přepínání plynových cest £0, 20, £0, získaná data se ukládají do paměti jednoobvodového mikropočítače £ a z definovanéhc vztahu mezi koncentrací a odporem polovodičového čidla £ jednoobvodový mikropočítač £ provede výpočet koncentrace vzorku.

V konkrétním případě je první plynovou cestou 10 přiváděn vzduch zbavený oxidovátelných složek, druhou plynovou cestou 20 vzduch o známém obsahu oxidovatelného plynu, který má být určován, tedy standard a třetí plynovou cestou £0 vzorek, jehož koncentra4

266 665 ce je stanovována. Průtok plynů systémem není kritický, odezva čidla není na průtoku závislá v rozmezí 0,1 až 5 1/min.

Plynové cesty 1 0, 20, 30 jsou přepínány pomocí příslušných solenoidových ventilů 40, 50. 60 do polovodičového čidla J_. Změny složení procházejícího vzduchu mění odpor polovodičového čidla _1_. Převodník 2 odporu na frekvenci převede tyto změny na frekvenci, která je vyhodnocována za pomoci vnitřního čítače jednoobvodového mikropočítače J.. Solenoidové ventily 40, 50, 60,zařazené do plynových cest 1 0, 20, 30 _f je možné přepínat buď ručně_znebo automaticky řídícími signály z jednoobvodového mikropočítače

Při druhém způsobu vyhodnocování koncentrace je čerpadlem 1 1 o konstantním průtoku dopravován vzorek do koncentračního členu 12, kde je zachycována sledovaná složka ve vzduchu na vhodné sorpční vrstvě, např. metylalkohol na sílikagelu nebo toluen na aktivním uhlí, v trubičce v tomto případě o vnitřním průměru 4 mni a délce náplně 10 mm. Po zvolené době vzorkování vyšle jednoobvodový mikropočítač 2 řídící impuls na přepínací ventil j_4, který se přestaví do polohy vzduch”. Současně se zapíná zdroj 13 proudu pro ohřev koncentračního členu 12.

Polovodičové čidlo j_ detekuje desorpční pík, odpor polovodičoá vrstvy se mňní a tato změna je vyhodnocována jako změna frekvence vnitřním čítačem jednoobvodového mikropočítače J,. Výška nebo plocha desorpčního píku jsou přímo úměrné hmotnosti sledované složky. Jednoobvodový mikropočítač J ze znalosti objemu vzorku proteklého koncentračním členem 12 a ze znalosti směrnice vyhodnocuje koncentraci. Směrnice kalibrační přímky je automaticky nastavována jednoobvodovým mikropočítačem J v režimu,kdy místo vzorku je připojen na vstup analyzátoru standard.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zařízení pro měření nízkých koncentrací plynů a par polovodičovými čidly, vyznačující se tím, že výstup polovodičového Čidla /1/ je připojen na vstup převodníku /2/ odporu na frekvenci, jehož výstup je napojen na vstup vnitřního čítače jednoobvodového mikropočítače /5/.