DE1673182A1

DE1673182A1 - Eicheinrichtung fuer Infrarot-Gasanalysatoren

Info

Publication number: DE1673182A1
Application number: DE19671673182
Authority: DE
Inventors: Kolb William Austin; Wilson James Howell
Original assignee: United States Steel Corp
Current assignee: United States Steel Corp
Priority date: 1966-08-25
Filing date: 1967-08-21
Publication date: 1971-04-29
Also published as: NL6711303A; US3449566A; BE702890A; GB1188308A; ES344450A1

Description

Eicheinrichtung für Infrarot-Gasanalysatoren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Eicheinrichtung i'ür Inirarot-Gasanalysatoren. Infrarot-GasanalysaLoren liefern nur während eines kurzen Zeitintervalles eine konstante Anzeige und bedürfen daher einer periodisch sich wiederholenden Eichung, um eine zuverlässige Analyse zu gewährleisten. Zu diesem Zweck wird eine Gasprobe mit einem sehr geringen, bekannten Prozentsatz eines bekannten Gases in den .analysator eingeführt und ein Potentiometer so abgeglichen, daß das Anzeigegerät des Analysators den korrekten Wert ausweist. Auf diese tfeise wird der Punkt "null" auf dem Anzeigegerät des Analysators geeicht. Dann wird eine Probe eines Testgases, welches einen bekannten Prozentsatz eines bekannten

109818/1675

ORIGINAL

Gases nahe dem maximal anzeigbaren frozentsatz enthält, in den Analysator eingeführt und ein zweites Potentiometer so abgeglichen, daß das Anzeigegerät den richtigen Wert wiedergibt. Das erste Testgas wird im allgemeinen als "Nullauzeige"-Gas und das zweite Testgas als "Vollausühlag"—Gas bezeichnet. Die Eichung wird im allgemeinen mit Hilfe einer automatischen Eicheinrichtung ausgeführt. Diese Eicheinrichtung leitet den Eichzyklus durch einen internen Taktgeber ein und steuert die verschiedenen Schritte des Eichvorganges automatisch.

Für jede Phase des automatischen Eichvorganges werden Alarmkontakte benötigt. Dazu eignen sich quecksilber— oder Mikroschalter in einer Registriereinrichtung oder ein Koηtaktgebungsanzeiger. Diese Schalter werden für einen minimalen, "toten" Bereich von 2 ^l/o eingestellt, so daß die Eichung ungenau ist.

Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung, einen kombinierten infrarot-Gasanalysator zu schaffen, der einen Verstärker mit einem elektrischen Ausgang und eine automatische Eicheinrichtung für den mit dem Verstärker verbundenen Analysator besitzt utid im übrigen durch eine Bezugs- und Abfühleinheit mit einer Vergleichsschaltung für zwei Eingangssignale, die wahlweise zwei Aubgangssignale erzeugen kann, eine Quelle für variable Bezugsspannung, Einrichtungen zum Verbinden der Bezugsspannungsquelle mit der Vergleichsschaltung, damit ein Eingangssignal geliefert

109818/1675

BAD ORtGiNM.

wild, Linrichtungen zum Verbinden des Verstärkerausgangs mit der Vergleichsschaltung, damit ein zweites Eingangssignal geliefert wird, und Einrichtungen, die auf die Ausgangssignale der vergleichsschaltung ansprechen und die Ausgangssignale (iey Verstärkers ändern, gekennzeichnet- ist.

ijie folgende Beschreibung und die Zeichnung dienen zur Erläuterung dieser Erfindung. A

Die Zeichnung zeigt ein scheraatisches Blockschaltbild der vorliegenden Erfindung.

Ls soil nun im einzelnen auf die Zeichnung Bezug genommen werden. Die Zeichnung zeigt einen herkömmlichen Infrarot-Gasanalysator 1, etwa einen Infrarot-Analysator des Luit-Typs, entsprechend dem Modell 200 LIRa, das von der "Mine bafety Appliance Company" hergestellt wird. Der Analysator 1 enthält eine Analysiereinrichtung L*, welche ein der Gasanalyse propor- " tionales elektrisches Ausgangssignal erzeugt, einen Verstärker 3, der mit dem Ausgang der Einrichtung 2 verbunden ist, und ein anzeigegerät k, das mit dem Ausgang des Verstärkers 3 verbunden ist und das Ergebnis der Gasanalyse anzeigt. Das zu analysierende Betriebsgas gelangt über eine Leitung 6 und ein elektrisch gesteuertes Ventil 3 in die Analysiereinrichtung 2. üas Testgas für den Vollausschlag strömt über die Leitung lü und ein elektrisch

109818,

gesteuertes Ventil 12 in die Analysiereinrichtung 2. Das Testgas für die Nullanzeige gelangt über die Leitung 14 und ein elektrisch gesteuertes Ventil Ib in die Analysiereinrichtung 2. Der Verstärker 3 ist über zwei Leitungen 18 und 20 mit Potentiometern 22 und 24 entsprechend verbunden. Die Potentiometer 22 und 24 gehören zu einer herkömmlichen automatischen Eicheinrichtung 26, die ebenfalls von der "Mine Safety Appliance Company" hergestellt wird und mit dem vmalysator-Modell 200 LIIlA verwendet werden kann. Die Eicheinrichtung 26 enthält außerdem einen Taktgeber 28, der über die Leitungen 30, 32 und Jk mit elektrisch gesteuerten Ventilen 8, 12 und Ib entsprechend verbunden ist. Umsteuerbare Motoren 36 und 36 in der Eicheinrichtung 26 steuern die Position der richleifarme der Potentiometer 22 und 2k. Die bisher erläuterten Elemente dieser Vorrichtung sind von herkömmlicher Art.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine ße^ugs— und Abfühleinrichtung 40 vorgesehen, welche eine Vergleichsschaltung 42 enthält, in der zwei Eingangssignale verglichen und zwei getrennte xOisgangssignale erzeugt werden. Die Vergleichsschaltung 42 ist vorzugsweise ein dualer, bistabiler, magnetischer Verstärker, etwa das Model "Norbatrol IN 100C100G01, das von "Norbatrol Electronics Corporation" hergestellt wird. Der Verstärker 42 enthält eine wicklung 44, die mit dem Ausgang des Verstärkers 3 verbunden ist. Der Verstärker 42 enthält

18/1675

-5- Ίο/3182

außerdem die Wicklungen 4b und 4d. Über die Leitungen 50 und 52 wird der Abfühleinrichtung 40 der Eicheinrichtung 26 Energie zugeführt. Die Relaisspule 5^ ist mit der Leitung 50 und über die Leitung 5t> mit der Leitung 32 verbunden. Die Relaisspule 38 ist mit der Leitung 50 und über die Leitung 60 mit der Leitung 3^ verbunden. Die Widerstände 62 und 64 sind zwischen den Wicklungen 46 und 4b in Reihe geschaltet. Die Relaisspule jk besitzt Kontakte 540 und 540·, welche mit den Schleifarmen ^ der Potentiometer 66 und 68 in entsprechender Weise in Reihe geschaltet sind. Line Bezugsspannungsquelle 70, etwa das Modell λγ. 36589-1 von "Honeywell incorporated", ist mit den Wicklungen 46 und 4d verbunden. Der Kontakt 5^0 der Relaisspule 58 ist mit der Wicklung 4ö in Reihe geschaltet. Das Potentiometer 68 liegt an den Klemmen der Spannungsquelle 70. Die itelaisspule 72, welche normalerweise geöffnete .kontakte 720 und 7201 besitzt, ibt mit dem Verstärker 42 über die Leitungen 'pt verbunden, ^i e Relaisspule 76, die normalerweise geöffnete Kontakte 760 und 7601 besitzt, ist über die Leitungen 78 ebenfalls mit dem Verstärker 42 verbunden. Der Motor 36 ist über die Leitung 80 den kontakt 7201 und die Leitung 60 mit der Leitung 34 verbunden, !•'erner ist der Motor 36 über die Leitung 82, den Kontakt 7601 und die Leitung 60 mit der Leitung 34 verbunden. Der Motor 3Ö ist über die Leitung 84, den Kontakt 720 und die Leitung 5£>, sowie über die Leitung üb, den Kontakt 760 und die Leitung 56 mit der Leitung 32 verbunden.

109818/1675

Im normalen Betrieb ist das Ventil 8 geöffnet, weil es über die Leitung 30 mit Energie versorgt wird, und das zu analysierende Gas strömt forgesetzt durch das Ventil 8 in den Analysator 2. Während dieser Zeit sind die Ventile 12 und 16 geschlossen, weil sie über die Leitungen 32 und 34 nicht mit Energie versorgt werden. Der Taktgeber 28 der Eicheinrichtung 2b kann auf einen gewünschten, periodisch ablaufenden P Eichprozeß eingestellt werden. Zum Setzzeitpunkt schließt der Taktgeber 28 das Ventil 8 und öffnet das Ventil Ib, indem er einerseits über die Leitung 30 keine Energie mehr liefert und andererseits über die Leitung 34 Energie schickt. Es gelangt daner nur "Nullanzeige"-Gas in die Analysiereinrichtung üuer das Ventil l6 und das Ergebnis der Analyse wird vom (i_erät 4 angezeigt. Der Ausgang des Verstärkers 3 ist mit der Verstärkerwicklung 44 verbunden. Öffnet der Taktgeber 28 das Ventil Ib, so erregt er auch die Relaisspule 58 über die Leitungen 50 und 60, wobei sich der Kontakt 58C schließt. Dadurch liefert die Spannungsquelle 70 eine Bezugsspannung über die Widerstände b2 und 64 zu den Wicklungen 46 und 48. Der Nullpunkt wird durch das Potentiometer 68 bestimmt. 1st die Amperewindungszahl der Wicklung 44 größer als die bunnne der .iunperewindungszahlen der Wicklungen 46 und 48, so wird das Relais 72 erregt und schließt seine Kontakte 72C und 72(Ji. Dadurch wird ein Stromkreis zum Motor 36 über die Leitungen 80 und 60 zur Leitung geschlossen. Der Motor 36 bewegt den Sehleifarm 22A des Potentiometers 2L, bis das Ausgangssignal des Verstärkers 3 so groß ist, daß die

109818/1675

Ainperewindungszalilen der v/idduiig 44¹ gleich der bumme der Aiiiperewindurigszalilen der Wicklungen 46 und 48 ist. In diesem MoiueuL wird das Relais 72 vom magnetischen Verstärker 42 nicht «lehr erregt. 1st andererseits die Araperewinduiigszahl der rticklung 44 geringer als die Summe der Amperewindungszahlen der '.viukluagen 46 und 48, w.o wird das Relais 76 über den magnetischen Verstärker 42 erregt und schließt die Kontakte 760 und /üvJi. Dadurch wird ein Stromkreis für den Motor 36 über ύ die Leitungen s2 und 60 zur Leitung 3^ geschlossen. Der Motor 36 läuft nun in der entgegengesetzten Richtung und erhöht das Ausgangrisignal des Verstärkers j, bis die Amperewindungszahl in der Wicklung 44 gleich den Amperewindungizahleii der Wicklungen 46 und 48 ist. In diesem Moment wird das Relais 76 vom magnetischen Verstärker 42 nicht mehr erregt. Der Taktgeber 28 schließt dann das Ventil l6 und läßt das Relais 58 abfallen. Damit ist die Nullpunkteichung abgeschlossen. Nun öffnet der Taktgeber 28 das Ventil 12, indem er über die Leitung 32 Energie /.ufUhrt. Das "Vollausschlag"-Gas strömt durch die Leitung 10 ' und das Ventil 12 in. die Analysiereinrichtung 2, wobei das Lrgebnis der Analyse vom Gerät 4 angezeigt wird. Gleichzeitig wird das Relais 54 über die Leitungen 50 und 56 erregt, so daß .-.ich der Kontakt 54U schließt und der Kontakt 54Cl öffnet. Dadurch gelangt eine Bezugsspannung von der Beüugsspannungsqueile 7υ über dea widerstand 62 an die Wicklung 46. Der Vollaussehlagputikt wird durch das Potentiometer bb bestimmt. Ist die Ampere-

109818/1675

windungszahl der Wicklung 44 größer als die Atnperewindungszahl der Wicklung 46, so wird das Relais 72 erregt und Energie über die Leitungen 84, 56 und 32 zum Motor 38 geschickt. Dadurch bewegt der Motor 38 den Schleifarm 24A des Potentiometers 24 und ändert die Anzeige des Geräts 4 solange, bis die Amperewindungszahl der Wicklung 44 gleich der Amperewindungszahl der Wicklung 46 ist. Ist die Amperewindungszahl der Wicklung 44 kleiner als die Amperewindungszahl 46, so wird das Relais 76 erregt und schließt seine Kontakte 76C und 76Cl. Dadurch wird der Motor 38 über die Leitungen 86, 56 und 32 mit Energie versorgt und dreht sich in der entgegengesetzten Richtung, wobei das Ausgangssignal des Verstärkers 3 solange angehoben wird, bis die Amperewindungszahl der Wicklung 44 gleich derjenigen der Wicklungen 46 ist. Nach Beendigung der Vollausschlag-Eichung schließt der Taktgeber 28 das Ventil 12 und öffnet das Ventil 8, so daß mit der Analyse des Betriebsgases fortgefahren werden kann. Es wurde festgestellt, daß der Anzeigefehler bei dem der vorliegenden Erfindung entsprechenden Gerät maximal 1 */o beträgt, während er sich bei den dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtungen auf 2 % beläuft.

Obgleich eine Ausführungsform dieser Erfindung dargestellt und beschrieben worden ist, ist es einzusehen, daß zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne daß der Bereich dieser Erfindung verlassen wird.

109818/1675 BAD ORIGINAL

Claims

Pittsburgh, Pennsylvania München,den 21. August 1967 William Penn Place 525 ^zeichen Leerzeichen V. St. A. ~/Pe Patentanmeldung: Eicheinrichtung für Infrarot-Gasanalysatoren Patentansprüche

1. Eicheinrichtung für Infrarot-Gasanalysatoren mit einem Verstärker, an dessen Ausgang die automatische Eicheinrichtung liegt, gekennzeichnet durch eine Bezugs- und Abfühleinrichtung (40) mit einer Vergleichsschaltung (42) für zwei Lingangssignale, die zwei getrennte Autigangssignale erzeugen kann; eine Quelle (70) für variable Bezugsspannungen; Einrichtungen, welche die Bezugsspannungsquelle (70) mit der Vergleichsschaltung (42) verbinden, so daß diese ein Eingangssignal erhält; Einrichtungen, welche den Verstärkerausgang mit der Vergleichsschaltung (42) verbinden, so daß diese ein zweites Eingangssignal erhält; und Einrichtungen, welche auf die Ausgangssignale der Vergleichsschaltung ansprechen und das AUiigangssignai des Verstärkers (3) ändern können.

109818/1675

—Je —

2, Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Analysiereinrichtung (2) im Analysator (l), welche ein der Gasanalyse proportionales, elektrisches Ausgangssignal zum Verstärker (3) schickt; Einrichtungen (6, 8), welche ein zu analysierendes Gas in die Analysiereinrichtung (.

2) liefern; ein erstes Ventil (8), mit dem der Gaszustroin zur Analysiereinrichtung (2) gesteuert werden kann; ein zweites Ventil (12, l6), mit dem der Zustrom eines Testgases zur Analysiereinrichtung (2) gesteuert werden kann; eine automatische Linrichtung, welche ein von einem Motor (36, 38) betätigtes Potentiometer (22, 24), das mit dem Verstärker (3) verbunden ist, besitzt und einen Taktgeber (28) zum Öffnen und schließen der Ventile (8, 12, l6) enthält; eine Bezugs- und Abfühleinricntung (40), welche Einrichtungen enthält, die vom Taktgeber (28) betätigt werden, wenn dieser das erste Ventil schließt und das zweite Ventil öffnet, damit eine vorgegebene Spannung aua der Spannungsquelle (70) zur Vergleichsschaltung (42) geliefert werden kann und Einrichtungen, welche auf die Ungleichheit zwischen den Eingangssignalen für die Vergleichsschaltung ansprechen und die Einstellung der vom Motor (36, 30) betätigten Potentiometer (22, 24) ändern, wobei das Ausgangssignal des Verstärkers (3) geändert wird, bis die Eingaugssignale gleich sind.

098 18/1675

_BAD

ΛΑ

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Analysiereinrichtung (2) im Analysator (l), welche ein der Gasanalyse proportionales, elektrisches Signal zum Verstärker (3) schickt; eine mit dem Verstärkerausgang verbundene, das üasanalyseergehnis wiedergebende Anzeigevorrichtung (4), eine erste Leitung (6) ;iiit darin befindlichem Steuerventil (β) zur Steuerung des. /.ii analysierenden Gasstromes in die Analysiereinrichtung (2); eine zweite Leitung (10) mit darin befindlichem Steuerventil (12) zur Steuerung des "Nullanzeige"-Gasstromes in die .analysiereinrichtung (2); eine dritte Leitung (14) mit darin befindlichem Steuerventil (l6) zur Steuerung des "Vollausschlag"-Gasstromes in die Analysiereinrichtung (2); eine Eicheinrichtung (26) mit einem ersten, von einem Motor (36) betätigten, mit dem Verstärker (3) verbundenen Potentiometer (22), einem zweiten, von einem Motor (3b) betätigten, mit dem Verstärker (3) verbundenen Potentiometer (24) und mit einem Taktgeber (28) zum Öffnen und Sehliesder Ventile (8, 12, l6); eine Bezugs- und Abfühleinrichtung

(40), welche Einrichtungen zum Betätigen durch den Taktgeber (28) enthält, wenn dieser das erste Ventil (8) sehließt und das zweite (12) öffnet, damit eine vorgegebene Spannung von der Spannungsquelle (70) zur Vergleichsschaltung (42) gelangt, welche Einrichtungen aufweist, die auf Ungleichheit zwischen den Lingangssignalen der Vergleichsschaltung (42) ansprechen und die Einstellung des ersten, vom Motor (36) betätigten Potentiometers (22) ändern, bis die Eingangssignale gleich sind, wobei die Einstellung des Anzeigegerätes (4) geändert wird, welche Einrich-

109818/1675

tungen zum Betätigen durch den Taktgeber (28) besitzt, wenn dieser das zweite Ventil (12) schließt und das dritte Ventil (16) Öffnet, damit eine zweite, vorgegebene Spannung von der Spaunungsquelle (70) zur Vergleichsschaltung (42) gelangen kann und welche Einrichtungen enthält, die dann auf die Ungleichheit zwischen den Exngangssignalen der Vergleichsschaltung (42) ansprechen und die Einstellung des zweiten, vom Motor (38) betätigten Potentiometers (24) ändern, bis die Ein— gangssignale gleich sind, wobei die Einstellung des Anzeigegerätes (4) geändert wird.

4. Vorrichtung im Sinne irgendeines vorangegangenen Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (42) ein dualer, bistabiler, magnetischer Verstärker ist.

0 3 8 1 8 / 1 ρ 7 r

BAD ORIGINAL