NL7906868A

NL7906868A - Gasanalysator.

Info

Publication number: NL7906868A
Application number: NL7906868A
Authority: NL
Original assignee: Gould Godart Bv
Priority date: 1979-09-14
Filing date: 1979-09-14
Publication date: 1981-03-17
Also published as: DE3034108A1; US4361802A; FR2465223B1; GB2059069A; GB2059069B; JPS5647748A; FR2465223A1

Description

* * N/29.221-dV/hf GOULD GODART B.V., te Bilthoven.

Gasanalysator.

De uitvinding heeft betrekking op een gasanalysator, voorzien van een uit weerstandsdraden opgebouwde brug van Wheatstone, welke weerstandsdraden in twee onderling gescheiden kanalen van een meetblok zijn 5 aangebracht, waarbij de weerstandsdraden uit de tegenover elkaar liggende takken van de brug zich in hetzelfde kanaal bevinden, terwijl door het eerste kanaal een referentiegas en door het tweede kanaal een te analyseren gas kan worden geleid.

10 De werking van een dergelijke gasanalysator berust op de warmtegeleidingseigenschappen van gassen.

De brug is zodanig ingesteld, dat de temperatuur van de weerstandsdraden zich boven kamertemperatuur bevindt, waarbij de brug in evenwicht is, als het zelfde gasmengsel 15 door de beide gaskanalen wordt gevoerd. Wanneer als referentiegas bijvoorbeeld lucht wordt gebruikt, terwijl het te analyseren gas een mengsel is van lucht en één ander gas, dan varieert de uitgangsspanning van de brug in afhankelijkheid van de concentratie van dit andere gas, aangezien 20 dit gas meer dan wel minder warmte afvoert dan lucht.

Een probleem bij de bekende gasanalysator van de bovengenoemde soort is, dat de uitgangsspanning van de brug niet lineair afhankelijk is van de concentratie van het te analyseren gas. Dit wordt veroorzaakt door het 25 feit, dat de warmtegeleidendheid van gassen toeneemt met toenemende temperatuur, waardoor bij gassen, die meer warmte afvoeren dan lücht, zoals bijvoorbeeld helium, elke volgende eenheid concentratie-verhoging een kleinere bijdrage tot de uitgangsspanning levert dan de voorgaande 30 eenheid, terwijl bij gassen, die minder warmte afvoeren 790 68 68 - V * 2 dan lucht, zoals bijvoorbeeld koolzuur, elke volgende eenheid concentratie-verhoging een grotere bijdrage tot de uitgangsspanning levert dan de voorgaande eenheid. Deze bekende gasanalysator kan dan ook alleen worden gebruikt 5 voor het meten van lage gasconcentraties, bijvoorbeeld tot een -maximum van 5% .

Men heeft getracht een groter meetbereik mogelijk te maken door de uitgangspanning van de brug, na versterking tot een geschikte waarde, toe te voeren aan een diode-10 weerstandsnetwerk voor het lineariseren van de uitgangs-spanning. Dit houdt in, dat de ijkcurve van het lineari-seringsnetwerk goed reproduceerbaar moet zijn, aangezien een economische produktie anders niet mogelijk is, Voorts dient het lineariseringsnetwerk voor een bepaalde gasconcen-15 tratie altijd een zelfde ingangsspanning te ontvangen.Bovendien geldt een dergelijke linearisering slechts voor ëên gas.

De uitvinding beoogt een gasanalysator van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waarbij de genoemde bezwaren op doeltreffende, doch niettemin eenvou-20 dige wijze zijn ondervangen.

Volgens de uitvinding heeft de gasanalysator hiertoe het kenmerk, dat de stroom door de brug tijdens het meten zodanig wordt geregeld, dat de weerstand van de weerstandsdraden in het tweede kanaal althans nagenoeg 25 constant blijft.

Op deze wijze wordt bereikt, dat de door het te analyseren gas gewijzigde temperatuur van de betreffende weerstandsdraden door het wijzigen van de voedingsstroom weer op de oorspronkelijke waarde wordt gebracht, zodat 30 elke volgende eenheid concentratie-verhoging althans onge veer een zelfde bijdrage tot de uitgangsspanning zal leveren als de voorgaande eenheid.

Als de gasanalysator volgens de uitvinding eenmaal lineair is voor een bepaald gas, dan geldt dit voor 35 alle soorten gas, zowel voor gassen, die een grotere warmtegeleiding dan lucht vertonen, als voor gassen, die een kleinere warmtegeleiding dan lucht vertonen.

790 6 8 68

t J

3

Volgens een eenvoudige uitvoeringsvorm vormt de uit weerstandsdraden opgebouwde brug één van de takken van een tweede brug van Wheatstone,waarvan de voedingsstroom tijdens het meten zodanig wordt geregeld, dat deze tweede 5 brug in evenwicht blijft. Hierdoor wordt een uitgangs- spanning van de eerste brug van Wheatstone verkregen, die tot een concentratie van ongeveer 25 è 30% lineair afhankelijk is van de concentratie voor gassen uit de beide bovengenoemde groepen.

10 Voor nog grotere concentraties treedt een niet- lineariteit op, doordat niet alleen de stroom door de weerstandsdraden in het kanaal voor het te analyseren gas wordt gevarieerd, doch tevens de stroom door de weerstandsdraden in het kanaal voor het referentiegas.

15 Deze niet-linearitext kan volgens de uitvinding grotendeels worden geëlimineerd, doordat de met de eerste brug van Wheatstone in serie geschakelde tak van de tweede brug van Wheatstone uit een weerstand bestaat, waarvan de fysische eigenschappen overeenkomen met die van de weer-20 standsdraden van de eerste brug, waarbij de stroom per eenheid van doorsnede voor deze weerstand kleiner is dan voor de totale weerstand van de eerste brug. Op deze wijze wordt een linearisering van de uitgangsspanning tot een concentratie van ongeveer 80% bereikt.

25 De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld van de gasanalysator is weergegeven.

Fig. 1 is een doorsnede van een meetblok, dat bij de gasanalysator volgens de uitvinding kan worden toe-30 gepast.

Fig. 2 is een principeschema van een uitvoerings-vorm van de gasanalysator volgens de uitvinding.

In fig. 1 is een doorsnede van een meetblok 1 weergegeven, dat is voorzien van een kanaal 2, waar een 35 te meten gas doorheen kan worden geleid, en van een kanaal 3, waar een referentiegas doorheen kan worden geleid.

790 68 68

A

4

In elk van de kanalen 2 en 3 zijn twee weerstandsdraden 4, 5, respectievelijk 6, 7 aangebracht, waarvan de uiteinden a - h via op de buitenzijde van het meetblok 1 gemonteerde aansluitpennen (niet weergegeven) toegankelijk .

or messing 5 zijn. Het meetblok 1 kan bijvoorbeeld uit aluminium-zijn vervaardigd, terwijl de weerstandsdraden gewoonlijk uit ..platina bestaan.

Zoals in fig. 2 is te zien, zijn de weerstandsdraden 4-7 als een brug van Wheatstone 8 geschakeld, 10 waarbij de weerstandsdraden, die zich in het zelfde kanaal bevinden, in de tegenover elkaar liggende takken van de brug 8 zijn opgenomen. De stroom door de weerstandsdraden 4 - 7 is hierbij zodanig, dat de temperatuur van de draden 4-7 boven de kamertemperatuur ligt. De brug 8 is hierbij 15 zodanig ingesteld, dat de brug 8 in evenwicht is, als door de kanalen 2 en 3 het zelfde gas wordt gevoerd, zodat de spanning VQ tussen de uitgangsklemmen 9, 10 dan nul is.

Wanneer nu als referentiegas bijvoorbeeld lucht door het kanaal 3 wordt gevoerd, terwijl door het kanaal 2 20 een mengsel van lucht en bijvoorbeeld helium wordt geleid, zullen de weerstandsdraden 4, 5 sterker afkoelen dan de weerstandsdraden 6, 7, aangezien helium warmte beter geleidt dan lucht. Hierdoor verandert de uitgangsspanning V0 in afhankelijkheid van het percentage helium.

25 Teneinde een niet-lineariteit in de uitgangs spanning V0, die wordt veroorzaakt door het feit, dat de warmtegeleidendheid van gassen toeneemt bij toenemende temperatuur, te elimineren, is de brug 8 zelf opgenomen in een tweede brug van Wheatstone 11, die voorts uit weer-30 standen R^, R^, R^ en Rj_ bestaat, waarbij de totale weerstand van de brug 8 met RB is aangeduid. De brug 11 wordt nu tijdens het meten in evenwicht gehouden door het regelen van de brugstroom. Hierdoor blijft de weerstand RB ongeveer constant en wordt de onder invloed van het te meten gas 35 gewijzigde temperatuur van de weerstandsdraden 4, 5 weer op de oorspronkelijke waarde teruggebracht.

790 6 8 68 5

Zoals in fig. 2 is weergegeven is de brug 11 over een transistor 12, welke als regelorgaan voor de brug-stroom dienst doet, aangesloten op een gelijkspanningsbron 13. De uitgangen 14, 15 van de brug 11 zijn aangesloten op 5 een verschilversterker 16, waarvan de uitgang over een weerstand 17 met de basis van de transistor 12 is verbonden. Tussen de collector en de basis van de transistor 12 is tenslotte nog een weerstand 18 geschakeld.

Voor een juiste werking van de schakeling dient 10 de weerstand Rg te zijn ingesteld in het niet-lineaire deel van de spannings-stroomkarakteristiek van de brug 8.

De instelling vindt op eenvoudige wijze plaats, doordat de weerstand is uitgevoerd als potentiometer, waarvan de loper de uitgang 14 van de brug 11 vormt.

15 Met de beschreven gasanalysator zijn in de prak tijk goede meetresultaten bereikt tot een gasconcentratie van 25 a 30%. Bij grotere concentraties treedt een niet-lineariteit op, doordat niet alleen de stroom door de weer-standsdraden 4, 5 wordt gewijzigd, maar ook de stroom door 20 de weerstandsdraden 6 en 7. Deze niet-lineariteit kan worden geëlimineerd door de weerstand de zelfde fysische kwaliteiten te geven als de weerstand Rg, bijvoorbeeld door Ra ook als weerstandsdraad van het zelfde materiaal als Rg uit te voeren, waarbij voor R^ echter een lagere 25 instelstroom per eenheid van doorsnede moet gelden. Op deze wijze is een lineair meetresultaat mogelijk tot een concentratie van ongeveer 80%.

Als de beschreven gasanalysator lineair is voor één bepaald gas, geldt dat voor alle 30 gassen. De gasanalysator kan dan zowel voor gassen, die een grotere warmtegeleiding dan lucht vertonen, zoals H2, He, O2, ^0, als voor gassen, die een kleinere warmtegeleiding dan lucht vertonen, zoals Ar, CO2, worden gebruikt.

35 Uiteraard kan op de uitgangsklemmen 9, 10 van de brug 8 nog een geschikte versterkerschakeling worden aan- 790 6 8 68 * 6 gesloten, welke de uitgangsspanning VQ op een waarde brengt, die voor een eventuele verdere verwerking en/of weergave door middel van een weergeeforgaan geschikt is.

In deze versterkingsschakeling kunnen eveneens instelorga-5 nen zijn opgenomen, waarmee het uitgangssignaal van deze versterkingsschakeling op nul kan worden ingesteld als door beide kanalen 2 en 3 een referentiegas wordt geleid.

De uitvinding is niet beperkt tot het in het voorgaande beschreven uitvoeringsvoorbeeld, dat binnen het 10 kader der uitvinding op verschillende manieren kan worden gevarieerd.

790 6 8 68

Claims

1. Gasanalysator, voorzien van een uit weerstands-draden opgebouwde brug van Wheatstone, welke weerstands-draden in twee onderling gescheiden kanalen van een meet-blok zijn aangebracht, waarbij de weerstandsdraden uit de 5 tegenover elkaar liggende takken van de brug zich in hetzelfde kanaal bevinden, terwijl door het eerste kanaal een referentiegas en door het tweede kanaal een te analyseren gas kan worden geleid, met het kenmerk, dat de stroom door de brug tijdens het meten zodanig wordt ge-10 regeld, dat de weerstand van de weerstandsdraden in het tweede kanaal althans nagenoeg constant blijft.

2. Gasanalysator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de uit weerstandsdraden opgebouwde brug één van de takken van een tweede brug van Wheat- 15 stone vormt, waarvan de voedingsstroom tijdens het meten zodanig wordt geregeld, dat deze tweede brug in evenwicht blijft.

3. Gasanalysator volgens conclusie 2, met - -Jiet kenmerk, dat de met de eerste brug van Wheat-20 stone in serie geschakelde tak van de tweede brug van Wheatstone uit een weerstand bestaat, waarvan de fysische eigenschappen overeenkomen met die van de weerstandsdraden van de eerste brug, waarbij de stroom per eenheid van doorsnede voor deze weerstand kleiner is dan voor de totale 25 weerstand van de eerste brug.

4. Gasanalysator volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de uitgangen van de tweede brug van Wheatstone zijn aangesloten op een ver-schilversterker, waarvan de uitgang een regelorgaan voor 30 de voedingsstroom van deze tweede brug bestuurt.

5. Gasanalysator volgens conclusie 4, m e t-het kenmerk, dat de ene uitgang van de tweede brug van Wheatstone bestaat uit het aftakpunt van een potentiometer, die in deze tweede brug is opgenomen. 790 68 68