NO750446L - - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for kvalitativ analyse av gassblandinger, hvor måleføleren er fremstilt av egnete halvledere.

Halvledere, hvis elektriske egenskaper forandres ved berør-ing med gasser, for eksempel vannstoff, kullmonoksyd, metan, propan og etanol, er i og for seg kjent, og det er mulig å anvende slike halvledere for analyse av gass. De kjente gassanalysatorer er forbundet med ulemper i form av en komplisert oppbygning, stor tyngde og stort volum, behov for hyppig vedlikehold samt høye anskaffelses-omkostninger.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er- å tilveiebringe en gassanalyseanordning som er utstyrt med halvleder-målefølere, og r. hvor de elektriske signaler fra. halvlederne bearbeides i et apparat av så hensiktsmessig konstruksjonsform, at den frembrakte gassanalyseanordning krever lite vedlikehold, har små dimensjoner og liten vekt, er transportabel og anvendbar også utenfor kjemiske labora-torier, samt i besittelse av en tilstrekkelig nøyaktighet ved mål-inger.

Formålet ved oppfinnelsen er oppnådd ved at det, i tilknyt-ning til en eller flere målefølere, er serieinnkoblet en elektronisk operasjonsforsterker som etterfølges av valgfritt innkoblete lumihe-scensdioder, måleinstrumenter med registreringsinnretning eller im-pulsbrytere. Av hensyn til den mobile anvendelse vil det være fordelaktig, at gassanalyseanordningen ifølge oppfinnelsen tilføres like-..og vekselspenning fra et batteri, hvorved vekselspenningen frembringes ved hjelp av en vekselretter. Ved informasjonsinnhent-ing fra flere målesteder er det, ved en videre utforming av oppfinnelsen, foranstaltet at målefølerne automatisk, ved hjelp av en tidsmekanisme, forbindes i rekkefølge med den elektroniske operasjonsforsterker. Ved kontinuerlig avløpende prosesser som krever overvåkning og som forårsaker gassutvikling, er det særlig fordelaktig at tidspunktet for målingene og varigheten av disse styres av •. den prosess som overvåkes. Prosesser som under sin innlednings- og avslutningsfase utvikler gassblandinger av sammensetninger som av-viker fra de gassblandinger som oppstår under normalprosessfasen, kan spesielt godt overvåkes ved hjelp av anordningen ifølge oppfinnelsen, dersom denne er utstyrt med et tidsrelé som bevirker, at anordningen ikke innkobles under innledningsfasen av den prosess som skal overvåkes, samt utkobles innen prosessens avslutningsfase. I mange tilfeller vil det derimot være fordelaktig at anordningen er forbundet med et elektrisk telleverk som bevirker at målingen, ved'en prosess som skal overvåkes og hvor flere likeartete enkelt - prosesser foregår i rekkefølge, ikke avbrytes før den i det minste omfatter en innlednings-, en normalløps-'og en avslutningsfase av en enkeltprosess. Anordningens anvendelsesmuligheter vil øke, ved at den elektroniske operasjonsforsterkers følsomhet og reaksjonsgrenser automatisk vil tilpasses driftsforholdene ved hjelp av variable motstander.

Av hensyn:til den rasjonelle bearbeiding av måleresultatene vil det ofte være hensiktsmessig, at de elektriske signaler fra flere målefølere, etter å være forsterket, forlater den eller de

elektroniske operasjonsforsterker(e) i form av et- felles utgangs-signal. Ved en videreutforming av oppfinnelsen er anordningen forsynt med en koder- og dekoderinnretning som bevirker at anordningen - innkobles og utkobles til bestemte tider. Nøyaktigheten, hurtig-heten, og stabiliteten ved anordningen ifølge oppfinnelsen vil særlig kunne forbedres, ved at den elektroniske operasjonsforsterker forbindes med en kontaktløs, elektronisk effektkrets for styring av den elektriske belastning, og at den elektroniske operasjonsforsterker forsynes med en tilbakekobling fra sin utgangsside og til den ikke-inverterende inngangsside, hvor koblingselementene består av en eller flere motstander, samt at den elektroniske operasjonsforsterker ,, sammen med sin inngangskrets, avstemmes slik, at det ved varierende driftsforhold oppstår'ulike, elektriske potensialer, forskjellig fra null, mellom forsterkerutgangen og likestrømkildens plusspol.

Hvis anordningen ifølge oppfinnelsen dessuten skal overta prosess-styringsfunksjonen, vil det være fordelaktig at anordningen er forsynt med et tidsrele som styres av operasjonsforsterkeren, og som utkobler prosessen, idet det er valgt en tidsforsinkelse som er tilstrekkelig for innregulering av prosessen. Dersom måledata fra flere anordninger skal samles og bearbeides av et sentralt databehand-lingsanlegg, må anordningen ifølge oppfinnelsen tilkobles et bære-frekvensutstyr som ved frekvensmodulering og/eller amplitydemoduler-

ing, gjør signalene egnet for fjernoverføring.

I sammenlikning med den kjente teknikk har gassanalyseanordningen ifølge oppfinnelsen den spesielle fordel, i tillegg til en tilstrekkelig.målenøyaktighet og en lav anskaffelsespris, at.den kan komme til anvendelse direkte på de steder, hvor det kan oppstå gassblandinger.'Gassanalyseanordningen er særlig egnet for kontrollering av røkgasser fra fyringsanlegg, for kontrollering av luften i klimatiserte rom og for styring av klima-anlegg, for mål-ing av alkoholmengden i menneskelig utåndingsluft og for liknende formål.

Et eksempel på utførelse av oppfinnelsesgjenstanden er nær-mere beskrevet i forbindelse med de medfølgende tegninger, hvori:

Fig. 1 viser anordningen for analyse av gass.

Fig. 2 viser et innkoblingssystem for gassanalyseanordningen. Fig. 3 viser et innkoblingssystem for.det gasstilførselsut-styr som er innkoblet foran gassanalyseanordningen. Fig. 4 viser en koder- og dekoderinnretning som kan kombin-eres med innkoblingssystemet ifølge fig. 2.

Fig. 5 viser en kontaktløs, elektronisk effektkrets.

En anordning ifølge oppfinnelsen, for analyse av gass, er vist

- i fig. 1. En måleføler 1, i form av en egnet halvleder, er plassert i et ikke vist målekammer og bringes i berøring med den gass som skal analyseres. Denne halvleder som er følsom overfor en bestemt gass, for eksempel kullmonoksyd, vil ved å bringes i berøring med kullmonoksyd, avgi et elektrisk signal, hvis styrke varierer pro-porsjonalt med konsentrasjonen av kullmonoksyd. Det kan videre, i målekammeret, være- anordnet flere halvledere som er egnet som måle-føler 1. Måleføleren 1 er utstyrt med to par elektroder 2 og 3, hvor-av det ene eller det annet par blir opphetet. Elektrodeparet 2 eller 3 mottar spenning gjennom en transformators 8 sekundærviklinger 9

og 10 samt en toveislikeretter 11 som er innkoblet foran en gitter-kondensator 14. Måleføleren 1 opphetes av elektrodeparet 2 som, gjennom tilknytningen 4 og 5, er forbundet med sekundærviklingen 9-Avhengig av sammensetningen av den gassblanding som skal analyseres, har måleføleren 1 en driftstemperatur på 80 til 120°C. Elektrodeparet 2 er forbundet med likestrømkildens plusside 12 gjennom en relékontakt 15- Gjennom tilknytninger 6 'og 7 samt en motstand 16 er elektrodeparet 3 forbundet med likestrømkildens minusside 13 og med plusspolen 22 i den elektroniske operasjonsforsterkers 20 ikke-inverterende inngangskrets. Forsterkningsfaktoren bestemmes av en

spenningsdeler (motstander) 17, 18 og 19. Det ønskete potensial for

punktet 21 i den elektroniske operasjonsforsterkers 20 ikke-inverterende inngangskrets kan innstilles på et potensioraeter 18 (fullverdi-innstilling). Den elektroniske operasjonsforsterker 20 mottar den nødvendige driftsspenning gjennom tilknytninger 23 og 24, mens de forsterkete signaler kan uttas mellom tilknytningen 26 og likestrøm-kildens plusside. Den elektroniske operasjonsforsterker 20 er ved tilknytninger 25 og 26, forbundet med kondensatoren 28 og frekvens-kompenseres av denne. De forsterkete signaler som gjennom en motstand 27 avgis fra den elektroniske operasjonsforsterker 20, inn-virker, gjennom et relé 31 og et drivtrinn 333på et relé 34 som styrer en omkobler 36 for en galliumarsenid-diode 37^Reléene- hen-holdsvis 31 og 34 stabiliseres av demperdioder 32 og 35. En regul-eringsmotstand 29 kan parallellkobles med motstanden 19, ved lukk-ing av en bryter 30 som lukkes og åpnes av et relé, for eksempel 53 (fig- 2). Motstanden 29 er slik ■ innstilt,. at den reduserer føl-somheten av den elektroniske operasjonsforsterker 20 i tilstrekkelig grad til at -denne, under visse forhold som inntreffer, for eksempel ved start av en oljebrenner, ikke aktiviseres.

Når transformatoren 8 mottar spenning på sin primærside, vil det, gjennom de to sekundærviklinger 9 og 10, samt toveislikerett-eren 11, tilføres spenning til gassanalyseanordningen. Målebered-skapen opprettes gjennom relékontakten 15, og ved spenningsdeleren 17, 18 og 19 blir potensialet mellom plusspolen 22 og punktet 21 i den elektroniske operasjonsforsterkers 20 ikke-inverterende inngangskrets regulert slik at forsterkeren ikke påvirkes ved en fak-tisk verdi som er lavere enn gasskonsentrasjonens beregnete verdi, men aktiviseres når den faktiske verdi overstiger den beregnete verdi. Gjennom' reléet 31 sendes deretter synlige eller hørbare signaler, eller det avgis styrepulser, eller den prosess som skal overvåkes, for eksempel en oljeforbrenning, utkobles. Gjennom drivertrinnet 33 vil reléet 34, ved normaldrift av gassanalyseanordningen, føre omkobleren 36 for galliumarsenid-dioden 37 til likestrømkildens minusside og, ved overskridelse av en bestemt gasskonsentrasjon,

til den positive side. Avhengig av driftstilstanden som angis gjennom reléet 34, vil galliumarsenid-dioden 37 utsende rødt eller grønt lys, som følge av en motsvarende innstilling av diodenes 38 og 39 knespenning ved hjelp av en spenningsdeler 40 og 41.

Fig. 2 viser et innkoblingssystem for gassanalyseanordningen samt en anordning for endring av følsomheten. To tilknytninger 45

og 46 kan for eksempel være forbundet med oljefyringsautomaten for e-n brenner. Ved innledningen av en prosess som utvikler gassbland-

inger hvis sammensetning skal kontrolleres, vil tilknytningene 45 og.46 motta spenning. Et relé 47 mottar likeledes spenning gjennom tilknytninger 48 og 49 som er forbundet med hverandre ved en bro 50. Reléet 47 lukker relékontakten 15 (fig- 1) og en bryter 55 (fig. 3). Gassanalyseanordningen bringes derved i måleberedskap, og gasstil-førselen til måleføleren 1 igangsettes. Motstandene 51 og 52 har negativ temperaturkoeffisient og er slik dimensjonert, at spenningen mellom tilknytningene 45 og 46 ikke bevirker aktivisering av reléet 53. Etter et innstillbart tidsrom opphetes de' to motstandere 51 og 52 i slik grad, at strømgjennomgangen er tilstrekkelig til å på-virke reléet 53. Deretter lukkes bryteren .54, for å forebygge over-opphetning av motstandene 51 og 52. Dessuten åpnes bryteren 30 (fig. 1). Den elektroniske operasjonsforsterkers 20 følsomhet som er re-dusert under prosessens innledningsperiode, blir derved øket. Den forsinkelse som oppstår ved opphetingen av motstandene 51 og 52, er valgt slik, at den overensstemmer med startfasen av den prosess som skal overvåkes. Fig. 3 viser et innkoblingssystem for det gasstilførselsut-styr som er tilknyttet foran gassanalyseanordningen. Når bryteren 55 lukkes av releet 47, fremføres gass til måleføleren 1. Tilknytningene 56 og 57 er forbundet med gassfødepumpen.

Fig. 4 viser en koder- og dekoderinnretning som kan kombin-eres med innkoblingssystemet (fig. 2). Hvis broen 50 fjernes og tilknytningene 48 og 49 forbindes med koder- og dekoderinnretningens 60 tilknytninger 58 og 59, vil koder- og dekoderinnretningen 60

starte reléet 47, og dermed målingen, først etter et vilkårlig innstillbart antall prosesser som utvikler den gassblanding som skal analyseres. På denne måte kan for eksempel hver tiende forbrennings-prosess ved en oljebrenner kontrolleres. Koder- og . dekoderinnretningen 60 kan også erstattes av en tidsbryter. Videre kan koder- og dekoderinnretningen 60 samt tidsbryteren kobles i serie og forbindes med tilknytningene 48 og 49- To tilknytninger 6l og 62 er forbundet med tilknytningene 48 og 49.

Fig. 5 viser en kontaktløs, elektronisk effektkrets som kan erstatte den vanligvis benyttete belastningskobling (relé 31 i fig.

1). Ved anvendelse av den kontaktløse, elektroniske effektkrets bort-faller reléet 31 samt dioden 32, og operasjonsforsterker-utgangs-siden 44 forbindes med tilknytningen 63, tilknytningen 42 med tilknytningen 63, tilknytningen 65 med tilknytningen 43 og tilknytningen 66 med punktet 21 i den elektroniske operasjonsforsterkers 20 ikke-inverterende inngangskrets. Belastningen 67 reguleres av en kontaktløs effektbryter 68, for eksempel en Triac, som, gjennom tilknytningen 63, styres av operasjonsforsterker-utgangskretsen -44 gjennom de, som spenningsdeler virkende, motstander 69 og 70. Den faste motstand 71 og den regulerbare motstand 72 bevirker en tilbakekobling gjennom tilknytningen 66 og den elektroniske operasjonsforsterkers 20 ikke-inverterende inngangskrets' 21, som.stabiliserer styringen av den kontaktløse effektbryter 68.

Claims (14)

1. Anordning for kvalitativ og kvantitativ analyse av gassblandinger, som er forsynt med en måleføler bestående av egnete halvledere, karakterisert ved at en elektronisk operasjonsforsterker (20) er innkoblet i serie etter en eller flere målefølere (1) og foran valgfritt anordnete luminescensdi-oder ( 37), måleinstrumenter med registreringsinnretning eller im-pulsbrytere (55).

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den mottar like- eller vekselspenning fra et batteri, hvor vekselspenningen frembringes av en vekselretter.

'3 . Anordning i samsvar med krav 1 og 2, karakterisert ved at målefølerne (1) forbindes automatisk og i rekke-følge med den elektroniske operasjonsforsterker (20) ved hjelp av en tidsmekanisme.

4. Anordning i samsvar med et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at tidspunktet for målingene samt varigheten av disse styres av den prosess som skal overvåkes.

5. Anordning i samsvar med krav 4, karakterisert ved et tidsrelé som bevirker at anordningen ikke innkobles under startfasen av en prosess som skal overvåkes, samt utkobles innen prosessen avsluttes.

6. Anordning i samsvar med krav 4, karakterisert ' ved et elektronisk telleverk som, i forbindelse med en prosess som skal overvåkes og omfatter flere ensartete enkeltprosesser som finner sted i rekkefølge, bevirker at målingen ikke avbrytes innen det er innbefattet i det minste en startfase, en ndrmaldriftfase og en avslutningsfase i en enkeltprosess.

7. Anordning i samsvar med et av kravene 1 til 6, karakterisert ved at den elektroniske operasjonsforsterkers (20) følsomhet og reaksjonsgrenser tilpasses automatisk i overens-stemmelse med driftsforholdene, ved hjelp av variable motstander (29)-

8. Anordning i samsvar med et av kravene 1 til 7, karakterisert ved , at de elektroniske signaler fra flere målefølere (1), ettér å være forsterket, forlater den eller de elektroniske operasjonsforsterkere (20) i form av et felles ut-, gangssignal.

9- Anordning i samsvar med et av' kravene 1 til 8, karakterisert ved en koder-'og dekoderinnretning- (60) for innkobling og utkobling av anordningen til bestemte tider.

10. Anordning i samsvar med et av kravene 1 til 9, k a r a k'-terisert ved at" den elektroniske operasjonsforsterker (20) er forbundet med en kontaktløs, elektronisk effektkrets for styring av den elektriske belastning (67).

11. Anordning i samsvar med et av kravene 1 til 10, karakterisert ved at den elektroniske operasjonsforsterker (20) er forsynt med en tilbakekobling fra sin utgangsside (44) til punktet (21) i sin ikke-inverterende inngangskrets, hvor koblings- - elementene består av en eller flere motstander (71 og 72).

12. Anordning i samsvar med .et av kravene 1 til 11, karakterisert ved at den elektroniske operasjonsforsterker (20) med den tilhørende inngangskrets er avstemt på slik måte at det, ved varierende driftsforhold, oppstår ulike, elektriske potensialer forskjellig fra null, mellom forsterkerutgangssiden (44) og likestrømkildens plusspol.

13- ' Anordning i samsvar med et av kravene 1 til 12, k a r a k - terisert ved et tidsrelé som styres av operasjonsforsterkeren og utkobler prosessen, hvorved det er valgt en tidsforsinkelse som er tilstrekkelig for innregulering av prosessen.

14. Anordning i samsvar med et av kravene 1 til 13, karakterisert ' ved en innkoblet bærefrekvens som, ved frekvensmodulering og/eller amplitydemodulering, gjør signalene egnet for fjernoverføring.