PL65922B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 15. XI. 1972 65922 KI. 421,4/16 MKP GOln 31/00 CZYTELNIA U£*8j Ptjlenloweoo rtttlil kutwil'&i ! Twórca wynalazku: Stanislaw Leskiewicz Wlasciciel patentu: Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanislawa Staszica, Kraków (Polska) Akustyczny analizator stezenia gazu Przedmiotem wynalazku jest akustyczny analiza¬ tor wartosci stezenia gazu w mieszaninie gazów, pracujacy na zasadzie pomiaru róznicy predkosci rozchodzenia sie dzwieku w gazach, znajdujacy za¬ stosowanie w zakladach przemyslowych, zwlaszcza do wykrywania gazów szkodliwych dla zdrowia lub stwarzajacych niebezpieczenstwo wybuchu.Dotychczas znane sa róznego typu analizatory ste¬ zenia gazu, takie, jak analizatory objetosciowe, ma- nometryczne, termochemiczne, elektrochemiczne, mechaniczne, termiczne, optyczne i akustyczne. Du¬ za ich róznorodnosc swiadczy o trudnosci skontru- owania analizatora uniwersalnego, odznaczajacego sie duza dokladnoscia, zwlaszcza przy pomiarze ma¬ lych stezen. Analizatory te maja szereg wad, do których nalezy skomplikowana i delikatna apara¬ tura, ulegajaca czesto uszkodzeniom w czasie bar dan, duza wrazliwosc na zmiany cisnienia, wilgot¬ nosci i temperatury a ponadto mala dokladnosc uzyskanych wyników pomiaru i duzy blad pomiaru przy malych stezeniach gazu.Znany akustyczny analizator gazowy, zawiera pasmowe zródlo drgan akustycznych, umieszczone w cylindrycznej komorze rezonatora, usytuowanej prostopadle do zródla drgan. Analizator jest wypo¬ sazony we wskaznik dla pomiaru wartosci stezenia gazu, pracujacy w ukladzie mostkowym.Rezonator wytwarza czestotliwosc, której wartosc jest zalezna od predkosci rozchodzenia sie dzwieku w badanym gazie. Wada tego analizatora jest 10 15 20 25 ksztalt komory rezonatora, poprzecznie usytuowanej dla kierunku przeplywu gazu, co jest niekorzystne z uwagi na niezupelne wypelnienie komory gazem.Niedogodnoscia analizatora jest równiez i to, ze dla dokonania odczytu, wymaga on recznej manipulacji przy zmianie opornosci i pojemnosci mostka. Po¬ nadto pomiar malych stezen gazu jest obarczony duzym bledem, wynikajacym ze zmian wilgotnosci atmosferycznej.Inny znany analizator akustyczny sklada sie z dwóch komór, oddzielonych od siebie membrana mikrofonu, z których komora z gazem porównaw¬ czym jest komora zamknieta, natomiast komora z gazem badanym jest zaopatrzona w doplyw i od¬ plyw gazu. Obie komory sa wyposazone w termo- fony, polaczone z generatorem pradu zmiennego.Analizator ten wykazuje duze bledy, spowodowane zmianami wilgotnosci w powietrzu, w zwiazku z czym zwlaszcza przy malych stezeniach badanego gazu, jego przydatnosc jest ograniczona.Celem wynalazku jest uzyskanie duzej doklad¬ nosci pomiarów w zakresie malych stezen gazów.Cel ten zostal osiagniety w analizatorze stezenia gazów wedlug wynalazku, zawierajacym dwie ko¬ mory, zaopatrzone w przewody doprowadzajace i odprowadzajace gazy, przy czym kazda z komór jest wyposazona w przeksztaltnik sinusoidalnego pradu elektrycznego o akustycznej czestotliwosci na drgania akustyczne oraz w przeksztaltnik drgan akustycznych na sinusoidalny prad elektryczny. 6592265922 Przeksztaltniki pradu sa polaczone poprzez tran¬ sformator i wzmacniacz tranzystorowy z generato¬ rem drgan sinusoidalnych, a przeksztaltniki drgan akustycznych sa polaczone poprzez tranzystorowe wzmacniacze z sumujacym transformatorem i wzmacniaczem mocy, który jest polaczony ze wskaznikiem wartosci stezenia. W obwód wzmac¬ niacza mocy jest wlaczony opornik kompensacyjny, umieszczony w komorze z badanym gazem. Ponadto analizator jest wyposazony w wyrównywacz tem¬ peratury gazów, doprowadzanych do komór.Analizator stezenia gazów wedlug wynalazku od¬ znacza sie duza dokladnoscia zarówno przy badaniu duzych jak i malych stezen, rzedu ulamka procentu, poniewaz wyniki pomiaru nie zaleza od cisnienia atmosferycznego ani od wilgotnosci, a uchyb tempe¬ raturowy moze byc kompensowany nawet do zera.Ponadto zaleta analizatora jest jego prosta budowa i latwa obsluga.Analizator stezenia gazów wedlug wynalazku jest uwidoczniony w przykladowym wykonaniu na ry¬ sunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ide¬ owy analizatora, fig. 2 — wykres ilustrujacy prze¬ bieg napiecia w uzwojeniu pierwotnym sumujacego transformatora, przekazanego z przeksztaltnika w komorze z gazem porównawczym, fig. 3 — ana¬ logiczny wykres, dotyczacy napiecia, przekaza¬ nego z przeksztaltnika w komorze z gazem ba¬ danym, a fig. 4 — wykres, ijustrujacy przebieg na¬ piecia w uzwojeniu wtórnym sumujacego transfor¬ matora.Analizator zawiera dwie komory 1 i 2, z których porównawcza komora 1 jest przeznaczona dla gazu lub mieszaniny gazów, bez, lub o stalej zawartosci okreslanego skladnika, przy czym gaz ten stanowi odniesienie w stosunku do oznaczanego gazu (fig. 1).W komorze 2 znajduje sie badana mieszanina ga¬ zowa, zawierajaca gaz, którego stezenie oznacza sie w analizatorze oraz gaz porównawczy taki sam jak w komorze 1. Komory 1 i 2 maja sciany wyposazone w izolacje akustyczna na przyklad filcu lub gumy.Komory 1 i 2 sa polaczone z przewodami 3 i 4, doprowadzajacymi gazy oraz z przewodami 5 i 6, odprowadzajacymi gazy z komór 1 i 2. Doprowa¬ dzajace przewody 3 i 4 sa w poczatkowej swej czesci uksztaltowane w wezownice 7, które sa umieszczone w pojemniku 8, zawierajacym ciecz o dobrej przewodnosci cieplnej, stanowiacym wy¬ równywacz temperatury obu gazów.Ponadto przewody 3 i 4 oraz 5 i 6 sa zaopatrzone w zawory 9, sterowane na przyklad elektromagne¬ tycznie. Przewody 3 i 4, doprowadzajace gazy do ko¬ mór 1 i 2 sa polaczone z tloczacymi pompami 10, na¬ pedzanymi silnikiem 11. Przewody 5 i 6 odprowadza¬ jace gazy sa zaopatrzone u wylotów w siatki dru¬ ciane, zabezpieczajace przewody przed zanieczy¬ szczeniem. Wewnatrz komór 1 i 2 sa zainstalowane przeksztaltniki 12 pradu sinusoidalnego o czestotli¬ wosci akustycznej, na drgania akustyczne, na przy¬ klad miniaturowe glosniki, oraz przeksztaltniki 13 drgan akustycznych na sinusoidalny prad elektrycz¬ ny, na przyklad sluchawki radiowe lub telefoniczne.Przeksztaltniki 12 pradu sa polaczone z tranzy¬ storowym generatorem 14 drgan sinusoidalnych po¬ przez tranzystorowy wzmacniacz 15 i transforma¬ tor 16. Przeksztaltniki 13 drgan akustycznych sa po¬ laczone poprzez tranzystorowe wzmacniacze 17 z sumujacym transformatorem 18. Wzmacniacze 17 sa zbudowane na tranzystorach, z potencjometrycz- 5 nie regulowanymi wzmocnieniami. Wzmocnienie wzmacniaczy 17 zmienia sie przy skalowaniu tak, aby przy stezeniu badanego gazu, równym zero, na¬ piecie na wyjsciu analizatora bylo równiez równe zero. 10 Wzmaczniacze 17 sa polaczone z sumujacym trans¬ formatorem 18 w ten sposób, ze ich sygnaly wyjscio¬ we sa dodawane i na wyjsciu wtórnego uzwojenia transformatora 18 powstaje sygnal sinusoidalny o zmiennej amplitudzie w funkcji kata przesuniecia 15 fazowego, a tym samym w funkcji stezenia gazu.Z uzwojeniem wtórnym transformatora 18 jest po¬ laczony tranzystorowy wzmacniacz mocy 19, z kom¬ pensacyjnym opornikiem 20, kompensujacym uchyb temperaturowy, umieszczonym w komorze 2 z ba- 20 danym gazem. Wzmacniacz 19 jest polaczony z wol¬ tomierzem 21, który ma wyprowadzone kon¬ cówki dla ewentualnego polaczenia z rejestrem lub przekaznikami, sygnalizujacymi przekro¬ czenie dopuszczalnej wartosci stezenia analizo- 25 wanego gazu. Pomiedzy wzmacniaczem 19 a wol¬ tomierzem 21 jest wlaczony w obwód wylacznik 22, sluzacy do wylaczania woltomierza 21 w okresach wtlaczania gazów do komór 1 i 2. Ponadto analiza¬ tor jest wyposazony w zegarowy mechanizm 24, po- 30 laczony z silnikiem 11, zaworami 9 oraz wylaczni¬ kiem 22, którymi steruje w czasie przeprowadzania badania stezenia gazu.Pomiar stezenia gazu przy uzyciu analizatora we¬ dlug wynalazku odbywa sie w ten sposób, ze zega- 35 rowy mechanizm 24 otwiera wylacznik 22 oraz za¬ wory 9, przy czym uruchamia silnik 11, napedza¬ jacy tloczace pompy 10. Do porównawczej komory 1 zostaje wtloczony przewodem 3 gaz porównawczy, a do komory 2 przewodem 4 gaz badany. Przy ba- 40 daniu stezenia gazów trujacych lub wybuchowych, wystepujacych w mieszaninie z powietrzem, jako gaz porównawczy stosuje sie powietrze czyste, nie- zanieczyszczone, wówczas wyeliminowany zostaje blad wynikajacy ze zmian wilgotnosci atmosfe- 45 rycznej.Wtlaczane do komór 1 i 2 gazy przeplywaja przez wezownice 7, umieszczone w pojemniku 8 z ciecza o dobrej przewodnosci, na przyklad z woda, uzy¬ skujac jednakowa temperature. Temperatura ta 50 w czasie pomiaru moze ulegac zmianom, przy czym te jednoczesne zmiany temperatury obu gazów sa kompensowane nawet do zera przez zastosowanie kompensacyjnego opornika 20. Po wprowadzeniu gazów do komór 1 i 2 mechanizm 24 wylacza silnik 55 11 i zLmyka zawory 9. Nastepnie zamyka sie wylacz¬ nik 212, który poowduje wylaczenie woltomierza 21 oraz ewentualny rejestrator wzglednie przekazniki, wskazujace stezenie badanego gazu.Czynnosci powyzsze powtarza sie w odstepach 60 jedno-minutowych, co upodabnia pomiar do po¬ miaru ciaglego.Wyznacznnie stezenia gazów za pomoca analiza¬ tora wedlug wynalazku, dokonuje sie na drodze po¬ miaru róznicy czasów przebiegu fal akustycznych 65 w komorach 1 i 2, posrednio poprzez pomiar kata65922 przesuniecia fazowego przebiegów elektrycznych, sumowanych w transformatorze 18. W zaleznosci od stezenia gazu, rózna jest predkosc rozchodzenia sie fal akustycznych w komorze 2 z badanym gazem, a tym samym inny czas przebiegu fali akustycznej, w wyniku czego nastepuje przesuniecie fazowe sy¬ gnalów elektrycznych w przeksztaltnikach 13, na przyklad sluchawkach. Róznice czasów przebiegu fal, wynoszace kilkadziesiat mikrosekund, sa male, jesli chodzi o ich wartosc bezwzgledna, natomiast róznice te sa znaczne w porównaniu z okresem przebiegu sinusoidalnego pradu elektrycznego, o czestotliwosci rzedu kilku kiloherców.Predkosc rozchodzenia sie fal akustycznych wy¬ raza sie nastepujacym wzorem: V = / ^ V3 gdzie: V oznacza P i" T R predkosc rozchodzenia sie dzwieku cieplo wlasciwe przy stalym ci¬ snieniu cieplo wlasciwe przy stalej obje¬ tosci cisnienie gazu mase wlasciwa gazu mase czasteczkowa gazu temperature bezwzgledna gazu w stopniach Kelwina stala gazowa z równania stanu ga¬ zu doskonalego stala dla danego rodzaju gazu Do przeksztaltników 12 pradu sa podawane na¬ piecia, przesuniete wzgledem siebie o kat cp, równy 180°, w wyniku czego przy stezeniu gazu, równym zero, woltomierz 21 wskazuje zero. Powstajace pod¬ czas pomiaru w uzwojeniach pierwotnych sumu¬ jacego transformatora 18 napiecia, dochodzace z przeksztaltników 13, wyrazone sa nastepujacymi wzorami: Ui = sin cot, gdzie Vi jest napieciem z prze¬ ksztaltnika 13 w komorze 1 z gazem porównaw¬ czym. Przebieg tego napiecia ilustruje wykres na fig. 2.U2 = —sin (cot — cp), gdzie U2 jest napieciem z przeksztaltnika 13 w komorze 2 z gazem badanym. 10 15 20 30 35 Przebieg tego napiecia przedstawia wykres na fig. 3, przy czym linia ciagla jest oznaczone napiecie U'2 gdy kat przesuniecia fazowego cp = 0, a linia prze¬ rywana napiecie U"2, gdy cp 4= 0. cp = co At = co (ti —t2), gdzie ti — czas przebiegu fali akustycznej w gazie po¬ równawczym t2 — czas przebiegu fali akustycznej w gazie ba¬ danym.Napiecie wypadkowe w uzwojeniu wtórnym trans¬ formatora 18 jest suma napiec U^-i U2 i wyraza sie wzorem: U, 2 sin* cos (co t — ~~ 2 2 50 Przebieg tego napiecia ilustruje wykres na fig. 4.Ze wzoru powyzszego wynika, ze amplituda 2 sin-|£— wypadkowego napiecia U3 zalezy od kata przesu¬ niecia fazowego cp, zaleznego od stezenia gazu. PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Akustyczny analizator stezenia gazu, zawiera¬ jacy dwie komory z gazem porównawczym i gazem badanym, znamienny tym, ze komora (1) z gazem porównawczym i komora (2) z gazem badanym, sa wyposazone w przeksztaltniki (12) pradu oraz w przeksztaltniki (13) drgan akustycznych, przy czym przeksztaltniki (12) pradu sa polaczone po¬ przez transformator (16) i tranzystorowy wzmac¬ niacz (15) z generatorem (14) drgan sinusoidalnych, a przeksztaltniki (13) drgan akustycznych sa pola¬ czone poprzez tranzystorowe wzmacniacze (17) z su¬ mujacym transformatorem (18) i wzmacniaczem (19) mocy, który jest polaczony za posrednictwem wy¬ lacznika (22) z woltomierzem (21) i rejestratorem lub przekaznikami sygnalizacyjnymi. 2. Analizator wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w obwód wzmacniacza mocy (19) jest wlaczony kompensacyjny opornik (20), umieszczony w komo¬ rze (2) z badanym gazem. 3. Analizator wedlug zastrz. 1 i 2 znamienny tym, ze jest wyposazony w pojemnik (8), zawierajacy ciecz o dobrej przewodnosci cieplnej, w której sa umiesz¬ czone, uksztaltowane w wezownice (7), przewody (3) i (4), doprowadzajace gazy do komory (1) z gazem porównawczym i do komory (2) z gazem badanym. Errata Na stronie 2, w lamie 4 wiersz 22 od góry jest: polaczenia z rejestrem powinno byc: polaczenia z rejestratorem Na stronie 2, w lamie 4 wiersz 56 od góry jest: powoduje wylaczenie woltomierza 21 powinno byc: powoduje wlaczenie woltomierza 21 na stronie 3, w lamie 5 we wzorze jest: powinno byc: V = Cp P - H* R • T Cp_ Cv P ' E R • T = A]/tKI. 421, 4/16 65922 MKP GOln 31/00 u m & Fig.

2. Fig.

3. «M - t —- i Fig.

4. KZG 1, z. 279/72 — 210 Cena zl 10.— PL PL