RU2094794C1 - Газоанализатор - Google Patents
Газоанализатор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2094794C1 RU2094794C1 RU94002465A RU94002465A RU2094794C1 RU 2094794 C1 RU2094794 C1 RU 2094794C1 RU 94002465 A RU94002465 A RU 94002465A RU 94002465 A RU94002465 A RU 94002465A RU 2094794 C1 RU2094794 C1 RU 2094794C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- output
- input
- voltage source
- gas
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Использование: количественное определение фтора. Сущность изобретения: газоанализатор содержит источник напряжения, твердоэлектролитный чувствительный элемент с электродами и нагревателем, подключенным к выходу регулятора температуры, усилитель, блок индикации и мультиплексор, он снабжен также двумя сумматорами, блоком деления, блоком памяти, блоком управления и блоком линеаризации, а источник напряжения выполнен в виде источника постоянного напряжения и генератора. В качестве материала газочувствительного слоя чувствительного элемента, выполненного тонкопленочным, использован твердый раствор на основе трифторида лантана, легированный дифторидом стронция с концентрацией 4,35 - 9,64 мол.%. Толщина газочувствительного слоя составляет 0,12-0,72 мкм. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для количественного определения содержания фтора и фтористого водорода в воздухе или ином газе.
В газоанализаторах широкое распространение получили электрохимические чувствительные элементы в виде пленочного твердоэлектролитного газочувствительного слоя, нанесенного на подложку, с обратной стороны снабженную нагревателем (см. патент США N 4338281, G 01 N 27/04, 1982).
Чувствительный элемент обычно выполняется с контактами, включенными в цепь источника постоянного напряжения. Проводимость газочувствительного слоя зависит от концентрации фтора в окружающей среде. Нагреватель подключается к блоку питания (см. патент США N 5104513, G 01 N 27/407, 1992).
Однако, использование подобных чувствительных элементов для анализа фтора затруднено их низким быстродействием (времена отклика и релаксации измеряются минутами и даже десятками минут).
Кроме того, к недостаткам известного газоанализатора следует отнести нелинейность, узкий динамический диапазон, недостаточную точность вследствие сильного влияния влажности и скорости потока воздуха на показания прибора.
Наиболее близким к предложенному газоанализатору является прибор, описанный в ЕПВ N 0421672, G 01 N 27/406, 1990. Это устройство содержит источник напряжения, чувствительный элемент в виде циркониевой подложки с пористыми электродами и нагревателем, подключенным к выходу регулятора температуры, датчики температуры и давления, два мультиплексора, усилитель, делитель напряжения, аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, блок индикации и центральный процессор.
Этому газоанализатору свойственны все вышеперечисленные недостатки, кроме нелинейности: линеаризация характеристики осуществляется в процессоре. Однако наличие процессора и двух преобразователей приводит к усложнению устройства и дополнительному снижению точности.
Таким образом техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение быстродействия, точности и линейности газоанализатора, а также расширение его динамического диапазона при сохранении простоты и надежности в работе.
Указанный результат достигается тем, что известный газоанализатор, содержащий источник напряжения, твердоэлектролитный чувствительный элемент с электродами и нагревателем, подключенным к выходу регулятора температуры, усилитель, блок индикации и мультиплексор, снабжен двумя сумматорами, блоком деления, блоком памяти, блоком управления и блоком линеаризации, источник напряжения выполнен в виде источника постоянного напряжения и генератора, при этом выходы источника постоянного напряжения и генератора подключены к информационным входам мультиплексора, выходы которого соединены со входами первого сумматора, выход которого соединен со входом питания чувствительного элемента, выход которого соединен со входом усилителя, выход которого подключен к первому входу второго сумматора и информационному входу блока памяти, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора и первым входом блока деления, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, выход блока деления соединен со входом блока линеаризации, выход которого соединен с информационным входом блока индикации, а выходы блока управления подключены к соответствующим входам мультиплексора, блока индикации и блока памяти.
Целесообразно также второй информационный вход блока индикации соединить с выходом блока деления.
При этом усилитель может быть выполнен с выходным синхронным детектором, вход синхронизации которого подключен к тактовому выходу генератора.
Кроме того соединение выходов усилителя и синхронного детектора с объединенными входами второго сумматора и блока памяти может быть осуществлено через второй мультиплексор, вход управления которого соединен с соответствующим выходом блока управления.
Можно также четвертый выход блока управления подключить к управляющему входу блока линеаризации.
Кроме того, в качестве материала газочувствительного элемента, выполненного тонкопленочным, использован твердый раствор на основе трифторида лантана, легированный дифторидом стронция с концентрацией 4,35 9,64 мол.
И, наконец, толщина газочувствительного слоя может составлять 0,12-0,72 мкм.
На чертеже представлена функциональная схема газоанализатора, который включает источник 1 постоянного напряжения, генератор 2 переменного напряжения и\или импульсов, мультиплексор 3, сумматор 4, регулятор 5 температуры, чувствительный элемент 6, регулятор 7 побудителя смеси 8, усилитель 9, блок 10 деления, сумматор 11 (блок вычитания), блок 12 памяти, блок 13 линеаризации, блок 14 индикации и блок 15 управления. Усилитель 9 может быть также выполнен с выходным синхронным детектором 16, обеспечивающим работу последующих блоков на постоянном токе. Переключение осуществляется мультиплексором 17. Показаны два выхода генератора 2, хотя их может быть и больше: генератор 2 формирует напряжения различной частоты.
Коэффициент передачи блока 13 зависит от входного сигнала таким образом, чтобы устранить нелинейность зависимости последнего от содержания фтора в анализируемой смеси. Блок 13 может быть выполнен в виде кусочно-линейного аппроксиматора, обратного логарифмического преобразователя или последовательно соединенных цифро-аналогового преобразователя, дешифратора и аналого-цифрового преобразователя.
Выполнение остальных блоков устройства может быть таким же как в известном газоанализаторе или других аналогичных приборах. В частности, блок 15 может быть выполнен автоматическим или полуавтоматическим, так что переключение режима работы мультиплексора 3, синхронизация блока 12, синхронизация и\ или вывод информации о режиме в блоке 14 и переключение или подстройка блока 13 производится оператором с помощью соответствующего пульта или просто набора тумблера и регуляторов.
В отличие от известных чувствительных элементов, в предложении газочувствительный слой представляет собой тонкую пленку, напыленную на подложку в вакууме.
Газоанализатор работает следующим образом.
Анализируемая смесь побудителем 8 подается на элемент 6, на поверхности которого происходит разложение фтора или фтористого водорода. При этом в твердом электролите возникают фтор-ионы, дрейфующие под действием приложенного напряжения к положительному электроду. В результате величина тока в цепи источника 1 и/или генератора 2 является мерой содержания фтора в смеси.
На выходе элемента 6 устанавливается преобразователь тока в напряжение (или напряжения в ток, если запитка элемента 6 осуществляется стабильным током). В отличие от известных приборов, питание элемента 6 может осуществляться не только постоянным или высокочастотным сигналом или суммой переменного и постоянного напряжений (в последнем случае амплитуда переменного сигнала составляет 0,1-0,8 от величины постоянного).
В блоке 12 хранится нулевое значение выходного сигнала усилителя 11 (в отсутствие фтора в анализируемой смеси), фиксируемое блоком 12 по сигналу с выхода блока 15. Установка нулевого значения может производиться один раз за смену или каждый раз перед замером. В качестве блока 12 можно воспользоваться блоком выборки-хранения или последовательно соединенными цифро-аналоговым преобразователем, регистром и аналого-цифровым преобразователем. При этом тактовый вход регистра соединяется с управляющим входом блока 12.
В блоке 11 из текущего информационного сигнала вычитается упомянутый нулевой сигнал, а в блоке 10 полученная разность делится на нулевой сигнал. Частное от деления поступает на вход блока 13 или непосредственно на вход блока 14 (как правило, это целесообразно при запитке элемента 6 переменным напряжением или в случае отсутствия информации о градуировочной зависимости в блоке 13).
Описанная схема преобразования информационного сигнала обеспечивает расширение динамического диапазона и линеаризацию выходного сигнала простейшими средствами. В то же время, использование поочередной запитки постоянным и переменным напряжениями, только переменного напряжения или применение смешанного сигнала позволяет отстроиться от ряда мешающих факторов, в частности нестабильности электродных потенциалов, а также получить дополнительную информацию, которая может быть использована для повышения точности и достоверности результата измерения, например, путем усреднения замеров в блоке 14.
При этом мультиплексор 17 обеспечивает переход от одного режима к другому (на переменном токе используется выход детектора 16, а на постоянном - усилителя 9).
Реализации указанных преимуществ, а также повышению чувствительности и, главное, быстродействия газоанализатора способствует также вышеописанный выбор материала газочувствительного слоя элемента 6. При этом достигается высокая фтор-ионная проводимость по вакансионному механизму и низкая температура плавления подрешетки фтора (80-120oC). Снижение же рабочей температуры элемента 6 позволяет не только упростить устройство и уменьшить потребление энергии, что весьма важно для носимых приборов с автономными источниками питания, но и снизить влияние нестабильности расхода анализируемой смеси.
Экспериментальная проверка показала, что прибор способен измерять концентрацию фтора от 0.1 до 1000,0 ppm, причем время установления составляет 180 с, а время релаксации не превышает 5 мин при концентрации фтористого водорода 0,5 ppm без учета транспортного запаздывания.
Claims (5)
1. Газоанализатор, содержащий источник напряжения, твердоэлектролитный чувствительный элемент с электродами и нагревателем, подключенным к выходу регулятора температуры, усилитель, блок индикации и мультиплексор, отличающийся тем, что он снабжен двумя сумматорами, блоком деления, блоком памяти, блоком управления и блоком линеаризации, источник напряжения выполнен в виде источника постоянного напряжения и генератора, при этом выходы источника постоянного напряжения и генератора подключены к информационным входам мультиплексора, выходы которого соединены с входами первого сумматора, выход которого соединен с входом питания чувствительного элемента, выход которого соединен с входом усилителя, выход которого подключен к первому входу второго сумматора и к информационному входу блока памяти, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и первым входом блока деления, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, выход блока деления соединен с входом блока линеаризации, выход которого соединен с информационным входом блока индикации, а выходы блока управления подключены к соответствующим входам мультиплексора, блока индикации и блока памяти.
2. Газоанализатор по п.1, отличающийся тем, что второй информационный вход блока индикации соединен с выходом блока деления.
3. Газоанализатор по п.1, отличающийся тем, что четвертый выход блока управления подключен к управляющему входу блока линеаризации.
4. Газоанализатор по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала газочувствительного слоя чувствительного элемента, выполненного тонкопленочным, использован твердый раствор на основе трифторида лантана, легированный дифторидом стронция с концентрацией от 4,35 до 9,64 мол.
5. Газоанализатор по п. 4, отличающийся тем, что толщина газочувствительного слоя составляет 0,12 0,72 мкм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94002465A RU2094794C1 (ru) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | Газоанализатор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94002465A RU2094794C1 (ru) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | Газоанализатор |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94002465A RU94002465A (ru) | 1996-01-20 |
RU2094794C1 true RU2094794C1 (ru) | 1997-10-27 |
Family
ID=20151708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94002465A RU2094794C1 (ru) | 1994-01-24 | 1994-01-24 | Газоанализатор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2094794C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2502065C1 (ru) * | 2012-06-19 | 2013-12-20 | Юрий Николаевич Николаев | Способ анализа состава газовых смесей и газоанализатор для его реализации |
-
1994
- 1994-01-24 RU RU94002465A patent/RU2094794C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент США N 5104513, кл. G 01 N 27/407, 1992. Патент ЕПР N 0421672, кл. G 01 N 27/406, 1990. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2502065C1 (ru) * | 2012-06-19 | 2013-12-20 | Юрий Николаевич Николаев | Способ анализа состава газовых смесей и газоанализатор для его реализации |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8030942B2 (en) | Method and apparatus for providing stable voltage to analytical system | |
US3922598A (en) | Hematocrit measurements by electrical conductivity | |
JPS634660B2 (ru) | ||
Greef | An automatic ellipsometer for use in electrochemical investigations | |
US4152233A (en) | Apparatus for electrochemical gas detection and measurement | |
Bongenaar et al. | A high-precision network analyzer system for the measurement of the electrode impedance of both stationary and non-stationary electrode, with special attention to the dropping mercury electrode | |
US3635681A (en) | Differential conductivity-measuring apparatus | |
EP0145073B1 (en) | Gas analysis apparatus | |
RU2094794C1 (ru) | Газоанализатор | |
US4321544A (en) | Method and improved apparatus for obtaining temperature-corrected readings of ion levels and readings of solution temperature | |
RU2094792C1 (ru) | Твердоэлектролитный анализатор | |
RU2094791C1 (ru) | Калибруемый твердоэлектролитный анализатор | |
Frazzini et al. | A digital integrator for controlled-potential coulometry | |
WO1983001687A1 (en) | Pulsed electro-analysis | |
JPH02128155A (ja) | 酸素センサ | |
WO1985000659A1 (en) | Measuring an extended range of air fuel ratio | |
RU2188411C1 (ru) | Способ измерения активности ионов в растворах и устройство для его осуществления | |
JP4141098B2 (ja) | ガスセンサ | |
SU911300A1 (ru) | Способ переменнотокового пол рографического анализа | |
SU1599752A1 (ru) | Способ Блаженко-Дубовского измерени химического состава среды и устройство дл его осуществлени | |
SU787978A1 (ru) | Способ пол рографического анализа | |
JPS59217150A (ja) | 酸素イオン導電性固体電解質を用いた限界電流式酸素センサの検出回路 | |
SU1763965A1 (ru) | Устройство дл электрохимического анализа | |
RU1784907C (ru) | Способ измерени парциального давлени кислорода | |
SU682807A1 (ru) | Дилатометр |