RU9971U1 - Газоанализатор - Google Patents

Abstract

Газоанализатор кислорода, содержащий первичный преобразователь в составе твердоэлектролитной измерительной ячейки со встроенным в нее измерителем абсолютной температуры, промежуточный преобразователь в составе преобразователя напряжения ячейки и преобразователя напряжения измерителя абсолютной температуры и измерительный преобразователь в составе делительного устройства, к которому подключены преобразователь напряжения ячейки и преобразователь напряжения измерителя абсолютной температуры, отличающийся тем, что измерительный преобразователь, представляющий собой программируемую структуру, содержит блок суммирования с константой, блок умножения на постоянный коэффициент, блок вычитания константы, блок условного перехода, блок вычисления заданной функции и блок вычисления продолжения заданной функции, причем выход преобразователя напряжения ячейки соединен с первым входом делительного устройства, ко второму входу которого подсоединен выход блока умножения на постоянный коэффициент, вход которого соединен с преобразователем напряжения измерителя абсолютной температуры, выход делительного устройства подключен к входу блока вычитания константы и к входу блока условного перехода, выход блока вычитания константы подключен к управляющему входу блока условного перехода, один выход которого присоединен к блоку вычисления заданной функции, другой вход - к блоку вычисления продолжения заданной функции.

Description

; i-f,c(jG О I N27/46

ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам измерения концентрации кислорода с помощью ионселективных твердоэлектролитных ячеек в печах парогенераторов тепловых электростанций, в металлургических печах, обжиговых печах огнеупорного производства , в порошковой металлургии, кислородных станциях, заводах по производству инертных газов и др.

Известен газоаннализатор с первичным преобразователем в составе твердоэлектролитной чувствительной ячейки ( патент Франции N 1515109, кл. GOID 1/00 , GOIN 27/00, опубл. 1аб7 г. ). ЭДС твердоэлектролитной ячейки зависит от парциального давления кислорода в анализируемом газе и температуры.

Недостаток данного газоанализатора состоит в том,что изменение температуры анализируемого газа на каждые ± может вызвать погрешность измерения парциального давления или концентрации кислорода от 3 до 49 % объемных для различных величин измеряемых концентраций.

Известен также газоанализатор кислорода ( патент Франции N 1567031, кл. GOI/D 1/00, GOIN 27/00, опубл. 1989 г. ), содержащий первичный преобразователь в составе твердоэлектролитной измерительной ячейки со встроенным в нее измерителем абсолютной температуры, промежуточный преобразователь в составе преобразователя напряжения ячейки и преобразователя напряжения измерителя абсолютной температуры и измерительный преобразователь в составе делительного устройства, к которому подключены преобразователь напряжения ячейки и преобразователь напряжения измерителя абсолютной температуры, в котором влияние изменения температуры анализируемого газа на показания газоанализатора корректируется с помощью делительного устройства, осуществляющего операцию деления ЭДС твердоэлектролитной ячейки на электрическое напряжение, пропорциональное ЭДС термопара.

Недостаток данного газоанализатора состоит в том, что в нем верхним пределом измерения концентрации кислорода является только значение концентрации кислорода в эталонном газе, т.е. верхний предел измерения не может быть больще или меньше концентрации кислорода в эталонном газе. Если же необходимо измерить концентрацию кислорода от 100% и меньше, то нижний предел не может быть меньше или больше концентрации кислорода в эталонном газе.

G 0 I К7/02

G 0 I R15/08

УДК 543. 272. 08 (068. 8)

Недостаток данного газоанализатора состоит также в том, что в соответствии с уравнением Нернста, принципом измерения и логарифмическим характером зависимости ЭДС твердоэлектролитной ячейки от концентрации кислорода в анализируемом газе, он имеет нелинейную градуировочную характеристику и обусловленную этим погрешность от нелинейности измерений из-за отклонения значения чувствительности в любой точке графика градуировочной характеристики .от среднего значения чувствительности в выбранном диапазоне измерения.

Кроме того, в известном газоанализаторе не предусмотрен выходной унифицированный сигнал (0-10 Вольт или 0-5 миллиАмпер). Это исключает его использование в системах автоматического контроля в соответствии с требованиями государственной системы приборов.

В основу изобретения положена задача отказаться от конструирования и изготовления измерительного преобразователя для твердоэлектролитной измерительной ячейки ( из диоксида циркония) и использовать в качестве такового серийно выпускаемый структурно-программируемый микропроцессорный прибор (например, ПРОТАР или РЕМИКОНТ), обеспечив при этом возможность измерения концентрации кислорода в любом выбранном диопазоне, линейность показаний и унифицированный выходной сигнал.

Поставленная задача решается тем, что в газоанализаторе кислорода , содержащем первичный преобразователь в составе твердоэлектролитной измерительной ячейки со встроенным в нее измерителем абсолютной температуры, промежуточнный преобразователь в составе преобразователя напряжения ячейки и преобразователя напряжения измерителя абсолютной температуры и измерительный преобразователь в составе делительного устройства, к которому подключены преобразователь напряжения ячейки и преобразователь напряжения измерителя абсолютной температуры, измерительный преобразователь , представляющий собой программируемую структуру, содержит блок суммирования с константой , блок умножения на постоянный коэффициент, блок вычитания константы, блок условного перехода, блок вычисления заданной функции и блок вычисления продолженния заданной функции , причем выход преобразователя напряжения ячейки соединен с первришым входом делительного устройства, ко второму входу которого подсоединен выход блока умножения на постоянный коэффициент , вход которого подключен к выходу блока суммирования с константой , вход которого соединен с преобразователем напряжения измерителя абсолютной температуры, выход делительного устройства подключен к входу блока вычитания константы и к входу блока условного перехода, выход блока вычитания константы подключен к управляющему входу блока условного перехода , один выход которого присоединен к блоку вычисления заданной функции, другой выход - к блоку вычисления продолжения заданной функции.

Использование в предлагаемом газоанализаторе микропроцессорной элементной базы серийно выпускаемых структурно программируемых приборов позволяет

изготовить автоматический газоанализатор на основе твердоэлектролитной измерительной ячейки, в котором неразрывно соединены все необходимые .операции для измерения концентрации кислорода с требуемой точностью и обеспечением массового контроля недожега топлива на теплоагрегатах ГРЭС, ТЭЦ, котельных и т. д. ;

получение требуемой измерительной структурной охемы с помощью кнопочных замыкателей и цифрового индикатора;

обеспечение программируемости структурной охемы в полном соответствии с теми преобразованиями сигнала твердорэлектролитной ячейки, которые позволяют вычислить измеряемую концентрацию кислорода непосредственно и получить на выходе унифицированный линейный сигнал , соответствующий этой концентрации, в требуемом диапазоне измерения, не зависящий от изменения температуры газа;

высокая точность установки и воспроизводимость параметров настройки, вычислений, аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования;

сохраняемость запрограммированной информации при отключении напряжения питания;

резервное питание оперативного запоминающего устройства. Таким образом совокупностью признаков заявляемого технического решения обеспечивается:

1.Независимость показан§ий газоанализатора от изменения температуры анализируемого газа.

2.Линейность показаний газоанализатора от измеряемой концентрации кислорода.

3.Получение унифицированного выходного сигнала газоанализатора, который может быть использован не только для контроля, но и для автоматического управления технологическим процессом горения, газоинертной защитой и т. д,

4.Простая переналадка измерительных преобразователей на другой диапазон измерения и простое подключение.

В настоящее время в науке и технике не имеется технических решений, содержащих совокупность отличительных (от прототипа) признаков заявляемого технического рещения, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения существенные отличия.

На фиг. 1 представлена блочно-функциональная схема газоанализатора.

Газоанализатор содержит первичнный преобразователь 1, состоящий из твердозлектролитной измерительной ячейки 4 и встроенного в нее измерителя 5 абсолютной температуры (например термопары-), промежуточный преобразователь 2, состоящий из преобразователя 6 напряжения ячейки 4 и преобразователя 7 напряжения измерителя 5 абсолютной температуры, и измерительный преобразователь 3, состоящий из делительного устройства 8, блока 9 суммирования с константой , блока 10 умножения на постоянный козффициент , блока 11 вычитания константы, блока 12 условного перехода , блока 13 вычисления заданной функции и блока 14 вычисления продолженной заданной функции.

Газоанализатор работает следующим образом.

В качестве блока 13 используется блок кусочно-линейной аппроксимации с определенным числом отрезков, воспроизводящий заданную функциональную зависимость измеряемой концентрации С кислорода от ЭДС Е твердозлектролитной ячейки в соответствии с зкспоненциальной

формой уровнения Нернста вида Г 4 F Е

- 800

R Т

С Со. е,(1)

С - измеряемая концентрация кислорода в анализируемом газе; Со - концентрация кислорода в воздухе, принятым за

зталонный газ, равная 20% объемных; F - постоянная Фарадея; R - универсальная газовая постоянная; Е - ЭДС твердоэлектролитной ячейки при фиксированной

800 температуре, принятой равной Т - абсолютная температура анализируемого газа, при800 нятая равной или 1073 по Кельвину.

Вычисление измеряемой концентрации С согласно выражению(1) ведется в соответствии с величиной аргумента Е , который

определяется следующим образом. Измеряемое в реальном времени ячейкой 4 ЭДС Е после преобразователя 8 в качестве делимого поступает на вход делительного устройства 8. ЭДС термопары 5, соответствующим образом преобразованная преобразователем 7 и блоком 9 в абсолютную температуру анализируемого газа

Т t + 273(2)

t - температура анализируемого газа в С, измеряемая

термопарой 5, 273 - температура по Кельвину, соответствующая температуре

, после блока 10 в качестве делителя на блоке 8 преобразуется в вид 1

гдеК ,(3)

т. е.К Т (4)

Результат деления после блока 8 имеет вид Е

-- . Т Е(5)

Т 800 800 ,

т. к. в соответствии с логарифмической формой уровнения Нернста видаR . Т Со

Е - In ,(8)

4 F С

КТ

R Т Т СR Т С

Е 800 о800 о

--- . Т In --- In - Е (7)

Т 800 4F Т С4 F С 800

Таким образом, благодаря вычисленному текущему значению Е в соответствии с уровнением (1) вычисляется текущее значение С

800 измеряемой концентрации кислорода.

Блоки кусочно-линейной аппроксимации имеют определенное число отрезков для аппроксимации функции (1) по аргументу.

Для повышения точности вычисления функции при недостаточном числе отрезков аппроксимации, кроме блока 13 кусочно-линейной аппроксимации, используется блок 11 вычитания константы, блок 12 условного перехода и блок 14 вычисления продолжения заданной функции,

в качестве константы на блок 11 подается величина л Е, соответствующая диапазону изменения аргумента Е , выбранному

для вычисления функции (1) с помощью блока 13 кусочно-линейной аппроксимации. Этот диапазон соответствует разности вида

max f Л Е Е - Е(8)

800 800 при условии, что

max f min Е Е Е ,(9)

800 800 800 где max

Е - наибольшая величина Е , соответствующая наименьшей 800800

величине С выбранного диапазона измерения С

при t 800 С , min

Е - наименьшая величина Е , соответствующая наибольшей 800800

величине С выбранного диапазона измерения С при

t 800 С,

fmax min

Е - величина Е , выбранная между Е и Е , как 800800800 800

наименьшая для вычисления функции (1) с помощью блока 13 кусочно-линейной аппроксимации.

Таким образом, после блока 11 на вход блока 12 условного перехода подается величина, равная

Е - ДЕ(10)

При условии, если

800

для вычисления функции используется блок 13 кусочно-линейной аппроксимации.

При условии, если

Е - Л Е О(12)

для вычисления функции используется блок 14 вычитания продолжения заданной функции (1).

Состав блока 14 зависит от выбора функции интерпретации выражения (1) в диапазоне изменения аргумента от Е до Е

Такой функцией может быть принята зависимость вида п,800

С С

п 4

С учетом равенства

4 F

- 46,08 R 4800

,

С

1 Н| -I

С учетом вычисления этой функции (15) или функции (1), или других функций в блоке 14 разработка объектного кода программы вычисления зависит от возможностей типа конкретной программируемой структуры, а также является существенной частью ноу-хау.

-

(11)

f min

800 800

4F 800 п /

R Т

(14)

800 4 ( - 46,08 )

(15)

Директор НПП ИОНИКА

в. М. СТАСЕВИЧ

.

«.

Claims (1)

1. Газоанализатор кислорода, содержащий первичный преобразователь в составе твердоэлектролитной измерительной ячейки со встроенным в нее измерителем абсолютной температуры, промежуточный преобразователь в составе преобразователя напряжения ячейки и преобразователя напряжения измерителя абсолютной температуры и измерительный преобразователь в составе делительного устройства, к которому подключены преобразователь напряжения ячейки и преобразователь напряжения измерителя абсолютной температуры, отличающийся тем, что измерительный преобразователь, представляющий собой программируемую структуру, содержит блок суммирования с константой, блок умножения на постоянный коэффициент, блок вычитания константы, блок условного перехода, блок вычисления заданной функции и блок вычисления продолжения заданной функции, причем выход преобразователя напряжения ячейки соединен с первым входом делительного устройства, ко второму входу которого подсоединен выход блока умножения на постоянный коэффициент, вход которого соединен с преобразователем напряжения измерителя абсолютной температуры, выход делительного устройства подключен к входу блока вычитания константы и к входу блока условного перехода, выход блока вычитания константы подключен к управляющему входу блока условного перехода, один выход которого присоединен к блоку вычисления заданной функции, другой вход - к блоку вычисления продолжения заданной функции.