SU1462170A1 - Method and apparatus for measuring gas concentration - Google Patents
Method and apparatus for measuring gas concentration Download PDFInfo
- Publication number
- SU1462170A1 SU1462170A1 SU854006552A SU4006552A SU1462170A1 SU 1462170 A1 SU1462170 A1 SU 1462170A1 SU 854006552 A SU854006552 A SU 854006552A SU 4006552 A SU4006552 A SU 4006552A SU 1462170 A1 SU1462170 A1 SU 1462170A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- heat pump
- current
- frequency
- temperature
- pulses
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
1one
Изобретение относитс к аналитическому приборостроению, а именно к устройствам и способам дл измерени концентрации газов, в частности,измерени концентрации горючих газов в воздухе, и может быть использовано в химической, нефт ной и газовой промьшшенности.The invention relates to an analytical instrumentation, namely, devices and methods for measuring the concentration of gases, in particular, measuring the concentration of combustible gases in the air, and can be used in the chemical, oil and gas industry.
Целью изобретени вл етс п овы- шение точности измерений.The aim of the invention is to increase the measurement accuracy.
Способ измерени концентрации газа с использованием разогреваемого электрическим током чувствительногоA method for measuring gas concentration using an electrically heated sensitive
элемента, включенного совместно с компенсационным элементом в измерительную схему, заключаетс в том, что при поступлении на чувртвитель- ный элемент (ЧЭ) анализируемого газа балансируют измерительную схему, поддержива температуру ЧЭ неизменной за счет того, что осуществл ют управл емый теплообмен ЧЭ с окружающей средой с помощью теплового насоса , по параметрам питани которого определ ют концентрацию анализируемого газа.element included in the measuring circuit together with the compensation element consists in the following: when entering the sensing element (SE) of the gas to be analyzed, the measurement circuit is balanced, maintaining the temperature of the sensitive element due to the controlled heat exchange of the secondary element with the environment with the help of a heat pump, according to whose feed parameters the concentration of the analyzed gas is determined.
Балансировку измерительной схемы и соответственно поддержание температуры ЧЭ неизменной по способу осуществл ют либо изменением амплитуды тока питани теплового насоса, либо изменением длительности импульсов тока питани теплового насоса, поддержива неизменньм амш1:итуду и частоту этих импульсов либо частоты импульсов тока питани теплового насоса , поддержива неизменными их длительность и амптштуду либо изменением среднего значени знакопеременного тока питани теплового насоса при неизменном его средкеквадра- тическом (действующем) значении. Концентрацию газа определ ют после балансировки измерительной схемы соответственно по амплитуде тельности-или частоте импульсов, либо по среднему значению тока питани теплового насоса.The balancing of the measuring circuit and, accordingly, maintaining the SE temperature unchanged by the method is carried out either by varying the amplitude of the supply current of the heat pump, or by changing the duration of the pulses of the supply current of the heat pump, maintaining the same AM1: the frequency and frequency of these pulses, keeping them constant the duration and amplitude or by changing the average value of the alternating current supply of the heat pump with its constant mean square ( value). The gas concentration is determined after balancing the measuring circuit, respectively, by amplitude-or pulse frequency, or by the average value of the heat pump supply current.
Устройство дл измерени концентрации газа содержит установленньй в корпусе ЧЭ, включенный совместно с компенсационным элементом (КЗ) в измерительную схему, подключенную к усилителю, выход которого соединен с устройством стабилизации температуры ЧЭ. Устройство стабилизации температуры ЧЭ. выполнено в виде теплового насоса, установленного между чувствительным элементом и корпусом причем выход усилител соединен с управл югцим входом теплового насоса Кроме того, устройство дл изме рени концентрации газа может быть снабжено средством стабилизации среднеквадратического значени тока питани теплового насоса с регул тором среднего значени тока, установленным между выходом усилител и управл ющим входом теплового насоса Средство стабилизации среднеквадратического значени тока питани теплового насоса с регул тором среднего значени тока может быть выполнено в виде преобразовател напр жени в широтно-имщшьсный сигнал фиксированной амплитуды и фиксированной частоты имщшьсов пр моугольной формы, либо средство стабилизации среднеквадратического значени тока питани теплового насоса с регул то ром среднего значени тока выполнено в виде преобразовател напр жени в частотно-импульсный .сигнал фисированной- амплитуды и фиксированноA device for measuring the concentration of gas contains an SE installed in the case, connected together with a compensation element (SC) to a measuring circuit connected to an amplifier, the output of which is connected to a device for stabilizing the temperature of an SE. The device temperature stabilization SE. made in the form of a heat pump installed between the sensing element and the housing; the amplifier output is connected to the control of the heat pump inlet. In addition, a device for measuring gas concentration can be equipped with a means of stabilizing the rms value of the supply current of the heat pump with the average current regulator set between the output of the amplifier and the control input of the heat pump Means of stabilization of the rms value of the supply current of the heat pump with The rum of the average current can be made in the form of a voltage-to-width converter and a fixed amplitude signal and a fixed square-wave frequency, or a means of stabilizing the root-mean-square value of the supply current of the heat pump with a regulator of the average current value in the form of a voltage converter to frequency-pulse. signal of the fiscal amplitude and fixed
5five
00
5five
00
5five
00
4545
5050
5555
длительности импульсов пр моугольной формы.rectangular pulse width.
На фиг.1 показана схема устройства , реализующего способ измерени концентрации газа, в котором балансировку измерительной схемы осуществл ют регулированием амплитуды тока. питани теплового насоса (управл ющего сигнала теплового насоса) и оп- редел ют концентрацию газа по ам- 1глитуде тока , на фиг.2 показана схе ма устройства, реализующего способ, в котором балансировку измерительной схемы осуществл ют регулированием длительности управл емого сигнала теплового насоса (длительности импульсов тока питани ) и определ ют концентрацию газа по длительности импульсов или по среднему значению тока питани теплового насоса; на фиг.З показана схема устройства,реализующего способ измерени , в котором балансировку измерительной схемы осуществл ют регулированием частоты импульсов управл ющего сигнала теплового насоса (частоты импульсов тока питани ) и определ ют концентрацию газа по частоте импульсов ипи по среднему значению тока питани теплового насоса на фиг.4 показана схема устройства, реализующего способ измерени , в котором балансировку измерительной схемы осуществл ют регулированием среднего значени тока питани термоэлектрического теплового насоса при неизменном средне- квадратическом значении тока и определ ют концентрацию газа по среднему значению тока на фиг.5 показана схема устройства дл измерени концентрации газа, использующего дл управлени работой теплового насоса выходной сигнал усилител ,на фиг.6 показана схема устройстваj использующего дл управлени работой теплового насоса выходной сигнал средства стабилизации среднеквадратического значени тока с регул тором среднего значени .Fig. 1 shows a diagram of a device implementing a method for measuring gas concentration in which the balancing of a measuring circuit is carried out by adjusting the current amplitude. power supply of the heat pump (control signal of the heat pump) and determine the gas concentration by the amperage current, figure 2 shows a diagram of the device that implements the method in which the balancing of the measuring circuit is carried out by adjusting the duration of the controlled signal of the heat pump ( the duration of the supply current pulses) and determine the gas concentration by the duration of the pulses or by the average value of the supply current of the heat pump; Fig. 3 shows a diagram of a device implementing a measurement method in which the balancing of the measuring circuit is carried out by adjusting the frequency of the pulses of the control signal of the heat pump (the frequency of the supply current pulses) and determining the gas concentration by the frequency of the pulses of the heat source Fig. 4 shows a diagram of a device implementing a measurement method in which the balancing of the measuring circuit is carried out by adjusting the average value of the supply current of a thermoelectric heat generator The pump at a constant rms current value and determines the gas concentration by the average current value in Fig. 5 shows a diagram of a device for measuring the concentration of gas using an amplifier output signal for controlling the operation of a heat pump, and Fig. 6 shows a diagram of a device using operation of the heat pump, the output signal of the means stabilization rms current with the mean value regulator.
Устройство включает помещенные в корпус 1 чувствительньй 2 и компрн- сационный 3 элементы и тепловой насос 4, а также резисторы 5 и 6,образующие вместе с чувствительным и компенса1щонным элементами 2 и 3 измерительную 7, источник питани 8 измерительной схемы, регулируе- мьш источник тока 9, измеритель токаThe device includes placed in the case 1 of the sensitive 2 and the compres- sive 3 elements and the heat pump 4, as well as the resistors 5 and 6, which together with the sensitive and compensating elements 2 and 3 measuring 7, the power source 8 of the measuring circuit, the current source being controlled 9, current meter
5five
10 и указатель 11 равновеси измерительной схемы 7.10 and the indicator 11 of the equilibrium of the measuring circuit 7.
Одна из диагоналей измерительно схемы 7 подключена к выходу источнка питани 8, а втора диагональ соединена со входом указател 11.One of the diagonals of the measuring circuit 7 is connected to the output of the power supply 8, and the second diagonal is connected to the input of the pointer 11.
Регулируемьй источник тока 9 через измеритель тока 10 соединен с управл ющим входом теплового насо- са 4.The adjustable current source 9 is connected via a current meter 10 to the control input of the heat pump 4.
Чувствительный элемент 2 может быть выполнен в виде металлической нити, покрытой катализатором. Компесационный элемент 3 аналогичен чув- ствительному, но не покрыт катализатором . КЭ 3 может быть размещен как в измерительной камере 1 (в этом случае он должен быть теплоизолирован от ЧЭ), так и вне ее (в само- сто тельной сравнительной камере, аналогичной по конструкции измерительной камере).The sensing element 2 can be made in the form of a metallic filament coated with a catalyst. Compaction element 3 is similar to a sensitive one, but not covered with a catalyst. CE 3 can be placed both in the measuring chamber 1 (in this case it should be insulated from the SE) or outside it (in the self-contained comparative chamber, similar in design to the measuring chamber).
В качестве источника питани 8 может быть использован стандартный стабилизатор посто нного тока. В качестве регулируемого источника тока 9 может быть использован стандартный источник посто нного тока с регулируемым выходным сигналом. As a power source 8, a standard DC stabilizer may be used. As a regulated current source 9, a standard DC source with an adjustable output signal can be used.
В качестве измерител тока 10 может быть использован стандартный амперметр магнитоэлектрической системы . Б качестве указател 11 может быть использован стандартный микроамперметр магнитоэлектрической системы .As a current meter 10, a standard ammeter of the magnetoelectric system can be used. As a pointer 11, a standard microammeter of the magnetoelectric system can be used.
Тепловой насос А может быть выполнен в виде стандартного термоэлектрического теплового насоса поHeat pump A can be made in the form of a standard thermoelectric heat pump according to
« "
одной из известных конструктивныхone of the known constructive
схем. В частности он содержит две полупроводниковые плаЬтины 12 (фиг.1 разной проводимости (р-типа и п-ти- па), электрически соединенные между собой металлическим покрытием, нанесенным на диэлектрическую теплопроводную пластину 13. Электроды 14, имеющие электрический контакт с пластинами 12, служат дл подключени источника питани к тепловому насосу (дл подключени управл ющего сигнала к тепловому насосу).Теп- лопровод ща диэлектрическа пластина 15 имеет тепловой контакт с теп- лопроводным корпусом 1 и с торцами пластин 12. Диэлектрическа теплопроводна пластина 13 имеет тепло- , вой контакт с чувствительным элеменschemes. In particular, it contains two semiconductor plates 12 (Fig. 1 of different conductivity (p-type and p-type), electrically interconnected by a metallic coating deposited on a dielectric heat-conducting plate 13. Electrodes 14 that have electrical contact with the plates 12, serve to connect the power source to the heat pump (to connect the control signal to the heat pump). The heat conductive dielectric plate 15 has thermal contact with the heat conductor housing 1 and with the ends of the plates 12. The dielectric heat The wire plate 13 has a thermal contact with a sensitive element.
IQ Iq
15 20 15 20
25 .jo25 .jo
4040
3535
4545
00
5five
706706
том 2 и выполн ет функции одной из рабочих поверхностей теплового насоса 4. Диэлектрическа теплопроводна пластина 15 выполн ет функции второй рабочей поверхности теплового насоса 4.volume 2 and serves as one of the working surfaces of the heat pump 4. Dielectric heat-conducting plate 15 performs the functions of the second working surface of the heat pump 4.
Тепловой насос 4 может быть выполнен также в виде тепловой трубы с управл емой теплопроводностью по одной из известных конструктивных схем.The heat pump 4 can also be made in the form of a heat pipe with controlled thermal conductivity according to one of the known structural schemes.
Способ измерени может быть реализован с помощью устройства, схема которого показана на фиг.2. Устройство содержит помещенные в корпус 1 ЧЭ 2 и КЭ 3 и тепловой насос 4,имеющий тепловой контакт одной из рабочих поверхностей с чувствительным элементом 2, а второй - с корпусом 1, а также резисторы 5 и 6, образующие вместе с чувствительным и компенсационными элементами измерительную схему 7, указатель равновеси 11 измерительной схемы 7, генератор 16 импульсов регулируемой длительности, измеритель 17 длительности импульсов и измеритель 18 среднего значени .The measurement method can be implemented using a device whose circuit is shown in FIG. The device contains placed in the housing 1 CHE 2 and CE 3 and the heat pump 4, having thermal contact of one of the working surfaces with the sensitive element 2, and the second with the housing 1, as well as resistors 5 and 6, forming together with the sensitive and compensating elements circuit 7, an equilibrium indicator 11 of the measuring circuit 7, an oscillator 16 of adjustable duration, a pulse width meter 17 and a mean value meter 18.
Выход генератора 16 импульсов регулируемой длительности соединен с цепью питани (с управл ющим входом) теплового насоса 4, со входом измерител 17 длительности импульсов и со входом измерител 18 среднего значени .The output of the generator 16 pulses of adjustable duration is connected to the supply circuit (with a control input) of the heat pump 4, with the input of the meter 17 of the pulse duration and with the input of the meter 18 of average value.
В качестве генератора 16 импульсов регулируемой длительности может быть использован стандартный генератор импульсов пр моугольной формы с регулируемой длительностью. В качестве измерител 17 длительности импульсов может быть использован стандартный частотомер-, включенный в режим измерени длительности импульсов . В качестве измерител 18 среднего значени может быть использован стандартньй миллиамперметр (или вольтметр) магнитоэлектрической системы. В случае использовани миллиамперметра он включаетс последовательно в цепь питани теплового насоса 4, а в случае использовани вольтметра он включаетс параллельно к цепи питани теплового насоса 4.As a generator of 16 pulses of adjustable duration, a standard rectangular pulse generator with adjustable duration can be used. As the pulse width measuring device 17, a standard frequency meter may be used, which is included in the pulse width measurement mode. As a mean 18 meter, a standard milliammeter (or voltmeter) of the magnetoelectric system can be used. In the case of using a milliammeter, it is connected in series to the supply circuit of the heat pump 4, and in the case of using a voltmeter it is connected in parallel to the supply circuit of the heat pump 4.
Способ измерени может быть реализован с помощью устройства, схема которого показана на фиг.З. Устройство содержит помещенные в корпус 1 чувствительный 2 и компенсационныйThe measurement method can be implemented using a device whose circuit is shown in FIG. The device contains placed in the housing 1 sensitive 2 and compensatory
3 элементы, тепловой насос 4, имеющий тепловой контакт одной из рабочих поверхностей с чувствительным элементом 2, а второй - с корпусом 1, а также резисторы 5 и 6, образующие вместе с ЧЭ и КЭ измерительную схему 7, источник питани 8 измерительной схемы 7, указатель 11 равновеси измерительной схемы 7, измеритель 18 среднего значени , генератор 19 импульсов регулируемой частоты , измеритель частоты 20. I Выход генератора 19 импульсов соединен с цепью питани (с управл ющим входом) теплового насоса, со входом измерител 18 среднего значени и со входом измерител 20 частоты .3 elements, a heat pump 4 having a thermal contact of one of the working surfaces with the sensitive element 2, and the second with the case 1, as well as resistors 5 and 6, which form together with the SE and CE, the measuring circuit 7, the power supply 8 of the measuring circuit 7, an equilibrium indicator 11 of the measuring circuit 7, an average value meter 18, a variable frequency pulse generator 19, a frequency meter 20. I The output of the pulse generator 19 is connected to the power supply circuit (with a control input) of the heat pump, with an input of the average value meter 18 and from m meter 20 frequency.
В качестве генератора 19 импульсов регулируемой частоты может быть использован стандартньй генератор пр моугольных импульсов с регулируемой частотой.A standard rectangular pulse generator with adjustable frequency can be used as the generator of 19 pulses of adjustable frequency.
В качестве измерител 19 частоты может быть использован стандартный частотомер.As a frequency meter 19, a standard frequency meter can be used.
Способ измерени может быть реализован с помощью устройства, схема которого показана на фиг,4. Устройство содержит помещенные в корпус 1 ЧЭ 2 и КЭ 3 (фиг.4) и тепловой насос 4, имеющий тепловой контакт одной из рабочих поверхностей с чувствительным элементом 2, а второй - с корпусом 1, а также резисторы 5 и 6, образующие вместе с элементами 2 и 3 измерительную схему 7, указа- т ель 11 равновеси измерительной схемы 7, генератор 21 знакопеременных импульсов с регулируемой длительностью разнопол рных частей импульсов , измеритель 18 среднего значени тока и измеритель 22 среднеквадрати- ческого значени тока.The measurement method can be implemented using a device whose scheme is shown in FIG. 4. The device contains placed in the housing 1 CHE 2 and CE 3 (figure 4) and the heat pump 4, having thermal contact of one of the working surfaces with the sensitive element 2, and the second with the housing 1, as well as resistors 5 and 6, forming together with elements 2 and 3 of the measuring circuit 7, the indicator 11 of the equilibrium of the measuring circuit 7, the generator of 21 alternating pulses with an adjustable duration of different polarity parts of the pulses, the meter 18 of the average current, and the meter 22 of the root-mean-square current.
Выход генератора 21 соединен с цепью питани (с управл ющим входом) теплового насоса 4, измерители 18 и 22 включены последовательно в цепь питани теплового насоса 4.The output of the generator 21 is connected to the power supply circuit (with a control input) of the heat pump 4, the meters 18 and 22 are connected in series to the power supply circuit of the heat pump 4.
В качестве генератора 21 импульсов может быть использован стандартный генератор пр моугольных двухпо- л рных импульсов, позвол ющий регулировать длительности разнопол рных частей импульсов.As a pulse generator 21, a standard generator of rectangular two-pole pulses can be used, which makes it possible to regulate the duration of different polarity parts of the pulses.
В качестве измерител 21 среднего значени тока может быть использован стандартньй миллиамперметр маAs the average current meter 21, a standard milliampere meter can be used.
5five
00
5five
00
5five
00
5five
00
5five
нитоэлектрической системы. В качестве измерител 22 среднеквадратичес- кого значени тока может быть использован стандартньй миллиамперметр термоэлектрической системы.nitroelectric system. A standard milliammeter of the thermoelectric system can be used as the meter 22 rms current.
Способ измерени концентрации горючего газа осуществл ют следующим образом.The method for measuring the concentration of combustible gas is carried out as follows.
В исходном состо нии при отсутст-, ВИИ в камере 1 анализируемого газа и при нулевом токе питани теплового насоса 4 производ т балансировку измерительной схемы 7 (фиг.1) изменением сопротивлени одного из резисторов 5 или 6. Момент достижени состо ни равновеси определ ют по нулевым показани м указател 11. При этом температура ЧЭ 2 и КЭ 3 равны друг другу и равны токи, протекающие через эти элементы.In the initial state, when there is no-, VII in the chamber 1 of the analyzed gas and at zero supply current of the heat pump 4, the measuring circuit 7 (Fig. 1) is balanced by changing the resistance of one of the resistors 5 or 6. The moment of reaching the equilibrium state is determined by the indicator reads zero. At that, the temperature of the SE 2 and CE 3 is equal to each other and the currents flowing through these elements are equal.
При подаче анализируемого газа в камеру 1 на поверхности ЧЭ 2 (вследствие наличи катализатора) происходит каталитическое беспламенное сгорание газа и вьщел етс дополнительное количество тепла От, пропорциональное концентрации анализируемого газа, т.е. измерительна схема 7 выходит из состо ни равновеси , что определ ют по указателю 1 1 .When the analyzed gas is supplied to the chamber 1 on the surface of the SE 2 (due to the presence of a catalyst), catalytic flameless combustion of gas occurs and additional amount of heat C is produced, proportional to the concentration of the analyzed gas, i.e. Measuring circuit 7 goes out of equilibrium, as determined by pointer 1 1.
Далее производ т балансиррвку измерительной схемы 7 путем управл емого теплообмена ЧЭ 2 с окружающей средой, что выполн ют регулированием тока питани теплового насоса 4 (регулированием величины тока на выходе источника 9). В момент достижени состо ни равновеси измерительной схемы 7 (определ емьй по указателю 11) фиксируют значение тока питани теплового насоса 4 (по показани м измерител тока 10) и по параметрам , например, амплитуде тока питани теплового насоса суд т об измер емой концентрации .Next, the measuring circuit 7 is balanced by controlled heat exchange of the SE 2 with the environment, which is done by regulating the supply current of the heat pump 4 (by adjusting the current output source 9). At the moment of reaching the equilibrium state of the measuring circuit 7 (defined by pointer 11), the current value of the heat pump 4 is recorded (according to the indications of the current meter 10) and the measured concentration of the current of the heat pump supply is measured using parameters such as the amplitude of the current of the heat pump.
При использовании дл реализации способа измерени устройства согласно фиг.2 процесс измерени осуществл ют следующим образом.When used to implement the measurement method of the device according to FIG. 2, the measurement process is carried out as follows.
После подачи анализируемого раза на чувствительньй элемент 2 производ т балансировку измерительной схемы 7 путем управл емого теплообмена чувствительного элемента 2 с окружающей средой, вьтолн емого путем регулировани длительности пр моугольных импульсов тока питани тепловогоAfter the analyzed time is applied to the sensitive element 2, the measuring circuit 7 is balanced by controlled heat exchange between the sensitive element 2 and the environment by adjusting the duration of the rectangular pulses of the thermal current supply
99
насоса 4, поступающих от генератораpump 4 coming from the generator
импульсов 16. При этом поддерживают неизменными амплитуду к частоту пр моугольных импульсов, а после достижени равновеси измерительной схемы (определ емому по указателю 11) с помощью измерител 17 определ ют длительность импульсов тока питани теплового насоса 4, по которой суд об измер емой концентрации газа.Концентраци газа может быть также определена по показани м измерител 1 среднего значени .pulses 16. At the same time, the amplitude to the frequency of the rectangular pulses is kept constant, and after reaching the equilibrium of the measuring circuit (determined by pointer 11), the meter 17 determines the duration of the current supply pulses of the heat pump 4, according to which the measured gas concentration is judged. The gas concentration can also be determined from the indications of meter 1 average.
При использовании дл реализации способа измерени устройства (фиг.З процесс измерени осуществл ют следующим образом.When used to implement the method of measuring the device (Fig. 3, the measurement process is carried out as follows.
В исходном состо нии при отсутствии в камере 1 анализируемого газа и при нулевом значении тока в цепи питани теплового насоса 4 производ т балансировку измерительной схемы изменением сопротивлени одного из резисторов 5 или 6. После подачи анализируемого газа на чувствительный элемент 2 (фиг.З) производ т балансировку измерительной схемы 7 путем управл емого теплообмена ЧЭ 2 с окружающей средой, осуществл емого с помощью теплового насоса 4 путем регулировани частоты следовани импульсов тока, поступающих в цепь питани теплового насоса 4 от генератора 19 импульсов регулируемой частоты При этом поддерживают неизменными амплитуду и длительность пр моугольных импульсов тока питани , а после достижени равновеси измерительной схемы 7 (определ емого по указателю 11) с помощью измерител 20 частоты определ ют частоту следовани импульсов тока питани теплового насоса 4, по которой суд т о концентрации анализируемого газа. Концентраци газа может быть определена также по среднему значению тока питани теплового насоса 4, т.е. по показани м измерител 18,In the initial state, in the absence of the analyzed gas in chamber 1 and at zero value of the current in the supply circuit of the heat pump 4, the measuring circuit is balanced by changing the resistance of one of the resistors 5 or 6. After supplying the analyzed gas to the sensitive element 2 (FIG. 3) t balancing the measuring circuit 7 by controlled heat exchange of the FE 2 with the environment, carried out with the help of the heat pump 4 by adjusting the frequency of the current pulses entering the heat supply circuit wasp 4 from the generator of adjustable frequency pulses 19 At the same time, the amplitude and duration of rectangular supply current pulses are kept constant, and after reaching equilibrium of the measuring circuit 7 (determined by the indicator 11), the frequency of the current supply pulses of the heat pump 4 is determined with a frequency meter 20 according to which the concentration of the gas to be analyzed is judged. The gas concentration can also be determined by the average value of the supply current of the heat pump 4, i.e. by reading meter 18,
При использовании дл реализации способа измерени устройства (фиг.4) процесс измерени осуществл ют следующим образом.When used to implement the measurement method of the device (Fig. 4), the measurement process is carried out as follows.
Предварительно балансируют измерительную схему изменением сопротив- лени одного из резисторов 5 или 6 при отсутствии анализируемого газа в камере 1 и при нулевом токе пита- - ни теплового насоса 4.The measurement circuit is preliminarily balanced by varying the resistance of one of the resistors 5 or 6 in the absence of the analyzed gas in chamber 1 and at zero current of the heat pump 4.
ю Yu
15 15
20 5 0 о 20 5 0 o
5five
1701017010
После подачи анализируемого газа вновь производ т балансировку измерительной схемь 7 (фиг.4) путем регулировани среднего значени тока питани термоэлектрического теплового насоса 4 при неизменном средне- квадратическом значении этого тока. Указанна операци выполн етс с помощью генератора 21 двухпол рных импульсов , регулированием длительностей разнопол рных частей пр моугольных имп льсову при этом по показани м измерител 22 контролирз тот среднеквадратическое значение тока питани теплового насоса, которое поддерживают посто нньм, а после достижени состо ни равновеси измерительной схемы 7 по показани м измерител 18 среднего значени тока определ ют концентрацию газа. В процессе балансировки амплитуду и частоту имщшьсов тока питани теплового насоса сохран ют неизменными (дл поддержани неизменным среднеквадра- тического значени тока питани ).After supplying the analyzed gas, the measuring circuit 7 (Fig. 4) is again balanced by adjusting the average value of the supply current of the thermoelectric heat pump 4 at a constant rms value of this current. This operation is performed using a generator of 21 bipolar pulses, regulating the durations of different polar parts of rectangular impulses, and according to the indications of the meter 22 controls the rms value of the heat pump supply current, which is constant, and after reaching the equilibrium state of the measuring circuit 7, the gas concentration is determined by the indications of average current meter 18. During the balancing process, the amplitude and frequency of the current supply voltage of the heat pump are kept unchanged (to keep the rms value of the supply current unchanged).
Так как согласно эффекту Пельтье количество тепла, отведенного термоэлектрическим тепловым насосом,пропорционально первой степени тока питани теплового насоса и зависит о т направлени тока ( пол рности тока), то, регулиру среднее значение тока питани теплового насоса (которое зависит, в частности, от соотношени длительностей разнопол рных частей импульсов), можно .осуществить управл емый отвод тепла от ЧЭ и добитьс балансировки измерительной схемы. Среднеквадратическое значение тока питани теплового насоса не зависит от пол рности импульсов тока питани и поэтому при неизменной амплитуде и частоте следовани импульсов не зависит от соотношени длительностей разнопол рных импульсов.Since, according to the Peltier effect, the amount of heat removed by the thermoelectric heat pump is proportional to the first power supply current of the heat pump and depends on the current direction (current polarity), regulating the average power supply current of the heat pump (which depends, in particular, on the ratio the durations of the different parts of the pulses), it is possible to carry out controlled heat removal from the SE and achieve balancing of the measuring circuit. The RMS value of the heat pump supply current does not depend on the polarity of the supply current pulses and therefore, with a constant amplitude and pulse frequency, it does not depend on the ratio of the durations of the different polarity pulses.
Рассмотренные варианты реализации способа измерени концентрации газа целесообразно примен ть в следующих случа х.The discussed embodiments of the method for measuring gas concentration are expediently applied in the following cases.
Реализаци способа согласно фиг. 1 наиболее проста и может быть использована при конструировании переносных газоанализаторов.The implementation of the method of FIG. 1 is the simplest and can be used in the design of portable gas analyzers.
Схемы согласно фиг.2 и 3 наиболее целесообразно примен ть при создании приборов, реализьтощих данный способ, предназначенных дл работы в системах телеизмерени , когда не1 14The circuits according to FIGS. 2 and 3 are most expediently applied when creating instruments that implement this method, intended for operation in tele-measurement systems, when he is not 14
обходимо результаты измерени передавать на значительные рассто ни .В этих случа х .широтно-импульсные и частотно-импульсные выходные сигналы наиболее помехоустойчивы и не искажаютс при воздействии помех на jm- нии св зи.It is necessary to transmit measurement results over considerable distances. In these cases, the pulse-width and pulse-frequency output signals are the most noise-resistant and are not distorted when exposed to interference on the jm link.
Реализацию способа согласно фиг.4 наиболее целесообразно примен ть дл построени приборов, предназначенных дл точных измерений концентраций , измен ющихс в широком динд- мическом диапазоне. „В этих случа х ток;питани термоэлектрического теп- лового насоса также измен етс в широком динамическом диапазоне. В этих услови х схема фиг.4 исключает по вление дополнительной погрешности измерени , св занной с неидеальность примен емых тепловых насосов (исключает вли ние активного сопротивлени материала термоэлектрического теплового насоса на результат измерени ).The implementation of the method according to FIG. 4 is most expediently applied for the construction of instruments intended for accurate measurements of concentrations varying over a wide range. In these cases, the current; the supply of the thermoelectric heat pump also varies over a wide dynamic range. Under these conditions, the circuit of Fig. 4 excludes the occurrence of additional measurement error associated with the imperfection of the heat pumps used (eliminates the effect of the active resistance of the material of the thermoelectric heat pump on the measurement result).
Устройство дл измерени концен- трации газа содержит измерительную камеру, образованную корпусом 1 (фиг.5), в которой размещены ЧЭ 2 и тепловой насос 4, а также измерительную схему 7 и усилитель 23. The device for measuring the concentration of gas contains a measuring chamber formed by the housing 1 (FIG. 5), which contains the SE 2 and the heat pump 4, as well as the measuring circuit 7 and the amplifier 23.
Измерительна схема 7 образованна ЧЭ 2, КЗ 3 и резисторами 5 и 6, представл ет собой мостовую схему, одна диагональ которой подключена к клеммам 24 источника питани , а друга , диагональ служит выходом измери I тельной схемы 7 и подключена ко входу усилител 23. Выход усилител 23 соединен с управл ющим входом теплового насоса 4 и с выходными клекпма- ми 25 устройства.The measuring circuit 7 formed by the SE 2, CZ 3 and resistors 5 and 6 is a bridge circuit, one diagonal of which is connected to the power supply terminals 24, and the other diagonal serves as the output of the measuring circuit 7 and is connected to the input of the amplifier 23. The output the amplifier 23 is connected to the control input of the heat pump 4 and to the output terminals of the device 25.
Тепловой насос установлен между ЧЭ 2 и корпусом 1 измерительной камеры .A heat pump is installed between the CHE 2 and the casing 1 of the measuring chamber.
Корпус 1 измерительной камеры выполнен из теплопроводного материала, например из металла, и имеет отверсти дл подачи в измерительную камеру анализируемого газа.The housing 1 of the measuring chamber is made of heat-conducting material, for example, of metal, and has openings for supplying the measuring gas to the measuring chamber.
При выполнении устройства дл5( измерени концентрации газ а согласно фиг.6 между выходом усилител 23 и управл ющим входом теплового насоса 4 установлен блок 26, выполн ющий функции средства стабилизации сред неквадратического значени тока и регулйтором среднего значени тока. Выход блока 26 соединен также с выходными клеммами 25 устройства.When the device is made for 5 (measuring the concentration of gas a according to Fig. 6, a block 26 is installed between the output of the amplifier 23 and the control input of the heat pump 4, which functions as a means of stabilizing a square current value and regulating the average current. The output of the block 26 is also connected to the output terminals 25 device.
;- ; -
Q g ю ,, Q g yu ,,
25 gg25 gg
3535
4040
4545
5050
5555
70,.1270, .12
Блок 26 может быть выполнен в виде преобразовател напр жени в ши- ротно-импульсный или частотно-импульсный двухпол рньш сигнал пр моугольной формы по одной из стандартных схем.Block 26 can be made as a voltage-to-pulse-width or two-field pulse-frequency frequency converter in a rectangular form in one of the standard circuits.
Устройство дл измерени концентрации газа работает следующим образом .A device for measuring the concentration of gas works as follows.
Электрический ток от источника питани , подключенного к клеммам 24 (фиг.5), протекает через ЧЭ 2 и КЗ 3 и разогревает зти элементы. В исходном состо нии при отсутствий в измерительной камере 1. анализируемого газа производ т балансировку (уравновешивание ) измерительной схемы 7 измене нием величин резисторов 5 -и 6, при этом добиваютс нулевого вы- .ходного сигнала усилител 23.The electric current from the power source connected to the terminals 24 (Fig. 5) flows through the SE 2 and CZ 3 and warms these elements. In the initial state, when there are no gas in the measuring chamber 1., the gas to be analyzed is balanced (balanced) by the measuring circuit 7 by changing the values of the resistors 5 - and 6, while achieving a zero output signal of the amplifier 23.
Разбаланс измерительной схемы, вызванный окислением горючего газа на ЧЭ 2, вызьгоает изменение сигнала на выходе усилител 23. Выходной сигнал усилител 23 поступает .на управл ющий вход теплового насоса 4 (на электроды 14). Протекание тока через термоэлектрический тепловой насос 4 приводит (вследствие эффекта Пельтье) к отводу тепла от ЧЭ 2 к корпусу 1 измерительной камеры. Поэтому температура ЧЭ 2 поддерживаетс посто нной и равной температуре КЭ 3, а измерительна схема 7 автоматически поддерживаетс в состо нии равновеси .The imbalance of the measuring circuit, caused by oxidation of the combustible gas at the CHE 2, causes a change in the signal at the output of the amplifier 23. The output signal of the amplifier 23 is fed to the control input of the heat pump 4 (at the electrodes 14). The flow of current through the thermoelectric heat pump 4 leads (due to the Peltier effect) to heat removal from the FE 2 to the housing 1 of the measuring chamber. Therefore, the temperature of the SE 2 is kept constant and equal to the temperature of the CE 3, and the measuring circuit 7 is automatically maintained in a state of equilibrium.
При выполнении теплового насоса 4 в виде тепловой трубы с управл емой теплопроводностью процесс изме- рени протекает аналогичным образом. Увеличение сигнала на выходе усилител 23, вызванное разбалансом измерительной схемы при подаче анализируемого газа в измерительную камеру, приводит к изменению (увеличению) теплопроводности тепловой трубы, чем и компенсируетс дополнительное тепловыделение ЧЭ 2.When the heat pump 4 is made in the form of a heat pipe with controlled thermal conductivity, the measurement process proceeds in a similar way. The increase in the signal at the output of the amplifier 23, caused by the imbalance of the measuring circuit when the analyzed gas is supplied to the measuring chamber, leads to a change (increase) in the thermal conductivity of the heat pipe, which compensates for the additional heat dissipation of the SE 2.
В установившемс режиме измерительна схема 7 находитс в состо нии равновеси , т.е.- дополнительное выделение тепла вследствие сгорани газа на ЧЭ полностью компенсируетс отводом тепла, осуществл емым тепловым насосом. По параметрам управл ющего сигнала теплового насоса определ ют значение концентрации газа . Выходным сигналом устройства служитIn the steady state, the measuring circuit 7 is in equilibrium, i.e., the additional heat generation due to the combustion of gas on the SE is fully compensated by the heat removal carried out by the heat pump. The value of the gas concentration is determined from the parameters of the control signal of the heat pump. The output signal of the device is
1 313
либо напр жение на управл ющем вход теплового насоса, либо ток в цепи управлени теплового насоса.either the voltage at the control input of the heat pump, or the current in the control circuit of the heat pump.
Устройство да измерени концентрации газа согласно фиг.6 работает следующим образом.The device and gas concentration measurement according to FIG. 6 works as follows.
При подаче анализируемого газа в измерительную камеру 1 происходит его каталитическое окисление на ЧЭ 2 щ (фиг.2), что приводит к разбалансу измерительной схемы 7 и к по влению сигнала на выходе усилител 23 и на входе блока 26. Выходной сигнал усилител 23 подвергаетс широтно-им- ,,.When the analyzed gas is supplied to the measuring chamber 1, its catalytic oxidation takes place at an SE of 2 n (Fig. 2), which leads to imbalance of the measuring circuit 7 and to the appearance of a signal at the output of amplifier 23 and at the input of unit 26. The output signal of amplifier 23 is subjected to latitude -them- ,,.
ПУЛЬСНЫЙ или частотно-импульсный МОДУЛ ции блоком 26. Импульсный выход- НОИ сигнал блока 26 поступает на управл ющий вход теплового насоса 4 что приводит к отводу тепла тепловьм ,„ насосом 4 от ЧЭ 2 и к уравновешива- ° ию измерительной схемы 7.Pulse or frequency-pulse MODULES by block 26. Pulse output-NOA signal of block 26 is fed to the control input of the heat pump 4, which leads to heat removal from heat, pump 4 from frequency element 2, and counterbalance measuring circuit 7.
При выполнении блока 26 в виде реобразовател напр жени в широтно- мпульсный сигнал или вькодным сиг- ос алом устройства может быть разность лительностей разнопол рных импульов , частота импульсов, либо среднее начение тока.When block 26 is executed as a voltage transformer into a pulse width signal or a device decode signal, there can be a difference between the pulses of different polarities, the frequency of the pulses, or the average current.
Таким образом, параметры управ ющего сигнала теплового насоса ропорциональны значению концентраии газа.Thus, the parameters of the control signal of the heat pump are proportional to the gas concentration value.
с не че те ме че пи ко це ле ме са сх ход ста ног ес точ бил го го ств чем равwith no other than me, no less than one no ce
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU854006552A SU1462170A1 (en) | 1985-11-12 | 1985-11-12 | Method and apparatus for measuring gas concentration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU854006552A SU1462170A1 (en) | 1985-11-12 | 1985-11-12 | Method and apparatus for measuring gas concentration |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1462170A1 true SU1462170A1 (en) | 1989-02-28 |
Family
ID=21216006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU854006552A SU1462170A1 (en) | 1985-11-12 | 1985-11-12 | Method and apparatus for measuring gas concentration |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1462170A1 (en) |
-
1985
- 1985-11-12 SU SU854006552A patent/SU1462170A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР № 1040396, кл. G 01 N 27/16, 1983. Пате нт Англии № 1026548, кл. G 01 N 27/16, опублик. 1964. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0429439B1 (en) | Improved technique for the measurement of high purity water | |
| US5266899A (en) | Salt analyzer switchably capable of employing contact and non-contact conductivity probes | |
| ATE124139T1 (en) | PSEUDOCONTINUOUS METHOD FOR INTERVIEWING AN OXIDIZABLE GAS DETECTOR. | |
| US6763697B2 (en) | Method and device for operating a linear lambda probe | |
| SU1462170A1 (en) | Method and apparatus for measuring gas concentration | |
| US4262247A (en) | Making and using corrosion measuring probes for fluid conveying conduits | |
| US2152439A (en) | Method of and apparatus for analyzing gas | |
| SU894522A1 (en) | Conductometric device | |
| SU744299A1 (en) | Gas analyser | |
| SU993365A1 (en) | Device for measuring internal resistance of electrochemical current source | |
| SU1474533A1 (en) | Device for measuring electric conductivity of fluid media | |
| CA1072184A (en) | Apparatus and method for detecting a substance in a fluid medium | |
| SU1415171A1 (en) | Method of measuring cavitation threshold | |
| SU1056034A1 (en) | Device for measuring oxygen concentration in gases | |
| SU1216716A1 (en) | Electromagnetic method of measuring specific electric conductance of non-ferromagnetic conducting articles | |
| SU798575A1 (en) | Apparatus for measuring liquid electric conductivity | |
| SU1308967A1 (en) | Method of calibration checking of self-balancing temperature-sensitive resistor bridges | |
| SU1061064A1 (en) | Material electric conductivity non-linearity coefficient measuring method | |
| SU1093956A1 (en) | Method and device for measuring pulsation of conductivity of liquid turbulent flow | |
| SU1224697A1 (en) | Apparatus for measuring electric conduction of liquid flow | |
| SU1134888A1 (en) | Thermal flowmeter | |
| RU2216726C2 (en) | Facility measuring specific resistance of liquid media and ground | |
| SU1286985A1 (en) | Method of determining concentration of combustible gases | |
| SU1081501A1 (en) | Electrolyte solution concentration measuring method | |
| SU702325A1 (en) | Electric to magnetic value transducer |