SU702304A1 - Датчик парамагнитного газа - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области приборостроени , в частности, к при борам дл  измерени  магнитных величин , а именно, к измерительным приборам , в которых осуществл етс  срав нение с эталонной величиной, точнее к тем из них, в которых подлежаща  измерению величина автоматически сравниваетс  с эталонной величиной, например, к датчикам парамагнитного газа, в частности, кислорода. Изобретение может быть использо вано в системах контрол  и управлени  технологическими процессамив; различных отрасл х.промышленности,. там, где требуетс  анализировать парамагнитные газы, в особенности кислород , В частности, изобретение может примен тьс  в энергетике дл  ;обеспечени  сштимальных условий сжигани  теплив а на тепловых электростанци х , где необходимо измерение содержани  кислорода в уход щих газах дл  регулировани  подачи топлива и воздуха. Известен датчик парамагнитного га за, содержащий камеру, в которой соз дано неоднородное магнитное поле и через которую пропускают анализируемую газовую смесь. В камере установлена платинова  спираль, состо ща  из двух секций, которые  вл ютс  ктивными плечами мостовой схемы. Ра-,,. бота датчика оснЬвана на принципе термрмагнитной конвекции, возникающей в парамагнитной газовой смеси, помещенной в неоднородное магнитное поле В этом датчике, который называют газонализатором, газова  смесь, магнитна  восприимчивость которой всильной степени зависит от наличи  в ней кислорода, предварительно очищенна  .вредных приМесей, охлажденна  до темпе атуры 20,с и осушенна  селикагелем при регулируемом посто нном расходе подаетс  в рабочую камеВ рабочейкамере гйзова  смесь, попада  в неоднородное магнитное. поле , вызывает ;так называемьд магнитный ветерг скорость потока которого пропорциональна магнитной восприимчивости газовой смеси, и охлаждает платиновую спираль, помещенную в измерительную трубку. Перва  по ходу газовой смеси секци  платиновой спирали охлаждаетс  интенсивнее второй секции, в результате чего изменение сопротивлени  активных плеч неодинакрво и балансноесосто ние моста нарушаетс . При этом разбаланс пропорционален содержанию кислорода в анализируемой газово.й смеси. Напр жение разбаланса подаетс на вторичный прибор , имеющий шкалуf градуированную в процентах содержани  кислорода.

К недостаткам известного датчика парамагнитного газа относитс  следую щее. Контроль содержани  кислорода в анализируемой газовой смеси осуществл етс  косвенны 4 методом, что не обеспечивает достаточной :рочностн измерени . Предъ вл ютс  высокие требовани  к анализируемой .газовой смеси: отклонение давлени .газовой смеси в рабочей камере на.10мм ртутног столба от номинального дает дополнительную погрешность до 3% от верхне го предела измерений изменение расхода газовой смеси на 10% от номиналного . вызывает дополнительную погрешность пор дка 1%, при изменении борометрического давлени  на п ть миллиметров ртутного столба и температуры окружающей среды на 10.С .допоЛнитель на  погрешность прибора.составл ет 1,5% от,Максимального значени  шкалы

Известен таклсе датчик парамагнитного газа, содёржашлй мостовую магнитную систему с двум  -зазорами дл  эталонного и анализируемого, газа и с датчиком инд5 циимагнитного пол  2 , -- В этом датчике затруднена балдасировкаплеч моста, а также наблюдаетс  смещение нул  во врем  работы. В св зи с этим, точность и особенно стабильность этого датчика не удовлетвор ют требовани м, предъ вл емым к подобным датчикам на производстве, в частности, при регулировании процесса сгорани  топлива на тепловых электростанци х. .

Известен датчик парамагнитного ,наиболее близкий по технической сущности, содержащий анализатор парамагнитного газа с входным и выходным каналами дл  подвода и отвЬда анализируемого газа и выходным, электрическим каналом и источник анализируемого газа. Устройство содержит магнит, часть магнитопровода которого выполнена в виде трубопровода с анализируемым газом, и датчик индукции магнитного пол  3,

Этот датчик при изменении парамет ров магнита из-за изменени  темпера- Typtd .окружающей среды и других причин не обеспечивает достаточную точность и не может- быть использован да 7- ЯИСЬкЬточйы5 измерений анализируемой смеси газов.

Цель предлагаемого изобретени  - повышение точности датчика,

Дл  этого в датчике установлены три клапана с дискретным управлением

два блока пам ти аналоговых сигналов с дискретным управлением, два блока пам ти дискретных сигналов с дискретным управлением, две логические схрмы , реализующие кажда  логическую операцию отрицани  импликации, сумматор аналоговых сигналов, блок формировани  сигналов управлени  и источник эталонного газа, вход первого клапана соединен с источником эталонного газа, вход второго клапана соединен с источником анализируемого газа, а выходы первого и второго клапанов соеди нены со входным каналом указанного анализатора парамагнитного газа, ,вход третьего клапана св зан с выходным каналом анализатора , выход третьегоклапана св зан со сбросной полостью, например, с атмосферой, электрический выход анализатора парамагнитного газа св за н со входом первого блока пам ти аналогового сигнала, выход которого сообщен с плюсовым входом сумматора, выход сумматора св зан с первыми входами упом нутых логических cxesM и со входом второго блока пам ти аналогового сигнала, выход которого соединен с минусовым входом сумматора и совторыми входами указанных логических схем, выходы которых св заны со входами блоков пам ти дискретных , сигналов ; выходы которьах  вл ютй  выходами датчика,управл ющие-входы клапанов и блоков пам ти соедине: ны с выходами блока формировани  управлени ,

Claims (1)

1. На чертеже показанапринципиальна  схема предлагаемого датчика па-рамаг;нитного газа..Датчик содержит электромагнит 1, часть, магнйтопровода 2 кв горого выполнена в виде трубопровода 3 с анализируемым газом, и датчик 4 индукции магнитного пол . Электромагнит 1 с магнитопроводом 2, трубопроводом 3 и датчиком 4 индукции магнитного пол  представл ют собойанализатор парамагнитного газа с входным и выходным , каналами дл  подвода и отвода анализируемого газа и выходным электрическим каналом. Входной канал дл  подвода анализируемого газа есть вход трубопровода 3, а выходной канал дл  отвода анализируемого, газа ectb выход трубопровода 3. Вькодной электрический канал анализатора есть выход датчика 4 индукции магнитного пол . Используетс  пример выполнени  датчика, в котором анализатор выполнен в виде электромагнита 1, часть магнитопровода которого выполнена в виде трубопровода 3, и датчика 4 индукции магнитного пол , который может быть выполнен, например, в виде датчика Холла. В датчике, парамагнитного газа установлены три клапана 5, б и 7 с дискретным управлением два блока 8 и 9 пам ти дл  запоминани  аналоговыхсигналов с дискретным управлением и два блока 10 и 11 пам ти дискретных сигналов с дискрет ным управлением. Кроме того, в датчике установлены две логические схемы 12 и 13, реализую14ие кажда  логическую операцию отрицани  импликации сумматор 14 аналоговых сигналов и блок 15 формировани  Сигналов управлени . Вход первого клапана 5 соединен с источником 16 эталонного газа, вход второго клапана б соединен с источником 17 анализируемого газа, а выходы первого 5 и второго б клапанов соединены со входом трубопровода .3, установленного в магнитопроводе 2 Вход третьего клапана 7 св зан с выходом указанного трубопровода 3, а выход - со сбросной полостью, например , ,с атмосферой. Выход датчика 4 индукции магнитного пол  непосредственно или через усилитель выходного сигнала этого датчика 4, или через преобразователь 18 вида сигнала, который , например, может быть выполнен в виде преобразовател  электрического сигнала в гидравлический сигнал, св зан со входом первого блока 8 пам ти аналогового сигнала. Выход первого блока 8 пам ти аналогового сигнала сообщен с плюсовым входом сумматора 14, выход которого св зан с первыми входами логических схем 12 и 13 и со входом второго блока 9 пам ти аналогового сигнала. Выход второго блока 9 пам ти аналогового сиг .нала соединен с минусовым входомсум матора 14 и со вторыми входами указанных логических схем 12 и 13, выхо ды которых св занна со входами блоков 10 и 11 пам ти.дискретных сигналов,  вл ющимис  выходами датчика. Управл ющие входы клапанов 5,6 и 7 блоков 8, 9, 10 и11 пам ти соединены со входами блока 15 формировани  сигналов управлени . Предлагаемый датчик работает следующим образом. Сначала от блока 15 формировани  сигналов управлени  подают сигналы к блокам 10 и 11 паМ ти дискретных сигналов, на выходахкоторых запоминают текущие сигналы. За тем подают сигналы к блокам 8 и 9 па м ти, которые перевод т эти блоки в режим след щей системы, т.е. в такой режим, при котором на выходах этих блоков отрабатываетс  автоматически такой же сигнал, какой подают на их входы. В этом режиме сумматор 14 работает также в режиме след щей системы , т.е. на его минусовом входе повтор етс  сигнал выхода сумматора 14, и при этом сигнал выхода, сигнал на минусовом входе и сигнал на плюсовом входе сумматора 14 равны между собой, хот  и могут практически от- личатьс  один от другого на величину погрешности сумматора 14 и блока 9 пам ти. Кроме тога, с блока 15 фррмировани  сигналов управлени  поступает сигнал на клапан 5, через который эталонный газ или смесь газов поступает в трубопровод 3. При этом в первыйМомент в течение некоторого времени клапан 7 может быть открыт, дл  того чтобы сбросить газ, который был в трубопроводе 3 до поступлени  эталонного газа. Клапан 7 может быть открытым и большее врем  или всегда открытым, если система рассчитана на работу в режиме протока эталонного и анализируемого газа. Когда эт алонный газ заполнит трубопровод 3 или будет непрерывно и равномерно протекать через этот трубопровод, через магнитопровод 2 установитс  посто нный магнитный поток, которьпЯ будет определ тьс  содержанием в эталонном газе парамагнитного газа. Предположим, что в эталонном газе будет содержатьс  2% кислорода. При этом на выходе Датчика 4 индукции магнитного пол  установи с  сигнал, соответствующий двухпроцентному содержанию кислорода В эталонном газе. Необходимо-отметить, что элементы схемы предлагэемого датч:икапарамагнитного газа могут быть реализованы электрическими, гидравлическими, пневматическими И Д рУГйЙи средствами . Дл  по снени  работы датчика парамагнитного газа имеет значение лишь функциональные зависимости, реализуемые тем IЛИ иным элементом, а не егокрнстру тйвна  реализаци  и даже не физическа  природа сигналов, над которыми.Выполн етс  та иЛи ина  функци . Поскольку описываемые функции элементарны, кажда  из них в отдельности мОжет быть реализована на тех или Hrfbix. элементах специалистом в той- или иной области в соответствии с конкретными услови ми эксплуатации . Поступающий:от усилител  или преобразовател  18 вида сигнала сигнал повтор етс  блоком 8 пам ти и поступает на сумматор 14. При этом, как уже было рассаютрено, на выходе и минусовом входе сумматора отрабатываетс  почти такой же сигнал, т.е. сигнал с некоторой погрешностью. Величина этого (ригнала может измен тьс  в некотором диапазоне, обычно в стандартном диапазоне сигналов, прин тых дл  электрических и гидравлических средств. При этом на выходах логических схем 12 и 13 сигналы будут равны единице, поскольку сигналы на их входах равны и каждый из них можно считать единичным сигналом, нвсмотр  на то, что они могут измен тьс  в достаточно .большом диапазоне, Рассмотренный режим может быть назван режимом настройки датчика парамагнитного газа.. Дл  перехода во. второй режим, который назвать измерительным ре жимом,от блока 15 формировани  сигналов управлени  подают сигналы на блоки 8 и 9 пам ти аналоговых сигна лов, которые перевод т эти блоки пам ти в режим запоминани . При этом .сигналы на выходах этих блоков оста .ютс.  посто нными и не завис т от сиг налрв на их входах. Затем от блока 15 формировани  сигналов управлени  подают сигнал к клапану 5 на его закрытие и сигнал к клапану 6 на его открытие. При этом через трубопровод 3 начйнает проходить ана тизируемый; газ или смесь газов . Если/количеству кислорода в это смеси равнЪ вточности количеству кислорода в эталонной смеси, т.е. двум- процентам, то сигнал датчика ин дукции магнитного пол  не изменитс . При этомочевидно, что при переводе . блока 8 пам ти в режим слежейий ни-. чего не должно изменитьс , так как н его выходе и входе окажутс  в, точнбйти6йийа1 :с вйё сигналы, что и при режиме настройки. Если же количество Кислорода в смеси анализируемого газа больше или меньше, чем количество кислорода, которое было в эталоннойсмеси в режиме настройки, то .сигнал навыходе датчика индукции магнитнрг пол  также изменитс , станет больше . или меньше. Изменитс и сигнал на вы ходе блока 8 пам ти, что Приведет к разбалансу сумматора 14, который в этом режиме, при .фиксированном сигна ле, от блок.а 9пам ти, рабЬ &ёткак элемент сравнени с дискретным выходом . Сигнал на выходе сумматора 14 л.ибо уменьшитс  до нул , либо увеличитс  до возможного максимума. При этом произойдет срабатыв ание одной и.з логических схем 12 или 13, Причем та схем а т котора  выполн ет логическую операцию отрицани  импликации 44 1 . - выходной сигнал сумматора 14 - выходной сигнал блока па м ти 9; . - - знак логической операции импликаци  : - означает отрицание, над буквами В.- В. . При увеличении выходного сигнала сумматора 14 переброситс  q единицы Н ануль, а та схема, котора  выполн ет логическую операцию - В. 9 f4 npiisTOM же увеличении выходного сиг нала сумматора 14 будет поддерживать насвоем выходе сигнал, равный еди-. нице, а при уменьшении выходного сиг нала сумматора 14 втора  схема поме-. н ет сигнал, а перва  оставит прежний сигнал. В конце второго измерительного режима работы подают от бло-ка 15 формировани  сигналов управлени  сигналы на блоки 10 и 11 пам ти дискретных сигналов 10 и 11 сигналы, которые Перевод т их из режима запоминани  в режим отслеживани  входных сигналов. При этом сигналы от логических схем 12 и 13 проход т на выход датчика и могут быть использоваиы дл  контрол  и управлени . Предлагаемый датчик парамагнитного газа имеет.более высокую точность, чем известные датчики. По предварительным расчетам точность повышаетс  в5-8 раз. Это Объ сн етс  тем, что в предлагаемом датчике обеспечена автоматическа  настройка, при которой устран етс  погрешность, св .занна  с нестабильностью магнитной системы , погрешность, вызванна  изменением температуры, погрешность от нестабильности других элементов датчика . Эти погрешности полностью в принципе устран ютс  благодар  самонастройке датчика. Необходимо отметить, что речь идет о погрешност х, вызванных относйтельно медленнйми изменени ми параметров. Если за врем  от начала первого режима до конца второго эти параметры измен тс , то погрешность будет расти. Но.первый и второй режимы могут.быть проведены за нескблько секунд, и за это врем  веро тность измененй  параметров мала . Если в дальнейшем за более длительное врем , чем переходные процессам от начала первого режима до конца второго, произойдут даж% значительные изменени  параметров датчика, это не вызовет внесени  погрешности, так как каждый раз датчик будет подстраиватьс  под измененные параметры и автоматически устран ть погрешность . . . Формула изобретени  Датчик парамагнитного газа, содержащий анализатор парамагнитного газа с входным и йыходным каналами дл  подвода и отвода анализируемого.газа и выходным электрическим каналом и источник: анализируемого газа, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в датчике установлены три клапана с дискретным управлением, два блока пам ти аналоговых сигналов с дискретным управлением , два блока пам ти дискретных сигналов с дискретным управлением, : две логические схемы, реализующие кажда  логическую операцию отрицани  ийпликации, сумматор аналоговых