Электромагнитный измерительный преобразователь концентрации парамагнитных газов

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ПАРАМАГНИТНЫХ ГАЗОВ, содержаида камеру измерения со штуцерами ввода и вывода пробы парамагнитной газовой смеси и герметичную заполненную пара .магнитным газом камеру сравнения, снабженные микрофонами, присоединенными к измерительной системе, и излучателем электромагнитной энергии, камеру выравнивания давлений, присоединенную проточной полостью к вы ходу камеры измерения, а второй поло .стью - к камере сравнения, отличающийся тем, что, с целью снижения .систематических погрешностей измерения, он снабжен включенным в измерительную схему двухкамерным акустическим преобразователем, в каждой камере которого установлен излучатель звука и микрофон, одна С камера акустического преобразователя установлена между штуцером вывода про (Л бы и проточной полостью камеры выравнивания давлений, а другая подсоединена ко второй полости камеры выравнивания давлений. о со о СП сл :о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„ЯО„„1 096559

3(5D 01 М 27/72

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕтЕниЯ

Н ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2853996/18-25 (22) 14. 12. 79 (46} 07.06.84. Бюл.Ф21 (72) P.Â. Низо (53) 543.274(088.8) (56) 1. Павленко В.А. Газоанализаторы. М., "Машиностроение", 1965, с. 128156.

2. Павленко В.А.,Печникова Е.К.

Оптико-акустические газоанализаторы с газовой компенсацией. В сб.:"Приборы и средства автоматизации", M., ЦИНТИэлектропром, 1961, 110, с.6-8 (прототип). (54)(57) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ

ПАРАМАГНИТНЫХ ГАЗОВ, содержащий камеру измерения со штуцерами ввода и вывода пробы парамагнитной газовой смеси и герметичную заполненную парамагнитным газом камеру сравнения, снабженные микрофонами, присоединенными к измерительной системе, и излучателем электромагнитной энергии, камеру выравнивания давлений, присоединенную проточной полостью к выходу камеры измерения, а второй полостью — к камере сравнения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения систематических погрешностей измерения, он снабжен включенным в измерительную схему двухкамерным акустическим преобразователем, в каждой камере которого установлен излучатель звука и микрофон, одна камера акустического преобразователя установлена между штуцером вывода пробы и проточной полостью камеры выравнивания давлений, а другая подсоединена ко второй полости камеры выравнивания давлений.

1096559

Изобретение относится к технике анализа газовых смесей и может быт"ь использовано в устройствах для изме-рения концентрации парамагнитных газов в системах регулирования тех " 5 нологическими.процессами и жизнеобеспечения.

Известен оптико-акустический преобразователь концентрации газа в смесях, содержащих компонент поглощающий свет в определенном диапазоне длины волны. Оптико-акустический преобразователь состоит иэ сосуда с окном, прозрачном для принятого диапазона длины волны света„ 1- > микрофона и измерительного прибора,„ присоединенного к микрофону. Сосуд наполнен газовой смесью, способной поглощать свет. Если в сосуд через окно направить прерываемый с некото- 2О рой частотой поток света, то в газе возникнет пульсация давления, преобразуемая микрофоном в сигнал, несущий измерительную информацию.

Оптико-акустические преобразователи отличаются высокой степенью иэби рательности к одному из компонентов анализируемой газовой смеси 3 1 3.

К недостаткам этих преобразователей относится чувствительность к из- ЗО менениям температуры нреобразователя и давления пробы газовой смеси.

Так, изменение только температуры ь рабочих условиях на 10 К вызывает относительную погрешность около 1,3% у; а изменение только давления пробы на

1 кПа — 0,45%.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является элект ромагнитный измерительный преобразователь концентрации парамагнитных газов, содержащий камеру измерения со штуцерами ввода и вывода пробы парамагнитной газовой смеси и герметичную заполненную парамагнитным газом камеру сравнения, снабженные микрофонами, присоединенными к измерительной системе, и излучателем электромагнитной энергии, камеру выравни-5О вания давлений, присоединенную проточной полостью к выходу камеры измерения, а второй — к камере срав: нения 1,? 3.

Известный газоанализатор обладает

55 высокой степенью избирательности к измеряемому компоненту пробы газовой смеси и нечувствителен к неиэмеряемым компонентам.

Кроме того,, чувствительность преобразователя к изменениям давления и температураi вызывает погрешность при измерении концентрации, а газы, молекулы :о;орьх состоят из одинаковых атомов, например, кислорода. .еспос. бны гоглощать инфракрасную радиациа,, поэтому смеси, состоящие из этих газов, не могут быть объектом анализа сптико-акустического преобразова-::.ля концентрации газов.

Целью изобретения является снижение систематических погрешностей излi7 -IeHHsi

Поставленная цель достигается те:, гта электромагнитный измерительный ареоб".азователь концентрации парамагнитных газов, содержащий камеру измерения со штуцерами ввода и вывода пробы парамагнитной газовой смеси и герметичную заполненную парамагнитным газом камеру сравнения, снабженные микрофонами, присоединенными к измерительной системе, и излучателем электромагнитной энергии, камеру выравнивания давлений, присоединенную проточной полостью к выходу камерь: измерения, а второй полостью — ",;-а,ере сравнения, снабжен включеннь:м в измерительную схему двухкамер .Hl акустическим преобразователем, 1, аждой камере которого установле., излучатель звука и микрофон, од:-. а камера акустического преобразователя установлена между штуцером вывода пробы и проточной полост;ю камерь1 выравнивания дав лений, а другая падсоединена ко второй полости камеры выравнивания давлений, Необходимость введения акустического преобразователя вызвана тем, что сиг: ал измерительной информации, формирующийся в камере измерения, отягчен влияющей величиной — плотностью гробы и другими термодинамическими характеристиками газовой смеси, которые при неизменяющейся концентрации измеряемого компонента могут принимать различные значения„. например при переходе с газовой смеси кислород — 10 об.7., азот — остальное, на смесь кислород — 10 об,%, двуокись углерода

10 об.7 остальное азот, отношение плотностей смесей 1,056, что вызь|зает погрешность около 2,8 об.7 кислорода. Камера сравнения наполне1096559 на парамагнитным газом или смесью парамагнитного и диамагнитных газов с известной магнитной проницаемостью, например воздухом. Поскольку энергию электромагнитных волн инфракрасного диапазона не могут поглощать газы, молекулы которых состоят из одинаковых атомов, в частности кислорода, излучатель электромагнитных волн выполнен в виде электрической обмотки,10 возбуждаемой переменным током, например переменным током промышленной частоты.

На чертеже изображен электромагнитный измерительный преобразователь кон-15 центрации парамагнитных газов, разрез.

Электромагнитный измерительный преобразователь концентрации парамагнитных газов имеет камеру 1 измерения, 0 микрофон 2 с контактами 3 для присое" динения к измерительной схеме. Для ввода пробы парамагнитной газовой смеси служит штуцер 4, для вывода пробы из камеры служит штуцер 5. Герметич!

5 ная камера 6 сравнения содержит микрофон 7 с контактами 8 для присоединения к измерительной схеме. Камера сравнения имеет выводную трубку 9, соединенную с выполненной из газонепро1 0 ницаемого материала полостью 10 камеры выравнивания давлений. Камера сравнения заполнена парамагнитным газом, магнитная проницаемость которого известна. Объем и степень наполнения газом камеры сравнения и полости 10 обеспечивают, так называемое, вялое состояние материала стенок полости 10 при допускаемых колебаниях давления и температуры пробы газовой смеси. Камеры измерения и сравнения находятся в тепловом контакте и выполнены из диэлектрика.

Излучатель электромагнитной энергии в виде электрической обмотки 11 с контактами 12 для присоединения к источнику переменного тока расположен вне камер измерения и сравнения, но часть магнитного потока возбужденной обмотки должна пронизывать часть объема как камеры измерения, так и камеры сравнения. Штуцер 5 присоединен к двухкамерному акустическому преобразователю, а именно к одной из его камер 13, в которой находится излучатель 14 звука с контактами 15 для присоединения к источнику переменного тока и микрофон 16 с контактами 17 для присоединения к устройствам обработки измерительной информации.

Для вывода пробы газовой смеси из этой камеры 13 служит трубка 18, подсоединенная к проточной полости 19 камеры выравнивания давлений.

Проба газовой смеси выводится трубкой 20. Камера 21 акустического преобразователя содержит излучатель

22 звука с контактами 23 для присоединения к источнику переменного тока и микрофон 24 с контактами 25 для присоединения к устройствам обработки измерительной информации, трубкой

26 камера 21 сравнения соединена полостью 10.

Преобразователь работает следующим образом.

Через штуцер 4 подают пробу парамагнитной газовой смеси в камеру

1 измерения, далее проба через штуцер

5 поступает в камеру 13 акустического преобразователя и по трубке 18 в проточную полость 19 камеры выравнивания давлений и выходит по трубке

20. Контакты электрической обмотки

12 и контакты акустического преобразователя 15 и 23 подключают к источникам переменного тока. Переменный ток, протекающий по электрической обмотке 11, возбуждает переменный магнитный поток, пронизывающий часть объема как камеры 1 измерения, так и камеры 6 сравнения. Поскольку камеры наполнены парамагнитными газами, в областях газа, находящихся под действием переменного магнитного потока, происходит поглощение электромагнитной энергии. При неизменяющемся эффективном значении напряженности магнитного поля поглощено электромагнитной энергии пропорциоиально магнитной восприимчивости парамагнитного газа. Явление поглощения электромагнитной энергии вызывает пульсацию давления газа, находящегося в камерах измерения и сравнения. При звуковой частоте переменного тока пульсация газа является источником акустической эмиссии. Звуковое давление формирует сигнал измерительной информации. Звуковое давление измеряется в камерах микрофонами

2 и 7. Сигналом измерительной информации является отношение значения сигнала, снимаемого с контактов 3, к значению сигнала, снимаемого с контактов 8.

Полученный сигнал измерительной информации отягчен систематической погрешностью, вызываемой переменной плотнос1096559

Составитель l0. Коршунов

Редактор Г. Волкова Техред Л.Иартяшова Корректор М. И!ароши

Заказ 3817/32 Тираж 823

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 тью и другими термодинамическими характеристиками пробы при анализе многокомпонентнык парамагнитных газовых смесей, Для исключения этой погрешности пробу пропускают через акустический преобразователь, отношение значения сигнала, снимаемого с контактов

17, к значению сигнала, снимаемого с контактов 25, функционально однозначно зависит от фактической плот-,10 ности и влияния термодинамических характеристик пробы, протекающей через камеру измерения. Отношение значения сигнала измерительной информации к -значению сигнала измерительной 15 информации акустического преобразователя однозначно определяет концентра" цию парамагнитного компонента в любых газовых смесях. Сравнение сигналов производят известным способом, напри- 20 мер применяя промежуточные измерительные преобразователи.

При изменении давления и температуры пробы газовой смеси происходит адаптация электромагнитного измерительного преобразователя к изменившимся влияющим величинам, например при увеличении только давления пробы газовой смеси, выходящий по трубке

18 газ заполняет проточную полость зо

19. Под действием повысившегося давления сокращается объем полости 10 что вызывает повышение давления в камере 6 сравнения и в камере 21 до значения давления в камере 1 измерения. Отношение значения давления в камере 1 измерения к значению давления в камере 6 сравнения "не изменится, этим исключается влияние давления на отношение значений магнитной восприимчивости — парамагнитных газов, заполняющих камеры. При повышении только температуры пробы газовой смеси часть тепловой энергии, внесенной газом в камеру 1 измерения повысит температуру камеры. Поскольку камера и измерения находится в тепловом контакте с камерой 6 сравнения, в последней находящийся гаэ нагревается и расширяется, избыточный объем газа через трубку 9 перетекает в полость 10. Отношение значения температур, а также и давления газов в камерах 1 и б не изменится„ этим исключается влияние температуры на отношение значений магнитной восприимчивости парамагнитных газов, заполняющих камеры.

При падении давления или температуре, либо их одновременного изменения адаптация преобразователя аналогична описанному.

В конструкции предлагаемого преобразователя могут применяться серийно выпускаемые промышленностью иэделия, как излучатели звука, микрофоны, промежуточные и функциональные преобразователи и т.д. Преобразователь не требует применения устройств для стабилизации давления и температуры пробы газовой смеси.

Изобретение позволит исключить иэ состава обязательных для термомагнитных газсанализаторов ряд проверок при проведении приемочных испытаний или ввести их в состав периодических испытаний, что сократит продолжительность технологического цикла иэготов ения газоанализаторов.