Устройство для измерения концентрации газа

 

Использование: аналитическое приборостроение . Сущность изобретения. Устройство осуществляет преобразование емкости в частоту, для чего полевой транзистор , выступающий в качестве емкостного преобразователя, используется еще дополнительно в виде усилительного элемента, причем затвор соединяется с коллектором, исток - с базой, а сток - с эмиттером биполярного транзистора. Конструкция устройства при подаче управляющего напряжения обеспечивает работу биполярного транзистора в активном режиме, а полевого - в режиме насыщения. При этом на зажимах коллектор - эмиттер биполярного транзистора возникает отрицательное сопротивление , которое приводит к возникновению электрических колебаний в контуре, состоящем из параллельного соединения полных сопротивлений с индуктивной составляющей на зажимах эмиттер - коллектор биполярного транзистора и емкостной составляющей на заж.имах затвор - сток полевого транзистора. При подаче газа на газочувствительный затвор полевого транзистора происходит изменение емкости подзатворного диэлектрика, что приводит к изменению емкостной составляющей полного сопротивления на зажимах затвора - сток полевого транзистора, что, в свою очередь , изменяет резонансную частоту контура . 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистиче ских

РЕ СГ1УБПИК (я >s G 01 N 27/12

ГОСУДАРСТВЕН10Е ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4950355/25 (22) 27.06.91 (46) 30.06.93. Бюл. hk 24 (71) Винницкий политехнический институт (72) Е.В.Осадчук и В.С.Осадчук (56) Виглеб Г. Датчики, М.: Мир, 1989, с.99111.

Патент ФРГ М 3526348А1, кл, G 01 N 27/12, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОН-ЦЕНТРАЦИИ ГАЗА (57) Использование; аналитическое приборостроение. Сущность изобретения. Устройство осуществляет преобразование еМкости в частоту, для чего полевой транзистор, выступающий в качестве емкостного преобразователя, используется еще дополнительно в виде усилительного элемента, причем затвор соединяется с коллектором, исток — с базой, а сток — с эмиттером биполярного транзистора, Конструкция устройИзобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано как датчик концентрации газов в различных устройствах автоматизированного управления технологическими процессами.

Цель изобретения — увеличение чувствительности и точностИ измерения.

Достижение этой цели позволит значительно улучшить технику измерения и регулирования различных технологических процессов, связанных с производством химической продукции.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве преобразование А2 1824566 А1 ства при подаче управляющего напряжения обеспечивает работу биполярного транзистора в активном режиме, а полевого — в режиме насыщения. При этом на зажимах коллектор — эмиттер биполярного транзистора возникает отрицательное сопротивление, которое приводит к возникновению электрических колебаний в контуре, состоящем иэ параллельного соединения полных сопротивлений с индуктивной составляющей на зажимах эмиттер — коллектор биполярного транзистора и емкостной составляющей на зажимах затвор — сток полевого транзистора. При подаче газа на газочувствительный затвор полевого транзистора происходит изменение емкости подзатворного диэлектрика, что приводит к изменению емкостной составляющей полного сопротивления на зажимах затвора— сток полевого транзистора, что, в свою очередь, изменяет резонансную частоту контура. 1 ил. емкости в ток заменяется в предполагаемом устройстве преобразованием емкости в частоту, для чего полевой транзистор выступает в качестве управляемого газом емкостного элемента колебательного контура, потери энергии в котором компенсируются эа счет отрицательного сопротивления, возникающего на зажимах коллектор — эмиттер биполярного транзистора, у которого базовый электрод соединен с источником полевого транзистора, коллектор соединен с затвором, а змиттер со стоком. Индуктивным элементом служит реактивная составляющая полного сопротивления на зажимах коллектор-эмиттер биполярного транзисто1824566

55 ра. Для увеличения общей эквивалентной индуктивности и подстройки контура параллельно зажимам змиттер — коллектор биполярного транзистора, включается внешняя пассивная индуктивность, Таким образом, в предлагаемом устройстве небольшое изменение емкости подзатворного диэлектрика под действием газа преобразуется в значительное изменение резонансной частоты колебательного контура, что позволяет увеличить чувствительность и точность определения концентрации газа, Совокупность признаков неизвестных ранее, появляется за счет использования емкостной составляющей полного сопротивления на зажимах затвор — сток полевого транзистора, которое включается параллельно полному сопротивлению с индуктивным характером на зажимах эмиттер-коллектор биполярного транзистора, что образует колебательный контур, потери энергии в котором компенсируются эа счет отрицательного сопротивления, возникающего на зажимах эмиттер-коллектор биполярного транзистора в результате положительной обратной связи в цепях эмиттер — база и коллектор — змиттер биполярного транзистора по постоянному и переменному токам, Резкая зависимость резонансной частоты контура от изменения емкостной составляющей полного сопротивления на зажимах затвор — сток полевого транзистора за счет воздействия газа на затвор полевого транзистора повышает чувствительность и точность измерения концентрации определяемого газа.

На чертеже дана схема устройства.

Устройство для измерения концентрации газа содержит источник 1 управляющего постоянного напряжения, включенного параллельно зажимам эмиттер — коллектор биполярного транзистора 4 и последовательной цепочке, состоящей из пассивной индуктивности 5 и конденсатора 6, причем затвор полевого транзистора 3 соединен с эмиттером биполярного транзистора 4, исток соединен с базой, а исток с эмиттером, Газочувствительным элементом полевого транзистора 3 является активный слой подзатворного диэлектрика, на который воздействует поток газа. поступающий иэ источника 2. Выход устройства образован первой обкладкой конденсатора и общей шиной.

Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени гаэ не подается на затвор полевого транзистора 3.

Повышением напряжения управляющего источника 1 до величины, когда биполярный транзистор 4 станет работать в активном

40 режиме, а полевой транзистор 3 в режиме насыщения, на зажимах эмиттер — коллектор биполярного транзистора 4 возникает отрицательное сопротивление, которое приводит к возникновению электрических колебаний в колебательном контуре, об разованном параллельным включением полного сопротивления с емкостным характером на зажимах затвор — сток полевого транзистора 3 и полным сопротивлением с индуктивным характером на зажимах эмиттер — коллектор биполярного транзистора 4.

Индуктивность 5 служит для подстройки колебательного контура на нужную резонансную частоту. а емкость 6 предохраняет источник 1 управляющего напряжения от короткого замыкания через подстроечную индуктивность 5, а также, служит нагруэочным сопротивлением по переменному току, с которого снимается выходной сигнал. При последующей подаче газа из источника 2 на затвор полевого транзистора 3 происходит изменение емкостной составляющей полного сопротивления на зажимах затвор — сток полевого транзистора 3, что приводит к изменению резонансной частоты колебательного контура.

Использование предлагаемого устройства для измерения концентрации газов по сравнению с прототипом существенно повышает чувствительность и точность определения информативного параметра эа счет выполнения индуктивного элемента на основе биполярного транзистора, а емкостного элемента в виде полевого транзистора измерительного колебательного контура. в котором изменение емкости под действием газа, обеспечивает эффективную перестройку частоты на выходе, а также за счет реальной воэможности линеаризации функции преобразования путем выбора напряжения на выходе источника 1 питания.

Формула изобретения

Устройство для измерения концентрации газа, содержащее газопровод для подачи газэ, источник электропитания, подключенный к емкостному управляемому элементу, электрически связанному с параллельно подключенным индуктивным элементом, отличаю ще вся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, в него введены биполярный транзистор, конденсатор и пассивная индуктивность, а индуктивный элемент выполнен в виде реактивного биполярного транзистора, причем база биполярного транзистора подключена к истоку полевого транзистора, коллектор биполярного тран1824566

Составитель Е. Осадчук

Техред М.Моргентал Корректор Н. Гунько

Редактор

Заказ 2222 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужюрод, ул.Гагарина, 101 эистора подключен к затвору полевого транзистора. эмиттер биполярного транзистора подключен к стоку полевого транзистора, первый вывод пассивной индуктивности подключен к коллектору биполярного транзистора, затвору полевого. транзистора и первому полюсу источника питания, а второй вывод пассивной индуктивности соединен с первым выводом конденсатора, к которому подключается первая выходная клемма, а второй вывод конденсатора подключен к эмиттеру биполярного транзисто5 ра, к стоку полевого транзистора и второму полюсу источника питания, которые образуют общую шину, к которой подключена вторая выходная клемма.