Патент ссср 410167

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

4lOI67

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 25.11.1972 (№ 1752107/23-26) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 05.1.1974. Бюллетень № 1

Дата опубликования описания 8Х.1974

М. Кл. Е 21f 17/18

G 01п 27/48

Гасударственный комитет

Совете Министров СССР па делам изобретений и открытий

УДК 628.356.64:66.012-52 (088.8) Авторы изобретения А. Д. Багриновский, T. А. Кузьмина, В. Б. Беляков, Е. iVL. Пономарева, Б. В. Фомин, А. Н. Серегин, В. А. Бирюков

Научно-производственное объединение «Агроприбор»

Заявитель

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

КИСЛОРОДНОГО РЕЖИМА ШАХТНОЙ И РУДНИЧНОЙ

АТМОСФЕРЫ

Изобретение может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности.

Известно автоматическое устройство для контроля кислородного режима шахтной и рудничной атмосферы, содержащее полярографический датчик, выполненный в виде гальванического элемента и терморезистора и связанный с измерительным блоком, причем гальванический элемент включает в себя основной индикаторный электрод, дополнительный индикаторный и вспомогательный электроды, погруженные в электролит и закрытые полимерной мембраной.

К недостаткам известного устройства относятся несовершенство измерительной схемы, обусловленное отсутствие усиления сигнала полярографического датчика и системы компенсации его температурного эффекта; постепенное увеличение остаточного тока, вызванное загрязнением электродов продуктами электрохимических реакций и недостаточно эффективная его компенсация; недостаточйые скорости стабилизации и реагирования.

С целью повышения точности измерения и надежности работы в предлагаемом устройстве дополнительный индикаторный электрод выполнен в виде спирали, намотанной на наружной поверхности стержня, в торцевой части которого вмонтирован основной индикаторный электрод. Основной индикаторный электрод связан с вспомогательным электродом через измерительный блок с компенсаторами остаточного тока и температуры, причем

5 вспомогательный электрод выполнен в виде цилиндра переменного сечения, расположенного на внутренней поверхности электролитпой камеры, соединенной канавками с брикетом пористого полимерного материала, разме10 щенного с обратной стороны основного индикаторного электрода. Измерительный блок снабжен полупроводниковым термостабилизированным усилителем постоянного тока, выполненным в виде дифференциальной схемы

15 с регулируемым коэффициентом усиления и соединенным через регистрирующий микроамперметр контактного типа со свето-звуковым сигнализатором и терморезистором. Кроме того терморезистор расположен на наружной

20 поверхности гальванического элемента, соединенного с компенсаторами остаточного тока и температуры, связанными с термостабилизированным усилителем постоянного тока.

На фиг. 1 представлена принципиальная

25 электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — конструкция гальванического элемента полярографического датчика; на фиг. 3 — нижняя часть гальванического элемента полярографического датчика в увели. чо ченпом масштабе.

410167

3

Автоматичес oe ycTpoAcTHo содержит по 1 7рографическии датчик 1, выполненный в виде гальванического элемента 2 и терморезистора

3 и связанный с измерительным блоком 4.

Гальванический элемент 2 размещается в корпусе 5 из оргстекла, причем ввод и герметизация соединительного кабеля b осуществляется с помощью штуцера 7, фторопластовых шайб b, резиновых колец 9 и фтсропластовой фигурной шайбы 10. Оспоьпоп индикаторный электрод 11„выполнеш ый из драгоценного металла (Pt, Au, Ag, Pd) и закрытый со стороны анализируемои среды полимерной мембрапои 12, вмонтирован в торцовую часть стержня 13, па наружной поверхности которого памотан в виде спирали Ilpoволочпый дополнительный индикаторный электрод 14 из драгоценного металла. С обратной с ороны основного индикаторного электрода 1s размецеп брикет 15 пористого полимерного материала, соединенного канавками 1b с элек ролитной камерой 17, па внутренней поверхности которой расположен вспомогатель ыи электрод 18, выполненный в виде цилиндра переменного сечения из цинка, кадмия или свинца.

Электролит заливается в камеру 17 шприцем через отверстие 19, которое закрывается пробкой 20. Вывод токоотводов от основного индикаторного электрода 11 и дополнительного индикаторного электрода 14, связанных непосредственно, осуществляется через капал

21. Стержень 13 и регулировка степени натяжения полимерной мембраны 12 фиксиру отся с помощью нажимной втулки 22, шайбы

23 и резинового кольца 24. Соединенный кабель 6 подключается к измерительному блоку

4 при помощи штепсельного разъема 25.

Основной индикаторный электрод 11 связан с вспомогательным электродом 18 через измерительный блок 4 с компенсатором остаточного тока, состоящим из источника питания

26 и резисторов 27 и 28, и компенсатором температуры, включающим мост из резисторов 29 — 33, в диагональ которого через переключатель 34 подключен регистрирующий микроамперметр 35 контактного типа.

Измерительный блок 4 снабжен полупроводниковым термостабилизированным усилителем постоянного тока, выполненным в виде дифференциальной схемы с регулируемым коэффициентом усиления.

Транзисторы 36 и 37 образуют первый балансный каскад усилителя постоянного тока, базы которых связаны между собой через резисторы 38 — 40, а коллекторы — через резисторы 41 — 43. Транзисторы 44 и 45 образуют второй балансный каскад, причем их коллекторы подключены к средней точке резистора 42. Источник питания 46 связан с усилителем постоя кого тока через резисторы 47 и 48 и гереключатель 34.

Микроамперметр 35 через переключатель 34 и компенсационные резисторы 49 температуры и 50 регулировки шкалы подключен к эм5

4 митерпым резисторам 51 и 52 транзисторов

44 и 45. Резистор 53 обеспечивает возможность подключения вторичного самопишущего прибора. контакты микроамперметра 35 подключены к мультивибратору, состоящему из транзисторов 54 — 56, резисторов 57 и 58 и конденсаторов 59 и 60.

Мультивибратор в сочетании с сигнальной лампой 61, громкоговорителем 62 и тумблером 63 образуют свето-звуковой сигнализатор, который совместно с терморезистором 3, расположенным па наружной поверхности гальванического элемента 2, соединен с термостабилизировапным усилителем постоянного тока. Термостабилизация усилителя постоянного тока достигается с помощью транзистора 64 и резисторов 47 и 65.

Автоматическое устройство работает следу ощим образом. При контактировании IIOлярографического датчика 1 с анализируемой средой в цепи гальваническо:o элемента 2 возникает предельный диффузионный ток, величина которого прямо пропорциональна содержанию кислорода в анализируемой среде (фиг. 1). При этом молекулы кислорода диффупдируют через полимерную мембрану 12 к основному индикаторному электроду 11, на котором происходит их электровосстановлепие (фиг. 2). Электролит в камере 17 служит для электрической связи основного индикаторного электрода 11 и дополнительного индикаторного электрода 14 со вспомогательным электродом 18, потенциал которого обеспечивает необходимую величину потенциала индикаторных электродов 11 и 14, лежащий в области предельного диффузионного тока электровосстановления кислорода. Электрохимическая реакция на основном индикаторном электроде 11 идет одноступенчато с потреблением 4 электронов:

О, + 2Н,О + 4е 4ОН— при этом происходит растворение металла вспомогательного электрода 18, например, Cd - Cd +2е

В результате во внешней измерительной цепи возникает предельный диффузионный ток процесса, регистрируемый микроамперметром 35, величина которого прямо пропорциональна содержанию кислорода.

Полимерная мембрана 12 проницаема практически только для кислорода, что обеспечивает селективность измерения его содержания.

Дополнительный индикаторный электрод 14 задерживает ионы ОН вЂ” и Cd" при их диффузии в электролите, предотвращая тем самым загрязнение основного индикаторного электрода 11 ионами Cd" и вспомогательного электрода 18 ионами OH —. Проникновение кислорода в межэлектродное пространство вследствие возможной расгерметизации гальванического элемента 2 или его присутствие в растворенном виде в электролите ведет к электровосстановлению кислорода на допол

410167

10 нительпом индикаторном электроде 14, обеспечивая тем самым максимальный градиент содержапия кислорода по обе стороны полимерной мембраны 12, а также минимальное значепие остаточпого тока.

Ток гальванического элемента 2 через переключатель 34 поступает па вход первого балапсного каскада усилителя постоянного тока, где происходит усиление сигнала. С коллекторпых нагрузок траизисторов 36 и 37 (резисторы 41 I 43) усиленный сигнал поступает на вход второго балансного каскада. Последовательное включепие двух балансных каскадов необходимо для получения достаточного коэффициента усиления. К эмиттерным нагрузкам второго балапспого каскада (резисторы 51 и 52) через переключатель 34 подключен микроампермстр 35, который регистрирует усиленный сигнал гальванического элемента 2. Шкала микроамперметра 35 отградуирована в миллиграммах на литр и процептах кислорода.

Транзистор 64, резисторы 47 и 65 выполняют роль цепи обратной связи, служащей для температурной стабилизации коллекторных токов транзисторов 36 и 37, но не влияющей при этом на коэффициент усиления усилителя постоянного тока. При изменении температуры коллекторные токи транзисторов 36 и 37 либо одновременно возрастают, либо уменьшаются, в связи с чем на резисторе 47 появляется некоторое падение напряжения.

Усиленный сигнал гальванического элемента

2 протекает по резистору 47 в противофазе, не создавая IIa нем падения папряжения.

При достижении максим альпо допустимого значения содержания кислорода в анализируемой среде стрелка регистрирующего микроамперметра 35 замыкает контакты, встроенные в его корпус, к которым подключена база транзистора 54, обеспечивающего запуск мультивибратора и подающего напряжение на сигнальную лампу 61 и громкоговоритель 62.

Резистор 42 служит для установки нуля микроамперметра 35.

Для компенсации измепепия сигнала гальвапического элемента 2 от изменения температуры анализируемой среды служит резистор 49, включеппьш в цепь микроамперметра

35. Уменьшение или увеличение сопротивления резистора 49 позволяет привести показания микроамперметра 35 к- номинальному значению содержания кислорода, соответствующему температуре анализируемой среды. Для этого предварительпо производят измерение температуры с помощью терморезистора 3. При изменении сопротивления тер15

55 морезистора 3 в зависимости от изменения температуры в диагонали моста резисторов

" — 33 происходит разбаланс, напряжение которого фиксируется микроамперметром 35, имеющим также шкалу, отградуированную в градусах Цельсия.

Остаточпый ток, возникающий в гальваническом элементе 2, компенсируется при помощи резистора 28.

Предмет изобретения

1. Автоматическое устройство для контроля кислородного режима шахтной и рудничной атмосферы, содержащее полярографический датчик, выполненный в виде гальванического элемента и терморезистора и связанный с измерительным блоком, причем гальванический элемент включает в себя основной индикаторпьш электрод, дополнительный индикаторный и вспомогательный электроды, погруженные в электролит и закрытые полимерной мембраной, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и надежпости работы, дополнительный индикаторный электрод выполнен в виде спирали, намотанной на паружпой поверхности стержня, в торцовой части которого вмонтирован основной индикаторный электрод.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что основной индикаторный электрод связан со вспомогательным электродом через измерительный блок с компенсаторами остаточного тока и температуры, причем вспомогательный электрод выполнен в виде цилиндра переменного сечения, расположенного на внутренней поверхности электролитной камеры, соединенной канавками с брикетом пористого полимерного материала, размещенного с обратной стороны основного индикаторного электрода.

3. Устройство по п. 2, отличаю щеес я тем, что измерительный блок снабжен

IIo;I) проводниковым термостаоплизиpoваиным усилителем постоянного тока, выполненным в виде дифференциальной схемы с регулируемым коэффициентом усиления и соединенным через регистрирующий микроамперметр контактного типа со светозвуковым сигпализатором и терморезистором.

4. Устройство по пп. 2 и 3, отл ич а ю щ е е с я тем, что терморезистор расположен на Hap) æíoé поверхности гальван ического элемента, соединенного с компенсаторами остаточного тока и температуры, связанными с термостабилизированным усил ител ем постоя н н ого то ка.

410167 с. а

1

1

I

I

Составитель T. Кузьмина

Техред Т. Миронова

Корректор Н. Лук

Редактор Е. Левина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1059/18 Изд. Ж 353 Тпрагк 565 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5