Газовий індикатор

Винахід відноситься до вимірювальної техніки, призначений для визначення вмісту органічних газів в повітрі і може бути використаний в апаратурі для контролю технічного стану трубопроводів, шахт, свердловин і інших технічних споруд, а також в геофізичній апаратурі для пошуку газових родовищ. Відоме для цієї цілі технічне рішення [1], що містить послідовно з'єднані пробовідбірне пристосування, пневморознім, вологопороховий фільтр, компресор і камеру з вихідним патрубком, усередині якого розміщений газочутливий приймальний перетворювач, до виходу якого підключені послідовно з'єднані підсилювач постійного струму, тригер Шмітта, заторможений мультивібратор, підсилювач потужності і головні телефони (прототип). В цьому пристрої проба повітря через пробовідбірне пристосування, пневморознім і вологопороховий фільтр з допомогою компресор подається в камеру газочутливого приймального перетворювача і через вихідний патрубок викидається в атмосферу. Сигнал з газочутливого приймального перетворювача підсилюється підсилювачем постійного струму і реєструється індикатором. В цей же час підсилений сигнал поступає на тригер Шмітта, який керує заторможеним мультивібратором. При досягненні сигналом заданої величини тригер Шмітта перекидується в стан логічної одиниці. Додатнім потенціалом запускається мультивібратор, що генерує змінний сигнал частотою біля 1кГц. Цей сигнал через підсилювач потужності поступає на головні телефони. Таким чином з допомогою відомого технічного рішення здійснюється вимірювання значення сигнала з виходу газочутливого приймального перетворювача, функціонально зв'язаного з процентним вмістом органічних газів в повітрі. Крім того прилад виробляє сигнал звукової частоти у випадку, коли концентрація органічного газу перевищує допустиме значення. Проте, через те що концентрація газу Cx у повітрі зв'язана з активним опором Rx газочутливого приймального перетворювача за нелінійним законом (Ro опір газочутливого приймального перетворювача без наявності газу в повітрі, g показник степені), прототип не забезпечує без додаткових обчислень і функціональних перетворень необхідну точність визначення процентного вмісту органічного газу в повітрі, що знижує продуктивність праці і звужує область застосування приладу в народному господарстві. Задачею заявленого технічного рішення є підвищення точності визначення концентрації газу в повітрі в реальному часі шляхом лінеаризації вимірювальної характеристики пристрою. Для вирішення цієї задачі в газовий індикатор, який складається з підсилювача постійного струму і індикатора, послідовно з'єднаних пробовідбірного пристосування, пневморозніму, вологопорохового фільтра, компресора і камери з вихідним патрубком, усередині якого розміщений газочутливий приймальний перетворювач, а також послідовно з'єднаних тригера Шмітта. заторможеного мультивібратора, підсилювача потужності і головних телефонів, причому один вивід газочутливого приймального перетворювача з'єднаний з інвертуючим входом підсилювача постійного струму, а неінвертуючий вхід цього підсилювача і другий вивід головних телефонів під'єднані до шини нульового потенціалу, додатково введені до джерела постійної напруги, схема віднімання, резистор, логарифмуючий підсилювач, помножувач, антилогарифмуючий підсилювач, аналого-цифровий перетворювач, причому вихід першого джерела постійної напруги з'єднаний з другим виводом газочутливого приймального перетворювача, до виходу підсилювача постійного струму, в коло від'ємного зворотного зв'язку якого включений резистор, під'єднаний вхід логарифмуючого підсилювача, вихід якого об'єднаний з першим входом схеми віднімання, до другого входу якої приєднаний вихід другого джерела постійної напруги, до виходу схеми віднімання підключені послідовно з'єднані помножувач, антилогарифмуючий підсилювач, аналого-цифровий перетворювач і індикатор, а в точку з'єднання виходу антилогарифмуючого підсилювача з входом аналого-цифрового перетворювача підключений вхід тригера Шмітта. Додатково введені нові елементи і зв'язки в своїй сукупності не являються складовою частиною жодного з відомих технічних рішень, призначених для вимірювання процентного вмісту органічних газів в повітрі або для інших задач, що дає підставу класифікувати заявлений газовий індикатор, як такий що відрізняється новизною. Оскільки використання нових елементів і зв'язків забезпечує вирішення поставленої задачі, то ці відмінні признаки можна віднести до категорії суттєвих. Суть винаходу пояснюється кресленням (фіг.). Газовий Індикатор складається з першого і другого джерел постійної напруги 1 і 2, пробовідбірного пристосування 3, пневмороз'єму 4, вологопорохового фільтра 5, компресора 6, камери 7 газочутливого приймального перетворювача 8 з вихідним патрубком 9, резистора,10, підсилювача постійного струму 11, логарифмуючого підсилювача 12, схеми віднімання 13 помножувача 14, антилогарифмуючого підсилювача 15, аналогоцифрового перетворювача 16, індикатора 17, тригера Шмітта 18 заторможеного мультивібратора 19, підсилювача потужності 20 і головних телефонів 21. Вихід першого джерела постійної напруги 1 через газочутливий приймальний перетворювач 8, розміщений усередині камери 7, під'єднаний до інвертуючого входу підсилювача постійного струму 11, в коло від'ємного зворотного зв'язку якого включений резистор 10. Пробовідбірне пристосування 3 під'єднане через послідовно з'єднані пневморознім 4, вологопрроховий фільтр 5 і компресор 6 до входу камери 7, яка має вихідний патрубок 9. Неінвертуючий вхід підсилювача постійного струму 11 і один з виводів головних телефонів 21 приєднані до шини нульового потенціалу, а до виходу підсилювача 11 підключений вхід логарифмуючого підсилювача 12, вихід якого під'єднаний до першого входу схеми віднімання 13. Другий вхід схеми віднімання 13 об'єднаний з виходом другого джерела постійної навпруги 2. До виходу схеми віднімання 13 підключені послідовно з'єднані помножувач 14, антилогарифмуючий підсилювач 15, аналогоцифровий перетворювач 16 і індикатор 17. В точку з'єднання виходу антилогарифмічного підсилювача 15 з входом аналого-цифрового перетворювача 16 підключені послідовно з'єднані тригер Шмітта 18, заторможений мультивібратор 19, підсилювач потужності 20 і головні телефони 21. Принцип дії газового індикатора полягає в наступному. Проба повітря через послідовно з'єднані пробовідбірне пристосування 3, пневморознім 4, вологопороховий фільтр 51 компресор 6 поступають в камеру 7 газочутливого приймального перетворювача 8 і через вихідний патрубок 9 викидається в атмосферу. При підключенні газочутливого приймального перетворювача 8 між першим джерелом постійної напруги 1 і підсилювачем постійного струму 11, на виході останнього утворюється напруга де U1 - значення постійної напруги на виході джерела напруги 1, R10 - опір резистора 10, Rx текуче значення опору газочутливого приймального перетворювача 8. Напруга U11 логарифмується з допомогою логарифмуючого підсилювача 12, напруга на виході якого де a і b - коефіцієнти логарифмічного перетворення. Якщо перетворення здійснюється в цифровому виді, то a і b -1 - дискрети квантування напруг U11 і U12, а при аналоговому перетворенні (наприклад, на базоемітерних переходах транзисторів) коефіцієнт - постійна Больцмана, T абсолютна температура, a q - заряд електрона), - вхідний опір підсилювача 12, I 0 - зворотній струм логарифмуючого транзистора). З напруги U12 в схемі віднімання 13 віднімається напруга джерела 2, в результаті чого на виході схеми віднімання 13 утворюється напруга де R0 - максимальне значення опору газочутливого приймального перетворювача 8 в середовищі чистого повітря. Вибираючи значення напруги U2 рівним одержимо, що Дальше напруга U13 помножується на коефіцієнт у з допомогою помножувача 14, вихідна напруга якого Ця напруга антилогарифмуеться підсилювачем 15 з постійною a -1, тобто вихідна напруга на виході підсилювача 15 де k0 - коефіцієнт пропорціональності. Отже, вихідна напруга антилогарифмуючого підсилювача 15 є вихідним сигналом. Вона перетворюється аналого-цифровим перетворювачем 16 в цифровий код і реєструється індикатором 17. В цей же час напруга U15 поступає на тригер 18, який керує заторможеним мультивібратором 19. При досягненні напругою U15 заданої величини на виході тригера Шмітта 18 утворюється додатній потенціал, який знімає блокування з заторможеного мультивібратора 19 і на виході останнього утворюється сигнал звукової частоти, який через підсилювач потужності 20 подається на головні телефони 21. При відповідному виборі коефіцієнта k0 покази індикатора 17 прямопропорційні концентрації Cx органічного газу в повітрі. Отже, заявлюваний газовий індикатор дозволяє здійснювати безпосереднє вимірювання процентного вмісту газу в повітрі (в реальних умовах від 5 до 20000ррт) за рахунок чого досягається підвищення точності і продуктивності вимірювань.