Спосіб термокаталітичного аналізу горючих газів та пристрій для його здійснення

1. Способ термокаталитического анализа горючих газов с помощью датчика, включенного в неуравновешенную мостовую схему, при их сжига C2 (54) СПОСІБ ТЕРМОКАТАЛІТИЧHОГО АHАЛІЗУ ГОРЮЧИХ ГАЗІВ ТА ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСHЕHHЯ 18094 рудничной атмосферы. – М.: Недра, 1984, с. 91– 94). Недостатком такого способа является влияние на стабильность результатов анализа температур ных перегрузок рабочего чувствительного элемента датчика не только от сжигания на нем горючих га зов, но и от напряжения пита ния мостовой схемы, которое изменяется в переносных метанометрах на 10% в процессе разряда блока аккумуляторов, а также непосредственная зависимость результатов анализа от величины напряжения мостовой схемы. Наиболее близким к предлагаемому является широко применяемый способ анализа горючих га зов термокаталитическим датчиком, включенным в неуравновешенную мостовую схе му и питанием ее стабилизированным напряжением, что позволяет исключить влияние напряжения питания мостовой схе мы на погрешность измерения, а также на стабильность работы датчика (за счет исключения дополнительных температур ных перегрузок рабочего чувствительного элемента). Ре зультат анализа контролируется по разбалансу мостовой схемы. Этот способ анализа реализован в стационарной и переносной аппаратуре контроля объемной доли метана (см. книгу Карпов Е.Ф., Биренберг И.Э., Басовский Б.И. Автоматическая газовая защи та и контроль рудничной атмосфе ры. – М.: Недра, 1984, с. 101–108 – прототип, а также устройства, использующие этот способ анализа см. с. 94–98 и т.д.). Однако при сгорании метана на рабочем чувствительном элементе датчика температура его, а также сопротивление возрастают. При стабильном напряжении питания мостовой схе мы напряжение на рабочем чувствительном элементе возрастет, а на компенсационном уменьшится, возникающий разбаланс является мерой объемной доли метана. Как показали экспериментальные исследования, температура рабочего чувствительного элемента возрастает примерно на 50оС, на один процент метана, т.е. на 150оС в рабочем диапазоне измерения объемной доли метана (0–3%) и на 250оС в диапазоне показаний (0–55), что приводит к перегреву рабочего элемента, постепенному изменению его физических параметров и ухудшает стабильность результатов анализа. В основу изобретения поставлена задача усо вершенствования способа термоката литического анализа горючих га зов и устройства для его осуществления, в котором напряжение на рабочем чувствительном элементе датчика поддерживают стабильным, чем обеспечивается уменьшение температурной перегруз ки рабочего элемента и энергопотребление датчика в процессе анализа, и за счет этого повышается стабильность результатов анализа и долговечность датчика. Поставленная задача решается тем, что в способе термоката литического анализа горючих газов, заключающемся в сжигании горючих га зов на поверхности рабочего чувствительного элемента термокаталитического датчика, включенного в неуравновешенную мостовую схе му и измерении ее разбаланса, согласно изобретению напряжение на рабочем чувствительном элементе датчика поддерживают ста бильным. Такой способ может быть осуществлен устройством, содержащим од нокамерный термокаталитической датчик, включенный в неуравновешенную мостовую измерительную схе му, источник питания, блок индикации выходного сигнала мостовой схе мы, в кото рое дополнительно введены регулирующий транзистор, операционный усилитель и задатчик опорного напряжения, причем точка соединения рабочего и компенсационного чувствительных эле ментов датчика подключена к первому вхо ду операционного уси лите ля, второй вывод рабочего чувствительного элемента, соединенного с выводом балластного резистора, подключен к общей точке схемы, вто рой вход операционного усилителя подключен к задатчику опорного напряжения, а выход – к базе регулирующего транзисто ра, коллектор которого подключен к одному из выводов источника питания, а эмиттер – ко второму выводу компенсационного чувствительного элемента. Совокупность существенных признаков позволяет получить те хнический результат за счет того, что при анализе атмосферы, содержащей горючий газ, на рабочем элементе термокаталитического датчика происходит его беспламенное окисление, разогpев и рост сопротивления последнего, но так как напряжение на нем поддерживается стабильным, то уменьшается ток, протекающий через термокаталитический датчик, и разогрев рабочего элемента от источника питания, а также напряжениепитания мостовой измерительной схемы и потребляемая ею мощность. На рисунке приведена схема устройства, реализующая предлагаемый способ: 1 – источник питания, 2 – регулирующий транзистор, 3 – операционный усилитель, 4 – задатчик опорного напряжения, 5 – мосто вая измерительная схема, 6 – компенсационный и 7 – рабочий элементы термокаталитического датчика, 8, 9 – балластные резисторы, 10 – блок индикации выходного сигнала. Способ осуществляется следующим образом. Напряжение от блока питания 1 поступает на мостовую измерительную схе му 5 через регулирующий транзистор 2. Точка соединения рабочего 7 и компенсационного 6 элементов подключена к первому вхо ду операционного усилителя 3 и с точкой соединения балластных резисто ров 8, 9 ко вхо ду бло ка индикации выходного сигнала 10 (выполненного, например, в виде стрелочного показывающе го прибора или аналого-цифрового преобразователя с индикаторами). Операционный уси литель 3 по второму вхо ду подключен к задатчику опорного напряжения 4, а по выхо ду к базе регулирующе го транзистора 2. Рассмотрим работу устройства по предлагаемому способу. При отсутствии в анализируемой атмосфе ре горючего газа резисторами 8 и 9 производится балансировка моста и величина выходного сигнала устанавливается равной нулю. Регулирующий транзистор 2 с операционным усилителем 3 и задатчиком опорного напряжения 4 выполняют функцию стабилизатора напряжения, приложенного к рабочему элементу датчика: при появлении рассогласования между за данным и фактическим значениями напряжений на рабочем элементе, поданных на входы операционного усилителя 3, последний регулирует ток базы транзистора 2 и устраняет рассогласование. 2 18094 При появлении горючего га за в анализируемой атмосфе ре происхо дит его сгорание на поверхности рабочего элемента 7, температура и сопротивление последнего возрастают, но так как напряжение на нем поддерживается стабильным за счет операционного уси лителя 3 и транзистора 2, ток пита ния мостовой схе мы датчика уменьшается. При этом уменьшается ток, прохо дящий через компенсационный элемент 6, а также уменьшаются выделяющееся на нем напряжение, мощность и его сопротивление, т.е. нарушается баланс мостовой схемы 5 датчика и на входе блока индикации 10 возникает сигнал, пропорциональный содержанию метана в анализируе мой атмосфе ре. Как показали экспериментальные исследования устройства, реализующе го предложенный способ, линейность выходной характеристи ки термокаталитического датчика при стабильном нап ряжении на рабочем элементе увеличивается, при этом прирост температуры на один процент метана составляет примерно 25оС, т.е. в два раза меньше, чем при способе, обеспечивающем стабильное напряжение на мосто вой схеме, при этом с ростом объемной доли метана уменьшается потребление термокаталитического датчика примерно на 7% на каждый процент метана (по старому способу на 1%). Так как основным потребителем в портативной аппаратуре газово го анализа с термокаталитическим датчиком является сам датчик, повышение его экономичности при увеличении объемной доли горючего газа в анализируемой атмосфере также является существенным преимуществом предлагаемого способа. Уменьшение температур ных перегрузок рабочего чувствительного элемента уве личивает долговечность датчика и в конечном итоге повышает ста бильность результатов анализа. Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 3