Електрохімічний газоаналізатор

Электромеханический газоанализатор, содержащий электрохимическую ячейку, ге нератор, потенциостат, сумматор, фазовый детектор, фазосдвигающую цель и регистратор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что фазосдвигающая цепь выполнена адаптивной, первый ее вход подсоединен к выходу потенциостата, управляющий вход - к выходу фазового детектора, а сама фазосдвигающая цепь содержит варикап, три резистора и два конденсатора, причем один из входов варикапа через конденсатор соединен со входом электрохимической ячейки и через резистор - с общим проводом, а второй его вход через конденсатор соединен со входом согласующего усилителя и через резистор с выходом фазового детектора, и вход согласующего усилителя через резистор соединен с общим проводом. с > о ел Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для измерения концентрации компонентов воздуха рабочей зоны и атмосферы. Известен газоанализатор [1], содержащий электрохимическую ячейку, генератор, блок компенсации и регистратор. Блок компенсации, предназначенный для компенсации паразитной емкости электрохимической ячейки, вырабатывает напряжение компенсации влияния емкости где К - коэффициент пропорциональности; Ся - паразитная емкость электрохимической ячейки; - производная поляризующего напряжения. Однако, паразитная емкость электрохимической ячейки, образованная двойным слоем ячейки, зависит от напряжения поляризации и поэтому полной компенсации паразитной емкости в таких газоанализаторах йе происходит. В качестве прототипа выбран газоанализатор [23, содержащий датчик в виде электрохимической ячейки, генератор, потенциостат, сумматор, фазовый детектор, фазосдвигающую цепь и регистратор. Компенсацию паразитной емкости осуществляют с помощью управляемой индуктивности, включенной в тракт измерения и образующей с датчиком параллельный контур, во О 11054 всем диапазоне рабочих напряжений. Для это дает возможность перестраивать постокаждого мгновенного рабочего напряжения янную времени RC цепочки, а следовательвырабатывается сигнал, подаваемый на ли- но, и повысить точность компенсации нейную индуктивность. Контур, образуемый паразитной емкости, и значит - точность нелинейной индуктивностью и паразитной 5 измерения без увеличения массогабаритемкостью датчика, настроен в резонанс, по- ных показателей устройства. этому емкостной ток при изменении напряНа фиг. 1 приведена блок-схема электроже ни я на да тчи ке п о сто я нно химического анализатора газов; на фиг.2 скомпенсирован. пример выполнения фазосдвигающей цепи. Известное устройство обеспечивает 10 Устройство содержит генератор 1 синусоинизкую точность компенсации, которая дального напряжения, потенциостат 2 для обусловлена низкой добротностью контура, поддержания постоянного потенциала на составленного из паразитной емкости датизмерительном электроде, электрохимичечика и нелинейной индуктивности. скую ячейку 3, сумматор 4, фазовый детекВеличина паразитной емкости равна не- 15 тор 5, фазосдвигающую цепь 6, скольким тысячам микрофарад и для дости выполненную в виде дифференцирующей жения высокой добротности контура цепочки с управляемой времени, согласуюнеобходимо величину нелинейной индук щий усилитель 7 и регистратор 8. Выход тивности выбирать как минимум несколько генератора 1 синусоидального напряжения генри, что требует выполнения индуктивно- 20 подключен ко входу потенциостата 2 и втости с ферромагнитным сердечником, а это, в рому входу фазового детектора 5. Выход посвою очередь, приводит к увеличению мас- тенциометра 2 соединен с одним из токовых согабаритных показателей индуктивности и электродов электрохимической ячейки 3. всего устройства в целом. В основу изобре тения положена задача усовершенствова- 25 Второй токовый электрод электрохиминия электрохимический газоанализатор, в ческой ячейки 3 соединен с первым входом котором новое выполнение фазосдвигаю- сумматора 4. Выход дифференцирующей RC щей цепи позволяет перестроить постоян цепочки через согласующий усилитель 7 соную времени компенсирующей RC цепочки, единен со вторым входом сумматора 4. Выследящей за постоянной времени паразит- 30 ход сумматора 4 соединен со входом ной RC цепочки, образованной с участием регистратора 8 и первым входом фазового двойного слоя ячейки, зависящего от напря детектора 5. Выход фазового детектора 5 жения поляризации, что повышает точность соединен с управляющим входом диффеизмерения без увеличения массогабарит- ренцирующей RC цепочки. ных показателей системы. 35 Дифференцирующая RC цепочка с упРешение поставленной задачи достига равляемой постоянной времени, выполненется тем, что в электрохимическом газоана ная адаптивной, содержит варикап 9, лизаторе, содержащем электрохимическую резисторы 10 и 11 для создания режима ваячейку, генератор, потенциостат, сумматор, рикапа, конденсаторы 12 и 13, исключаюфазовый детектор, фазосдвигающую цепь и 40 щие влияния на режим работы варикапа 9 регистратор, согласно изобретению, фазос- внешних цепей, и резистор 14 внешних цедвигающая цепь выполнена адаптивной, пей, и резистор 14, образующий совместно первый ее вход подсоединен к выходу по- с емкостью варикапа 9 дифференцирующую тенциостата, управляющий вход - к выходу цепочку. фазового детектора, а сама фазосдвигаю- 45 Один из выходов варикапа через конщая цепь содержит варикап, три резистора денсатор соединен со входом электрохимии два конденсатора, причем один из входов ческой ячейки и через резистор с общим варикапа через конденсатор соединен со проводом, а второй его вход через конденвходом электрохимической ячейки и через сатор соединен со входом согласующего резистор с общим проводом, а второй его 50 усилителя и через резистор - с выходом фавход через конденсатор соединен со входом зового детектора, и вход согласующего усисогласующего усилителя и через резистор - лителя через резистор соединен с общим с выходом фазового детектора, и вход согла проводом. сующего усилителя через резистор соеди Электрохимический анализатор газов нен с общим проводом. 55 работает следующим образом. Ток компенсации влияния паразитной Поляризующее напряжение от потенциемкости в изобретении пропускают послеостата 2 и генератора синусоидального надовательно через конденсатор и резистор, в пряжения через входное сопротивление отличие от прототипа, в котором ток пропупервого входа сумматора 4 подается на скают через нелинейную индуктивность, и электроды электрохимической ячейки 3. 11054 По электрохимической ячейке 3 протекает ток, определяемый суперпозицией постоянного и синусоидального напряжений. Амплитуда синусоидального напряже ния выбрана в 30:100 раз меньше величины 5 постоянного напряжения для отсутствия влияния переменного напряжения на режим электрохимической ячейки. Сигнал, пропор циональный величине тока, усиливается сумматором 4 и постоянная составляющая 10 этого сигнала подается на резистор 8 для измерения концентрации анализируемого газа, а переменная составляющая - на пер вый вход фазового детектора 5, Напряжение на первом входе сумматора 4 - Ui. 15 Синусоидальное напряжение U подается на вход дифференцирующей RC цепочки и после усиления согласующим усилителем 7 становится равным U2, поспе чего подается на второй вход сумматора 4. Сумматор 4 20 работает в режиме вычитающего устройства, поэтому напряжение на его выходе равно WZrUt -U2. Разностное напряжение U2 подается на первый вход фазового детектора 5, на 25 выходе которого вырабатывается постоянное напряжение, управляющее постоянной времени дифференцирующей цепочки. Фазовый детектор 5 работает таким образом, что при совпадении фаз синусоидаль- 30 ных напряжений на обоих его выходах независимо от амплитуды на его выходе со храняется определенное постоянное напряжение. При сдвиге фаз в одну сторону это напряжение уменьшается, а в другую сторону увеличивается. В процессе работы электрохимического анализатора газов величина паразитной емкости Ся может измениться, например, при изменении постоянного напряжения между токовыми электродами электрохимической ячейки 3, вследствие поддержания постоянного потенциала на рабочем электроде. Это приводит к появлению сдвига фаз между напряжениями на обоих входах фазового детектора и подстройке величины г дифференцирующей RC цепочки в результате чего сдвиг фаз устраняется и компенсация паразитной емкости не нарушается. Управляющее напряжение с выхода фазового детектора 5 подается на управляющий вход и через резистор 10 и 11 совпадает смещение на варикапе 9, которое определяет величину его емкости. Конденсаторы 12 и 13 обеспечивают исключение влияния на режим работы варикапа 9 внешних цепей. Поскольку величина паразитной емкости Ся электрохимической ячейки 3 велика и составляет сотни и тысячи микрофарад, а емкость варикапа десятки-сотни микрофарад, согласующий усилитель 7 позволяет уравнять величины напряжений Ui, U2 на обоих входах сумматора. г 5 і — 7 \ І Фиг.І 8 11054 Вход 42. г Т /J Выход 'Ї Управляющий вход Фиг.2 Упорядник Замовлення 4045 Техред М.Моргентал Коректор О.Обручар Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101