Спосіб електрохімічного аналізу газів та пристрій для його здійснення

1. Способ электрохимического анализа газа, включающий создание электрического поля между измерительным и вспомогательным электродами, расположенными в растворе электролита, подачу анализируемого газа к измерительному электроду, поддержание постоянного потенциала на измерительном электроде, измерение концентрации анализируемого газа по изменению тока между электродами, и периодическую подачу контрольного импульса напряжения, отличающийся тем, что дополнительно преобразуют отклик тока, возникающий после прохождения тока между электродами, в напряжение, причем длительность отклика тока поддерживают постоянной, изменяя коэффи A (54) СПОСІБ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО АНАЛІЗУ ГАЗІВ ТА ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ 28448 сигнального устройства. Периодически (с частотой автоматического контроля работоспособности газоанализатора) генерируется контрольный импульс напряжения, амплитуда которого превышает напряжение порога срабатывания сигнального устройства. В результате сигнальное устройство анализатора периодически вырабатывает звуковой сигнал о положительном результате контроля. В случае отказа электронной части схемы газоанализатора сигнал работоспособности отсутствуе т. Одновременно работоспособность является сигналом того, что газоанализатор индивидуального пользования включен. Недостатком описанного способа и устр-ва его реализующего является низкая достоверность автоматического контроля работоспособности датчика, обусловленная тем, что сигнал работоспособности вырабатывается даже при отключении датчика. В то же время датчик электрохимического газоанализатора является наименее надежным элементом. Это может привести к опасной ситуации, когда человек, надеясь на газоанализатор, при отказе датчика попадает в зону повышенной и даже смертельной концентрации токсичных газов, например сероводорода. При этом такой газоанализатор будет давать ошибочный результат о работоспособности сигнала. Недостатки исключаются в выбранном в качестве прототипа по а.с. СССР № 1575694 G01N № 27/46, 1988 г. в котором описаны способ и устройство электрохимического анализа. Способ включает в себя создание электрического поля между измерительным и вспомогательным электродами, расположенными в растворе электролита, подачу анализируемого газа к измерительному электроду, поддержание постоянного потенциала на измерительном электроде, измерение концентрации анализируемого газа по изменению тока между электродами, сигнализацию о повышении уровня предельно допустимой концентрации, периодическую подачу контрольного импульса напряжения. В данном прототипе поставлена задача повысить безопасность контроля. Контрольный импульс напряжения подают на вспомогательный электрод, причем полярность контрольного импульса напряжения выбирают соответствующей полярности тока концентрации, амплитуду которого Uконтр выбирают з условия 1,1Uпдк >Uконтр>Uпдк , где Uпдк – амплитуда предельно допустимой концентрации, при этом период повторения контрольных импульсов должен быть меньше времени, соответствующего предельно допустимой концентрации, но больше времени окончания периодических процессов. Устройство, реализующее выше описанный способ выбрано в качестве прототипа для устройства газоанализатора и содержит такие блоки как: источник опорного напряжения, генератор контрольных импульсов напряжения, электрохимическую ячейку с вспомогательным и измерительным электродами, усилитель, измерительный блок, сигнальное устройство. Источник опорного напряжения задает смещающий потенциал на вспомогательный электрод. Генератор контрольных импульсов генерирует последовательность контрольных импульсов напряжения, которая поступает на вспомогательный электрод, в следствии чего через электрохимическую ячейку проходит импульсы тока. Поступающие на измерительный электрод, преобразуются в напряжение и усиливаются на выходе усилителя. После чего регистрируется измерительным блоком и контролируется блоком - сигнальное устройство. В данном прототипе недостатки способа состоят в том, что параметры электрохимической ячейки не контролируется. Это приводит к понижению надежности и точности измерения. Недостатки устройства обусловлены отсутствием блоков, которые обеспечивают подстройку параметров электрохимической ячейки и измерительного тракта. Отсутствие обратной связи. В основу изобретения поставлена задача создать такой способ и устройство электрохимического газоанализатора, при которых компенсировалось бы изменение чувствительности электрохимической ячейки путем соответствующего изменения коэффициента передачи в измерительном тракте и за счет этого обеспечивалась стабильность чувствительности газоанализатора. Поставленная задача в устройстве достигается тем, что в электрохимический газоанализатор, содержащий электрохимическую ячейку с измерительным, сравнительным и вспомогательным электродами, потенциостат, генератор, контролируемых импульсов, измерительный усилитель и измерительное устройство введены дополнительно источник опорного напряжения, интегратор, блок выделения импульсов и блок АРУ, причем измерительный электрод электрохимической ячейки соединен с входом измерительного усилителя, выход которого соединен с первым входом блока АРУ, второй вход блока АРУ соединен с входом блока выделения импульсов, первый вход которого соединен с первым входом источника опорного напряжения, второй выход источника опорного напряжения соединен с выходом интегратора и входом измерительного устройства, вход интегратора соединен с выходом блока АРУ и вторым входом блока выделения импульсов, сравнительный и вспомогательный электроды электрохимической ячейки соединены соответственно с первым входом и выходом потенциостата, а второй вход потенциостата соединен с выходом генератора контрольных импульсов. Поставленная задача достигается тем, что в способе электрохимического анализа газа, включающем создание электрического поля между измерительным и вспомогательным электродами, расположенными в растворе электролита, подачу анализируемого газа к измерительному электроду, поддерживание постоянного потенциала на измерительном электроде, измерение концентрации анализируемого газа по изменению тока между электродами, периодическая подача контрольного импульса напряжения, новым является то, что стабильность чувствительности газоанализатора в способе достигается за счет того, что поддерживается постоянной длительностью отклика тока преобразованного в напряжение возникающего в электрохимической ячейке после прекращения импульсного воздействия на электрод и изменения коэффициента передачи измерительного тракта, 2 28448 при этом перед измерениями газоанализатор калибруют. Стабильность чувствительности газоанализатора достигается тем, что введены дополнительно блоки, такие как: источник опорного напряжения, интегратор, блок выделения импульсов и блок АРУ. Это позволило регулировать коэффициент передачи измерительного тракта и тем самым поддерживать постоянной длительность отклика тока преобразованного в напряжение. На фиг. 1 - приведена блок-схема электрохимического газоанализатора, реализирующего данный способ; на фиг. 2 эпюры напряжений, поясняющие способ электрохимического анализа газа, где: а) изображен контрольный импульс напряжения поступающий на электрод; б) отклик тока, преобразований в напряжение. Электрохимический газоанализатор газов (фиг. 1), содержит ЭХЯ 1 с измерительным электродом 2, потенциостатом 5, измерительным усилителем 6, блоком АРУ 7, блоком 8 выделения импульсов, источником опорного напряжения 9, интегратором 10, измерительным устройством 11 и генератором контрольных импульсов 12. Электрод 2 измерительный ЭХЯ 1 соединен с входом измерительного усилителя 6, выход которого соединен с первым выходом блока 7, второй вход блока 7 соединен с выходом блока 8, первый вход источника 9 соединен с выходом интегратора 10 и выходом измерительного устройства 11, вход интегратора 10 соединен с выходом блока 7 и вторым входом блока 8 сравнительный и вспомогательный электроды 4 и 3 ЭХЯ 1 соединены соответственно с первым входом и выходом потенциостата 5, а второй вход потенциостата 5 соединен с выходом генератора 12. Рассмотрим способ электрохимического анализа газа на примере работы вышеописанного газоанализатора. Генератором 12 вырабатывается периодическая последовательность контрольных импульсов. После чего они поступают на вход потенциостата 5, который поддерживает постоянный потенци ал на электроде 4 сравнительном. А также регистрирует потенциостатом 5 потенциал на вспомогательном электроде 3. Затем через ячейку от электрода 3 к измерительному электроду 2 протекает ток. Отклик которого преобразуется в напряжение блоком 6 (фиг. 2б). Затем постоянная составляющая напряжения проходит весь измерительный тракт (блок 7, интегратор 10) и измеряется устройством 11. При этом импульсы напряжения не пропускаются интегратором 10 и не попадают на измерительное устройство11, что исключает их влияние на показания ус-ва 11. Показания измерительного устройства несут информацию о концентрации анализируемого газа. В блоке 8 производится отделение импульсов напряжения от его постоянной составляющей путем вычисления последней. Для этих целей предназначено вычитающее устройство, входящее в состав блока 8 (в рассматриваемом примере выполнено на операционном усилителе). В блоке 8 так же идет наблюдение за длительностью отклика (фиг. 2б) и поддержание этой длительности, которая заданна параметрами электрохимической ячейки, так например, при длительности контрольного импульса 10 мс, то t=50 мс, с помощью изменения блока 9 и изменения коэффициента усиления блока 7. При отсутствии на входе газоанализатора анализируемого газа в цепи электрода 2 ЭХЯ 1 постоянная составляющая тока отсутствует. По этой причине отсутствует напряжение на входе измерительного устройства 11, которое показывает нулевую концентрацию. Перед измерениями газоанализатор калибруют путем подачи на его вход эталонной концентрации анализируемого газа и установка необходимых показаний с помощью измерения величины опорного напряжения. Использование изображения позволит повысить точность измерений в 1,5¸2 раза за счет введения обратной связи и повысить долговечность газоанализатора в 3¸4 раза. 3 28448 Фиг. 1 Фиг. 2 4 28448 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5