11 (682880), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

При появлении в газовой смеси кислорода единичный объем этой смеси втягивается в воздушный зазор, подвергается действию теплового поля термоанемометра, теряя при этом свои магнитные свойства, и вытесняется более холодным газом, продолжающим поступать в воздушный зазор магнитной системы. При этом вдоль термоанемометра образуется поток газа (термомагнитная кон­векция), скорость которого тем выше, чем выше парамагнетизм этого газа или концентрация кислорода в этой смеси.

Поток термомагнитной конвекции охлаждает первую секцию термоанемометра и передает часть тепла второй секции термо­анемометра, изменяя тем самым градиент температур. При этом сопротивление первой секции термоанемометра падает, а второй — возрастает. Разность сопротивлений секций термоанемометра является функцией концентрации молекулярного кислорода в газовой смеси.

Р ис. 11. Термоанемометры:

а — с внутренней конвекцией; б — с внешней конвекцией: 1 — термоанемометр, располо­женный под магнитными полюсами; 2 — термоанемометр, расположенный под ложными немагнитными наконечниками

Измерение термомагнитных усилий термоанемометрическим способом получило наибольшее применение. Термоанемометры, использующиеся для этих целей, разделяют на термоанемометры с внутренней конвекцией (рис. 11, а) и внешней конвекцией (рис. 11,6). Термоанемометры с внешней конвекцией представ­ляют собой цилиндрический капилляр, на внешней поверхности которого намотана платиновая спираль, защищенная от воздей­ствия АГС покрытием, обычно остеклованием.

Принцип действия газоанализатора с термоанемометрами с внешней концентрацией аналогичен ранее описанному. При на­личии в АГС кислорода единичный объем этого газа втягивается в воздушный зазор магнитной системы, подвергается воздействию теплового поля термоанемометра 1, расположенного под полюсами магнита, нагревается, теряет свои магнитные свойства и вытесня­ется более холодным газом, втягивающимся в неоднородное магнитное поле рабочего зазора магнитной системы. Образовав­шийся поток термомагнитной конвекции F_M охлаждает первый термоанемометр и частично передает свое тепло второму термо­анемометру 2, расположенному под ложными немагнитными на­конечниками измерительной камеры. Электрическое сопротивление первого термоанемометра уменьшается, а второго возрастает. По их разности судят о концентрации кислорода в. АГС.

Использование термомагнитного метода при конструировании газоанализаторов для определения концентрации кислорода связано с неоднозначностью функциональной связи между факти­чески измеряемой и искомой величиной. Эта неоднозначность вы­звана зависимостью показаний прибора от свойств не только опре­деляемого компонента АГС — кислорода, но и свойств реальной смеси. С другой стороны, поскольку измерение магнитной воспри­имчивости кислорода затруднительно ввиду ее малого значения, а использование косвенных методов измерения предполагает слож­ную цепь преобразования магнитной восприимчивости в поток термомагнитной конвекции с последующим его измерением термо­анемометрическим способом, это приводит к дополнительным затруднениям и связанным с ними методическим погрешностям.

На показания газоанализаторов влияют: неопределяемые ком­поненты пробы АГС, температура и давление пробы АГС. Перед разработчиками аналитических приборов стоят задачи обеспе­чения стабильности параметров при длительной эксплуата­ции; оптимальных динамических характеристик; необходимой технелогичности конструкций; универсальности, исключающей мно­гообразие конструкций измерительных камер, схемных реше­ний и т. п.

Указанные задачи реализуют разнообразными средствами, главные из которых — создание специфичной конструкции измери­тельной камеры и чувствительного элемента, а также оригиналь­ных схемных решений.

Для устранения (уменьшения) влияния температуры и дав­ления пробы АГС на показания прибора возможны следующие варианты: стабилизации параметров и компенсация влияния.

Стабилизация параметров позволяет использовать простые и надежные конструкции измерительных камер, упрощает техно­логию изготовления и наладки газоанализаторов. Реализация компенсационных способов устранения (уменьшения) влияния давления и температуры приводит к созданию сложных много­камерных конструкций измерительных систем с одновременным усложнением электрических схем приборов, а также технологии изготовления и наладки.

К первой категории измерительных камер относится кольцевая измерительная камера. Чувствительный элемент — трубчатый термоанемометр, совмещающий в себе нагревательный элемент и терморезистор.

Конструкция кольцевой измерительной камеры позволяет создавать многошкальные приборы, нижний предел измерения которых начинается с нуля: 0—1,0—2, 0—5, 0—10, 0—15, 0—21, О—50, 0—100 % (об.) — при горизонтальном расположении термоанемометра, а также шкалы с подавленным нулем: 15—30, 20—50, 50—100, 80—100, 90—100, 95—100, 98—100% (об.) — при наклонном (вертикальном) расположении термоанемометра.

В кольцевой измерительной камере сравнительно легко устра­няется влияние неопределяемых компонентов, для этого обеспе­чивают необходимую тепловую симметрию термоанемометра при нулевом значении концентрации кислорода в пробе АГС.

В газоанализаторах МГК-14М, ГТМК-ПМ, ГТМК-12М и ГТМК-16М в начальной части диапазона влияние неопределяемых компонентов не наблюдается и достигает в конце диапазона ±5 % относительно верхнего предела диапазона при замене 10 % одного неопределяемого компонента 10 % другого. Это по­зволяет использовать кольцевые измерительные камеры в усло­виях, когда анализу подлежат сложные многокомпонентные газовые смеси, характеризующиеся значительными колебаниями концентраций неопределяемых компонентов. В настоящее время газоанализаторы с кольцевыми камерами широко используют в различных отраслях науки и техники, прежде всего в химии, металлургии и энергетике. Указаные газоанализаторы дешевы, надежны и отвечают современным требованиям метрологического обеспечения.

К недостаткам кольцевых камер относят большую зависимость показаний приборов от положения в пространстве, что исключает их эксплуатацию на подвижных объектах: судах, самолетах, поездах и т. п.

В том случае, когда диапазон давлений, в котором работают стабилизаторы давления (регуляторы абсолютного давления), недостаточен, применяют газоанализаторы, принцип действия которых основан на компенсации потока термомагнитной конвек­ции тепловой конвекцией. Применение кольцевых камер при этом не является оптимальным. Это второй недостаток кольцевой камеры.

Многокамерные системы созданы главным образом для устра­нения влияния давления и температуры пробы АГС компен­сационными способами. Представляют интерес конструктивные и схемные решения, реализованные в газоанализаторе типа МН (рис. 12).

В газоанализаторе в качестве измерительной схемы исполь­зованы два моста: рабочий I и сравнительный II.

Рабочий мост собран из чувствительных элементов R₁— R₄, расположенных в камере, через которую пропускается проба АГС. Сравнительный мост собран из чувствительных элементов R₅ — R₈, размещенных в камере, через которую пропускается сравни­тельный газ — атмосферный воздух. Потоки пробы АГС и срав­нительного газа на выходе из камер объединяются, достигается равенство давлений в обеих камерах, встроенных в латунный блок.

Рис. 12. Схема газоанализатора типа МН: I, II — рабочий и сравнительный мосты; 1 — реохорд; 2 — шкала; 3 — подвижной квнтакт (поводок) реохорда; 4 — реверсивный двигатель; 5 — усилитель

Обозначим напряжение в диагонали съема моста I через U₁, в диагонали съема моста II — U₂, а напряжение, снимаемое с участка реохорда I — U₃. Напряжения U₁ и U₂ сдвинуты по фазе на 180°. Усилитель переменного тока 5управляет ревер­сивным двигателем 4, перемещающим подвижный контакт 3 ре­охорда 1 и механически связанную с ним стрелку (указатель) шкалы 2 до тех пор, пока напряжение на выходе усилителя не станет равным нулю. В момент равновесия схемы напряжение U_l компенсируется равным ему и сдвинутым по фазе на 180° напряжением U₁. Положение подвижного контакта 3 реохорда 1, а следовательно, и положение указателя шкалы 2 определяются как отношение U₁/ U₂.

Действительно, в момент равновесия схемы U₁= U_l = U₂(l/z), откуда l=z( U₁/ U₂) где z — длина реохорда, а l — расстояние от подвижного контакта 3 реохорда 1.

Так как при изменении давления и температуры пробы АГС, а также напряжения питания прибора U₁ и U₂ меняются по одному и тому же закону, то показания газоанализатора не за­висят от указанных факторов.

В многокамерных газоанализаторах используются чувстви­тельные элементы с наружной конвекцией, размещаемые между полюсами магнитов и ложными наконечниками.

Если рассмотренные схемные и конструктивные решения многокамерных систем в какой-то мере устраняют влияние дав­ления и температуры пробы АГС, то они не предотвращают влия­ние неопределяемых компонентов пробы АГС. Положение усугуб­ляется тем, что на чувствительные элементы действуют не только упорядоченные потоки термомагнитной конвекции, но и огромные потоки тепловой конвекции, сила которых определяется плот­ностью газа, т. е. переменной величиной, зависящей от состава пробы АГС. Причем если для кольцевых камер в отсутствие кисло­рода поток тепловой конвекции равен нулю и влияние плотности отсутствует, то в рассматриваемых многокамерных системах поток тепловой конвекции не связан с наличием кислорода в пробе АГС, он всегда имеет определенное значение и влияние плотности максимально. Для многокамерных систем характерно большое число модификаций, различающихся не только шкалами, но и, что более важно, конструкциями камер и схемными реше­ниями.

На базе многокамерных систем возможно создание модифи­кации для использования на подвижных объектах.

Потоки термомагнитной конвекции, охлаждающие рабочие ЧЭ, имеют противоположные направления. Потоки свободной теп­ловой конвекции, возникающие при наклоне камеры, суммируются с одним из потоков термомагнитной конвекции и частично компен­сируются другим потоком.

Таким образом, поскольку измеряемый эффект представляет собой сумму эффектов, реализуемых рабочими ЧЭ, то теорети­чески погрешность от влияния наклона камеры должна компен­сироваться. Практически же в газоанализаторах, в которых используется описанная конструкция камеры, например в газо­анализаторе МН-5112 (переносный), допустимое значение угла наклона, при котором возникает погрешность, не превышающая основную, составляет 45°.

Характеристики

Список файлов реферата