Файл: Кислородные магнитные газоанализаторы (зарубежный обзор)..pdf

Рис. 37. Принципиальная измеритель

ющие вместе с «гантелью» гетеростатический электрометр. По тенциал, требуемый для удержания подвижной системы (ган­ тели) в нейтральном положении, является мерой концентрации кислорода в газе. Измерение величины этого потенциала осуще­ ствляется оптическими средствами (см. рис. 37).

Луч света, отраженный от зеркала, разделяется призмой на два потока, освещающих два фотоэлемента, соединенных по схе­ ме переменного делителя напряжения. Суммарное выходное на­ пряжение фотоэлементов равно нулю в случае, если гантельная система находится в нейтральном («нулевом») положении. Вся­ кое движениё системы, вызванное изменением концентрации кислорода, вызывает разбаланс потоков, освещающих фотоэле­ менты. Напряжение разбаланса усиливается фотоусилителем и усилителем балансирующего электродвигателя. Последний со­ единен с потенциометром, который передает переменный потен­ циал на электроды, возникает электростатическая сила, возвра­ щающая систему в исходное положение.

Потенциометр, градуированный в объемных процентах кис­ лорода, регистрирует содержание, кислорода в анализируемой смеси.

Фирма выпускает общепромышленные многопредельные при­ боры модификаций F-3 и G-2 и газоанализаторы со шкалой от О до 100% объемных кислорода.

Модификация F-3 с пределами измерения 0—5; 0—10; 0— 15 и 0—25% объемных кислорода предназначена для контроля про­ цесса горения и определения содержания кислорода в воздухе.

Приборы этой модификации могут иметь шкалы 16—21 и 80—100% объемных кислорода. Погрешность измерения состав­ ляет ± 1% от диапазона измерения.

Приборы модификации G-2 выпускаются на малые диапа­ зоны измерения: 0—0,1, 0—0,5, 0—1, 19—21, 90—100, 95—100%

объемных кислорода. При этом обеспечивается чрезвычайно высокая точность измерения. Погрешность приборов не превы­ шает для диапазона измерения 2% объемных кислорода ±1% от диапазона измерения, для диапазона измерения 1% объем­ ных кислорода — ±2% от диапазона. Погрешность измерения прибора со шкалой 0—0,1% объемных кислорода составляет ±0,005% объемных кислорода.

40

Время установления показаний приборов обеих модификаций не более 1 мин. Расход анализируемой газовой смеси 50— 250 мл/мин. Температура газовой смеси может находиться в пре­ делах от + 10 до + 40°.

Servomex (Англия) [3; 10] выпускает магнитомеханический кислородный газоанализатор (модель 83), созданный англий­ ской фирмой Distillers Со Ltd. Работа прибора также основана на применении подвижной гантелевидной системы в неоднород­ ном магнитном поле, но фирмой предложена другая схема ком­ пенсации крутящего момента.

Вокруг «гантели», подвешенной на нити из редкого металла в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного поля, расположена проволочная петля, концы которой подключаются через растяжки «гантели» (рис. 38). По петле проходит элек­ трический ток (рис. 38). Возникающее при этом электромагнит­ ное поле втягивает «гантель» в поле постоянного магнита в на­ правлении, противоположном отклонению «гантели», под воздей­ ствием кислородосодержащего газа до тех пор, пока не будет достигнуто положение равновесия («нулевое» положение). Не­ обходимая для этого сила тока («компенсационный' ток») яв­ ляется мерой содержания кислорода в анализируемой газовой смеси.

Измерительная схема датчика газоанализатора состоит из «гантели» с проволочной петлей, источника света, фотоэле­ мента и усилителя постоянного тока. При изменении концент­ рации кислорода в анализируемой смеси световой сигнал, вы­ званный отклонением гантельной системы от «нулевого» поло­ жения, подается на дифференциальный фотоэлемент, а затем на усилитель постоянного тока. Последний связан с компенса­ тором, фиксирующим силу тока в проволочной петле, и с само­ писцем, регистрирующим сигнал после усилителя. Шкала само­ писца градуируется в объемных процентах кислорода (рис. 39).

Газоанализатор модели «83» предназначен в основном для применения в химической промышленности при анализе кисло­ рода во взрывоопасных многокомпонентных смесях. Надежность применения газоанализатора обеспечивается применением ма­ лых токов для электромагнитной компенсации. Отсутствие в из­

41

Газ

Рис. 39. Схема внешних соединений газоана­ лизатора фирмы Distillers Со. Limited (мо­

I

42

можность каталитического окисления. Жесткая конструкция чувствительного элемента обеспечивает вибропрочность прибо­ ра. В приборе отсутствуют гистерезисные явления.

Газоанализатор снабжен переключателем для выбора пяти пределов измерения: 0—1, 0—5, 0—25, 0—50 и 0—100% объем­ ных кислорода.

Абсолютная погрешность измерения, по данным фирмы, не превышает 0,1% от измеряемой концентрации кислорода.

Чувствительность прибора составляет ~0,005% объемных кислорода.

Оптимальная скорость газового потока зависит от плотности и вязкости анализируемой газовой смеси и равна —150 см3/мин. При анализе малых количеств кислорода (пределы измерения 0—1, 0—5% объемных кислорода) оптимальная скорость газо­ вого потока не превышает 75 ± 10 см3/мин.

Время установления 90% показаний при изменении концент­ рации кислорода в смеси составляет 10 сек при скорости газо­ вого потока 75 см^/мин.

Стабильность показаний без корректировки нуля сохраняет­ ся в течение семи дней.

Прибор рассчитан на работу от сети переменного тока на­ пряжением 110 или 250 в. частотой 50 гц при температуре окру­ жающего воздуха от — 10 до + 40°.

Изменение показаний прибора при изменении питающего напряжения на каждые ± 10 в составляет —0,03% объемных кислорода.

Изменение показаний прибора от угла наклона датчика очень незначительно и не превышает 0,005% объемных кислорода.

Общий вес прибора (датчика и самописца) 53,5 кг.

Elliot Brthers Limited (Англия) [14]. В газоанализаторах этой фирмы производится непосредственное измерение перепада дав­ лений, возникающего при прохождении кислородосодержащей смеси через капилляр, помещенный во вращающееся магнитное поле. Измерение осуществляется с помощью «мембранного кон­ денсатора», включенного в измерительную схему (рис. 40).

В датчике прибора между полюсами сильного постоянного магнита расположены две идентичные тонкостенные стеклянные трубки 4 и 5 малого диаметра, на которые намотана платиновая проволока, нагреваемая электрическим током. Вдоль каждой трубки поддерживается температурный градиент.

Анализируемая кислородосодержащая газовая смесь через капилляр непрерывно поступает в обе измерительные трубки и на выходе из них разделяется тонкой мембраной, являющейся подвижной пластиной параллельного пластинчатого конденса­ тора 7, включенного в схему между двумя измерительными труб­ ками. Перепад давления в измерительных трубках, воспринимае­ мый конденсатором, создается вращением постоянного магнита в измерительной камере. Одна половина полюсных башма-

43

Вход газа

Рис. 40. Принципиальная измерительная схема магнитомеханического газоанализатора с мембранным конден­

При прохождении кислородосодержащего газа через нагре­ ваемые трубки в одной из трубок (в зависимости от положения магнита в данный момент) возникает перепад давления. Так как магнитное поле, вращаясь, попеременно располагается у каждой трубки, перепад давления будет возникать на выходе то из од~ ной, то из другой трубки. При одних и тех же условиях перепад давления в измерительной трубке тем больше, чем больше кон­ центрация кислорода в анализируемой смеси. Изменения давле­ ния, воспринимаемые мембраной, происходят с той же частотой, что и вращение магнита, а амплитуда колебаний мембраны бу­ дет пропорциональна процентному содержанию кислорода в га­ зовой смеси. Получающееся в пластинчатом конденсаторе 7 из­ менение емкости усиливается, и сигнал подается на вторичный прибор 6, градуированный в объемных процентах кислорода.

Фирма выпускает обычно газоанализаторы с пределами из­ мерения 0—5% и 0—100% объемных кислорода. Однако могут быть изготовлены приборы с любыми промежуточными преде­ лами измерения. Чувствительность приборов составляет 1% от диапазона измерения. Точность анализа +3% от диапазона из­ мерения. Время начала реагирования не превышает 3—5 сек. Частота колебаний мембраны конденсатора 25 гц. Напряжение питания 220 в ± 1%, частота 50 гц.

Питание газоанализатора осуществляется через стабилиза­ тор, обеспечивающий напряжение питания 220 в ±0,5% при ко­ лебаниях напряжения в сети не более + 15%.

Выходной сигнал на вторичный прибор — до 10 мв на всю шкалу. Скорость прохождения газовой смеси—около 100 c m s / m u h .

44