2.11.2 Датчики концентрации. Занятие 34.

Назначение датчиков концентрации—определить наличие и концентрацию примеси в газе, который называется газом-носителем. Датчики концентрации реагентов, основанные на кондуктометрическом способе измерений, используются в диффузионном и других видах оборудования.

Способ основан на различной теплопроводности газовой смеси, зависящей от концентрации компонентов. Датчик состоит из измерительного узла 2, в котором имеется две полости. В полостях измерительного узла 2 установлены пленочные терморезисторы 1 одинакового сопротивления. Терморезисторы включены в мостовую схему, разбаланс которой измеряется усилителем. Мост питается источником стабильного тока I. Мост сбалансирован, если в оба канала подавать одинаковый газ с одинаковой температурой, одинакового расхода.. Измерение производится так, что в одно плечо подается газ-носитель, в другое – газ-носитель, насыщенный реагентом. Так как теплопроводность газов разная, а расход одинаковый, терморезисторы охлаждаются по-разному только за счет теплопроводности, которая зависит от концентрации примеси. Выходное напряжение усилителя зависит только от концентрации смеси.

В датчике имеются следующие источники погрешностей.

1.Терморезисторы охлаждаются не только газовыми потоками, но и через токоподвод к ним.

2. Имеется теплопередача через измерительный узел 2. Поэтому очень важна конструкция измерительного узла, который при разработке продумывается очень тщательно.

3. Температура терморезисторов около 200⁰С, а при таких температурах имеется тепловое излучение.

Выходное напряжение нелинейно зависит от концентрации.

2.12 Измерительные схемы

2.12.1 Чувствительность схемы. Занятие 35.

В автоматических и автоматизированных системах измеряются, в основном, неэлектрические величины. Обычно величина преобразуется в электрический сигнал, который затем обрабатывается электрической схемой. Бывают исключения: в устройствах регулирования уровня жидкости (например, в смывном бачке) уровень поддерживается поплавком и рычажной системой без преобразования в электрическую величину. Входная величина Х для преобразования в выходную величину α последовательно проходит через ряд элементов. Измерительная схема служит для повышения чувствительности системы. Выходная величина предыдущего элемента является входной для последующего.

Каждый элемент обладает своей чувствительностью S. По определению чувствительность это отношение приращений выходной и входной величин

Чувствительность датчика S_Д= ,

Чувствительность измерительной схемы: S_СХ= ,

Чувствительность прибора: S_ПР= .

Чувствительность устройства: S= =S_ДS_СХS_ПР.

Чувствительность устройства зависит от S_СХ, которую можно существенно менять (заменой элементов, схемных решений, и пр.).

Различают чувствительность по напряжению и чувствительность по току. Если входное и выходное сопротивления измерительной схемы подчиняются неравенству Z_ВХ>>Z_ВЫХ, входной ток мал, управление осуществляется по входному напряжению, поэтому пользуются чувствительностью устройства по напряжению: S = ,

где - выходная величина,

U - входная величина.

Если Z_ВХ соизмеримо с Z_ВЫХ, пользуются чувствительностью по току: S= ,

где  - выходная величина,

I - входная величина.

Методы измерения можно разбить на два основных:

а) непосредственной оценки (метод обладает большими погрешностями),

б) метод сравнения (измеряемая величина сравнивается с заданной величиной - мостовые, дифференциальные и компенсационные схемы).