книги из ГПНТБ / Кислородные магнитные газоанализаторы (зарубежный обзор)

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

Температура анализируемой газовой смеси не должна пре­ вышать ± 50°.

Габаритные размеры прибора лабораторного назначения

508X457X382 мм.

Вес прибора 30 кг.

Waters Associates (США) [3] объявила о создании газоанали­ затора, измерительная камера которого не отличается принци­ пиально от измерительной камеры газоанализатора английской фирмы Elliot Brothers Ltd. Камера прибора состоит из четырех­ секционной круглой петли 1 (рис. 41), через которую проходит анализируемый газ. Вращение постоянного магнита N—5 во­ круг петли создает на выходе из петли толчки давления, изме­ ряемые установленным перед выходным отверстием датчика мембранным конденсатором.

Подобно термомагнитным газоанализаторам имеются также

магнитными полюсными наконечниками 4 и геометрически им подобными ложными наконечниками 2 одновременно поступают два газа с различной магнитной восприимчивостью. Анализи­ руемый газ поступает через воздуходувку 9 с обоих концов изме­ рительной камеры в зазоры между полюсами; а сравнительный (с постоянным содержанием кислорода)— через воздуходувку 8 только в зазор между полюсными наконечниками 1. Газ, обла­ дающий большей магнитной восприимчивостью, втягиваясь в магнитное поле, препятствует движению в измерительной каме­ ре газа с меньшей магнитной восприимчивостью. В камере соз­ дается перепад давления, пропорциональный разности магнит-

Рис. 41. Принципиальная измерительная схема магнитомеханического газоанализатора с мембранным конденсатором фирмы Waters Associates

45

Рис. 43. Схема колокольного дифманометра Кундта

46

ных восприимчивостей сравнительного и рабочего (анализируе­ мого) газов, который измеряется высокочувствительным коло­ кольным дифманометром Кундта (рис. 43). Поскольку магнит­ ная восприимчивость сравнительного газа величина постоянная, то перепад давления, возникающий в системе, пропорционален

Если содержание кислорода в анализируемом и сравнитель­ ном газах различается на 1% объемных кислорода, то в системе возникает перепад давления равный примерно 3 ' 10-3 мм вод. ст.

Измерительная камера прибора термостатирована.

Прибор выпускается со шкалами 0—4; 0—20; 16—20; 95—100% объемных кислорода и применяется для анализа чи­ стоты кислорода, определения содержания кислорода в парах органических веществ, изучения газообмена в живых организ­ мах.

Рассмотренные конструкции зарубежных магнитных кисло­ родных газоанализаторов позволяют осуществлять автоматиче­ ский непрерывный контроль содержания кислорода в промыш­ ленных газах различных производств во всем диапазонекон­ центраций от 0 до 100% объемных кислорода. Одновременно до­ стигнуты повышенные точности измерения: во всех рассмотрен­ ных конструкциях основная погрешность не превышает ±2,5% от диапазона измерения. Проблемой современного газоаналити­ ческого приборостроения является обеспечение указанной точ­ ности измерения в производственных условиях, где наблюдают­ ся колебания температуры окружающей, среды и давления, сильная запыленность, вибрации и т. д. Поэтому основная зада­ ча заключается в том, чтобы свести к минимуму или нейтрали­ зовать влияние внешних факторов на показания приборов. В связи с этим особый интерес представляет разработка компен­ сационных схем измерения (см. конструкции магнитомехани­ ческих газоанализаторов и термомагнитных «Oxymat» и «Magnoterm») .

Термомагнитные газоанализаторы отличаются достаточной стабильностью показаний и при некоторых конструкциях чув­ ствительных элементов могут выполняться вибропрочными (на­ пример, чувствительные элементы типа Magnoterm, Oxymat, Magnos 5). Однако чувствительность зарубежных термомагнит­ ных газоанализаторов ниже, чем магнитомеханических. Поэто­ му для измерения малых концентраций кислорода (до 1%) за рубежом выпускаются магнитомеханические приборы (фирма

Eieckman Instr. Inc.).

В Советском Союзе за последние 10—15 лет разработано большое количество магнитных кислородомеров для контроля различных производственных процессов и организован серийный выпуск термомагнитных кислородных газоанализаторов. Маг­ нитомеханические приборы вследствие трудности приспособле­

47