2.2.2. Будова і принцип дії.

Конструктивно газоаналізатор МН 5106-2 має блочне виконання і складається з наступних частин:

1. перетворювача;

2. блоку пробопідготовки;

3. відлікового пристрою на базі потенціометра КСП2-005 ТУ 25-05-1279-72, встановлюваного на робочому місці оператора;

4. газозбірного фільтру вмонтованого в місці відбору проби аналізованого газу.

Принцип роботи газоаналізатора ілюструються газовою функціональною схемою (схема 1), кресленням загального виду (рисунок 1) – зображення перетворювача із знятою кришкою термостата, електричною принциповою схемою перетворювача на форматі А1 і складових частин електронного блоку (схема 2,3).

Відбір аналізованої газової суміші з шунтового пристрою або газоходу відбувається через газозбірний фільтр за рахунок розрідження в газопровідній лінії, яке створюється водоструминним збуджувачем витрат газу. Технічна вода, яка приводить в дію збуджувач витрат послідовно проходить фільтр і вентиль-регулятор тиску води. Тиск води контролюється по встановленому на щиті манометру.

Водоструминний збуджувач витрат складається з водяного ежектора, лабіринтової камери, де відбувається промивання газової суміші від агресивних домішок, і газовіддільника, який призначений для відділення газу з газоводяної суміші. З газовіддільника вода поступає в зрівняльну посудину, що виконує функції стабілізатора витрат газу через приймач, а газ поступає в холодильник.

Холодильник працює за принципом відведення тепла при випаровуванні води з постійно змочуваної зовнішньої поверхні і підтримує відносну вологість газової суміші на вході в перетворювач нижче 100 % при будь-яких значеннях температури навколишнього повітря. Витрати газової суміші через перетворювач контролю-

Схема 1- Газова функціональна схема

Рисунок 1 - Перетворювач

Схема 2 - Електрична принципова схема блока відношення (плата Е1)

Схема 3 - Схема електрична принципова блока живлення (плата Е2)

05.04

20.04

Пер.

Роз.

Росчот Л. М.

Марковець М. О.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

18

ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

Поз. познач.

Найменування

Примітка

Кіл.

Трансформатор

T1

1

Котушка індуктивності

L1

1

Резистор

R1-R7

7

Конденсатор

C1-C8

8

Діод

VD1-VD4

11

VD7-VD9

VD11-VD13

VD15

Транзистор

VT4-VT6

4

VT10,VT14

ються водяним манометром, що вимірює перепад тиску на дроселі.

Робота газоаналізатора полягає в перетворенні неелектричної вимірюваної величини – об'ємного вмісту кисню в пробі аналізованого газу, – в електричний сигнал, що приводиться до форми, зручної для сприйняття оператором (покази на шкалі відлікового пристрою) для введення в систему автоматичного управління технологічними процесами (стандартний вихідний сигнал ДСП 0-5 мА ГОСТ 9895-78).

Принцип дії газоаналізатора оснований на використанні магнітних властивостей газів, які визначаються величиною об'ємної магнітної сприймаємості. Вона, у свою чергу, характеризує інтенсивність намагнічування газу при даній напруженості магнітного поля. Всі відомі гази можуть бути підрозділені на парамагнітні, і діамагнітні. Число парамагнітних газів невелике і великою величиною магнітної сприймаємості володіє тільки кисень і рідко зустрічається окис азоту, а абсолютна величина питомої магнітної сприймаємості кисню на два порядки більше магнітної сприймаємості діамагнітних газів. З цього виходить, що вміст кисню визначає магнітну сприймаємість газової суміші практично незалежно від присутності інших компонентів. Це дозволяє використовувати магнітні властивості кисню для вимірювання його об'ємного вмісту в складних газових сумішах.

Термомагнітний метод аналізу газової суміші, що використовується в газоаналізаторі МН 5106-2, оснований на виникненні термомагнітної конвекції кисневмісної газової суміші в неоднорідному магнітному полі біля нагрітого тіла. Неоднорідне магнітне поле виникає поблизу кромок полюсів постійного магніту, вздовж яких розташований нагрітий чутливий елемент.

Магнітна сприймаємість кисню, як парамагнітного газу, знижується із зростанням температури. Молекули газу, що знаходяться біля нагрітого чутливого елементу, частково втрачають свої магнітні властивості і виштовхуються з магнітного поля «холоднішими молекулами». Вони, у свою чергу, виштовхуються молекулами, які встигли "охолонути". Так виникає термомагнітна конвекція або "магнітний вітер", який охолоджує нагрітий електричним струмом чутливий елемент; це змінює його електричний опір, що і служить мірою вмісту кисню в газовій суміші.

Перетворювач газоаналізатора має блочне виконання і складається з термостату і електронного блоку. На кришку термостата виведений "під викрутку" резистор R9 регулювання "Нуля" газоаналізатора. У корпусі термостата розміщені резистори R3 і R4 для налаштування вимірювальних мостів термомагнітного датчика (формат А1), встановлені на платі Е3.

Електронний блок призначений для живлення мостових схем термомагнітного датчика і перетворення сигналів термомагнітного датчика газоаналізатора в уніфіковані сигнали струму 0-5 мА і напруги 0-100 мВ.

Електронний блок складається (формат А1) з двох друкарських плат Е1 і Е2, силового трансформатора Т1, радіатора зі встановленим на ньому транзисторі VТ1 типу КТ809А, з’єднувального джгута що закінчується вилкою Х3 типу РПІО-ЗОЛП і корпусу, на якому закріплені органи комунікації S1 і S2, налаштування R1 і R2, індикаторна лампа включення живлення НL1 і запобіжники FU1 і FU2.

На платі Е1 (схема 2) розміщені аналоговий ділильний пристрій і два вихідних підсилювача. На платі Е2 (схема 3) розміщені схеми випрямляча, стабілізатора і перетворювача напруги для живлення розмножувально-ділильного пристрою і термомагнітного датчика.

Технічні характеристики електронного блоку:

• споживана потужність, не більше 15 ВА;

• діапазон вихідних сигналів мостів: робочого 0-15 мВ; порівняльного 30-100 мВ;

• частота перетворення 2.0±0.7 кГц;

• вихідні сигнали: за напругою 0-100 мВ; за струмом 0-5 мА;

• напруга живлення вимірювальних мостів термомагнітного датчика при струмі навантаження 180 мА, не менше 10В;

• основна похибка вимірювання відношення сигналів робочого і порівняльного мостів 0,5 %;

• додаткова похибка відношення сигналів робочого і порівняльного мостів при зміні температури навколишнього середовища на кожні 10°С – 0,25 %.

Ділильний пристрій плати Е1 (схема 2) виконаний за схемою з тимчасовим розділенням каналів і містить наступні елементи:

1. вхідний комутатор А1;

2. підсилювач сигналів змінного струму з регульованим коефіцієнтом передачі А2, A3, VТ3, VТ4;

3. вихідний комутатор А4;

4. демодулятор сигналу порівняльного каналу А6;

5. демодулятор сигналу робочого каналу А9;

6. джерело опорної напруги R41, VТ7;

7. диференціальний підсилювач А7;

8. дільник частоти А5

У основу ділильного пристрою покладена схема підсилювача з регульованим коефіцієнтом передачі, на який по черзі (точно через один період робочої частоти) подаються сигнали порівняльного і робочого мостів датчика. Комутація здійснюється польовими транзисторами мікросхеми А1.

Управління комутатором здійснюється дільником частоти А5, який виконаний за схемою тригера і знижує робочу частоту в два рази. Синхронно з вхідним комутатором працює і вихідний – А4. Транзисторами комутаторів підключаються сигнали порівняльного моста.

Регулювання коефіцієнта передачі підсилювача здійснюється за допомогою першого ступеню, виконаному на мікросхемі А2. У нижньому плечі дільника негативного зворотного зв'язку, що складається з елементів R14, R11, R9, C3, VТ3, встановлений польовий транзистор типу КП103А, опір каналу якого регулюється зміною напруги на його затворі. Канал транзистора має мінімальний опір при нулевій напрузі на затворі, при збільшенні напруги позитивної полярності опір каналу зростає. Коефіцієнт передачі підсилювача має максимальне значення при повністю відкритому каналі польового транзистора і знижується при закриванні каналу.

Напруга на затворі транзистора в нормальному режимі експлуатації повинна знаходитися в межах 0,3-1,2 В.

До виходу підсилювача за допомогою транзисторів вихідного комутатора А4 по черзі (через період) підключаються демодулятори А6 і А9, які зібрані за схемою подвоєння напруги. Спрощена схема демодулятора зображена на схемі 4.

При появі на вході демодулятора негативної півхвилі змінної напруги замикається ключ K1, і протікає струм І', який заряджає конденсатор C1 до амплітудної напруги з полярністю, вказаною на схемі 4.

При появі позитивної полярності ключ К1 розмикається і замикається ключ К2 і протікає струм І'', при цьому в перший момент до конденсатору С2 прикладається сума напруги вхідного сигналу (позитивна півхвиля) і напруги, до якої заряджений конденсатор C1. Таким чином, через декілька періодів конденсатор С2 виявляється зарядженим до напруги, що дорівнює подвійній амплітуді вхідного сигналу.

Вихідні конденсатори С16 і C17 демодуляторів одночасно, виконують і функцію пам'яті, зберігаючи вихідні сигнали незмінними в той період, коли на виході підсилювача присутній сигнал іншого каналу. Вихідна напруга демодулятора порівняльного каналу, що виділяється на конденсаторі C16, підтримується рівною напрузі опорного джерела VТ7 за допомогою диференціального підсилювача А7, що підсилює сигнал розбалансу і впливає на опір каналу польового транзистора VТ3.

Вихідний підсилювач А8 призначений для формування вихідного уніфікованого сигналу у вигляді напруги постійного струму 0-10 В. Резистором R49 встановлюється нуль вихідного сигналу при нулевому значенні вхідного сигналу. Резистором R52 встановлюється граничне значення при номінальному вхідному сигналі. Стабілітрон VТ9 призначений для обмеження значення вхідного сигналу зверху і знизу.

Вихідний підсилювач, виконаний на мікросхемі A10 і транзисторі VТ10, який призначений для формування вихідних сигналів за струмом 0-5 мА і напругою 0-100 мВ. Резистором R58 встановлюється нулевий рівень вихідного струму при нулевому вхідному сигналі, а резистором R55 встановлюється граничне значення вихідного струму при номінальному вхідному сигналі.

Схема 4 - Схема демодулятора

Живлення ділильного пристрою здійснюється від перетворювача напруги який знаходиться на платі Е2.

Перетворювач виконаний за двотактною схемою і складається з тороїдального трансформатора Т1 і транзисторів VТ5, VТ6. Обмотки V і VІІ трансформатора Т1 живлять випрямлячі, які, у свою чергу, є джерелом живлення схем ділильного пристрою і вихідних підсилювачів.

Середня точка конденсаторів С1 і С2 (контакт 63 плати Е2) є загальним проводом схеми. На конденсаторі C1 створюється напруга +20 В, а на конденсаторі С2 -10 В.

Обмотка IX призначена для збудження дільника частоти. Обмотки VІІ і VІІІ призначені для збудження демодуляторів порівняльного і робочого каналів. Обмотки III і IV призначені для живлення мостових схем датчика.

Перетворювач напруги живиться від стабілізатора, зібраного за компенсаційною схемою, і складається з наступних елементів:

1. джерела опорної напруги R5, VТ11,VТ12;

2. підсилювача різниці VТ10, R3;

3. емітерного повторювача VТ14 R4;

4. прохідного регулюючого транзистора VТ1, колектор якого з’єднаний з корпусом блоку;

5. регулятора напруги R6, R7.

Діоди VD8, VD9 і конденсатор С5 утворюють джерело підвищеної напруги 43В для живлення підсилювача різниці. Діод VD1З призначений для забезпечення запуску перетворювача при включенні приладу в мережу.

Дросель LL1 призначений для захисту схеми стабілізатора від пульсацій, що створюються перетворювачем напруги.

Живлення стабілізатора здійснюється від випрямляча, утвореного діодною збіркою VD15 і конденсатором С8.

Випрямляч зібраний за двофазною однонапівперіодною схемою і зв'язаний з вторинною обмоткою силового трансформатора через запобіжник FU2 (0,5 А).

Уколі силової мережі, встановлений вимикач S1, запобіжник FU1 (0,25 А) і сигнальна лампа HL1 типу TH-0,3, яка є індикатором включення живлення.