книги из ГПНТБ / Кислородные магнитные газоанализаторы (зарубежный обзор)

Рис. 18. Принципиальная измеритель­

и Л, — рабочий и сравнительный чувстви­ тельные элементы

(рис. 18). Во избежание воспламенения анализируемой газовой смеси температура спиралей не более 200—250°.

Автоматическая компенсация изменений температуры дости­ гается термостатированием датчика при + 50°, а в специальных конструкциях — при +60°.

Благодаря компенсационной схеме измерения и циркуляции радиальных симметричных газовых потоков в двух идентичных цилиндрических камерах показания газоанализатора не зависят от наклона датчика (допускается наклон датчика на 20° в лю­ бом направлении).

В зависимости от пределов измерения скорость газового пото­ ка может колебаться в пределах от 0,1 до 1,0 л/мин и более. Широкий диапазон допустимых колебаний скорости газового потока весьма незначительно сказывается на динамических

полнительных устройств.

Колебания атмосферного давления, вызванные изменением высоты места установки прибора над уровнем моря, не влияют на нуль прибора, так как изменение атмосферного давления на ±30 мм рт. ст. от установленного начального значения коррек­ тируется автоматически датчиком в виде анероидной коробки типа мембранного конденсатора.

21

с помощью специального переключателя.

Нормальный ряд шкал «Magnos 5» охватывает как нулевые,

так и безнулевые шкалы:-0—3; 0—6; 0—10; 0—21; 0—50; 18—21

и 90—100% объемных кислорода.

Основная погрешность прибора ±2% от верхнего предела измерения. По рекламным данным, в лабораторных условиях основная погрешность может быть снижена до + 1% от верхнего предела измерения.

Питание мостовой схемы датчика осуществляется от стаби лизирующего трансформатора, питающего также автоматиче­ ский компенсатор давления, что обеспечивает независимость по­ казаний газоанализатора от колебаний напряжения и частоты сети.

Питание термостата осуществляется непосредственно от сети напряжением 220 в (/=-"0,1 а) или при колебаниях напряжения

всети — через встроенный добавочный трансформатор. ,Габариты датчика 330 X 330 X 190 мм.

Вкачестве вторичных приборов применяются как показыва ющие, так и одноточечные самопишущие приборы. Газоанали заторы с малыми диапазонами измерения (18—21; 90—100; 0—3% объемных кислорода) комплектуются одним вторичным прибором (2,2 мв, 40 ом), при больших диапазонах измерения (выше 10% объемных кислорода) могут использоваться два вторичных прибора (5 мв, 72 ом): показывающий и самопишу­ щий.

Вкомплект поставки газоанализаторов «Magnos 5» Bxoflnt грубые и абсорбционные фильтры, холодильники и т. п. (в зави симости от степени загрязненности газа). Если давление анали­ зируемых смесей меньше 200 мм вод. ст., применяют нагнета­

тельный насос.

В 1959 г. фирма выпустила кислородный газоанализатор «Differenz Magnos» [1, 2], предназначенный для контроля про­ цесса сгорания топлива, определения содержания кислорода в дымовом газе, коэффициента избытка воздуха X, пропорциональ­ ного содержанию кислорода в горючем остатке после дожига­ ния, и кислородного эквивалента топлива.

Измерительная камера прибора состоит из двух блоков «Magjios 5», включенных в общую мостовую измерительную схе­ му (рис. 19). Дымовой газ проходит последовательно через

.<Систему 1», печь для дожигания и «Систему 2». Мостовая схе­ ма состоит из четырех платиновых чувствительных элементов

22

Рис. 19. Принципиальная электрическая схема газоанализатора

«Differenz Magnos»

на показывающий прибор 8, регистрирующий содержание кисло­ рода в горючем остатке, анализируемом в «Системе 2». Такая конструкция позволяет измерять разность концентрации кисло­ рода до и после дожигания — кислородный эквивалент, являю­ щийся мерой неполноты сгорания и определяемый напряжением разбаланса моста 1—2—3—4.

Минимальный предел измерения газоанализатора 0—6% объемных кислорода.

На диаграмме (рис. 20) показан результат анализа газа, отобранного из циклонной топки. Из рисунка видно, что циклон-

%0г

23

ния обоих чувствительных элементов к постоянной величине охлаждения сравнительного элемента.

Результирующее уменьшение электрического сопротивления чувствительных элементов вызывает разбаланс измерительного моста, передающийся через подвижной контакт 4 реохорда 5 (рис. 23) на электронный усилитель 6, а затем на вторичный самопишущий прибор 9. Кулачковый реохорд самописца обес­ печивает линейную связь между величиной разбаланса измери­ тельного моста и содержанием кислорода в анализируемой смеси.

Газоанализатор снабжен автоматическим компенсационным устройством для корректировки колебаний абсолютного давле­ ния газовой смеси на входе в датчик, чем обеспечивается неза­ висимость показаний прибора от изменения давления смеси.

Для исключения влияния на показания изменений темпера­ туры газовой смеси датчик прибора термостатирован.

25

I азоанализатор «Magnolerm» обладает высокой чувствитель­ ностью, что позволяет выпускать приборы со шкалами 0—1: О—2; 0—3% объемных кислорода

Эти приборы предназначены для использования на электро­ станциях с сильной запыленностью. В связи с этим фирмой раз­ работана специальная газозаборная система «Haspirator», ра­ бота которой основана на использовании пара (рис. 24). Подве­ денный к газозаборному устройству пар поступает во внешнюю трубу головной части устройства 1, помещаемую внутри потока дымовых газов. Перегретый пар через сопло 7 поступает во внут­ реннюю трубу 9, где смешивается с запыленными дымовыми газами. Образовавшаяся парогазовая смесь направляется в кон­ денсатор. Пар конденсируется вокруг частичек золы и смывает их через сепаратор. Очищенная таким образом газовая смесь поступает в газоанализатор.

Преимущество данной газозаборной системы в том, что только в головной части устройства газ находится под разреже­ нием, после смешения с паром смесь находится под давлением, поэтому неплотности в газозаборной линии не могут вызвать дополнительных погрешностей при измерении содержания кис­ лорода.

Siemens & Halske (ФРГ). Газоанализатор «Oxymat» (рис. 25)

предназначен для измерения концентраций кислорода от 0 до 100% объемных кислорода, включая предел измерения от 0 до 1%, и для анализа чистоты кислорода -- шкала от 90 до 100% объемных кислорода.

Измерительная камера датчика (рис. 26) состоит из четырех параллельно расположенных в одном горизонтальном ряду по­

(3 шт.)

26

?Рис. 29. Принципиальная измери-

'тельная схема датчика газоанали­ затора «ОхутаЬ на широкие диапазоны измерения или пред­ назначенных для измерения малых концентраций кислорода

угом не приходится удалять другие детали или нарушать юстировку прибора.

Чувствительный элемент (рис. 28) — платиновая проволока длиной 90X2=180 мм и диаметром 40 мк согнута в виде шпильки и в месте перегиба натянута на изолирующий ролик, укрепленный на платино-иридиевой пружине. Обе половинки проволоки дистанционированы с помощью сети изоляционных перемычек. -

Такая конструкция устраняет деформацию от нагрева и уве­ личивает вибростойкость длинного чувствительного элемента.

В газоанализаторах этой фирмы применены две газовые схемы использования эффекта термомагнитной конвекции, так как схема, применяемая для измерения небольших концентра­ ций кислорода или для больших диапазонов измерения, стано­ вится нечувствительной при приближении к предельной концент­ рации (шкалы 90—100% 0 2, 95—100% 0 2 и 98—100% 0 2). В по­ следнем случае сильнее сказывается влияние атмосферного дав­ ления и температуры окружающей среды.

Приборы «Oxymat» с широким диапазоном измерения или предназначенные для измерения малых концентраций кислорода. Все четыре ячейки измерительной камеры датчика омываются анализируемым газом [8, 9]. Два чувствительных элемента (рис. 29), расположенных в неоднородном магнитном поле ра­ бочих ячеек, включены в противоположные плечи одинарного измерительного моста.

При прохождении кислородосодержащей смеси через изме-

<рительную камеру в рабочих ячейках наряду с тепловой возни­ кает термомагнитная конвекция. В сравнительных же ячейках возможна только свободная тепловая конвекция.

29

Таким образом, эффект охлаждения чувствительных элемен­ тов сравнительных ячеек постоянен и не зависит от концентра­ ции кислорода в анализируемой смеси. Охлаждение же чувстви­ тельных элементов рабочих ячеек обусловлено результирующим конвективным потоком, равным разности противоположно на­ правленных потоков термомагнитной и свободной тепловой кон­ векции (см. рис. 27). Изменение сопротивления чувствительных элементов рабочих ячеек по отношению к сопротивлению эле­ ментов сравнительных ячеек, вызывающее разбаланс измери­ тельного моста, является мерой концентрации кислорода в ана­ лизируемой смеси.

Компенсация влияния изменения температуры окружающей среды на показания прибора достигается включением в измери­ тельную диагональ моста термисторов, увеличивающих чувстви­ тельность прибора пропорционально повышению температуры окружающей среды (рис. 30). Однако температура в месте уста­ новки датчика не должна быть выше +40°, так как компенсация предусмотрена лишь в пределах от 20 до 40°.

Компенсация влияния изменений атмосферного давления (в зависимости от высоты места установки прибора над уровнем моря) осуществляется подрегулировкой показаний путем вклю­ чения в измерительную схему датчика дополнительных сопро­ тивлений. Для этого необходимо переключить зажимы на пане­ ли, встроенной в корпус датчика (см. рис. 25). Зажимы соот­ ветствуют определенной высоте установки прибора над уровнем моря (см. табл. 3).

Приборы градуируются при давлении 746 мм рт. ст. По дан-- ным фирмы [8] величина изменения показаний при изменении высоты места установки не превышает + 1,25% от измеряемой концентрации кислорода (при условии переключения зажимов на панели). Изменение атмосферного давления в месте установки прибора на ± 7 мм рт. ст. вызывает изменение показаний на ±0,7% от измеряемой концентрации кислорода.

Рис. 30. Принципиальная схема электрической термо­ компенсации газоанализа­ тора «Oxymat» (фирма

Siemens & Halske) с широ­ ким диапазоном измерения или предназначенных для измерения малых концен­ траций кислорода

30