Устройство для измерения концентрации составляющих многокомпонентных газовых смесей

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СОСТАВЛЯЮЩИХ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ(71) Заявители Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Кузьмицкий Иосиф Фелицианович Оробей Игорь Олегович Тесевич Александр Петрович Бакаленко Владимир Иванович Шишкин Николай Яковлевич(73) Патентообладатели Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Устройство для измерения концентрации составляющих многокомпонентных газовых смесей, содержащее тонкопленочный датчик концентрации, соединенный с блоком измерения концентрации, который связан с прецизионным стабилизатором напряжения и аналого-цифровым преобразователем, соединенным с блоком индикации, и блок питания,отличающееся тем, что тонкопленочный датчик концентрации выполнен с напыленным на него нагревателем, устройство дополнительно содержит блок управления селективностью датчика и вычислительный блок, соединенные между собой, причем блок управления селективностью датчика соединен с тонкопленочным датчиком концентрации,прецизионным стабилизатором напряжения и аналого-цифровым преобразователем, который соединен с вычислительным блоком.(56)1168842 , 1985.658458 , 1979.2170913 , 1986.2076315 1, 1997. Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах автоматического контроля концентрации вредных выбросов в промышленных газах. Известен регистратор концентрации газовой смеси, содержащий полупроводниковый датчик с группой токовых электродов, генератор линейно изменяющегося напряжения,подключенный к дополнительному электроду для создания сильного поперечного электрического поля и источник питания. Данное устройство обеспечивает избирательный контроль примесей 1. Недостатком этого устройства является то, что оно позволяет определять только небольшое число примесей и обладает низкой точностью измерений. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является регистратор концентрации компонентов газовой смеси,содержащий полупроводниковый датчик, генератор линейно изменяющегося напряжения,источник питания, а также перестраиваемый по частоте лазер, вход блока управления перестройкой частоты которого подключен к выходу генератора линейно изменяющегося напряжения 2. Недостатками этого устройства являются низкое быстродействие и невысокая точность измерений. Цель изобретения является увеличение диапазона измерения датчика и повышение точности измерения концентрации составляющих многокомпонентной газовой смеси. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения концентрации многокомпонентных газовых смесей, содержащем тонкопленочный датчик концентрации,соединенный с блоком измерения концентрации, который связан с прецизионным стабилизатором напряжения и аналого-цифровым преобразователем, соединенным с блоком индикации, и блок питания, тонкопленочный датчик концентрации выполнен с напыленным на него нагревателем и в устройство дополнительно введены блок управления селективностью и вычислительный блок, соединенные между собой, причем блок управления селективностью датчика соединен с тонкопленочным датчиком концентрации, прецизионным стабилизатором напряжения и аналого-цифровым преобразователем, который соединен с вычислительным блоком. На фигуре изображена функциональная схема устройства для измерения концентрации составляющих многокомпонентных газовых смесей. Устройство содержит тонкопленочный резистивный датчик концентрации 1 с напыленным на него нагревателем, обладающий избирательной селективностью. Датчик 1 соединен с блоком управления селективностью датчика 2, содержащим регулируемый источник тока, измерительный канал, регулятор, задающее устройство и сумматор, и блоком измерения концентрации 3, содержащим источник тока и усилитель. Блок управления селективностью датчика 2 и блок измерения концентрации 3 соединены с прецизионным стабилизатором напряжения 4 и аналого-цифровым преобразователем 5, который соединен с вычислительным блоком 6 и блоком индикации 7. Вычислительный блок 6 соединен с блоком управления селективностью датчика 2. Все блоки соединены с блоком питания 8. Устройство работает следующим образом. Полупроводниковый датчик 1 обладает избирательной селективностью к различным газам. Однако селективность датчика к конкретному газу зависит от температуры поверх 2 4987 1 ности датчика, при этом на показания датчика влияют и другие составляющие газовой смеси, но в меньшей степени. Для измерения концентрации газовой смеси необходимо снимать показания датчика при различных температурах его поверхности и затем по полученной системе уравнений (коэффициенты системы уравнений определяются на основе априорной информации и остаются стабильными на протяжении срока службы датчика) рассчитывать концентрацию компонент газовой смеси. Это достигается путем включения в схему устройства блока управления селективностью и вычислительного блока. Информативный сигнал с нагревателя датчика 1 подается на блок управления селективностью датчика 2. Информация о температуре датчика снимается непосредственно с нагревателя, напыленного на тонкопленочный датчик (сопротивление нагревателя зависит от его температуры), что увеличивает точность измерений и позволяет упростить конструкцию датчика. Регулирование температуры осуществляется постоянным током, который подается на нагреватель. Измерение температуры (сопротивления платинового нагревателя) производится на переменном токе, для получения которого в сумматоре блока управления селективностью 2 к постоянному сигналу добавляется переменный тестирующий сигнал. Блок управления селективностью обеспечивает линейное изменение и выдержку температуры датчика в заданных точках по сигналу, поступающему на задающее устройство с вычислительного блока 6. Сигнал с тонкопленочного датчика концентрации 1 поступает на блок измерения концентрации 3. Блок 3 обеспечивает преобразование изменения сопротивления датчика в сигнал постоянного тока. Прецизионный стабилизатор напряжения 4 вырабатывает стабилизированные сигналы, необходимые для работы блоков 2 и 3. С выхода блоков 2 и 3 сигналы поступают на аналого-цифровой преобразователь 5, который преобразует их цифровую форму. С аналого-цифрового преобразователя сигналы подаются на вычислительный блок 6, который вырабатывает сигнал управления для задающего устройства блока 2 и после завершения цикла измерения рассчитывает концентрации составляющих многокомпонентной газовой смеси. Блок индикации 7 обеспечивает визуальное представление результатов измерений. Питание устройства осуществляется от стабилизированного источника 8. Устройство позволяет расширить диапазон измерения тонкопленочных датчиков и повысить точность измерения концентрации составляющих многокомпонентных газовых смесей путем измерения концентрации компонент при различных температурах поверхности датчика, что достигается использованием в схеме блока управления селективностью и вычислительного блока. Напыление нагревателя непосредственно на тонкопленочный чувствительный элемент в датчике концентрации обеспечивает низкое тепловое сопротивление между нагревателем и чувствительным элементом и малую инерционность при установке температуры. Источники информации 1. А.с. СССР 658458, МПК 01 27/02, 1979. 2. А.с. СССР 1168842, МПК 01 27/02, 1985. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.