Контроль качества сгорания топлива в методических нагревательных печах (стр. 11 из 20)
Действительно, в момент равновесия схемы
U1= Ul = U2(l/z), откуда l=z( U1/ U2) где z— длина реохорда, а l — расстояние от подвижного контакта 3 реохорда 1.Так как при изменении давления и температуры пробы АГС, а также напряжения питания прибора
U1 и U2 меняются по одному и тому же закону, то показания газоанализатора не зависят от указанных факторов.В многокамерных газоанализаторах используются чувствительные элементы с наружной конвекцией, размещаемые между полюсами магнитов и ложными наконечниками.
Если рассмотренные схемные и конструктивные решения многокамерных систем в какой-то мере устраняют влияние давления и температуры пробы АГС, то они не предотвращают влияние неопределяемых компонентов пробы АГС. Положение усугубляется тем, что на чувствительные элементы действуют не только упорядоченные потоки термомагнитной конвекции, но и огромные потоки тепловой конвекции, сила которых определяется плотностью газа, т. е. переменной величиной, зависящей от состава пробы АГС. Причем если для кольцевых камер в отсутствие кислорода поток тепловой конвекции равен нулю и влияние плотности отсутствует, то в рассматриваемых многокамерных системах поток тепловой конвекции не связан с наличием кислорода в пробе АГС, он всегда имеет определенное значение и влияние плотности максимально. Для многокамерных систем характерно большое число модификаций, различающихся не только шкалами, но и, что более важно, конструкциями камер и схемными решениями.
На базе многокамерных систем возможно создание модификации для использования на подвижных объектах.
Потоки термомагнитной конвекции, охлаждающие рабочие ЧЭ, имеют противоположные направления. Потоки свободной тепловой конвекции, возникающие при наклоне камеры, суммируются с одним из потоков термомагнитной конвекции и частично компенсируются другим потоком.
Таким образом, поскольку измеряемый эффект представляет собой сумму эффектов, реализуемых рабочими ЧЭ, то теоретически погрешность от влияния наклона камеры должна компенсироваться. Практически же в газоанализаторах, в которых используется описанная конструкция камеры, например в газоанализаторе МН-5112 (переносный), допустимое значение угла наклона, при котором возникает погрешность, не превышающая основную, составляет 45°.
Преимущество многокамерных систем — использование миниатюрных малоинерционных чувствительных элементов, обеспечивающих устойчивую работу газоанализаторов в условиях механических воздействий. Инерционность таких ЧЭ не превышает 30 с при крутизне номинальной статической характеристики 20—25 мВ на 1 % (об.) кислорода.
Многокамерные газоанализаторы выпускаются отечественными приборостроительными заводами. Это газоанализаторы, в которых используется схема компаратора напряжения переменного тока МН-5130, МН-5121 — МН-5128, а также газоанализаторы типов МН-5106М и МН-5110Т4.
С двухкамерными первичными преобразователями выпускаются газоанализаторы «Magnos 5», «Magnos 5T» фирмы «Hart-manandBraun» (ФРГ), модель 6500 фирмы GKHP (Англия), модель 7803 фирмы «LeedsandNorthrup» (ФРГ)
Четырехкамерный газоанализатор выпускает американская фирма «MineSafetyAppliancesCompany», а тдкже фирма «Siemens» (ФРГ).
Недостатки — сложность, низкая надежность, низкий уровень унификации, сложность технологии изготовления и наладки, недостаточно высокие метрологические характеристики, трудность реализации частных задач, обусловленных большим диапазоном воздействия давления пробы АГС и ужесточением требований при их использовании на подвижных объектах.
Таким образом, сопоставление однокамерных (кольцевых) и многокамерных систем свидетельствует в пользу однокамерных. Вместе с тем нельзя признать кольцевую камеру единственно приемлемой для использования в базовой конструкции унифицированного термомагнитного газоанализатора на кислород, поскольку и она не является универсальной.
В СССР разработана так называемая О-образная камера, обладающая рядом преимуществ по сравнению с классической кольцевой измерительной камерой.
О-образная измерительная камера состоит из двух параллельно расположенных стеклянных трубок с двумя секциями, выполняющих одновременно функции терморезисторов — термоанемометров.
Измерительная камера работает следующим образом. Проба АГС втягивается в термоанемометр, находящийся под полюсами магнитной системы. При этом газ, нагреваясь, теряет свои магнитные свойства и выталкивается более холодным газом, продолжающим поступать в верхнюю полость, где происходит постоянная смена газа.
В О-образном контуре камеры создается поток термомагнитной конвекции, который изменяет сопротивление секций термоанемометров, включенных в мостовую схему. По разбалансу моста судят о концентрации кислорода в пробе АГС.
В термоанемометрах действуют потоки термомагнитной и тепловой конвекции. Результирующий поток в О-образном контуре определяют по формуле:
Fк = Fм - Ft1+Ft2(33)
где FK— результирующий поток О-образного контура; Fм — поток термомагнитной конвекции; Ft1— поток тепловой конвекции 1-го термоанемометра; Ft2 — поток тепловой конвекции 2-го термоанемометра.
В зависимости от соотношений потоков тепловых конвекции Ft1и Ft2 при одной и той же конструкции измерительной камеры можно получить различные функциональные решения.
Так, при достижении равенства Ft1=Ft2, обеспечиваемого соответствующим симметрированием секций термоанемометров, можно достичь диапазона, нижний предел которого начинается с нуля, и достигаются условия, при которых изменение угла наклона в широком интервале не влияет на показания прибора. На самом деле, при равенстве Ft1= Ft2в О-образном контуре действует только термомагнитная конвекция, не зависящая от угла наклона. Это обстоятельство придает О-образной камере новые качества, расширяющие область ее использования.
При варьировании значением Ft2 в широких пределах можно обеспечить Fк = 0 на различных участках диапазона измерения.
При Ft1 =Ft2 нуль потоков, или Fк = 0, достигается при Fм =0, т. е. в нулевой точке диапазона измерения (концентрация кислорода в пробе АГС равна нулю). При изменении давления пробы АГС погрешности в этой точке диапазона измерения не появляются.
Значение Fк = 0 можно реализовать и в любой другой точке диапазона измерения, обеспечив равенство Fм = Ft1 —Ft2 при определенной концентрации кислорода в пробе АГС.
Универсальность О-образной камеры предопределяет различные варианты схем включения при неизменных параметрах самой камеры.
На рис. 13, а изображена схема включения О-образной камеры, в которой один термоанемометр расположен под магнитными наконечниками и используется в качестве измерителя, а второй термоанемометр — в качестве нагревателя для обеспечения компенсации потоков термомагнитной и результирующей тепловой конвекции в одной из точек диапазона измерения.
Рис. 13. О-образная камера:а — с двумя термоанемометрами: одним измерительным, другим нагревательны-м; б — с двумя измерительными термоанемометрами
Для увеличения чувствительности камеры и одновременного обеспечения компенсации потоков предпочтительнее включать камеру по схеме, изображенной на рис. 23, б. Здесь оба термоанемометра используются в качестве измерительных, а второй термоанемометр одновременно выполняет и функции нагревателя, создающего дополнительный поток тепловой конвекции для обеспечения компенсации потоков. При этом наиболее эффективно в качестве измерителя второй термоанемометр будет использоваться для диапазонов, нижний предел которых начинается с нуля, так как протекающий через него ток практически не отличается от тока, протекающего через первый термоанемометр, и менее эффективно для диапазонов с подавленным нулем, особенно в узких пределах измерения.
О-образная измерительная камера позволяет разработать компенсационный термомагнитный газоанализатор, обладающий более высокими метрологическими характеристиками. Принцип действия термомагнитных компенсационных газоанализаторов основан на непрерывном поддержании равенства термомагнитных и компенсирующих усилий, действующих на пробу АГС. Для термомагнитных компенсационных газоанализаторов, использующих тепловую конвекцию для обеспечения условий компенсации, Fк = 0 или Fм = Ft.
Преимуществами компенсационных газоанализаторов являются: полная независимость показаний от давления пробы АГС; меньшая зависимость от температуры; высокая точность; универсальность, т. е. возможность разработки приборов с любыми пределами измерений.