RU80011U1 - ACOUSTIC GAS ANALYZER - Google Patents

Abstract

Акустический газоанализатор предназначен для определения концентрации компонентов промышленных, в том числе - пожароопасных, газов в нефтегазовой, угольной, химической и других отраслях промышленности, на транспорте, а также для научных целей. Для обеспечения стабильности работы, нечувствительности к внешним источникам звука и быстродействия предложен акустический газоанализатор, содержащий измерительную камеру, выполненную в виде резонатора, представляющего собой полый цилиндр с высотой равной нечетному числу звуковых полуволн для прохода газа, и отверстиями для прохода газа, расположенными в середине высоты, источник и приемник звука, установленные в противоположных торцах резонатора, электронный блок генерации, приема звука и измерения частоты выход которого соединен с приемником звука. Газоанализатор содержит блок периодического принудительного возбуждения генерации звука в измерительной камере, состоящий из микропроцессорного блока, вырабатывающего прямоугольные импульсы с частотой, близкой к одной из резонансных частот измерительной камеры, усилителя и коммутатора-переключателя, при этом микропроцессорный блок соединен через усилитель с первым входом коммутатора-переключателя, управляющий выход микропроцессорного блока соединен с коммутатором-переключателем, выход последнего соединен с источником звука, а второй вход - с электронным блоком генерации, приема звука и измерения частоты, соединенного по измерительной линии с микропроцессорным блоком. При этом микропроцессорный блок измерения и управления соединен с датчиками температуры и влажности, установленными на внешней поверхности измерительной камеры. 1 нез. п. ф-лы, 1 зав. п. ф-лы, 2 ил.An acoustic gas analyzer is designed to determine the concentration of industrial components, including fire hazardous gases, in the oil and gas, coal, chemical and other industries, in transport, as well as for scientific purposes. To ensure stability, insensitivity to external sources of sound and speed, an acoustic gas analyzer is proposed that contains a measuring chamber made in the form of a resonator, which is a hollow cylinder with a height equal to an odd number of sound half-waves for gas passage, and gas passage holes located in the middle of the height , a sound source and receiver installed at opposite ends of the resonator, an electronic unit for generating, receiving sound and measuring frequency, the output of which is connected with a sound receiver. The gas analyzer contains a block of periodic forced excitation of sound generation in the measuring chamber, consisting of a microprocessor unit generating rectangular pulses with a frequency close to one of the resonant frequencies of the measuring chamber, amplifier and switch-switch, while the microprocessor block is connected through the amplifier to the first input of the switch switch, the control output of the microprocessor unit is connected to a switch-switch, the output of the latter is connected to a sound source, and in Ora input - electronically generating unit, and a sound reception frequency measurement which is connected by a measuring line with a microprocessor unit. In this case, the microprocessor measuring and control unit is connected to temperature and humidity sensors mounted on the outer surface of the measuring chamber. 1 unc P. f-ly, 1 head. P. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к устройствам для определения концентрации компонентов промышленных, в том числе - пожароопасных, газов и может быть применено в нефтегазовой, угольной, химической и других отраслях промышленности, на транспорте, а также для научных целей (исследований).The utility model relates to devices for determining the concentration of industrial components, including fire hazardous gases, and can be used in the oil and gas, coal, chemical and other industries, in transport, as well as for scientific purposes (research).

Известен акустический газоанализатор, действие которого основано на зависимости скорости звука в газе от его состава (см. а.с. №853520, МКИ G01N 29/00, 1981). Акустический газоанализатор содержит акустический преобразователь, установленный на волноводе, рабочую камеру, отражательную шайбу, установленную на конце волновода, побудитель расхода, датчик температуры и электронную измерительную схему. Такое устройство имеет низкую точность измерения времени прохождения зондирующего импульса (единицы процентов), повысить которую можно только за счет увеличения габаритов устройства.Known acoustic gas analyzer, the action of which is based on the dependence of the speed of sound in a gas on its composition (see AS No. 853520, MKI G01N 29/00, 1981). The acoustic gas analyzer contains an acoustic transducer mounted on the waveguide, a working chamber, a reflective washer mounted on the end of the waveguide, a flow inducer, a temperature sensor and an electronic measuring circuit. Such a device has low accuracy in measuring the transit time of the probe pulse (units of percent), which can be increased only by increasing the dimensions of the device.

Известны также акустические газоанализаторы, действие которых основано на изменении резонансной частоты камеры резонатора, заполняемой контролируемым газом, при изменении состава этого газа, (см. а.с. №832447, МКИ G01 №29/00, 1981). Камера резонатора выполняется в виде отрезка трубы, ограниченной мембранами, либо в виде сосуда специальной формы, например, в виде резонатора Гельмгольца. Возбуждение и прием колебаний в них осуществляется электроакустическими преобразователями. Измеряемой величиной является резонансная частота. Такие газоанализаторы также имеют низкую точность измерения, обусловленную низкой добротностью резонатора из-за связи его с проточным устройством, влияния мембран и дисперсией фронта звуковой волны. Кроме того, газоанализатор на базе резонатора Гельмгольца не позволяет вести непрерывное измерение концентрации газа.Acoustic gas analyzers are also known, the action of which is based on a change in the resonant frequency of the cavity chamber filled with a controlled gas when the composition of this gas changes (see AS No. 832447, MKI G01 No. 29/00, 1981). The cavity chamber is made in the form of a pipe segment bounded by membranes, or in the form of a vessel of a special shape, for example, in the form of a Helmholtz resonator. Excitation and reception of oscillations in them is carried out by electro-acoustic transducers. The measured quantity is the resonant frequency. Such gas analyzers also have low measurement accuracy due to the low quality factor of the resonator due to its connection with the flow device, the influence of membranes and the dispersion of the sound wave front. In addition, a gas analyzer based on the Helmholtz resonator does not allow continuous measurement of gas concentration.

Наиболее близким к предлагаемому устройству - прототипом, является акустический газоанализатор, содержащий измерительную камеру, выполненную в виде резонатора, представляющего собой полый цилиндр с высотой равной нечетному числу звуковых полуволн и отверстиями для прохода газа, расположенными в середине высоты, источник и приемник звука, установленные на противоположных торцах резонатора, и блок генерации, приема звука и измерения частоты, соединенный с источником и приемником звука (см. патент RU 2142131, МПК G01 №29/00, 1999). В этом Closest to the proposed device, the prototype is an acoustic gas analyzer containing a measuring chamber made in the form of a resonator, which is a hollow cylinder with a height equal to an odd number of sound half-waves and gas passage holes located in the middle of the height, the sound source and receiver mounted on opposite ends of the resonator, and a unit for generating, receiving sound and measuring frequency, connected to a source and receiver of sound (see patent RU 2142131, IPC G01 No. 29/00, 1999). In that

газоанализаторе источник и приемник звука находятся в цепи обратной связи генератора частоты. Данный газоанализатор обладает высокой чувствительностью, связанной с высокой добротностью резонатора, достигаемой благодаря тому, что входные отверстия для анализируемого газа просверлены в середине цилиндрического корпуса резонатора, где достигается минимум звукового давления продольной акустической волны. Но он обладает следующими существенными недостатками:gas analyzer, the sound source and receiver are in the feedback circuit of the frequency generator. This gas analyzer has high sensitivity associated with the high quality factor of the resonator, achieved due to the fact that the inlet holes for the analyzed gas are drilled in the middle of the cylindrical resonator body, where the minimum sound pressure of the longitudinal acoustic wave is reached. But it has the following significant disadvantages:

1. Недостаточная стабильность работы, характеризующаяся сбоями генерации звука при включении, при наличии внешних источников звука, генерацией звука на другой гармонике и др.;1. Lack of stability, characterized by failures in sound generation when turned on, in the presence of external sound sources, sound generation at a different harmonic, etc .;

2. Невозможность выбора диапазона рабочих частот (использование гармоники выше первой);2. The inability to select a range of operating frequencies (using harmonics above the first);

3. Нестабильность нуля вследствие влияния различных внешних факторов, в том числе температуры и влажности анализируемого газа.3. Zero instability due to the influence of various external factors, including temperature and humidity of the analyzed gas.

Эти недостатки, в частности, не обеспечивают стабильность работы газоанализатора в реальных условиях эксплуатации.These disadvantages, in particular, do not ensure the stability of the gas analyzer in real operating conditions.

Акустический газоанализатор (см. патент RU 57467, МПК G 01 №29/00, 2006) преодолевает вышеуказанные недостатки путем создания сложной цифровой измерительной схемы, предполагающий отказ от автогенерации сигнала в аналоговом генераторе, имеющем цепь положительной обратной связи по акустическому каналу измерительной камеры-резонатора. В этом газоанализаторе применяется постоянная принудительная генерация звукового сигнала в резонаторе в определенном диапазоне частот сканирования, соответствующих определенной гармонике резонатора, определяемой нечетным количеством полуволн звуковой волны (1, 3, 5...). Резонансная частота определяется во время сканирования частоты в указанном диапазоне по максимуму амплитуды звукового сигнала, детектируемого приемником звука и оцифровываемым микропроцессорным блоком обработки сигнала. При этом в блоке обработки сигнала применяется перестраиваемый цифровой полосовой фильтр, выделяющий именно ту частоту, на которой в данный момент происходит сканирование частоты звуковым генератором. Подобная сложная схема позволяет преодолеть указанные выше недостатки акустического газоанализатора, основанного на цилиндрическом резонаторе нечетного числа полуволн звуковой волны. Однако это схема является во-первых, довольно сложной и дорогой из-за необходимости использования дорогостоящих цифровых электронных компонентов, таких как АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и перестраиваемые цифровые фильтры и т.п.. Во-вторых, An acoustic gas analyzer (see patent RU 57467, IPC G 01 No. 29/00, 2006) overcomes the above drawbacks by creating a complex digital measuring circuit, which implies a rejection of signal auto-generation in an analog generator having a positive feedback circuit through the acoustic channel of the measuring resonator chamber . This gas analyzer uses continuous forced generation of an audio signal in the resonator in a certain range of scanning frequencies corresponding to a certain harmonic of the resonator, determined by an odd number of half-waves of a sound wave (1, 3, 5 ...). The resonant frequency is determined during frequency scanning in the indicated range by the maximum amplitude of the sound signal detected by the sound receiver and digitized microprocessor signal processing unit. At the same time, a tunable digital band-pass filter is used in the signal processing unit, which selects exactly the frequency at which the frequency is currently being scanned by the sound generator. Such a complex circuit allows us to overcome the above disadvantages of an acoustic gas analyzer based on a cylindrical cavity of an odd number of half-waves of a sound wave. However, this circuit is, firstly, rather complicated and expensive due to the need to use expensive digital electronic components, such as an ADC (analog-to-digital converter) and tunable digital filters, etc. Secondly,

из-за необходимости сканирования частоты в определенном диапазоне, характерное время измерения концентрации составляет несколько секунд, что в некоторых случаях (например в научных измерениях) является неприемлемо большим.due to the need to scan the frequency in a certain range, the typical concentration measurement time is several seconds, which in some cases (for example, in scientific measurements) is unacceptably large.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение стабильности работы газоанализатора, снижение влияния внешних факторов на показания газоанализатора, повышение скорости измерения концентрации газов в бинарных газовых смесях при сохранении простоты выполнения устройства.The objective of the proposed technical solution is to increase the stability of the gas analyzer, reduce the influence of external factors on the readings of the gas analyzer, increase the speed of measuring the concentration of gases in binary gas mixtures while maintaining the simplicity of the device.

Для этого предложен акустический газоанализатор для определения концентрации компонента в газовой смеси, содержащий измерительную камеру, выполненную в виде резонатора, представляющего собой полый цилиндр с высотой равной нечетному числу звуковых полуволн для прохода газа, и отверстиями для прохода газа, расположенными в середине высоты, источник и приемник звука, установленные в противоположных торцах резонатора, электронный блок генерации, приема звука и измерения частоты, выход которого соединен с приемником звука, кроме того он дополнительно содержит блок периодического принудительного возбуждения генерации звука в измерительной камере, состоящий из микропроцессорного блока, вырабатывающего прямоугольные импульсы с частотой, близкой к одной из резонансных частот измерительной камеры, усилителя и коммутатора-переключателя, при этом микропроцессорный блок соединен через усилитель с первым входом коммутатора-переключателя, управляющий выход микропроцессорного блока соединен с коммутатором-переключателем, выход последнего соединен с источником звука, а второй вход - с электронным блоком генерации, приема звука и измерения частоты, соединенного по измерительной линии с микропроцессорным блоком.For this purpose, an acoustic gas analyzer for determining the concentration of a component in a gas mixture is proposed, comprising a measuring chamber made in the form of a resonator, which is a hollow cylinder with a height equal to an odd number of sound half-waves for gas passage, and gas passage holes located in the middle of the height, a source and a sound receiver installed at opposite ends of the resonator, an electronic unit for generating, receiving sound and measuring the frequency, the output of which is connected to the sound receiver, in addition, it additionally contains a block of periodic forced excitation of sound generation in the measuring chamber, consisting of a microprocessor unit generating rectangular pulses with a frequency close to one of the resonant frequencies of the measuring chamber, amplifier, and switch-switch, while the microprocessor block is connected through the amplifier to the first input of the switch switch, the control output of the microprocessor unit is connected to a switch-switch, the output of the latter is connected to a sound source, and the second вход input - with an electronic unit for generating, receiving sound and measuring frequency, connected via a measuring line to a microprocessor unit.

Кроме того, микропроцессорный блок соединен с датчиками температуры и влажности, установленными на внешней поверхности измерительной камеры.In addition, the microprocessor unit is connected to temperature and humidity sensors mounted on the outer surface of the measuring chamber.

Такое выполнение газоанализатора позволит исключить влияния изменений основных внешних факторов (таких как внешние источники звука, температура и влажность контролируемой среды) на процесс измерения концентрации газа. Кроме того, исключается влияние внутренней нестабильности автогенераторной схемы газоанализатора. Все это обеспечивает повышение стабильности и точности измерения без существенного усложнения измерительной схемы прототипа.This embodiment of the gas analyzer will eliminate the influence of changes in the main external factors (such as external sources of sound, temperature and humidity of the controlled environment) on the process of measuring gas concentration. In addition, the influence of internal instability of the gas generator circuit is excluded. All this provides increased stability and measurement accuracy without significantly complicating the measuring circuit of the prototype.

Сущность предлагаемого газоанализатора поясняется фигурами.The essence of the proposed gas analyzer is illustrated by figures.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого газоанализатора, где 1 - измерительная камера, 2 - сквозные отверстия, 3 - источник звука, 4 - приемник звука, 5 - электронный блок генерации, приема звука и измерения частоты, 6 - коммутатор-переключатель, 7 - усилитель сигнала, 8 - микропроцессорный блок, 9 - датчик температуры, 10 - датчик влажности.Figure 1 shows a block diagram of the proposed gas analyzer, where 1 is a measuring chamber, 2 is a through hole, 3 is a sound source, 4 is a sound receiver, 5 is an electronic unit for generating, receiving sound and measuring frequency, 6 is a switch-switch, 7 - signal amplifier, 8 - microprocessor unit, 9 - temperature sensor, 10 - humidity sensor.

На фиг.2 изображена схема формирования звуковых полуволн в резонаторе газоанализатора с максимумом на торцах резонатора и минимумом в его середине.Figure 2 shows a diagram of the formation of sound half waves in the resonator of the gas analyzer with a maximum at the ends of the resonator and a minimum in its middle.

Акустический газоанализатор содержит (фиг.1) измерительную камеру 1, выполненную в виде резонатора, представляющего собой полый цилиндр, выполненный, например, из нержавеющей стали. Высота цилиндра (Н) равна нечетному числу звуковых полуволн (фиг.2). В середине камеры 1, где давление звуковой волны минимальное, выполнены сквозные отверстия 2 для прохода анализируемого газа, например, атмосферного воздуха.The acoustic gas analyzer contains (Fig. 1) a measuring chamber 1 made in the form of a resonator representing a hollow cylinder made, for example, of stainless steel. The height of the cylinder (H) is equal to the odd number of sound half-waves (figure 2). In the middle of the chamber 1, where the pressure of the sound wave is minimal, through holes 2 are made for the passage of the analyzed gas, for example, atmospheric air.

На торцах измерительной камеры 1 (резонатора) установлен источник 3 и приемник 4 звука, который соединен с электронным блоком генерации, приема звука и измерения частоты 5, который, в свою очередь соединен с микропроцессорный блок измерения и управления 8 процессом работы газоанализатора. Источник и приемник звука могут представлять собой коммерческие малогабаритные телефон и микрофон (например, электретный). Усилитель сигнала 7, микропроцессорный блок 8 и коммутатор-переключатель 6 составляют блок периодического принудительного возбуждения генерации звука в измерительной камере-резонаторе 1.At the ends of the measuring chamber 1 (resonator), a sound source 3 and a receiver 4 are mounted, which is connected to an electronic unit for generating, receiving sound and measuring frequency 5, which, in turn, is connected to a microprocessor unit for measuring and controlling the gas analyzer operation 8. The sound source and receiver may be a commercial small-sized telephone and microphone (for example, electret). The signal amplifier 7, the microprocessor unit 8 and the switch-switch 6 comprise a block of periodic forced excitation of sound generation in the measuring chamber-resonator 1.

Электронный блок генерации 5 представляет собой автогенератор на основе схемы ГУН (генератор, управляемый напряжением), в цепь положительной обратной связи которого включен резонатор. Блок генерации 5 также содержит триггер, выделяющий сигнал на частоте генерации F_рез в виде меандра, удобного для обработки микропроцессорным блоком 8. Генерация возникает автоматически при включении схемы на одной из резонансных частот измерительной камеры-резонатора 1 (как правило, это первая резонансная гармоника): положительная обратная связь мгновенно усиливает любое случайное звуковое колебание, возникающее при включении источника звука. Однако при этом имеется известная неопределенность: колебания могут и не возникнуть, если начальный уровень случайного звукового сигнала невысок, или имеется внешний источник звука вблизи одной из гармоник резонатора, на которой не предполагается вести измерения. Также генерация может и сорваться или перейти на другую гармонику в Generation electronic unit 5 is a self-oscillator based on a VCO circuit (voltage controlled oscillator), the resonator of which is included in the positive feedback circuit. Generation unit 5 also contains a trigger emitting a signal at the frequency of generation F _cut in the form of a meander convenient for processing by microprocessor unit 8. Generation occurs automatically when the circuit is switched on at one of the resonant frequencies of the measuring chamber-resonator 1 (as a rule, this is the first resonant harmonic) : Positive feedback instantly enhances any random sound vibration that occurs when the sound source is turned on. However, there is a known uncertainty: oscillations may not occur if the initial level of a random sound signal is low, or there is an external sound source near one of the harmonics of the resonator, on which it is not supposed to take measurements. Also, the generation can break or go to another harmonic in

случае наличия внешних источников звука вблизи газоанализатора. Все это порождает нестабильность его работы.case of external sound sources near the gas analyzer. All this creates the instability of his work.

Для преодоления этого недостатка в схему газоанализатора включен дополнительный блок периодического принудительного возбуждения генерации звука в измерительной камере-резонаторе. Он представляет собой усилитель 7 сигнала-мощности прямоугольных импульсов, генерируемых микропроцессорным блоком 8 с заданной частотой и скважностью. Выход усилителя 7 соединен с источником звука 3 посредством коммутатора-переключателя 6, управляемого микропроцессором 8. При этом от источника звука отключается электронный блок генерации 5.To overcome this drawback, an additional block of periodic forced excitation of sound generation in the measuring resonator chamber is included in the gas analyzer circuit. It is an amplifier 7 of the signal-power of rectangular pulses generated by a microprocessor unit 8 with a given frequency and duty cycle. The output of the amplifier 7 is connected to the sound source 3 through a switch-switch 6 controlled by a microprocessor 8. In this case, the electronic generation unit 5 is disconnected from the sound source.

Работает газоанализатор следующим образом. Микропроцессорный блок 8, сделанный, например, на основе однокристального микроконтроллера на короткое время (порядка нескольких десятков миллисекунд) соединяет выход усилителя прямоугольных импульсов 7 с источником звука 3. При этом на источник звука 3 подают прямоугольные импульсы со скважностью, равной 2 на частоте, соответствующей частоте резонанса на одной из нечетных гармоник, определяемой нечетным количеством полуволн звуковой волны (1, 3, 5...), укладывающихся на длине резонатора, когда в нем присутствует чистый атмосферный воздух. Прямоугольные импульсы со скважностью, равной 2 характеризуются максимальной амплитудой основной гармоники, нулевыми амплитудами второй и всех четных гармоник, амплитудами нечетных гармоник, обратно пропорциональными их номеру. При этом в резонаторе возникают вынужденные колебания с частотой, равной частоте возбуждения. После этого микропроцессорный блок 8 дает команду коммутатору-переключателю 6 отсоединить выход усилителя 7 от источника звука 3 и подсоединить к нему выход электронного блока генерации 5. Сразу же вслед за этим в возбужденном предварительно резонаторе возникает автогенерация на частоте, близкой к частоте возбуждения и соответствующей резонансной частоте F_рез, определяемой скоростью звука в газе, заполняющем резонатор:The gas analyzer operates as follows. A microprocessor unit 8, made, for example, on the basis of a single-chip microcontroller for a short time (of the order of several tens of milliseconds) connects the output of a rectangular pulse amplifier 7 to a sound source 3. In this case, a rectangular pulse with a duty cycle of 2 at a frequency corresponding to 2 is applied to the sound source 3 the resonance frequency at one of the odd harmonics, determined by the odd number of half-waves of the sound wave (1, 3, 5 ...), which fit along the length of the resonator when pure atmospheric air is present in it. Rectangular pulses with a duty cycle equal to 2 are characterized by the maximum amplitude of the fundamental harmonic, zero amplitudes of the second and all even harmonics, amplitudes of odd harmonics inversely proportional to their number. In this case, forced oscillations arise in the resonator with a frequency equal to the excitation frequency. After that, the microprocessor unit 8 instructs the switch 6 to disconnect the output of the amplifier 7 from the sound source 3 and connect the output of the electronic generation unit 5 to it. Immediately after this, self-oscillation occurs in the previously excited resonator at a frequency close to the excitation frequency and corresponding resonant frequency F _res determined by the speed of sound in the gas filling the resonator:

где V - скорость звука в газе, К_р - приведенная длина резонатора. where V is the speed of sound in the gas, K _p is the reduced length of the resonator.

Скорость звука рассчитывается по следующей формуле:The speed of sound is calculated by the following formula:

где γ - показатель адиабаты, R - универсальная газовая постоянная, Т - температура газа (К), М - молярная масса газа.where γ is the adiabatic exponent, R is the universal gas constant, T is the gas temperature (K), M is the molar mass of the gas.

При этом измерительная камера-резонатор 1 заполняется нечетным количеством полуволн (1, 3, 5...) звуковой волны (фиг.2), имеющей максимум давления на торцах резонатора и минимум в середине его высоты (Н/2). Измерение частоты (F_рез) производится микропроцессорным блоком 8, получающем сигнал с триггера блока генерации 5 в виде меандра. Измерение частоты микропроцессором 8 происходит после короткого временного интервала после коммутации входа блока генерации 5 с источником звука 3 в течение нескольких десятков микросекунд. После этого цикл измерения повторяется, т.е. снова усилитель прямоугольных импульсов 7 коммутируется с источником звука и возбуждает резонатор на частоте, близкой к F_рез, а потом опять происходит запуск автогенерации предварительно возбужденного резонатора и цикл измерения частоты резонанса и т.д. Время измерения полного цикла, таким образом, составляет несколько десятых долей секунды. Наличие цикла предварительного возбуждения резонатора, производимого дополнительным блоком периодического принудительного возбуждения генерации звука, гарантирует последующее возбуждение автогенерации на нужной гармонике резонатора, независимо от внешних дестабилизирующих источников звука и внутренней нестабильности автогенератора. Во время процесса измерения микропроцессорный блок 8 вносит в результат измерений поправки, связанные с выходными сигналами датчиков температуры 9 и влажности 10, укрепленных на внешней стенке измерительной камеры 1.In this case, the measuring chamber-resonator 1 is filled with an odd number of half-waves (1, 3, 5 ...) of the sound wave (Fig. 2), which has a maximum pressure at the ends of the resonator and a minimum in the middle of its height (N / 2). Frequency measurement (F _res ) is performed by microprocessor unit 8, which receives a signal from the trigger of generation unit 5 in the form of a meander. The frequency measurement by microprocessor 8 occurs after a short time interval after switching the input of the generation unit 5 with the sound source 3 for several tens of microseconds. After this, the measurement cycle is repeated, i.e. again, the rectangular pulse amplifier 7 commutes with the sound source and excites the resonator at a frequency close to _Fres , and then again the autogeneration of the previously excited resonator starts and the cycle of measuring the resonance frequency, etc. The measurement time of the full cycle, thus, is several tenths of a second. The presence of a preliminary resonator excitation cycle produced by an additional block of periodic forced excitation of sound generation guarantees the subsequent excitation of self-generation at the desired harmonic of the resonator, regardless of external destabilizing sound sources and internal instability of the oscillator. During the measurement process, the microprocessor unit 8 makes corrections to the measurement result associated with the output signals of the temperature sensors 9 and humidity 10, mounted on the outer wall of the measuring chamber 1.

Микропроцессорный блок содержит стандартный последовательный интерфейс, позволяющий соединять акустический газоанализатор с внешними устройствами контроля со стандартными интерфейсами RS232/485.The microprocessor unit contains a standard serial interface that allows you to connect an acoustic gas analyzer with external control devices with standard RS232 / 485 interfaces.

Таким образом, благодаря использованию дополнительного блока периодического принудительного возбуждения генерации звука в газоанализаторе, основанном на использовании цилиндрического резонатора нечетного числа полуволн звуковой волны, служащего каналом положительной обратной связи аналогового автогенератора частоты, обеспечивается стабильность работы акустического газоанализатора, нечувствительность его к внешним источникам звука и достаточное быстродействие, которое позволяет использовать его не только для промышленного измерения состава бинарных газовых смесей, но и для научно-исследовательских приложений.Thus, through the use of an additional block of periodic forced excitation of sound generation in the gas analyzer, based on the use of a cylindrical resonator of an odd number of half-waves of a sound wave, which serves as a positive feedback channel of an analog frequency oscillator, the stability of the acoustic gas analyzer, its insensitivity to external sound sources, and sufficient speed are ensured , which allows you to use it not only for industrial Eren composition of binary gas mixtures, but also for research and development applications.

Claims (2)

1. Акустический газоанализатор для определения концентрации компонента в газовой смеси, содержащий измерительную камеру, выполненную в виде резонатора, представляющего собой полый цилиндр с высотой, равной нечетному числу звуковых полуволн для прохода газа, и отверстиями для прохода газа, расположенными в середине высоты, источник и приемник звука, установленные в противоположных торцах резонатора, электронный блок генерации, приема звука и измерения частоты, выход которого соединен с приемником звука, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок периодического принудительного возбуждения генерации звука в измерительной камере, состоящий из микропроцессорного блока, вырабатывающего прямоугольные импульсы с частотой, близкой к одной из резонансных частот измерительной камеры, усилителя и коммутатора-переключателя, при этом микропроцессорный блок соединен через усилитель с первым входом коммутатора-переключателя, управляющий выход микропроцессорного блока соединен с коммутатором-переключателем, выход последнего соединен с источником звука, а второй вход - с электронным блоком генерации, приема звука и измерения частоты, соединенного по измерительной линии с микропроцессорным блоком.1. An acoustic gas analyzer for determining the concentration of a component in a gas mixture, containing a measuring chamber made in the form of a resonator, which is a hollow cylinder with a height equal to an odd number of sound half-waves for gas passage, and gas passage holes located in the middle of the height, the source and a sound receiver installed at opposite ends of the resonator, an electronic unit for generating, receiving sound and measuring frequency, the output of which is connected to a sound receiver, characterized in that it complements It contains a block of periodic forced excitation of sound generation in the measuring chamber, consisting of a microprocessor block generating rectangular pulses with a frequency close to one of the resonant frequencies of the measuring chamber, amplifier, and switch-switch, while the microprocessor block is connected through the amplifier to the first input of the switch switch, the control output of the microprocessor unit is connected to a switch-switch, the output of the latter is connected to a sound source, and the second input - with an electronic unit for generating, receiving sound and measuring frequency, connected via a measuring line to a microprocessor unit. 2. Газоанализатор по п.1, отличающийся тем, что микропроцессорный блок соединен с датчиками температуры и влажности, установленными на внешней поверхности измерительной камеры.

2. The gas analyzer according to claim 1, characterized in that the microprocessor unit is connected to temperature and humidity sensors mounted on the outer surface of the measuring chamber.