2.3. Газоаналізатор аг 0012

2.3.1.Призначення і технічні характеристики.

Газоаналізатор призначений для безперервного вимірювання об’ємної частки водню, аргону, азоту або гелію в вибухобезпечних двокомпонентних газових сумішах певного складу (також повітря) і видачі вимірювальної інформації в вигляді показів на цифровому відліковому пристрої і стандартних електричних вихідних сигналів інформаційного зв’язку з іншими виробами.

Газоаналізатор призначений для застосування в якості робочого засобу вимірювання, але може використовуватися також як аналітична частина вимірювальних установок і систем газового аналізу.

Робочі умови експлуатації газоаналізатора:

• температура оточуючого повітря від 10 до 50ºС;

• атмосферний тиск від 84,0 до 106,7 кПа;

• відносна вологість оточуючого повітря до 80% при 35 ºС і більш низьких температур без конденсації вологи;

• зовнішнє постійне магнітне поле і зовнішнє змінне поле мережної частоти з напруженістю до 400 А/м;

• напруга 220±22 В і частота живлення змінного струму 50±2 або 60±2 Гц;

• робоче положення вертикальне, кут нахилу в любому напрямку не більше 5º;

• вібрації амплітудою до 0,1 мм в діапазоні частот 5-25 Гц;

• часовий режим – безперервний;

Параметри аналізуємої газової суміші на вході газоаналізатора (на виході системи пробопідготовки) для робочих умов застосування:

• масова концентрація вологи (пари води) не більше 5 г/м³;

• масова концентрація сірководню і аміаку не більше 0,01 г/м³;

• масова концентрація пилу, смол і інших підвішених твердих і рідких частин не більше 0,01г/м³;

• вміст сірчистого ангідриду (SO₂) – відсутня;

• вміст сірчаного ангідриду (SO₃) – відсутня H₂SO₄;

• температура від 5 до 50 ºС;

• тиск (абсолютний): від 70 до 130 кПа; номінальне значення від 200 до 400 кПа з відхиленням ±50 кПа для діапазону вимірювань 80-100; 90-100; 95-100% водню (встановлюються від потреб споживача);

• об’ємні витрати 12±4 см³/с.

• діапазон вимірювання об’ємної долі і межі допустимої зведеної похибки приведені в таблиці 5;

Таблиця 5 - Діапазон вимірювання об’ємної долі і межі допустимої зведеної похибки

Назва вимірювального компоненту	Діапазон вимірювання об’єм-ної долі, %	Межі допустимої зведеної основної похибки, %	Назва не вимірювального компоненту або аналізуємого середовища
Водень	0-1 0-2 0-3	±5,0 ±4,0 ±2,5	Азот
	0-5; 0-10; 0-20; 0-60;0-100;50-100; 60-100; 80-100	±2,0
	90-100;95-100	±2,5
	0-1 0-2; 0-3 90-100	±10,0 ±4,0 ±2,5	Повітря*
Гелій	0-5; 95-100 0-10; 90-100	±4,0 ±2,5	Повітря*
Азот	0-20; 80-100 0-10; 60-100	±4,0 ±2,5	Гелій
Аргон	97-100	±2,0	Водень

* Повітря робочої зони виробничих приміщень по ГОСТ 12.1.005-76

Ціна поділки шкали (ціна одиниць найменшого розряду чотирьох розрядного цифрового відлікового пристрою) 0,01% об’ємної долі вимірювального компонента, виключаючи покази 100,0.

Електричне живлення газоаналізатора відбувається від мережі змінного струму напругою 220±22 В частотою 50±2 або 60±2 Гц.

Ізоляція електричних кіл газоаналізатора відносно корпуса і кіл між собою при температурі оточуючого повітря 20±5 ºС і відносної вологості до 60 % видержує протягом 1 хвилини дії випробуваної напруги практично синусоїдальної форми частотою 50 Гц значень: 1500В – для кіл живлення; 500В – для кіл сигналізації; 100В – для вимірювальних кіл;

Електричний опір ізоляції кіл живлення і сигналізації (при вимірювальній напрузі постійного струму 500В) і вимірювальних кіл (при вимірювальній напрузі постійного струму 100В) відносно корпуса і колом між собою не менше: 40 МОм при температурі оточуючого повітря 20±6 ºС; 10 МОм при температурі 50 ºС.

Час прогрівання газоаналізатора, починаючи відлік від моменту включення в мережу електроживлення до моменту встановлення показів (вихідного сигналу) не перевищує 20 хвилин.

Варіація показів (вихідного сигналу) газоаналізатора не перевищує половини значення меж основної допустимої похибки.

Параметри електричних безперервних вихідних сигналів постійного струму за ГОСТ 26.011-80:

межі зміни сили струму 0-5 або 0-20 мА (один з вказаних на вимогу споживача);

опір навантаження не більше 2,0 кОм – для виходу 0-5 мА, 500 Ом – для виходу 0-20 мА;

номінальна статична характеристика перетворення лінійна і має вигляд:

де І – значення вихідного сигналу газоаналізатора, мА;

А – вміст вимірюваного компоненту в газовій суміші, об'ємна частка %;

І_к І_н – значення, вихідного сигналу газоаналізатора, відповідні верхній і нижній межам вимірювань, мА;

А_к А_н - значення верхньої і нижньої меж вимірювань3, об'ємна частка, %

Пульсація (різниця найбільшого і найменшого значення) вихідного сигналу в діапазоні частот не нижче 0,3 Гц не більше 0,6% верхньої межі зміни вихідного сигналу при значенні опору навантаження: 1000 Ом – для виходу 0-5 мА, 250 Ом – для виходу 0-20 мА.

Допустима межа часу встановлення показів (вихідних сигналів) газоаналізатора T_0,9д дорівнює 15 с.

Зміни показів (вихідного сигналу) газоаналізатора за регламентований інтервал часу – 14 діб (336 годин), не перевищують половини значення меж допустимої основної похибки.

Додаткові похибки газоаналізатора (що приводять до різниці між межами вимірювань), що виникають від зміни одної з впливових величин при інших незмінних умовах, не перевищує значень, приведених в таблиці 6

Назва впливової величини і діапазон її зміни	Межі допустимої зведеної основної похибки, %	Найбільш допустима зведена додаткова похибка, %
Зміна температури оточуючого повітря на кожні 10 ºС від 20±2 ºС в діапазоні від 0 до 50 ºС	±2,5 ±4,0 ±5,0 ±10,0	±0,75 ±1,20 ±1,50 ±3,00
Зміна тиску в аналізованій газовій суміші: - на ±30 кПа від 100 кПа для газоаналізаторів з датчиком тиску. - на ± 30 кПа від 100 кПа або ±50 кПа від значення від 200 до 400 кПа для газоаналізаторів без датчика тиску.	±2,0 ±2,5 ±4,0 ±5,0 ±10,0 ±2,0 ±2,5 ±4,0	±1,00 ±1,25 ±2,00 ±2,50 ±5,00 ±4,0 ±5,0 ±8,0

Таблиця 6 - Додаткові похибки газоаналізатора

Газоаналізатори витримують перенавантаження, вказане виходом об’ємної долі вимірювального компоненту за межі вимірювань до 20% від різниці між межами вимірювань.

Час встановлення показів (вихідного сигналу) в межах допустимої основної похибки не перевищують 240 с.

Газоаналізатор забезпечує вмикання зовнішніх сигнальних кіл по чотирьох незалежних каналах в вигляді замикань контактів реле при досягненні вихідним сигналом чотирьох заданих рівнів: два на перевищення («много») – «СИГНАЛІЗАЦІЯ 3», «СИГНАЛІЗАЦІЯ 4» і два на зниження («мало») – «СИГНАЛІЗАЦІЯ 1», «СИГНАЛІЗАЦІЯ 2».

Діапазон сигнальних концентрацій (діапазон сигналізації за об’ємною долею) – в межах від 5 до 90% від діапазону вимірювань.

Конструкція газоаналізатора забезпечує (і в умовах експлуатації) безперервне, по всьому діапазоні регулювання точок, спрацювання сигнального пристрою по кожному каналу.

Похибка спрацювання сигналізації в робочих умовах експлуатації не перевищує половини допустимої основної похибки.

Газоаналізатор виготовляється з рівнем спрацювання сигналізації, вказаними в таблиці 7.

Таблиця 7 - Рівень спрацювання сигналізації

Назва каналу сигналізації	Рівень спрацювання сигналізації
	В діапазоні вимірювань, %	0-5 мА	0-20 мА
«СИГНАЛІЗАЦІЯ 1» «СИГНАЛІЗАЦІЯ 2» «СИГНАЛІЗАЦІЯ 3» «СИГНАЛІЗАЦІЯ 4»	60 20 40 80	3 1 2 4	12 4 8 16

Допустимий струм і напруга через контакти реле (навантаження по кожному каналу кіл сигналізації) приведені в таблиці 8.

Таблиця 8 - Допустимий струм і напруга на контакти реле

Струм, А	Напруга, В	Вид навантаження	Вид струму
0,1-2	6-30	Активне	Постійний
0,1-0,3	6-250	Активне	Постійний
0,2-0,5	6-115	Активне	50-1100 Гц
0,8-1	60	Активне	50-1100 Гц
0,05-1	6-30	τ ≤ 15 мс.	Постійний
0,1-0,25	6-115	cos γ ≤ 0,9	50-1100 Гц

2.3.2. Будова і принцип дії

Газоаналізатор має блочно-модульну конструкцію (рисунок 2), що забезпечує високу технологічність при виготовленні і значно полегшує його ремонт.

Електричний зв'язок між окремими блоками здійснюється за допомогою роз'ємів.

Газоаналізатор має пило захищений корпус і складається з наступних основних вузлів:

• блока живлення;

• перетворювача первинного;

• блока підсилювачів;

• блока комбінованого;

• блока мікропроцесора.

Корпус газоаналізатора складається з каркаса, передньої і задньої кришок, сполучених між собою чотирма стягуваннями. Конструктивно задня кришка суміщена з блоком живлення. У правому верхньому кутку передньої кришки є прозоре вікно для відліку показів газоаналізатора по цифровому індикатору. З лівого боку передньої кришки кріпиться маленька кришка з прозорим вікном, що закриває органи регулювання і управління газоаналізатора. Для доступу до органів регулювання і управління її необхідно зняти.

На обох кришках є написи, що відображають функціональне призначення орга-

Рисунок 2 - Газоаналізатор АГ 0012

нів регулювання, управління і приєднання, розташованих спереду і ззаду газоаналізатора.

На передній кришці є такі позначення:

• «сеть» – для включення живлення газоаналізатора.

• «Установка нуля» – коректування показів газоаналізатора на початку «нулевих» або «безнулевих» діапазонів вимірювання.

• «Чувствительность» – коректування чутливості газоаналізатору.

• «Сигналізація 1, 2» – для регулювання рівня спрацювання сигналізації. Спрацювання реле при об’ємній долі вимірювального компоненту менше

встановленого потенціометрами рівня (мало).

• «Сигналізація 3, 4» – для регулювання рівня спрацювання сигналізації. Спрацювання реле при об’ємній долі вимірювального компоненту більше встановленого потенціометрами рівня (много).

• % – процент об’ємної долі вимірювального компоненту.

На задній кришці є такі позначення:

• « ~ » – роз’єм підключення кабелю живлення.

• «Сигналізація» – роз’єм підключення кабелю сигналізації.

• 0-5 мА (0-20 мА) – роз’єм підключення кабелю струмового виходу.

• «заземлення» – клема заземлення.

• Вход, виход – штуцери для подачі і відведення газової суміші.

Блок живлення є функціонально закінченим вузлом газоаналізатора. Всі елементи і вузли блоку живлення кріпляться до задньої кришки, що є одночасно і радіатором для охолоджування радіоелементів: транзисторів КТ816, КТ817, КТ935, діода КД213 і мікросхеми типу КМП403. Перераховані радіоелементи, окрім мікросхеми, ізольовані від кришки слюдяною прокладкою. На задній стінці, окрім цього, кріпляться силовий трансформатор, мережний перемикач типу ПКН41, кронштейн з роз'ємами типу РГIН, роз’єм живлення мережі, клема заземлення, штуцера входу і виходу аналізуємої газової суміші, а також роз'єми вихідного сигналу і сигналізації комбінованого блоку.

Перетворювач первинний складається з кронштейна, датчика абсолютного тиску і датчика за теплопровідністю. Кріпиться перетворювач первинний до стягувань корпусу газоаналізатора за допомогою чотирьох гвинтів. Електричне живлення всіх датчиків здійснюється через роз'єм типу РШ2Н, що підключається до блоку живлення.

Для з'єднання датчиків в газову систему газоаналізатора застосовуються металеві трубки.

Датчик тиску може бути встановлений (обговорюється при замовленні) в газоаналізаторах з діапазонами вимірювання 0-1; 0-2;0-3; 0-5; 0-10; 0-20% водню в азоті, 0-1; 0-2; 0-3% водню, в повітрі, 0-5; 0-10% гелію в повітрі, 60-100; 80-100% азоту в гелії, 97-100% аргону у водні.

Блок підсилювачів виконаний у вигляді друкарської плати, що закінчується з нижнього боку роз'ємом типу СНП для підключення до комбінованого блоку. За допомогою двох гвинтів здійснюється кріплення плати до верхнього корпусу газоаналізатора. На блоці підсилювачів розташовані всі основні органи управління роботою газоаналізатора:

кнопка – для встановлення мікропроцесора в початковий стан;

розетка типу РШ2Н – для підключення пульта управління;

потенціометр – установка нуля;

потенціометр – чутливість;

потенціометри – сигналізація 1, сигналізація 4.

З боку передньої частини блоку підсилювачів розташовано також чотири світлодіоди роботи газоаналізатора, що сигналізують про режим.

Всі перераховані елементи кріпляться до друкарської плати блоку підсилювачів через кронштейн і безпосередньо.

З боку встановлення радіоелементів блок підсилювачів має екрануючу пластину. У екрані є два отвори для доступу до потенціометрів регулювання чутливості каналу концентрації і каналу тиску.

Залежно від наявності датчика тиску блок підсилювачів має дві модифікації виконання.

Блок комбінований виконаний у вигляді друкуючої плати що кріпиться до нижньої сторони газоаналізатора за допомогою чотирьох гвинтів. Через нього здійснюється електричний зв'язок між всіма блоками газоаналізатора. Комбінований блок закінчується двома джгутами з роз'ємами вихідного сигналу і сигналізації. Живлення блоку здійснюється через роз'єм типу РШ2Н, що підключається до блоку живлення.

Блок мікропроцесора виконаний у вигляді друкуючої плати, що закінчується роз'ємом типу СНП для підключення до блоку комбінованого. На одній із сторін , до передньої кришки, друкарської плати розташовано чотири світлодіодні індикатори типу АЛС324Б, червоного кольору. Кріплення блоку до корпусу газоаналізатора здійснюється за допомогою панелі.

Для розбирання газоаналізатора слід зняти передню кришку. Після цього знімається каркас. Подальше розбирання проводиться за призначенням.

Газоаналізатор виконаний для втопленого монтажу на щиті із застосуванням спеціальних кронштейнів.

Електрична система газоаналізатора складається із таких основних вузлів і елементів:

• електричної мостової схеми датчика теплопровідності В1 і датчика тиску В2;

• блока підсилювачів А1;

• блока живлення А2;

• блока комбінованого А3;

• блока мікропроцесора А4;

• комутаційних елементів для підключення зовнішніх електричних кіл Х1, Х3, Х4.

Взаємодія складових частин електричної системи газоаналізатора пояснюється електричною принциповою схемою (схема 5).

Принцип дії газоаналізатора оснований на використанні залежності теплопровідності аналізуємої газової суміші від вмісту в ній вимірювального компоненту, тому що теплопровідність вимірювального компоненту значно відрізняється від

Схема 5 - Електрична принципова схема газоаналізатора АГ 0012

теплопровідності інших компонентів.

Вимірювання теплопровідності аналізуємої газової суміші викликані зміною вмісту вимірювального компоненту приводить до зміни тепловіддачі з поверхні чутливого елементу і в кінцевому результаті – його опору, що і служить мірою вмісту вимірювального компоненту. Цей принцип реалізується в датчику теплопровідності (термокондуктометричному).

Вихідний сигнал датчику за теплопровідністю значно залежить від вимірювання температури навколишнього середовища і в меншій мірі, від зміни тиску аналізуючої газової суміші, що вносить в результат вимірювання значну похибку.

В газоаналізаторі контроль зміни температури оточуючого середовища здійснюється платиновим терморезистором, що під’єднаний в вимірювальну схему, а контроль зміни тиску газової суміші – датчиком абсолютного тиску. Конструктивно датчик температури входить в склад датчика теплопровідності.

Робота газоаналізатора основана на автоматичній вимірювальній схемі (на базі мікропроцесора), що здійснює обробку сигналів датчика теплопровідності і датчика тиску, порівняння вхідної інформації з збереженими в пам’яті характеристиками датчиків і розрахунок об’ємної долі вимірювального компонента із рахунком зміни температури оточуючого середовища і тиску газової суміші. Видача результатів здійснюється на цифровому відліковому пристрої. Одночасно формується вимірювальна інформація в вигляді стандартного вихідного сигналу постійного струму і сигнальна інформація в вигляді перемикання контактів реле при досягненні в суміші концентрації вимірювального компоненту заданих значень.

Вихідні сигнали датчиків концентрації, температури і тиску після попереднього підсилення поступають на входи комутатора тиску КФ590КН6. На його входи поступають також опорові напруги для регулювання вставок спрацювання сигналізації. Порядок роботи комутатора задається програмою. Сигнали що поступили від комутатора перетворюються аналогово-цифровим перетворювачем в цифрову форму поступають на шину даних мікропроцесора. Опрацювання інформації, що поступила на шину даних, іде у відповідності з програмою. При цьому проводиться розрахунок об’ємної долі вимірювального компонента з врахуванням зміни температури і тиску, і видача результату на чотирьох розрядний цифровий відліковий пристрій. З адресної шини після перетворювання цифро-аналоговим перетворювачем і перетворювачем напруга-струм одночасно формується вимірювальна інформація в вигляді стандартного вихідного сигналу постійного струму. При досягненні концентрації значень, що відповідають виставленим вставкам, проходить спрацювання реле. Електрична схема газоаналізатора може робити в 16 режимах, які задаються за допомогою пульта керування.