Динамические характеристики автоматических газоанализаторов

Показание газоанализатора должно соответствовать действительной концентрации измеряемого компонента. Однако на результаты измерения большое влияние оказывают параметры состояния: прежде всего температура, давление, а также изменение концентрации сопутствующих компонентов. В некоторых случаях на показание газоанализатора влияет изменение расхода. Для многих анализаторов необходимо стабилизировать напряжение электрического питания и исключить влияние колебаний частоты сети.

Влияние температуры на показания анализатора обычно устраняется термостатированием или дифференциальным измерением. В некоторых случаях применяются специальные способы для устранения влияния колебаний температуры и давления на показания прибора.

Влияние температуры будет тем слабее, чем больше дополнительное сопротивление по сравнению с внутренним сопротивлением измерительной системы. Обычно газоанализаторы и измерительные приборы устанавливают в местах, наиболее защищенных от колебаний температуры. Если показания газоанализатора зависят от давления, то необходимо учитывать изменения барометрического давления, а в отдельных случаях и влияние высоты над уровнем моря. Например, при разнице высоты над уровнем моря по сравнению с местом, где газоанализатор был отградуирован, в
10 м атмосферное давление воздуха изменится примерно на 0,12 %, и на такое же значение может измениться показание газоанализатора. При изменении высоты над уровнем моря на 500 м ошибка составляет около 5 %.

Количество подаваемой на анализ смеси является также важным фактором, сказывающимся на точности анализатора. Выбором конструкций газоанализаторов удается исключить влияние расхода на показания. Особенно это касается газоанализаторов, работающих по принципу теплопроводности или теплоты реакции. Если применены так называемые диффузионные камеры, то влияние расхода будет минимальным. Наоборот, при использовании проточных камер необходимо обеспечить точное поддержание расхода.

Газоанализаторы предназначены для измерения величин, которые изменяются во времени. Между отбором пробы и достижением конечного (установившегося) значения всегда проходит время, которое нежелательно при использовании анализаторов в схемах автоматического регулирования, поскольку оно ухудшает устойчивость регулирования при сигнализации о наличии горючих паров или газов в производственных помещениях и на открытых площадках. В общее время запаздываниям анализатора входит транспортное запаздывание и время запаздывания показаний анализатора [11]:

t_зап = t_тр + t_{зап.газ}, (4.12)

где t_зап – общее время запаздывания; t_тр – транспортное запаздывание; t_{зап.газ} – время запаздывания газоанализатора.

Транспортное запаздывание – это время, необходимое для транспортирования анализируемой смеси от места отбора пробы до входа в корпус газоанализатора.

Транспортное запаздывание t_тр определяется по формуле

, (4.13)

где l – длина подводящего трубопровода, м; p – давление в трубопроводе, Па; S – площадь сечения трубопровода, м²; Q – расход пробы, л/с.

В общее запаздывание входит и запаздывание показаний газоанализаторов. Каждый газоанализатор обладает определенным запаздыванием показаний, которое зависит от принципа его действия и от его конструкции.

Газоанализатор можно представить в виде многоемкостного звена, образованного последовательно соединенными емкостями и сопротивлениями. Динамические свойства такого звена можно с достаточной точностью выразить линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами. Для звена с n емкостями, т.е. для системы n –го порядка можно написать следующее дифференциальное уравнение:

a_nyⁿ+a_{n- 1} y^{n- 1} +…+a ₁ y ¹ +a ₀ y ⁰ = x, (4.14)

где у – выходная величина (показание анализатора); х – входная величина (например, у анализатора - это концентрация); a_n, a_{n -1}, a ₁, a ₀ – постоянные коэффициенты; yⁿ, y^{n- 1}, y ¹, y ⁰– соответствующие производные выходной величины.

Каждый газоанализатор является статической системой, т.е. при скачкообразном изменении измеряемой величины до некоторого значения показание анализатора также устанавливается на соответствующем новом значении.