DD236996A1 - Schaltungsanordnung zur korrektur des druckeinflusses in gasanalysatoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, mit deren Hilfe unter Verwendung eines piezoresistiven Absolutdrucksensors der Einfluss des Messgasdruckes auf das Ausgangssignal eines Gasanalysators eliminiert werden kann. Ziel der Erfindung ist es, die Korrektur des vom Messgasdruck beeinflussten Ausgangssignals von Gasanalysatoren mit geringem Aufwand zu realisieren, wobei die Aufgabe darin besteht, die Korrektur durch eine einfache Verknuepfung der Ausgangsspannung des Gasanalysators mit der eines piezoresistiven Absolutdrucksensors herbeizufuehren. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass die Ausgangsspannung des Gasanalysators einerseits auf den getrennt ausgefuehrten Eingang zur Versorgung der in einer Bruecke angeordneten dehnungsabhaengigen Widerstaende des piezoresistiven Absolutdrucksensors geschaltet ist und dass ausserdem die Ausgangsspannung des Gasanalysators sowie die dieser entgegengesetzt gepolten Ausgangsspannung des Absolutdrucksensors je auf einen Eingang einer Addierschaltung eines Operationsverstaerkers geschaltet ist. Fig. 2

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung .

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, mit deren Hilfe unter Verwendung eines piezoresistiven Absolutdrucksensors der in Gasanalysatoren auf das Ausgangssignal ausgeübte Einfluß des Meßgasdruckes eliminiert werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Einrichtungen bekannt, mit deren Hilfe das Ausgangssignal von optischen Gasanalysatoren über eine Potentiometerschaltung manuell korrigiert wird, nachdem der barometrische Wert an einem Barometer ermittelt worden ist (US-PS 4069420). Eine solche Korrektureinrichtung ist für die Prozeßüberwachung ungeeignet, da sie einen zu großen Wartungsaufwand erfordert. Weiterhin sind Einrichtungen bekannt, bei denen der dem Meßgasdruck proportionale Einfluß auf das Ausgangssignal dadurch eliminiert wird, daß der Meßgasdruck mit Hilfe eines Drucksensors erfaßt wird und das dem Druck proportionale Sensorsignal in einer Dividierschaltung mit dem zu korrigierenden Ausgangssignal verrechnet wird. Die Einrichtung eignet sich besonders für den Fall, daß eine Recheneinrichtung bereits vorhanden ist und mitgenutzt wird. Anderenfalls ist der Aufwand relativ groß.

Weiterhin sind Einrichtungen bekannt, bei denen der für die Korrektur des Meßgasdruckeinflusses verwendete Drucksensor und die Korrekturschaltung auf das Referenzspannungsglied geschaltet sind und dabei die Referenzspannung druckproportional beeinflussen, während der Ausgang des Referenzspannungsgliedes dem Regelverstärker sowie dem Ausgangsverstärker eines Gasanalysators mit Regelung des Pilotsignals zugeführt wird (WP G 01 N/254545.0).

Diese Einrichtungen sind speziell in Meßeinrichtungen mit Regelung des Pilotsignals aber sonst nicht anwendbar. Der Einsatz ist auch nur dann lohnend, wenn mehrere Meßsysteme gleichzeitig korrigiert werden müssen.

Weiterhin ist bekannt, daß verschiedentlich auf die Korrektur des Ausgangssignals ganz verzichtet wird und die Gasanalysatoren einen den Druckschwankungen entsprechenden Zusatzfehler aufweisen (Infralyt, VEB Junkalor, DDR; Uras, H. u. B., BRD).

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, das vom Meßgasdruck beeinflußte Ausgangssignal von Gasanalysatoren mit geringem Aufwand zu korrigieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine einfache Verknüpfung der Ausgangsspannung des Gasanalysators mit der eines piezoresistiven Absolutdrucksensors die Korrektur des Druckeinflusses auf die Ausgangsspannung des Gasanalysators zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu korrigierende Spannung des Gasanalysators einerseits auf den getrennt ausgeführten Eingang der zur Versorgung der in einer Brücke angeordneten dehnungsabhängigen Widerstände des piezoresistiven Absolutdrurksensors geschaltet ist und daß außerdem die zu korrigierende Spannung sowie die dieser gegenüber entgegengesetzt gepolten Ausgangsspannung des piezoresistiven Absolutdrucksensors je auf einen Eingang einer Addierschaltung eines invertierenden Operationsverstärkers geschaltet ist.

Damit wird erreicht, daß die durch Druckabweichungen in der Meßküvette bewirkten Änderungen des Auagangssignals ded Gasanalysators durch gleiche in entgegengesetzter Richtung wirkende Korrekturmaßnahmen eliminiert werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: IR-Gasanalysator mit Korrektur der druckbeeinflußten Ausgangsspannung

Fig. 2: Elektrische Schaltungsanordnung zur Verknüpfung der Ausgangsspannung des IR-Gasanalysators mit der eines piezoresistiven Absolutdrucksensors.

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In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines IR-Gasanalysators gezeigt, dessen druckbeeinflußtes Ausgangssignal korrigiert ist. Die von einer Strahlungsquelle 1 kommende Strahlung wird direkt sowie durch Reflexion am Reflektor 2 in die Küvetten3und4gelenkt. Die Strahlung passiert die Vergleichsküvette 3 und die Meßküvette 4, deren Meßgasdruck ein piezoresistiver Absolutdrucksensor 5 erfaßt und in die Ausgangsspannung des piezoresistiven Absolutdrucksensors 5 beim Meßgasdruck ρ wandelt. Die Strahlung passiert die vom Motor 7 angetriebene Chopperscheibe 6, die aus der Gleichstrahlung Wechselstrahlung mit einer oder mehreren dem gewählten Arbeitsprinzip entsprechenden Frequenzen und Phasenlage erzeugt wird und gelangt in den Strahlungsempfängers, wo sie in entsprechende elektrische Signale gewandelt wird und wo gleichzeitig die notwendige Selektivierung bewirkt wird. Die anschließende Signalverarbeitung 9 liefert eine negative Ausgangsspannung U_{a; p}, die dem in der Meßküvette 4 herrschenden Meßgasdruck ρ proportional ist. Schwankungen des Gasdruckflusses, aberauch des atmosphärischen Druckes nehmen ständig Einfluß auf die Ausgangsspannung U_{a; p}. Das Verknüpfungsglied 10 dient der Verknüpfung der Ausgangsspannung U₃- _p des IR-Gasanalysators mit der Ausgangsspannung U_p des piezoresistiven Absolutdrucksensors 5.

Die in Fig. 2 dargestellte elektrische Schaltungsanordnung zeigt die Verknüpfung der von der Signalverarbeitung 9 kommenden Ausgangsspannung U_{a; p} mit der vom Absolutdrucksensor 5 kommenden Spannung U_p. Die Ausgangsspannung U_a. _p ist einerseits auf den Eingang E der in einer Brücke B angeordneten dehnungsabhängigen Widerstände des in Fig. 2 symbolisch dargestellten piezoresistiven Absolutdrucksensors 5 geschaltet und wird andererseits dem mit dem Widerstand R₁ bestückten Eingang der Addierschaltung des invertierenden Operationsverstärkers OV zugeführt. Die Diagonalspannung der in einer Brücke B angeordneten dehnungsabhängigen Widerstände des piezoresistiven Absolutdrucksensors 5 wird in die positive Ausgangsspannung U_p verstärkt. Die Brücke B ist so abgeglichen, daß der auf den piezoresistiven Absolutdrucksensor 5 wirkende Meßgasdruck P₁ am Anfang des Meßbereiches am Ausgang des piezoresistiven Absolutdrucksensors 5 die Spannung Null bewirkt und bei zunehmendem Druck die Spannung U_p proportional ρ - Pi ansteigt. Die der zu korrigierenden Spannung U_a; ρ entgegengesetzt gepolte Ausgangsspannung U_p des piezoresistiven Absolutdrucksensors 5 wird dann dem mit dem Widerstand R₂ bestückten Eingang der Addierschaltung des invertierenden Operationsverstärkers OV zugeführt. DerWiderstand R₃ bestimmt in Verbindung mit den Widerständen R₁ und R₂ die Verstärkung der Spannungen U_a. _p und U_p zu

U - - ~ä U - τ?*- TJ

el H^i O.3 P' -^O -P

Die Ausgangsspannung U_p des piezoresistiven Absolutdrucksensors 5 ist einerseits der Versorgungsspannung U_{a; p} für die in einer Brücke B angeordneten dehnungsabhängigen Widerstände, andererseits der Druckdifferenz ρ - P₁ proportional

wobei K der Proportionalitätsfaktor ist.

Im zu erläuternden Beispiel seien die Meßbereichsgrenzen P₁ = 0,8p₀ und p₂ = 1,1 p₀. Dabei ist p₀ ein festzulegender Bezugsdruck und p₂ das Meßbereichsende des piezoresistiven Absolutdrucksensors. Das Ausgangssignal U_p des piezoresistiven Absolutdrucksensors 5 sei bei

Druck P₁ Up, = 0 und unter der Voraussetzung, daß U_a:p = 10V beträgt,

beim Druck p₂ U_P2 = 3V

Unter diesen Bedingungen beträgt K= —

- P₀

a a,ρ ^ x^ Xt₂ P₀

Die zu korrigierende Spannung U_{a; p} ist dem Druck ρ proportional. Es gilt

Mit R₂ = R₃ und R₃ = 1,2 R₁ wird

^Ua;p ^p0 ^p0

Wenn der piezoresistive Absolutdrucksensor 5 in atmosphärischen Bereichen mit p₀ = 1 bar arbeitet, liegt bei einer Druckabweichung Δρ von 10mbar der Korrekturfehler in der Größenordnung 0,1 %o, bei einer Druckabweichung von 30mbarin der Größenordnung 1%ound bei einer Druckabweichung von lOOmbarin der Größenordnung 1%o.

Claims (1)

1. -1- 759 15

   Erfindungsanspruch:

   Schaltungsanordnung zur Korrektur des Druckeinflusses in Gasanalysatoren, bei denen die Ausgangsspannung eines Gasanalysators mit der Ausgangsspannung eines piezoresistiven Absolutdrucksensors, dessen dehnungsabhängige Widerstände auf einer mit dem Meßgasdruck beaufschlagten Membran befestigt sind, verknüpft ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausgangsspannung (U_a;p) des Gasanalysators einerseits auf dem getrennt ausgeführten Eingang (E) zur Versorgung der in einer Brücke (B) angeordneten dehnungsabhängigen Widerstände des piezoresistiven Absolutdrucksensors (5) geschaltet ist und daß außerdem die Ausgangsspannung (U_{a; p}) des Gasanalysators sowie die dieser gegenüber entgegengesetzt gepolten Ausgangsspannung (U_p) des piezoresistiven Absolutdrucksensors (5) je auf einen Eingang einer Addierschaltung eines invertierenden Operationsverstärkers (OV) geschaltet ist.