Датчик реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов

Датчик реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов имеет целью повышение эффективности измерения термо-э.д.с. при температуре газообразных и конденсированных продуктов ниже 250°С, а также расширение измерительных возможностей устройства. Принцип действия обусловлен использованием:

1) термоэлектрического эффекта Зеебека, реализуемого основной 1 и сравнительной 3 платинородий-платиновыми термопарами, причем у сравнительной рабочий спай изолирован термостойким пассивирующим составом 4;

2) электрического измерительного моста, где плечами являются термоэлектроды термопар, а между ними встроен прибор для измерения термо-э.д.с. 6, при этом мост служит для сравнения сигналов, поступающих от термопар, где платинородий в локальной области рабочего спая термопары 1 ускоряет химические реакции, преобразуя химическую активность среды в электрический сигнал, разность сигналов от термопар 1 и 3 измеряется прибором для измерения термо-э.д.с 6;

3) электронагревательных элементов 11 из жаростойкого сплава для нагрева термоэлектродов термопар до температуры начала каталитической активности платинородия;

4) выключателя электрического 12, выключающего из цепи термоэлектроды термопары 1 и тем самым переводящего датчик в измеритель температуры.

Полезная модель относится к средствам измерения и контроля химической активности газообразных и конденсированных продуктов, а также их смесей и регистрации химически активных компонентов газовых смесей. Может применяться для газового анализа в нефтехимической промышленности в системах управления установками синтеза или разложения газообразных веществ, а также в качестве детектора химически активных компонентов газовых смесей для их регистрации или контроля в химмотологии горючего, плазмохимии, системах выпуска отработавших или дымовых газов и в научных исследованиях.

Известен термоэлектрический пирометр, представляющий собой последовательное соединение термоэлектрического преобразователя, которым является термопара, выполненная в виде двух проводников из разнородных материалов, скрепленных между собой двумя концами в рабочий спай, и прибора для измерения термо-э.д.с. [1].

Наиболее близким техническим устройством к предлагаемой полезной модели является датчик реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов, представляющий собой последовательное соединение термоэлектрического преобразователя, которым является термопара, выполненная в виде двух проводников из разнородных материалов, скрепленных между собой двумя концами в рабочий спай, прибора для измерения термо-э.д.с. и второй термопары, рабочий спай которой покрыт тонким слоем термостойкого пассивирующего состава, свободные концы термопар соединены между собой и с прибором для измерения термо-э.д.с по принципу электрического мостового соединения, плечи которого - рабочие спаи термопар, материалом для проводников каждой термопары является платинородий и платина, термопары помещены в герметичный корпус и залиты термостойким компаундом, рабочие спаи выведены за корпус [2].

Недостатками являются: малая эффективность измерения термо-э.д.с. при температуре газообразных и конденсированных продуктов ниже 250 градусов Цельсия, недоиспользование измерительных возможностей прибора.

Цель полезной модели - повышение эффективности измерения термо-э.д.с. при температуре газообразных и конденсированных продуктов ниже 250°С, а также расширение измерительных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в датчик реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов, представляющий собой последовательное соединение термоэлектрического преобразователя, которым является термопара, выполненная в виде двух проводников из разнородных материалов, скрепленных между собой двумя концами в рабочий спай, прибора для измерения термо-э.д.с. и второй термопары, рабочий спай которой покрыт тонким слоем термостойкого пассивирующего состава, свободные концы термопар соединены между собой и с прибором для измерения термо-э.д.с по принципу электрического мостового соединения, плечи которого - рабочие спаи термопар, материалом для проводников каждой термопары является платинородий и платина, термопары помещены в герметичный корпус и залиты термостойким компаундом, рабочие спаи выведены за корпус, введены два электронагревательных элемента в виде спиралей из жаростойкого сплава, обвивающих термоэлектроды термопар, и в разрыв термоэлектродов первой термопары установлен выключатель электрический.

Сущность полезной модели поясняется схемой на фиг.1, где 1 - основная платинородий - платиновая термопара, причем 2 - ее положительный термоэлектрод; 3 - сравнительная платинородий -платиновая термопара с термостойким изоляционным покрытием - 4, причем 5 - положительный термоэлектрод этой термопары; термопары соединены между собой и с прибором для измерения термо-э.д.с. - 6 в мостовую электрическую цепь; термопары залиты компаундом - 7, помещены в корпус - 8, от которого изолированы изолятором - 9, а в верхней части - герметиком - 10; рабочие спаи термопар выведены за корпус 8. Для долговечной, надежной работы термопары заливают термостойким компаундом, например полиуретановым горячего отверждения К-30. Для термостойкого изоляционного покрытия 4 сравнительной термопары используют термостойкий пассивирующий состав, например тефлон.

В изолятор 9, установлены проводники электронагревательного элемента 11, обвивающие оба термоэлектрода каждой термопары и выполненные в виде спирали из жаростойкого материала, например нихрома, предназначенные для предварительного подогрева термоэлектродов до температуры начала каталитической активности платинородия. В разрыв термоэлектродов основной термопары установлен выключатель электрический 12, позволяющий выключать ее из цепи.

Устройство работает следующим образом. Корпус 8 рабочими спаями термопар 1 и 3 помещается в исследуемую газовую смесь, например, в продукты плазмохимической конверсии углеводородов. В качестве сравнительного элемента используется термопара 3, изолированная от химической среды. Так как температура среды вблизи спаев термопар 1 и 3 одинакова - в термопарах генерируется одинаковая величина термо-э.д.с., зависящая от температуры рабочего спая. Температура рабочих спаев термопар, за счет электронагревательных элементов 11 помещенных в изолятор 9, доводится до температуры начала каталитической активности платинородия через временной интервал 30 секунд. В плечах моста одинаковые термо-э.д.с. взаимно компенсируют друг друга - стрелка прибора для измерения термо-э.д.с. 6 не отклоняется. Если же в составе газовой смеси или конденсированных продуктов есть химически активные составляющие, то реагируя (проходит ускоренная химическая реакция за счет каталитического действия платинородия) на поверхности рабочего спая термопары 1 с выделением или поглощением тепла они способствуют изменению температуры спая термопары 1, поэтому меняется термо-э.д.с. этой термопары (эффект Зеебека). Напряжение на выходах термопар 1 и 3 становится различным и стрелка прибора для измерения термо-э.д.с. 6 отклонится в ту или другую сторону в зависимости от того, с поглощением или выделением тепла проходили химические реакции. Для измерения температуры окружающей среды выключатель электрический 12, расположенный в разрыве термоэлектродов термопары 1, выходящих в верхней части из герметика 10, переводится из положения А в положение Б, тем самым выключая из измерительной цепи термопару 1. Герметик 7 изолирует термоэлектроды термопар 1 и 3 от корпуса 8.

Положительный эффект устройства заключается в обеспечении способности измерять два параметра среды, таких как реакционная способность и температура. Первый - за счет возможности провести сигнализирование о наличии химически активных компонентов в интересующей смеси газовых и (или) конденсированных продуктов и измерение уровня реакционной способности смеси использованием сочетания одновременно двух эффектов - каталитического эффекта платинородия и термоэлектрического эффекта Зеебека, а также обеспечения температуры начала каталитической активности платинородия в начале измерений. Второй - использованием выключателя электрического, отключающего из измерительной цепи первую термопару. Это позволяет повысить эффективность измерения термо-э.д.с. при температуре газообразных и конденсированных продуктов ниже 250°С, а также расширить измерительные возможности устройства.

Источники информации:

1 Арутюнов В.О. Электрические измерительные приборы и измерения: - М.: Государственное энергетическое издательство, 1958. - 631 с, ЭЭ-5-2; с.556;

2 Патент на полезную модель 661427 Россия, МПК G01N 25/32. Датчик реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов / С.Е.Потураев, А.В.Назаров, А.И.Бобович (Россия) - 2006126351/22; Заявлено 20.07.06; Опубл. 27.02.07, Бюл. 6. - 3 с.: ил.

Датчик реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов, представляющий собой последовательное соединение термоэлектрического преобразователя, которым является термопара, выполненная в виде двух проводников из разнородных материалов, скрепленных между собой двумя концами в рабочий спай, прибора для измерения термо-э.д.с. и второй термопары, рабочий спай которой покрыт тонким слоем термостойкого пассивирующего состава, свободные концы термопар соединены между собой и с прибором для измерения термо-э.д.с по принципу электрического мостового соединения, плечи которого - рабочие спаи термопар, материалом для проводников каждой термопары является платинородий и платина, термопары помещены в герметичный корпус и залиты термостойким компаундом, рабочие спаи выведены за корпус, отличающийся тем, что в него введены два электронагревательных элемента в виде спиралей из жаростойкого сплава, обвивающих термоэлектроды термопар, и в разрыв термоэлектродов первой термопары установлен выключатель электрический.