Анализатор селективного определения объемной концентрации водорода в газах

Полезная модель относится к области газового анализа, в частности к средствам контроля содержания водорода в различных газовых средах, и предназначена для использования в процессах химической технологии, горно-рудной и других отраслях промышленности. В анализаторе селективного определения объемной концентрации водорода в газах содержащем каналы для ввода и вывода газов и диффузионную ячейку, входящую в аналитический блок, состоящую из двух камер, отделенных друг от друга полимерной диффузионной мембраной, селективно пропускающей H₂, согласно полезной модели он дополнительно содержит блок газоснабжения, блок измерения и регистрации сигнала, образующих с аналитическим блоком блочную систему, при этом аналитический блок снабжен термокондуктометрическим детектором газов и колонкой, в виде металлической трубки длиной 900-1100 мм с внутренним диаметром 3-3.5 мм и отрезком вакуумной трубки для ввода пробы анализируемого газа. Термокондуктометрический детектор содержит сравнительную и измерительную камеры, в которых размещены терморезисторы. Блок газоснабжения включает микрокомпрессор воздуха и переменные дроссели, а измерения и регистрации сигнала содержит неравновесный электрический мост и автоматический планшетный потенциометр.

Полезная модель относится к области газового анализа, в частности к средствам контроля содержания водорода в различных газовых средах, и предназначена для использования в процессах химической технологии, горнорудной и других отраслях промышленности.

Известен анализатор селективного определения водорода в газах (RU №2124718, кл. G 01 N 27/12, 1999 г.), который содержит корпус, каналы для ввода и вывода газов и полупроводниковый датчик, содержащий непроводящую керамическую подложку с нанесенными на нее нагревателем, контактами для измерения проводимости и чувствительным слоем, выполненный на основе In₂О ₃, модифицированный добавками CuО (1-10 вес. %), селективно анализирующий Н₂. Датчик помещен в отдельную камеру диффузионной ячейки, изолированную от камеры анализа полимерной диффузионной мембраной, селективно пропускающей Н ₂ и продуваемую газом, не содержащим водород.

Недостатком этого анализатора является необходимость применения специального полупроводникового датчика, выполненного из дорогостоящего материала и усложняющего работу средства измерений из-за необходимости его согласования с общей измерительной схемой.

Сущность полезной модели

Задачей создания полезной модели является упрощение конструкции при сохранении точности и воспроизводимости результатов измерений.

Поставленная задача достигается тем, что в анализаторе селективного определения объемной концентрации водорода в газах содержащем каналы для ввода и вывода газов и диффузионную ячейку, входящую в

аналитический блок, состоящую из двух камер, отделенных друг от друга полимерной диффузионной мембраной, селективно пропускающей Н₂, согласно полезной модели он дополнительно содержит блок газоснабжения, блок измерения и регистрации сигнала, образующих с аналитическим блоком блочную систему, при этом аналитический блок снабжен термокондуктометрическим детектором газов и колонкой, в виде металлической трубки длиной 900-1100 мм с внутренним диаметром 3-3,5 мм и отрезком вакуумной трубки для ввода пробы анализируемого газа. Термокондуктометрический детектор содержит сравнительную и измерительную камеры, в которых размещены терморезисторы. Блок газоснабжения включает микрокомпрессор воздуха и переменные дроссели, а измерения и регистрации сигнала содержит неравновесный электрический мост и автоматический планшетный потенциометр.

Использование блочной системы, включающей блок газоснабжения, аналитический блок и блок измерения и регистрации сигнала позволяет систематизировать построение средства измерения и упростить его обслуживание. Включение в аналитический блок термокондуктометрического детектора делает возможным использование стандартных измерительных схем, а применение металлической колонки, позволяет решить задачу устранения влияния внешних возмущений на измерительный сигнал.

Тем самым решается задача упрощения конструкции, без применения специальных датчиков, при сохранении точности и воспроизводимости результатов измерений.

Перечень фигур

На рисунке изображена схема анализатора селективного определения объемной концентрации водорода в газах.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели

Анализатор содержит блок газоснабжения I, аналитический блок II и блок III измерения и регистрации сигнала.

Блок газоснабжения I включает в себя микрокомпрессор 1 воздуха и переменные дроссели 2, 3, 4.

В аналитическом блоке II размещена диффузионная ячейка 5, термокондуктометрический детектор 6 газов, колонка 7 (металлическая трубка длиной 1 м с внутренним диаметром 3 мм) и отрезок вакуумной трубки 8 для ввода пробы анализируемой газовой среды. Диффузионная ячейка состоит из двух камер 9 и 10, отделенных друг от друга фторопластовой мембраной 11. Термокондуктометрический детектор 6 имеет камеры: сравнительную 12 и измерительную 13, в которых размещены терморезисторы.

Блок III измерения и регистрации сигнала содержит неравновесый электрический мост 14, в схему которого входят терморезисторы из камер 12 и 13, снабженный стабилизированным источником питания. Выход неравновесного моста 14 подключен к автоматическому планшетному потенциометру 15, который служит для измерения и регистрации сигнала неравновесного моста 14.

Анализатор селективного определения объемной концентрации водорода в газах работает следующим образом. Перед включением анализатора в работу с помощью переменных дросселей 2, 3 и 4 регулируют расходы потоков воздуха (воздух - носитель) на выходе этих дросселей, задав им значение 2-2,5 л/час.

Включение анализатора в работу осуществляется за 30 мин до начала анализов.

Перед проведением анализа с помощью резистора проводится установка нуля неравновесного моста 14. Устанавливают начальный уровень

сигнала моста 14, который должен составлять 10-15% шкалы потенциометра 15. Отобранную шприцом строго постоянную по объему пробу анализируемого газа вводят путем прокалывания трубки 8 в потоке воздуха - носителя, протекающего через колонку 7. Эта проба транспортируется газом - носителем через колонку 7 в камеру 9 диффузионной ячейки. Когда газы, составляющие пробу, омывают мембрану 11, водород диффундирует через мембрану 11 попадает в поток воздуха -носителя, протекающего через камеру 10. Остальные компоненты, входящие в пробу газа, не проникают в камеру 10. Образовавшийся после диффузии водорода поток газа из камеры 10 поступает в измерительную камеру 13 термокондуктометрического детектора 6. В сравнительную камеру 12 этого детектора все время поступает поток чистого воздуха - носителя из дросселя 4. Неравновесный мост 14 реагирует на изменение работы терморезисторов в камерах 12 и 13 в результате появления водорода в потоке газов, поступающих в камеру 13 детектора, что вызывает сигнал детектора 6, так как теплопроводность водорода существенно больше (более, чем в 7 раз) теплопроводности воздуха, и выдает сигнал измерительной информации на автоматический планшетный потенциометр 15, на котором происходит его регистрация. При этом амплитуда (высота h) и площадь S пика пропорциональны объемной концентрациям С водорода в анализируемой газовой среде

h=К_hС,

или

S=K_sC,

где K_h - коэффициент преобразования анализатора по высоте пика K _s - коэффициент преобразования анализатора по площади пика.

При импульсном режиме работы анализаторов предпочтительно использовать при обработке результатов площади пиков.

Для получения количественных результатов после каждого анализа или серии анализов, выполняемых за ограниченный отрезок времени, необходимо осуществлять градуировку анализатора, последняя осуществляется путем ввода в анализатор пробы водорода, объем которой должен быть равен объему пробы анализируемой газовой среды.

Площадь So полученного при этом сигнала:

S₀ =K_sC₀,

где С₀ - объемные концентрации водорода в пробе (для чистого баллонного водорода, можно с достаточной точностью принять, что С₀=100% об.)

Из формул следует, что объемная концентрация водорода в анализируемой газовой среде может быть найдена из выражения:

Данный анализатор селективного определения объемной концентрации водорода в газах выполнен в виде опытного образца.

1. Анализатор селективного определения объемной концентрации водорода в газах, содержащий каналы для ввода и вывода газов и диффузионную ячейку, входящую в аналитический блок, состоящую из двух камер, отделенных друг от друга полимерной диффузионной мембраной, селективно пропускающей Н₂, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок газоснабжения, блок измерения и регистрации сигнала, образующие с аналитическим блоком блочную систему, при этом аналитический блок снабжен термокондуктометрическим детектором газов и колонкой в виде металлической трубки.

2. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что металлическая трубка выполнена длиной 900-1100 мм с внутренним диаметром 3-3,5 мм.

3. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что термокондуктометрический детектор содержит сравнительную и измерительную камеры, в которых размещены терморезисторы.

4. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что блок газоснабжения содержит микрокомпрессор воздуха и переменные дроссели.

5. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что блок измерения и регистрации сигнала содержит неравновесный электрический мост и автоматический планшетный потенциометр.