Термокаталитический детектор газа

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 С 01 N 27/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3747051/24-25 (22) 14.06 ° 84 (46) 23.01.86. Бюл. Р 3 (71) Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. А.А;Жданова (72) В.С.Ткалич и А.В.Бавин (53) 543.274(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 712746, кл. G 01 N 27/16, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 813233, кл. С 01 N 27/16,,1981. (54)(57) ТЕРИОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ГАЗА, содержащий реакционную ка„„SU„„1206670 A меру, в которой размещены чувствительный элемент и измеритель температуры, включенные соответственно в измерительный и компенсацирнный мосты с усилителями, установленными между диагоналями каядого моста, отличающийся тем, что, с целью повышения точности детектора, измеритель температуры выполнен в в å экрана чувствительного элемента и изготовлен из материала с высоким температурным коэффициентом сопротивления, а резистор одного из плеч компенсационного моста выполнен с управляемым номиналом.

1 1

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при разработке газовых анализаторов и систем контроля атмосферы на объектах нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, теплоэнергетической, горной и угольной -. промышленности, а также в метеорологии.

Цель изобретения — повышение точности детект6ра.

На чертеже представлена схема термокаталитического детектора газа.

Предлагаемый детектор газа содержит реакционную камеру 1, в которой помещены чувствительный элемент

2 и измеритель 3 температуры, выполненный в виде изготовленного из материала с высоким температурным коэффициентом сопротивления цилиндрического экрана, окружающего чувствительный элемент сопротивления.

Экран в сочетании с резисторами 4 и 5 и резистором 6 с управляемым номиналом составляет компенсационный мост, к диагонали которого подключен операционный усилитель 7, выход которого подключен к другой, питающей мост, диагонали. Чувствительный элемент 2 в сочетании с резисторами 8-10 образует измерительный . .мост, к одной диагонали которого подключен дифференциальный усилитель 11, выход которого связан с другой диагональю того же моста, к этому же выходу подключен индикатор

12.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно для снятия градуировочных кривых устройство откачивают до глубокого вакуума. При включении откачанного устройства в измерительных диагоналях мостовых схем появляются сигналы разбаланса, которые через усилители 7 и 11 обеспечивают питание измерительного и компенсационного мостов.В результате чувствительный элемент и экран начинают нагреваться, что приводит к изменению их сопротивления и уменьшению сигналов разбаланса. Нагрев происходит до тех пор, пока сигналы разбаланса не превратятся в ноль.

Начинается первый полупериод измерения. Сигналы разбаланса автоматически поддерживаются на минимальном уровне, при этом экран приобретает температуру, определяемую номина206670 1 лом управляемого резистора 6, а чувствительный элемент — температуру, определяемую номиналами высокостабильных резисторов P. — 10, в то же

5 время напряжение питания измерительного моста достигает значения, при котором на чувствительном элементе выделяется электрическая мощность о

Q » ., характеризующая потери тепла на излучение и через вводы.

Через определенное время, задаваемое в зависимости от желательной скорости анализа, например t=1 с, номинал резистора 6 автоматически изменяется. Это приводит к появле= нию сигнала разбаланса в диагонали компенсационного моста, обеспечивающего через усилитель 7 увеличение напряжения его питания и, следова20 тельно, к нагреву экрана, IIQBbltlleíèþ

его сопротивления и уменьшению сигнала разбаланса. Одновременно, вслед— ствие повышения температуры экрана, уменьшаются потери тепла чувствительным элементом на излучение, что приводит к повышению его температуры и сопротивления и, следовательно, к появлению разбаланса в диагонали измерительного моста.

Появившийся сигнал разбаланса воздействует на усилитель 11, что приводит к уменьшению напряжения питания измерительного моста, остыванию чувствительного элемента и уменьшению разбаланса.

Второй этап измерений начинается после достижения баланса мостов.

Это состояние характеризуется температурой нагревателя и напряжением

40 питания измерительного моста, обеспечивающим выделение на чувствительном элементе электрической мощности меньшей, чем и », на величину д6 » .

Второй полупериод и полный цикл измерений заканчиваются еще через

45 1 с, когда номинал резистора 6 автоматически меняется до прежнего значения. Это приводит последовательно к разбалансу компенсационного моста, затем измерительного, за

50 счет увеличения потерь те а чувствительным элементом на излучение и, в конечном счете, к стабилизации параметров устройства при значении

Q » =8 > . Начинается следующий цикл измерений, длительность которого также равна 2 с. Циклы измерений следуют непрерывно все время, пока устройство включено.

1206670

Составитель В.Екаев

Техред О.Иеце Корректор JI.Пилипенко.

Редактор А.Шишкина

Подписное

Заказ 8702/44 Тираж

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5 ул. Проектная, ф

Напряжение питания измерительного моста, характеризующее электрическую мощность, лодводимую к чувствительному элементу, регистрируется индикатором 12, в память ми- 5 кропроцессорного блока которого зао о кладываются величины Q .и 6Q>

Следующий шаг в градуировке детектора — напуск в датчик газовой смеси, не содержащий каталити- 10 чески превращаемой компоненты. При этом температурные режимы устройства автоматически поддерживаются прежними, но поскольку появляется теплоотвод от чувствительного эле- 15 мента за счет теплопроводности газа, для поддержания стабильной температуры чувствительного элемента к нему подводится большая электрическая мощность посредством увеличения 20 напряжения питания измерительного моста, регистрируемого индикатором.

Величина мощности Я р, измеряемой в первый лолупериод измерений, больо ше Я, на величину Qr, т.е. мощности, отводимой от чувствительного элемента за счет теплопроводо ности газа и Q,= Q (p- р,, мощность же, измеряемая во второй лолупериод измерении, меньше величины Q> p, 50 а а их разность 4й р больше 4Q> pa о

4©r т ° е ° 4(=д@ зв.(р «S

Таким образом, за один цикл измерений в присутствии газа регистрируются значения Q< и 4 Д, которые

35 характеризуют давление газовой смеси и однозначно связаны соотношением 4Q =М,во всем диапазоне давлений, где Ь вЂ” коэААициент.

При напуске газовой смеси, сойеР- 40

1 жащей каталитически превращаемую компоненту, например озон, до того же давления, температурные режимы также.поддерживаются неизменными, но в результате гетерогенной каталитической реакции на чувствительном элементе выделяется дополнительная мощность Q . При этом разность мощо ° ностей 4Я „ р, регистрируемых в з

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, первый и во второй полулериоды измерений, остается той же, что и в случае неозонированной смеси, т.е.

4Я х)Р„ =Q (Р=B v Мощность же

g>„ p, вылеляемая на чувствитель 3 ном элементе в первый полупериод, \ больше Q > 1p на величинУ Qo

eo = Я х/Ро !Р

Таким ооразом, за вес цикл измерений регистрируются величины

2Еь х1ъ -a @> индидЯ р

r- 3 катор 12, содержащий микропроцессорный блок„ отградуирован в единицах давления и концентрации.

Введение обратной связи с выхода усилитеЛя на питающую диагональ компенсационного моста позволяет 1 поддерживать стабильной температуру экрана при значений, определяемом номиналом управляемого резистора.

При изменении номинала управляемого резистора температура экрана стабилизируется при другом значении.

Таким образом, изменяя номинал управляемого резистора заданным образом, например ступенчато, изменяем соответствующим образом температуру стенок экрана. В результате ступенчато меняется отвод тепла через газ от чувствительного элемента, что приводит к появлению переменной составляющей в питании измерительного моста. Сигнал напряжения питания измерительного моста регистрируется, и по величине переменной составляющей судят о теплоотводе тепла через газ от чувствительного элемента и об общем давлении газовой смеси. Это позволяет из регистрируемого сигнала точно выделить сигнал, отвечающий количеству тепла, выделяющемуся на чувствительном элементе в ходе каталитической реакции вне зависимости от давления и состава газовой смеси, а значит, и концентрацию каталитически превращаемой компоненты анализируемой газовой смеси.