УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ГАЗА Российский патент 1997 года по МПК G01N27/406 

Изобретение относится к устройствам для анализа газа с помощью электрохимических ячеек на твердом электролите и может быть использовано для контроля и регулирования процесса сжигания всех видов топлива.

Известно устройство для анализа газа, содержащее несущую трубу, расположенную в ней твердоэлектролитную ячейку с электродами и токоотводами с изоляторами, соединенную с металлическим держателем, выполненным с расширением на конце, нагревательный патрон, питающий провода [Инструкция по сервисному обслуживанию датчика дымовых газов фирмы "CGRGMI" (Германия) от 21.09.84]
Указанный датчик имеет недостаточную точность измерения, обусловленную ненадежным разделением газовых пространств датчика; расположение термопары снаружи нагревательного патрона не позволяет точно учитывать температуру рабочей части электродов чувствительного элемента, что также влияет на точность измерений.

Задача изобретения повышение точности измерений и расширение эксплуатационных возможностей.

Для решения задачи в известном устройстве для анализа газа, содержащем несущую трубу, расположенную в ней твердоэлектролитную ячейку с электродами и токоотводами с изоляторами, соединенную с металлическим держателем, выполненным с расширением на конце, нагревательный патрон, питающие провода; твердоэлектролитная ячейка соединена с держателем со стороны его зауженной части, при этом расширенная часть держателя расположена вне нагревательного патрона и выполнена с донышком, к которому присоединены трубки для подвода и отвода эталонного газа.

Расширенная часть держателя разделена перегородкой, обеспечивающей предотвращение смешивания подводимого и отводимого газовых потоков.

На наружных стенках трубчатых изоляторов питающих проводов, проходящих через стенку нагревательного патрона, выполнены выступы, расположенные противоположно друг другу, с возможностью зацепления за донышко нагревательного патрона, и пазы со вставленной в них пластинкой, закрепляемой на крышке нагревательного патрона, а токоотводы чувствительного элемента и выводы нагревательного патрона закреплены между металлическими пластинками, присоединенными к элементам разборного соединения или непосредственно к удлиняющим проводам.

На фиг. 1 и 2 представлены варианты устройства с расширенной частью держателя, выведенной за пределы нагревательного патрона в полость защитной несущей трубы, с различной конфигурацией расширителя; на фиг. 3 вариант устройства с расширенной частью держателя, выведенной за пределы несущей трубы; на фиг. 4 то же устройство с трубкой для отвода эталонного газа, расположенной коаксиально держателю; на фиг. 5 показан изолятор выводов нагревательного патрона и его крепление к стенке патрона; на фиг. 6 и 7 - разборное соединение выводов с удлиняющими проводами.

Устройство содержит защитную несущую трубу 1 с открытым концом 2, нагревательный патрон 3, чувствительный элемент 4, выполненный на основе твердоэлектролитной ячейки с электродами и токоотводами, соединенную с металлическим держателем 5, выполненным с расширением 6 на конце, противоположном чувствительному элементу, при этом расширенная часть 6 снабжена перегородкой 7 и донышком 8 и выведена за пределы нагревательного патрона 3 в полость 9 защитной несущей трубы 1.

К донышку 8 присоединены трубки для подвода 10 и отвода 11 эталонного газа.

Расширенная часть 6 держателя может быть выполнена в виде коллектора (фиг. 2).

Чувствительный элемент 4, выполненный на основе электрохимической твердоэлектролитной ячейки, имеет эталонный 12 и измерительный 13 электроды.

В состав устройства входят питающие провода 14 нагревательного патрона 3, токоотводы 15 от электродов 12 и 13, крышка 16 нагревательного патрона 3, изоляторы 17 питающих проводов 14, термопара 18 и трубка подвода калибровочного газа 19.

Изоляторы 17 питающих проводов нагревательного патрона выполнены, например, в виде двухканальных металлических трубок. На наружных стенках этих трубок с одной стороны выполнены (например, путем выборки) выступы 20 (фиг. 5), зацепленные за крышку 16 нагревательного патрона, а с противоположной стороны имеются пазы 21, в которые вставлены пластики 22, прикрепленные к крышке 16 винтом 23 или сваркой.

Концы токоотводов чувствительного элемента закреплены между металлическими пластинками 24 (фиг. 6), присоединенными к винту 25, имеющему паз, в который введены сомкнутые концы пластинок 24, контргайку 26 и гайку 27, которая также имеет паз 28.

Гайка 27 служит для подключения тонких проводов токоотводов 15 или толстых удлиняющих проводов для выводов 14 нагревательного патрона. Поэтому пазы в гайках используются для закрепления в них пластинок 24 и закрепления непосредственно провода 29.

Соединение провода 29 с гайкой 27 выполняется сваркой путем оплавления кромок паза 28.

Пластинки 24 служат для упрощения операции сварки проволочных выводов нагревателя и токоотводов чувствительного элемента с относительно массивными винтами 25 и гайками 27.

Крепление проводов может быть выполнено при помощи двух пар пластинок 24, соединенных между собой заклепками 30 (фиг. 7). Соединяемые провода помещаются между разведенными концами пластинок 24 и свариваются с ними, если провода тонкие (например, выводы чувствительного элемента диаметром 0,5 1,0 мм), или расплющиваются и склепываются с пластинками, если провода толстые (например, удлиняющие провода выводов нагревательного патрона диаметром 2,5 мм).

Устройство для анализа газа располагают на стенке газохода топливосжигающего агрегата так, чтобы нагревательный патрон 3 с чувствительным элементом 4 был непосредственно установлен в потоке отходящих газов.

Нагревательный патрон 3 служит для подогрева чувствительного элемента 4, если температура дымовых газов ниже рабочей температуры устройства.

Температура контролируется термопарой 18.

Устройство работает следующим образом.

По трубке 10 в устройство подается стандартный газ-воздух, обмен которого происходит у эталонного электрода 12 затем сбрасывается воздух по трубке 11 в поток дымовых газов.

Измерительный электрод 13 омывается анализируемым газом.

Сигнал с эталонного и измерительного электродов снимается токоотводами 15.

При проверке работоспособности устройства анализируемый газ вытесняется из полости чувствительного элемента 4 калибровочным газом, подаваемым по трубе 19.

Конструкция предлагаемого устройства обеспечивает его компактность, надежность и технологичность изготовления.

Выполнение конца держателя 5 с расширением 6 и выведение его вместе с донышком за пределы нагревательного патрона 3 в полость 9 защитной несущей трубы 1 позволяет уменьшить диаметр той части держателя, которая размещена в полости нагревательного патрона, и освободить тем самым место в полости нагревательного патрона, ввести туда термопару 18 со стороны рабочего конца защитной несущей трубы 1.

У всех известных аналогов термопара выведена в нагревательный патрон со стороны свободного конца несущей трубы, что некомпактно и сложно в изготовлении, поскольку трубу, в которой размещена термопара, сначала пропускают через корпус нагревательного патрона, а затем, чтобы завести в полость нагревательного патрона, дважды изгибают с относительно большим, с точки зрения общей компоновки датчика, радиусом гиба.

Предотвращение возможного (под воздействием расширенной части держателя) смешения потоков воздуха, поступающего по трубке 10, с потоком воздуха, отводимого по трубке 11, служит несплошная перегородка 7.

Второй вариант устройства, в котором чувствительный элемент 4 направлен в сторону рабочего конца несущей трубы, а противоположный ему конец держателя 5 направлен в сторону свободного (открытого) конца 2 несущей трубы, также компактен, поскольку при такой компоновке устройства в полости нагревательного патрона 3 появляется возможность (освобождается место) для ввода туда по сторонам рабочего конца несущей трубы не только термопары, но и трубки подвода калибровочного газа 19.

В известных аналогах трубка подвода калибровочного газа, так же как и термопара, заведена в полость нагревательного патрона со стороны незакрепленного конца несущей трубы с соответствующим количеством и формой гибов.

Коаксиальное расположение газоотводящей трубки 11 по отношению к держателю 5 позволяет уменьшить диаметр держателя и улучшить обмен воздуха у нагревательного электрода при направлении конца держателя в сторону свободного конца несущей трубы.

Выступы 20 на наружных стенках изоляторов 17 и проводов 14, питающих нагревательный патрон 3, зацепляемые за крышку 16 нагревательного патрона, и пазы винта 25 со вставленными в них пластинками 24, тоже прикрепляемыми к крышке 16, обеспечивают надежность работы устройства в условиях вибрации.

Описанные приемы соединения выводов чувствительного элемента и нагревательного патрона с удлиняющими проводами технологичны в изготовлении.

В предлагаемом техническом решении благодаря тому, что чувствительный элемент прикреплен к наружной части держателя удалось уменьшить размеры держателя и в зазор между внутренней стенкой нагревательного патрона и держателя и чувствительного элемента удалось установить термопару.

В известном датчике-прототипе сброс стандартного газа недостаточно организован, а в предлагаемом решении газ выводится в полость несущей трубы или за пределами топки или несущей трубы, что значительно повышает точность измерений.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом более компактно, более точно и технологично в изготовлении.

Использование: устройства для анализа газа с помощью электрохимических ячеек на твердом электролите для контроля и регулирования процесса сжигания всех видов топлива. Сущность изобретения: устройство для анализа газа содержит несущую трубу, твердоэлектролитную ячейку, соединенную с металлическим держателем, выполненным с расширителем на конце, нагревательный патрон и питающие провода с изоляторами. Твердоэлектролитная ячейка соединена с держателем со стороны его зауженной части, а расширительная часть держателя выведена за пределы нагревательного патрона и выполнена с донышком, к которому присоединены трубки для подвода и отвода эталонного газа. Расширенная часть держателя может быть снабжена перегородкой, обеспечивающей предотвращение смешивания подводимого и отводимого газовых потоков. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для анализа газа, содержащее несущую трубу, твердоэлектролитную ячейку, соединенную с металлическим держателем, выполненным с расширением на конце, нагревательный патрон и питающие провода с изоляторами, отличающееся тем, что твердоэлектролитная ячейка соединена с держателем со стороны его зауженной части, а расширенная часть держателя выведена за пределы нагревательного патрона и выполнена с донышком, к которому присоединены трубки для подвода и отвода эталонного газа. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расширенная часть держателя снабжена перегородкой, обеспечивающей предотвращение смешивания подводимого и отводимого газовых потоков. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что на наружных стенках трубчатых изоляторов питающих проводов, проходящих через стенку нагревательного патрона, выполнены выступы, расположенные противоположно друг другу, с возможностью зацепления за крышку нагревательного патрона, и пазы со вставленной в них пластинкой, закрепляемой на крышке нагревательного патрона, а токоотводы чувствительного элемента и выводы нагревательного патрона закреплены между металлическими пластинками, присоединенными к элементам разборного соединения или непосредственно к удлиняющим проводам.