ДАТЧИК РАСХОДА ВОДОРОДА Российский патент 2012 года по МПК G01N27/12 

Изобретение относится к оборудованию, предназначенному для работы с водородом, и может быть использовано в измерительной технике в химической, авиационной, автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Известно устройство «Датчик водорода в жидких и газовых средах» (Патент RU №2379672, С1, МПК G01N 27/417. Заявка: 2008136720/28, 15.09.2008. Опубликовано: 20.01.2010). Датчик водорода в жидких и газовых средах включает селективную мембрану, пористую электроизоляционную керамику и корпус с потенциалосъемником, керамический чувствительный элемент с эталонным электродом, пористый платиновый электрод, кремнеземную ткань, соединительный материал, пробку с отверстием, гермоввод, цилиндрическую втулку. Полость корпуса между гермовводом и керамическим чувствительным элементом герметична. Керамический чувствительный элемент выполнен в виде сопряженных между собой цилиндрического элемента и части сферы, расположенной в нижней части цилиндрического элемента. Верхняя часть наружной цилиндрической поверхности керамического чувствительного элемента герметично соединена с корпусом посредством соединительного материала. Эталонный электрод расположен в полости, образованной внутренней поверхностью керамического чувствительного элемента и поверхностью пробки. Наружная сферическая часть керамического чувствительного элемента покрыта слоем пористого платинового электрода. Конец центральной жилы выведен через отверстие в пробке в объем эталонного электрода. Втулка соединена с нижней частью корпуса.

Недостатком устройства является большая сложность и стоимость датчика.

Известно также устройство «Быстродействующий резистивный датчик взрывоопасных концентраций водорода (варианты) и способ его изготовления» (Патент RU №2221241, С1, МПК 7 G01N 27/12. Заявка: 2002130840/28, 19.11.2002. Опубликовано: 10.01.2004). Предлагается резистивный датчик взрывоопасных концентраций водорода (более 1 об.%), содержащий изолирующую подложку, водородочувствительный тонкопленочный элемент, нанесенный на подложку, нагревательный элемент, подогревающий водородочувствительный тонкопленочный элемент. Водородочувствительный тонкопленочный элемент выполнен из материала, содержащего, по меньшей мере, палладий, подвергнутого термообработке, обеспечивающей образование окисла палладия или из окисла палладия, переходящего в металлический палладий под действием водорода (прототип).

Недостатком устройства является сложность датчика и высокая точность соблюдения параметров технологии обработки палладия при окислении.

Раскрытие изобретения

Известно, что соединение палладия с водородом изменяет магнитную проницаемость данного соединения в прямой зависимости (магнитная проницаемость - концентрация водорода в соединении). «Водородные соединения металлов» К.Маккей, Издательство «МИР», Москва, 1968 год, стр.68.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является определение возможности измерения расхода водорода в непрерывном режиме его течения независимо от продолжительности процесса.

Технический результат заключается в возможности непрерывного измерения расхода водорода независимо от времени измерения при одновременном увеличении точности измерения.

Технический результат достигается тем, что датчик расхода водорода содержит водородочувствительный тонкопленочный элемент на основе палладия, водородочувствительный тонкопленочный элемент выполнен в форме цилиндра из пористого материала, вся поверхность которого палладирована, и расположен внутри корпуса, имеющего форму трубки, внутри водородочувствительного тонкопленочного элемента расположены нагревательные элементы и датчики температуры, датчик расхода водорода снабжен магнитопроводом, охватывающим водородочувствительный тонкопленочный элемент по образующей цилиндра, катушкой индуктивности, расположенной на магнитопроводе, конденсатором, образующим с катушкой индуктивности колебательный контур, усилителем сигнала, измерительным и запоминающим устройствами.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен датчик расхода водорода.

Осуществление изобретения

Датчик расхода водорода содержит водородочувствительный тонкопленочный элемент 1 на основе палладия, водородочувствительный тонкопленочный элемент 1 выполнен в форме цилиндра из пористого материала (например, пористой керамики), вся поверхность которого палладирована, водородочувствительный тонкопленочный элемент 1 расположен внутри корпуса 2, имеющего форму трубки, внутри водородочувствительного тонкопленочного элемента расположены нагревательные элементы 3 и датчики температуры 4, датчик расхода водорода снабжен магнитопроводом 5, охватывающим водородочувствительный тонкопленочный элемент 1 по образующей цилиндра, катушкой индуктивности 6, расположенной на магнитопроводе 5, конденсатором 7, образующим с катушкой индуктивности 6 колебательный контур, усилителем сигнала 8, измерительным 9 и запоминающим 10 устройствами.

Устройство работает следующим образом.

Водород поступает в датчик расхода водорода, проходит через водородочувствительный тонкопленочный элемент 1, имеющий форму цилиндра и выполненный из пористого материала (например, пористой керамики), вся поверхность которого палладирована. Палладий взаимодействует с водородом и образует гидридные соединения, при этом изменяется магнитная проницаемость водородочувствительного тонкопленочного элемента 1. Зависимость магнитной проницаемости от концентрации гидридов имеет линейный характер (чем выше концентрация водорода, тем выше магнитная проницаемость). Изменение магнитной проницаемости датчика расхода водорода вызывает изменение частоты контура генератора измерительной системы. Для повышения чувствительности прибора сигнал усиливается усилителем 8. Это изменение фиксируется системой индикации, которая включает измерительное 9 и запоминающее 10 устройства. Нагревательные элементы 3 включаются автоматически после насыщения палладия водородом при достижении уровня сигнала, соответствующего предельному значению магнитной проницаемости слоя палладия. При этом происходит удаление водорода из водородочувствительного тонкопленочного элемента 1. После удаления водорода происходит автоматическое отключение нагревательных элементов 3. После охлаждения магнитопровода 5 до уровня исходной проницаемости (отсутствия водорода в водородочувствительном тонкопленочном элементе 1) измерительный прибор 9 фиксирует первоначальное значение магнитной проницаемости. Происходит автоматическая юстировка датчика расхода водорода, и показания вновь фиксируются измерительным прибором 9. Измерительный прибор 9 датчика расхода водорода автоматически суммирует число циклов и объем прохождения водорода, пропорциональный числу циклов. Эти показания фиксирует запоминающее устройство 10.

Технико-экономические показатели данного изобретения значительно превосходят по своим параметрам используемые ранее устройства. Заявляемый датчик расхода водорода более прост по устройству, более технологичен в изготовлении, удобней в эксплуатации, обеспечивает точный расчет прошедшего через датчик водорода и может показывать любой объем измеряемого водорода.

Изобретение может быть использовано в измерительной технике в химической, авиационной, автомобильной и аэрокосмической промышленности. Датчик расхода водорода содержит водородочувствительный тонкопленочный элемент (1) на основе палладия, водородочувствительный тонкопленочный элемент (1) выполнен в форме цилиндра из пористого материала (например, пористой керамики), вся поверхность которого палладирована, водородочувствительный тонкопленочный элемент (1) расположен внутри корпуса (2), имеющего форму трубки, внутри водородочувствительного тонкопленочного элемента расположены нагревательные элементы (3) и датчики температуры (4), датчик расхода водорода снабжен магнитопроводом (5), охватывающим водородочувствительный тонкопленочный элемент по образующей цилиндра, катушкой индуктивности (6), расположенной на магнитопроводе (5), конденсатором (7), образующим с катушкой индуктивности (6) колебательный контур, усилителем сигнала (8), измерительным (9) и запоминающим (10) устройствами. Изобретение обеспечивает возможность измерения расхода водорода в непрерывном режиме его течения независимо от продолжительности процесса. 1 ил.

Датчик расхода водорода, содержащий водородочувствительный тонкопленочный элемент на основе палладия, отличающийся тем, что водородочувствительный тонкопленочный элемент выполнен в форме цилиндра из пористого материала, вся поверхность которого палладирована, и расположен внутри корпуса, имеющего форму трубки, внутри водородочувствительного тонкопленочного элемента расположены нагревательные элементы и датчики температуры, датчик расхода водорода снабжен магнитопроводом, охватывающим водородочувствительный тонкопленочный элемент по образующей цилиндра, катушкой индуктивности, расположенной на магнитопроводе, конденсатором, образующим с катушкой индуктивности колебательный контур, усилителем сигнала, измерительным и запоминающим устройствами.