Детектор теплопроводности Советский патент 1986 года по МПК G01N27/18 

Изобретение относится к газовому анализу, в частности к конструкциям детекторов теплопроводности.

Целью изобретения является повы- ягение чувствительности, снижение порога детектирования и уменьшение массы детектора.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства,

На схеме показаны измерительная ячейка 1, радиатор 2, подводящий и отводящий газовые каналы 3, излуча- тели 4 радиатора, нагревательш 1й элемент 5, датчик 6 температуры, разъемы 7 и теплоизолирующие йтулки 8.

Измерительная ячейка 1 размещена в центральном канале радиатора, причем наружная поверхность корпуса измерительной ячейки 1 образует плотный контакт с внутренней поверхностью центрального канала радиатора 2 В прорезях между излучателями 4 радиатора 2 размещены нагревательный элемент 5, например, в виде высоко- емкого провода, равномерно уложенного в прорезях, и датчик 6 температуры, например, в вид,е провода с высоким ТКС, уложенного в указанных прорезях излучателя 4 вместе с проводом нагревательного элемента 5., Концы нагревательного элемента 5, датчика 6 температуры, а также чувствительного элемента измерительной ячейки 1 выведены на разъемы 7, В канале одного радиатора 2 может быть размещено и более одной измерительн ячейки 1. Имеются теплоизолирующие втулки 8.

Газ- носитель поступает в измерительную ячейку 1 через один из каналов Зэ обтекает чувствительный элмент ячейки и выходит через другой канал Зо При появлении в газе-носителе другого компонента меняется ег теплопроводность и, соответственно, изменяется тепловой поток, идущий о1 чувствительного элемента через газ-носитель5 корпус измерительной ячейки 1 и радиатор 2 и pacceивae a в окружающую среду.

Изменение теплового потока приводит к изменению температуры и сопротивления чувствительного элемента измерительной ячейки 1., что вызывает на выходе соответствующий сигнгш, Так как радиатор 2 активно рассеивает тепло, создается возможность поддержания температуры Tj на низком.

близком к окружающей температуре уровне,, что приводит к повьшению чувствительности детектора. Нагревательный элемент 5, который управляет сигналом датчика 6 температуры, обеспечивает поддержание температуры Т на постоянном уровне, причем стабилизация температуры облегчается низкой тепловой инерционностью, которая определяется, главным обра

тельного элемента 5, датчика 6 температуры и воздуха в прорезях радиатора 2. Стабилизация температуры Т обеспечивает низкий уровень шумов детектора.

Благоприятные условия отвода тепла позволяют путем подачи большого напряжения на резистор увеличить вьщеляющуюся мощность и, следовательно, чув:ствительность.

При увеличении мощности возрастают отрицательные влияния концевых потерь тепла, и с целью увеличения сопротивления осевому тепловому потоку в конструкцию вводятся втулки 8, размещенные в данной конструкции по оси радиатора.

Применение измерительной ячейки с тонким корпусом (3 диаметров измерительной камеры) в сочетании с активным радиатором, т.е. с автоматической поддерживаемой температурой, на уровне, близком к температуре окружающей среды, позволяет существенно повысить чувствительность детектора и при этом достичь снижения габаритов блока детектора в- несколько раз, массы - более чем на порядок, потребляемой мощности - приблизительно на порядок, При этом в несколько раз (2) уменьшается и время выхода детектора на режим.

При испытаниях лабораторного макета детектора получены следующие величины: чувствительность А, 6300 мВ при 11„„т. 27 В, порог чувствительности , 2 об.%. Одновременно производились измерения уровня шумов. Средний уровень шумов ,006 мВ 0,6 шкалы (паспортные данные известного устройства: чувствительность Ag 1,2510 см/мг/смЗ 982 мВ, порог чувствительно.сти д„ „-1-10 5 об.%, 0,5% шкалы). Указанные данные не являются предель- ными данными предлагаемого устройства.

3

Обоснование существенности наков соотношения диаметров. Из выражения

А (1 „1п- +

с Sir-L Ч г + 6,99 In ),

где

oi - температурный коэффициент сопротивления терморезисторов;

лит напряжение питания; Q - тепловой поток; L - длина рабочей части терморезистора;

- теплопроводность газа; г, - радиус корпуса измерительной ячейки;

г - радиус измерительной камер - радиус терморезистора, что А пропорциональна Q, т.е..для повышения чувствительности нужно увеличить тепловой поток, что можно достичь, уменьшая г (тепловое сопротивление).

Для вьфажения теплового сопротивления 1 1линдрической стенки существует формула

г,

видно,

s

F 3,60

1

1 т,„ dr

j

°.dH

,

0

O.d .;, . v.

где 3,6 - коэффициент привода к размерности;

коэффициент теплопередачи от внутренней среды к стенке; коэффициент теплопередачи

от стенки к окружающей среде;

Л - коэффициент теплопроводности стенки;

d -. наружный диаметр стенки (в данном случае диаметр корпуса измерительной ячейки); d - внутренний диаметр стенки (в данном случае диаметр измерительной камеры). Дифференцирование этой функции по d при заданном d дает оптимальное

н 2.А.

значение d.. --- с|.

для обеспечения минимального значения F , откуда видна

25

существенность параметра Конкретное значение выбрано

экспериментальным путем ввиду значительного разброса величин oi в спра- 30 БОЧКОЙ литературе.

S f

Редактор И. Николайчук

Составитель Э. Скорняков Техред В.Кадар

Заказ 2445/44Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А. Тяско