Способ определения концентрации водорода в воздухе Советский патент 1988 года по МПК G01N27/00 

со

;о

о

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к способам анализа газов с помощью электрических средств, и мозйет быть использовано лдя определения концентрации водорода в энергетике, металлургии, металлообрабатывающей, химической и других отраслях промьшшен- ности. Целью изобретения является повышение точности достоверности определения концентрации водорода в воздухе. Для этого создается зона ионизации и пропускается предварительно осушенная газовая смесь через эту зону. Измеряется влажность анализируемой смеси до ионизации и после ионизации. Находится разность этих значений. Концентрацию водорода определяют по этой разности. Зону ионизации могут формировать с помощью коронного разряда УФ-изяучения и радиоактивного источника. 1 з.п. ф-лы, 2 ип. i (Л С

rsD

СО

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к

способам анализя газов с помощью электрических срелстп, и может быть использовано дня определения концентрации водорода Р энергетике, металлургии, металлообрабатывающей, химической и других отраслях промьшшен- ности.

Целью изобретения является повьшге- ние точности и достоверности определения концентрации водорода в воздухе.

При проведении ионизации газовой

смеси происходит связывание молекул водорода атомарными отридателы-шми ионами кислорода, получаемыми при

ионизаць и анализируемой смеси с образеванием молекул воды, что приводит к изменению влажности анализируемой смеси, по изменению которой судят о концентрации водорода. Реакция образования молекул воды протекает мгновенно и преимуг;ественно, поскольку константа скорости этой реакции много выше констант других реакций. При наличии в анализируемой смеси двух и

более газов, имеющих близкие по значению подвижности ионов или другие сходные параметры, реакция образования воды происходит только с молекулами водорода. Следовательно, изменение влажности газовой смеси в результате связывания молекул водорода однозначно определяет его концентрацию в газовой смеси.

На фиг. 1 и фиг. 2 приведены функциональные схемы измерительных устройств, реализующих иредлагаемьш способ.

Создают зону ионизации, пропускают анализируемую смесь через эту зону,, изменяют влажность анализируемой смеси до ионизации. Измеряют влажность анализируемой смеси после ионизации. Находят разности этих значений путем вычитания первого из второго. Концентрации водорода в анализируемой

смеси определяют по этой разности. При лначении абсолютной влажности анализируемой смеси после ионизации, равном максимальному при данной температуре, перед измерением влажности до ионизации газовую смесь предварительно осушают до уровня, при котором абсолютная влажность смеси после ионизации не достигает максимального значения. Яону ионизации формируют с

0

помощью потока излучения, например, гамма-, рентгеновского и.чи ультрафиолетового. Кроме того, зону ионизации формируют с помощью коронного разряда.

Измерительное устройство, реализующее предлагаемый способ (фиг, 1), содержит корпус 1, выполпен1лш, над пример, в виде отрезка трубопровода, осушитель 2, выполненный, например, в виде патрона с силикагелем, датчики 3 и 4 влажности, расположенные до и после зоны 5 ионизации, образо5 ванной ионизатором 6 и блок 7 вычитания . К входам блока 7 вычитания подключены выходы датчиков 4 и 3 влажности. Ионизатор б, выполненный, например, в виде источника излучения, установлен вне корпуса 1 и связан с зоной 5 ионизации через окно 8, прозрачное для используемого излучения. Выход блока 7 вычитания является вы- . ходом устройства.

5 Измерительное устройство, с помощью которого осуществляют предлагае- мьй способ, работает следующим образом.

Анализируемая газовая смесь, подаваемая в корпус 1 через осушитель 2, поступает в зону 5 ионизации, уровень ионизации которой обеспечивается с помощью ионизатора, выполненного, например, в виде источника излучения, которое протекает в зону 5 ионизации через окно 8, прозрачное для используемого излучения. До и после зоны 5 ионизации расположены датчики 3 и 4 влажности, например, спектрометрического типа, разность показаний кото рьрс, получаемая в блоке 7 вычитания, выполненном, например, по мостовой схеме, свидетельствует об изменении абсо.шотиой влажности анализируемой газовой смеси за счет дополнительного количества влаги, образующейся в зоне 5 ионизации при наличаи водорода в смеси.

При формированрш зоны 5 ионизации с помощью коронного разряда (фиг.2) ионизатор 6 выполнен в виде системы электродов 9 и 0, установленных в корпусе Л и подключенных к блоку П питания, расположенному вне корпуса 1.

5 Измерительное устройство (фиг.2) работает в целом так же, как и описанное устройство (фиг,). Отличие состоит в том, что зона 5 ионизации

0

5

0

5

0

создается между внутренним корони- рующим электродом 10, выполненным, например, в виде иглы, и внешним цилиндрическим электродом 9, выполненным, например, в виде Отрезка трубопровода, которые подключены к высоковольтному блоку 11 питания. В частности, в качестве внешнего цилиндрического электрода может быть исполь- зован корпус 1, если он выполнен из токопроводящего материала.

При отсутствии водорода в анализируемой кислородсодержащей газовой смеси выходной сигнал блока 7 вычита- кия равен нулю. При этом в зоне 5 ионизации протекают реакции образования ионов преобладающей среды, которыми является реакция диссоциативного прилипания электрона с образованием

Чувствительность способа определяется чувствительностью пр1-иченяеь&гх датчиков влажности и может достигать 10- г/м

О+ е

0 + 0

(1)

атомарного отрицательного иона кислорода:Способ может служить основой для

создания малогабаритных, точных и практически безынерционных приборов При наличии водорода в анализируе- 25 Дп определения утечек водорода в мой смеси атомарные отрицательные энергетических установках, сигнализа- ионы кислорода вступают с его молекулами в быстродействующую реакцию асторов взрывоопасной ситуации, экспресс-анализаторов водорода в газовых смесях.

социативного отрыва электрона с образованием молекулы воды:

. + е.

Эта реакция характеризуется гораздо большей скоростью, чем аналогичные реакции с молекулами других газов, присутствующих в анализируемой газовой смеси и, таким образом, является приоритетной. В результате реакции (2) происходит изменение влажности анализируемой смеси и выходной сигнал блока 7 вычитания становится отличным от нуля на величину, пропорциональную концентрации водорода в анализируемой газовой смеси.

Поскольку реакция (2) протекает

лишь при наличии в анализируемой кис- осушают перед измерением влажности лородсодержащей газовой смеси водоро- до ионизации.

да, изменение влажности однозначно определяет концентрацию водород; п анализируемой смеси.

Операция сушки анализируемого газа перед подачей его в зону иотгиза- ции поз1золяет исключить ограпиче1пю в определении концентрации водорода при абсолютной влажности исходной смеси, близкой к максш альному значению или в случае большой концентраци водорода и повысить тем самым точность и достоверность определения.. концен 1;рацни водорода путем устранения этой погрешности, а также расширить диапазон определяемых концентраций.

Чувствительность способа определяется чувствительностью пр1-иченяеь&гх датчиков влажности и может достигать 10- г/м

Способ может служить основой для

(1)

ируе е леку ассоздания малогабаритных, точных и практически безынерционных приборов Дп определения утечек водорода в энергетических установках, сигнализа

торов взрывоопасной ситуации, экспресс-анализаторов водорода в газовых смесях.

обра30

(2)

Формула изобретения

концентрации, измеряют влажность газовой смеси до и после зоны ионизации, а о концентрации водорода судят по разности этих значений.

осушают перед измерением влажности до ионизации.

/

II

смесь

чЧ ЧХГЧ

1 2

L

/asoScfA смесь

V. ч ч чХХ С У V ч v ч

в 5

/

У

Газа8оя смесь

N/

иВых.

фиа.1

Ю

Л

9 5

ml V

I

/

Газовал смесь

.

vCvvCvV C

l/Sb/X.