Взрывозащищенный термохимический датчик газового контроля Советский патент 1988 года по МПК G01N27/16 

Изобретение относится к технической физике и электротехнике, например к взрывозащищенному электрооборудованию, и может быть использовано в конструкции особовзрывобезопасных термохимических (термокаталитических датчиков газового контроля, входящих в состав газоаналитических приборов (анализаторов и сигнализаторов), предназначенных для непрерывного автоматического контроля содержания различных горючих газов и паров в атмосфере угольных, нефтяных и других шахт и взрывоопасных производств

Целью изобретения является обеспечение особовзрывобезопасного уровня контроля газовых сред, содержащих взрывоопасные смеси различных категорий и групп.

На фиг. 1 показана реакционная камера с экранами в виде плоских пластин; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - реакционная камера с экранами в виде прямоугольной оболочки с открытыми торцами; на фиг, 4 - сечение Б-Б на -фиг. 3-, на фиг. 5 - реакционная камера со сфери ческими экранамиj на фиг. 6 - сечение В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - реакцион- нал камера с экранами в виде цилиндрической оболочки; на фиг. 8 - сече- ние Г-Г на фиг. 7.

Взрывозащищенный термомеханически датчик газового контроля содержит ре акционную камеру 1 и термоэлементы 2 с искробезопасными цепями 3 питания особовзрывобезопасного уровня. Реакционная камера показана в виде газопроницаемой цилиндрической обо- лочки. Внутри камеры установлены экраны 4 из -газопроницаемого материала, например керамики, образующие полости, в которых помещены термоэлементы. Определяющий размер полости не должен превьпиать гасящего расстояния. Под определяющим размером S полости понимается минимальный ее размер, ограничивающий пространство полости. Например, определяющим размером S полости в виде узкой щели является ширина щели, цилиндрической и сферической полости - ее диаметр, прямоугольной полости - наименьший размер (высота, длина или ширина) и т.д. Исследованиями установлено, что величина гасящего расстояния не зависит от группы смеси, а определяется ее категорией.

г Q

0

5

Поскольку гасящее расстояние зависит от давления и температуры смеси, при выборе значений определяюше- го размера полости учитывают максимальные значения температуры и давления среды, контролируемой датчиком, а также коэффициент безопасности. Для обеспечения нормальной работы термоэлемента размеры полости выбирают такие, чтобы расстояние между термоэлементом и внутренней поверхностью полости бьшо не менее толщины диффузионного пограничного слоя f, в котором реализуется градиент концентраций, существующий на поверхности термоэлемента, и в объеме среды, и происходит основная часть изменения температуры между поверхностью термоэлемента и средой. Толщина диффузионного слоя зависит от формы и размеров термоэлемента и ее определяют расчетным путем. Для термоэлемента сферической формы толщину диффузионного слоя. сГ (мм) определяют из выражения

/ d/CZ-Hn-d ) , где d - диаметр термоэлемента, мм.

В реальных конструкциях датчиков газового контроля определяющие размеры термоэлементов находятся в пределах 0,01-3 мм, а соответств тощие им толщины диффузионного пограничного слоя - в пределах 0,0018-0,0118 мм для термоэлементов сферической формы; 0,0028-0,0057 мм для термоэлементов цилиндрической формы.

Определяющий размер полости S выбирается из условия

d + 2 . с/ . S i 1 , К

где SP - гасящее расстояние для контролируемой взрывоопасной среды, ММ , К - коэффициент безопасности

(1,5-2,5).

Экспериментально установлено, что при помещении источника зажигания в незамкнутую полость, например, между плоскими пластинами, гасящие размеры при малой длине полости уменьшаются при увеличении мощности и энергии источника зажигания. Поэтому термоэлементы, установленные в незамкнутых полостях (узкие щели отверстия) , непосредственно с:ое;;иняющих- ся с основной полостью реакционной камеры, располагают от наружных кро-

мок полости на определенном расстоянии L. Экспериментально установлено, что L 5-12,5 мм.

При величине L 5 мм мощность и энергия источника зажигания не оказывают влияния на величину гасящего размера, что позволяет достигнуть максимального значения гасящего расстояния и упростить изготовление датчика, применив термоэлементы большего размера. Увеличение значения L более 12,5 мм нецелесообразно по условиям инерционности датчика и из-за увеличения габаритов.

Экраны выполняются из газопроницаемого материала, например керамики

Датчик работает следующим образом.

При помещении датчика во взрыве- опасную среду газ через газообменную реакционную камеру 1 проникает в полости к термоэлементам 2. Из-за термокаталитического окислемяя газа на поверхности рабочего термоэлемен- та температура последнего иовывгается однако воспламенейия взрывоопасяой среды не происходит вследствие того, что определяющий размер полостей S принят из условия, исключающего pea- лизацию этой возможности. Конструкция измерительных узлов датчика и принцип измерения не отличаются от известных датчиков газового контроля например метанометров.

Q g

0 5 g

Формула изобретения

Взрывозащищенный термохимический датчик газового контроля, содержащий газообменную реакционную камеру и помещенные в ней термоэлементы с искробезопасными цепями питания особовзрьгообезопасного уровня, о т- личающийся тем, что, с целью обеспечения особовзрьгеобезопас- ного уровня контроля газовых сред, содержащих взрьгаоопасные смеси различных категорий и групп, газообменная реакционная камера снабжена экранами из газопроницаемого материала, образующими полости, в которых установлены термоэлементы, причем определяющий размер каждой полости выбран из условия

d + , к.

где S - определяю1ций размер полости, мм;

d - определяющий размер термоэлемента, MMJ

f - толщина диффузионного пограничного слоя термоэлемента, мм

Sr - гасящее расстояние для контролируемой взрывоопасной среды, мм;

К - коэффициент безопасности, 1,5-2,5.

Изобретение относится к технической физике и электротехнике и может быть использовано во взрывобез- опасных термохимических датчиках контроля сред в угольных, нефтяных и других шахтах, а также во взрьшо- опасных помещениях. Цель - обеспечение особовзрывобезопасного уровня контроля газовых сред, содержащих взрывоопасные смеси различных категорий и групп. Датчик содержит камеру, в которой размещены газопроницаемые экраны, образующие полости. В этих полостях установлены термоэле-§ менты. Взрывобезопасность обеспечи- вается выбором гасящего расстояния wr от края полости до термоэлемента. 8 ил.

9и,г.1

9иг.2

PW.2.3

В Б

Ри.г

9 иг. 6

Т-г

9iiz.8