Устройство для термохимического анализа газов Советский патент 1989 года по МПК G01N27/16 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при исследованиях тепловых эффектов химических реакций, определении точек фазовых переходов газожидкостных и жидкостных систем и для создания образцовьк аналитических средств в химической, нефтехимической и других отраслях промьш- ленности.

Цель изобретения - повьшение точности анализа за счет повышения относительной чувствительности выходного сигнала к изменению концентрации анализируемого компонента газовой смеси.

На чертеже показана схема устройства для термохимического анализа водорода в газовых смесях.

Устройство содержит установленный на патрубке 1 подачи газовой смеси электромагнитный клапан 2. Патрубок 1 сообщается с реакционной камерой 3 для каталитического окисления, за- полненной гранулами палладиевого катализатора. Последовательно с клапаном 2 на патрубке 1 установлены пневматические дроссели 4 и емкость 5, а после камеры 3 патрубок отвода газовой смеси. Измеритель температуры выполнен в виде газонаполненного термометра расширения с баллоном 6, сообщающегося со снабженным жидким затвором 7 из электропроводной жидкости (ртути) стеклянным капилляром 8. В капилляре 8 параллельно его оси с зазором одна относительно другой закреплены две платиновые нити 9,

4

05

4 00

31467482

имеюшяе электрический -контакт через затвор 7. Реакционная камера 3 помещена в баллоне 6, заполненном парами этанола. Платиновые нити 9 вклю- чены в одно плечо неуравноЬешенного моста, составленного также из. постоянных сопротивлений 10 - 12. Измерительная диагональ моста соединена с входами первого кo шapaтopa 13,

второго компаратора 14, множительного устройства 15 и .дифференцирующего устройства 16.

Выход дифференцирующего устройства 16 соединен с другим входом множи- 5 тельного устройства 15, Выход мно- зштельного устройства 15 через первый ключ 17 соединен с входом интег- ратора 18, выход которого подключен к -ВХОДУ третьего компаратора 19. При 20 этом выход первого компаратора 13 соединен с S-входом первого триггера 20, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа 17, а выход второго компаратора 14 соеди- 25 нен с R-входом первого триггера 20, R-входом второго,триггера 21 и S-входом третьего триггера 22. Выход третьего компаратора 19 соединен чеувеличивается во времени. Тепло экзотермической реакции окисления водорода на палладиевом катализаторе воспринимается парами этанола, заключенного в баллон б термометра рас- umpeifflH. В результате объемного расширения паров жидкий затвор 7 перемещается по капилляру 8 вдоль платиновых нитей 9-, имеющих электрический контакт через жидкий затвор, например, ртуть. Поэтому электрическое со- противле1ше переменного резистора, образованного платиновыми нитями 9 и жидким затвором 7, помещенными в капилляр 8, изменяется, а именно уменьшается. Изменение этого сопротивления происходит пропорционально изменению температуры в реакционной камере 3. При этом температура в реак ционной камере 3 увеличивается . во времени из-за увеличе}шя расхода смеси через эту камеру. Поэтому увеличивается напряжение небаланса мостовой схемы, составленной из упомянутого переменного резистора и постоянных резисторов 10-12.

При достижении напряжением небаланса мостовой схемы заданного знаJL Р СЧ ilJCi и iXWI lii.ci.. i- л - jj s- - f - -г-л

рез устройство 23 выдержки на появле-зо чения, которое соответствует нижнему

,,„., г т-тгтг, ГЭ ПТТО TLTTjri-Cr ТЯГ Q R Р Г Т НПИ ) TSM

кие сигнала с S-входом второго триг- гера 21, выход которого подключен к

исполнительному механизму 24 элект- .ромагнитного клапана 2. Выход ком

значению заданной (известной) температуры, срабатывает компаратор 13. Выходной импульс компаратора 13 пере брасывает триггер 20 в состояние

РОМаГНИТНО и i Jlctlicina. i. . 1.,/-,-f

паратора 19 соединен также с R-входом Лог. 1, поэтому закрывается ключ . „ оо г,г. тгптпппгп 17 И на ВХОД интегратора 1 начина

третьего триггера 22, выход которого соединен с управляюп ям входом второго ключа 25, через который вход интегратора 18 соединен также с пер- вым входом логического элемента И 26, др второй вход которого соединен с генератором 27 импульсов ставдартной частоты. Выход логического элемента 26 соединен со счетчиком 28 и1-1пуль- сово Электромагнитный клапан 2,45

пневматический дроссель 4, пневматическая емкость 5 и реакционная камера 3. соединены последовательно. Устройство работает следующим

образом.50

Импульс запуска переводит триггер 21 в состояние Лог. 1, что приводит к открытию электроклапана 2 на патрубке 1 подачи газовой смеси в реакционную камеру 3 через последо- вательно установленные пневматический дроссель 4 и пневматическую | емкость 5. Поэтому расход газовой смеси через реакционную камеру 3

17 и на вход интегратора 18 начинает поступать сигнал с выхода множительного устройства 15, равный произведению сигнала, пропорционального те1шературе, поступающего с мостовой схемы на один вход множительного устройства 15, на сигнал, пропорциональный скорости изменения температ- туры, поступающий на другой вход мнойсительного устройства 15 и дифференцирующего устройства 16, вход которого соединен с измерительной диагональю мостовой схемы.

Напряжение на вход интегратора 18 через ключ 17 с выхода множительного устройства 15 поступает до тех пор, пока напряжение небаланса мостовой схемы достигнет другого заданного значения, которое соответствует верх нему значе шю зад-анной (известной) температуры. В этот момент времени срабатывает компаратор 14. Выходной импульс компаратора 14 перебрасывае

увеличивается во времени. Тепло экзотермической реакции окисления водорода на палладиевом катализаторе воспринимается парами этанола, заключенного в баллон б термометра рас- umpeifflH. В результате объемного расширения паров жидкий затвор 7 перемещается по капилляру 8 вдоль платиновых нитей 9-, имеющих электрический контакт через жидкий затвор, например, ртуть. Поэтому электрическое со- противле1ше переменного резистора, образованного платиновыми нитями 9 и жидким затвором 7, помещенными в капилляр 8, изменяется, а именно уменьшается. Изменение этого сопротивления происходит пропорционально изменению температуры в реакционной камере 3. При этом температура в реак ционной камере 3 увеличивается . во времени из-за увеличе}шя расхода смеси через эту камеру. Поэтому увеличивается напряжение небаланса мостовой схемы, составленной из упомянутого переменного резистора и постоянных резисторов 10-12.

При достижении напряжением небаланса мостовой схемы заданного значения, которое соответствует нижнему

, г т-тгтг, ГЭ ПТТО TLTTjri-Cr ТЯГ Q R Р Г Т НПИ ) TSM

значению заданной (известной) температуры, срабатывает компаратор 13. Выходной импульс компаратора 13 перебрасывает триггер 20 в состояние

-f

Лог. 1, поэтому закрывается ключ 17 И на ВХОД интегратора 1 начина

17 и на вход интегратора 18 начинает поступать сигнал с выхода множительного устройства 15, равный произведению сигнала, пропорционального те1шературе, поступающего с мостовой схемы на один вход множительного устройства 15, на сигнал, пропорциональный скорости изменения температ- туры, поступающий на другой вход мнойсительного устройства 15 и дифференцирующего устройства 16, вход которого соединен с измерительной диагональю мостовой схемы.

Напряжение на вход интегратора 18 через ключ 17 с выхода множительного устройства 15 поступает до тех пор, пока напряжение небаланса мостовой схемы достигнет другого заданного значения, которое соответствует верхнему значе шю зад-анной (известной) температуры. В этот момент времени срабатывает компаратор 14. Выходной импульс компаратора 14 перебрасывает

триггер 21 в состояние Лог О, подготовив его тем самым к приходу следующего импульса запуска измерительной схемы, и триггер 20 также в состояние Лог. О, позтому ключ

17открывается и вход интегратора 18 оказывается отключенным от входа множительного устройства 15.

При этом этот же импульс компаратора 14 перебрасывает триггер 22 в состояние Лог. 1, поэтому замыкается ключ 25 и на вход интегратора

18начинает поступать эталонное напряжение, полярность которого противоположна полярности напряжения с множительного устройства 15. Поэтому напряжение на входе интегратора начинает уменьшаться. Одновременно, та как триггер 22 находится в состоянии лог. 1, через логический элемент

И 26 на вход счетчика 28 с генератора 27 поступают импульсы стандартной (известной) частоты и подсчиты

к

10

15

20

в состояние Лог. 1, а электроклапан 2 на линии подачи газовой смеси открьгоается и начинается другой измерительный цикл. Циклы повторяются один за другим согласно описанному.

Формула изобретени)

Устройство для термохимического анализа газов, содержащее реакционную камеру для каталитического окисления с патрубками для подвода и отвода газовой смеси и измеритель температуры, Бьтолненный в виде газонаполненного термометра расширения, содер жащего баллон, в который помещена реакционная камера и который .сообщается с капилляром, снабженным жидким затвором5, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности анализа за счет повышения относительной чувствительности выходного сигнала к изменению концентрации анализируемого компонента га

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при исследовании тепловых эффектов химических реакций и для создания образцовых аналитических приборов. Изобретение позволяет повысить точность и чувствительность измерений. Устройство содержит реак- щюнвую камеру, измеритель температуры, дифференцирующее и множительное устройства, интегратор, компа- раторы, RS-триггеры, генератор стандартных импульсов, счетчик импульсов, и источник эталонного напряжения, а также электромагнитньвЧ клапан, пневматический дроссель и емкость, обеспечивающие увеличение расхода через реакционную камеру. Гил. (Л

35

ваются им до тех пор, пока напряжение 25 зовой смеси, на патрубке подвода га- на выходе интегратора 18 уменьшится до заданного (известного) значения. В этот момент времени срабатывает компаратор 19.

Выходной импульс компаратора 19 перебрасывает триггер 22 в состояние Лог. О, импульсы с генератора 27 перестают проходить на счетчик 28, в памяти которого записан таким образом цифровой код, функционально связанные с концентрацией анализируемого компонента газовой смеси. Один цикл измерения поэтому заканчивается. При этом одновременно выходной импульс компаратора 19 поступает на вход устройства 23 выдержки на появление сигнала. Это устройство 23 обеспечивает вьщержку времени, в течение которого реакционная камера 3 остынет до первоначальной температуры, так как с момента времени, когда на выходе триггера 21 появился сигнал по команде с компаратора 14, соот- ветствуюш;ий Лог. О, электроклапан 2 на линии подачи газовой смеси закрьшся, и поэтому, газовая смесь прекратила поступление в реакционную камеру 3,

Таким образом, через заданную выдержку времени после nocTynjiteHHH сигнала с компаратора 19 на- выходе устройства 23 вьщержки на появление сигнала появляется импульс напряжения, по которому триггер 21 переходит

зовои смеси установлены последовательно расположенные электромагнитный клапан, дроссель и пневматическая емкость, жидкий затвор выполнен

30 из электропроводящей жидкости, а в капилляре параллельно его оси закреплены с зазором одна относительно другой, две платиновые нити, включенные в одно из плеч неуравновешенного моста, измерительная диагональ которого соединена с входами двух компа-- раторов, двумя.входами множительного устройства и двумя входами дифференцирующего устройства, выход которого

40 соединен с третьим входом множительного устройства, выход которого через первый ключ соединен с входом интегратора, выход ко- .торого подключен к входу третьего

45 компаратора, выход первого компаратора соединен с S-входом первого триггера, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, выход второго компаратора соединен с R-входом первого триггера, R-BXO- дом второго триггера и S-входом третьего триггера, выход третьего компаратора соединен через устройство вьщержки на появление сигнала с

gg S-входом второго триггера, выход

которого подключен к исполнительному механизму электромагнитного клапана, а также с R-входом третьего триггера, выход которого соединен с управляю50

зовой смеси, на патрубке подвода га-

зовои смеси установлены последовательно расположенные электромагнитный клапан, дроссель и пневматическая емкость, жидкий затвор выполнен

из электропроводящей жидкости, а в капилляре параллельно его оси закрепены с зазором одна относительно ругой, две платиновые нити, включенные в одно из плеч неуравновешенного моста, измерительная диагональ которого соединена с входами двух компа-- раторов, двумя.входами множительного устройства и двумя входами дифференцирующего устройства, выход которого

соединен с третьим входом множительного устройства, выход котоого через первый ключ соединен с входом интегратора, выход ко- орого подключен к входу третьего

компаратора, выход первого компаратора соединен с S-входом первого триггера, выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, выход второго компаратора соединен с R-входом первого триггера, R-BXO- ом второго триггера и S-входом третьего триггера, выход третьего компаратора соединен через устройство вьщержки на появление сигнала с

S-входом второго триггера, выход

которого подключен к исполнительному еханизму электромагнитного клапана, а также с R-входом третьего триггера, выход которого соединен с управляю

щим входом второго ключа и с первымты, а его выход подключен к счетчику

входом логического элемента И, это-импульсов, вход интегратора соедирой вход которого соединен с гене-йен с источником эталонного напряратором импульсов стандартной часто- жения через второй ключ.

Редактор Н.Тупица

Составитель В.Екаев Техред М.Дидык

Заказ 1189/41

Тираж 788

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корректор Л.Пилипенко

Подписное