Способ избирательного измерения концентрации компонентов горючей смеси Советский патент 1991 года по МПК G01N27/16 

сти (КАП) датчика, температура которой меньше температуры окисления сопутствующего компонента с более высокой температурой окисления.

Датчик помещают в камеру с газонепроницаемой стенкой с каталитически активной поверхностью, нагревают эту поверхность, выжигание неизмеряемых компонентов проводят на этой поверхности камеры датчика, каталитическая активность которой не превышает каталитической активности поверхности датчика.

Сущность способа состоит в следующем,

Анализируемую смесь горючих компонентов разбавляют газом-окислителем, на- пример воздухом, до суммарной концентрации горючих компонентов в газовоздушной смеси равной преимущественно 1-2 об. %. Газовоздушную смесь подают к реакционной камере термокаталитического датчика. Реакционную камеру выполняют газопроницаемой, например пористой. Поверхность камеры пропитывают катализатором, например платино-палладиевым. Камеру датчика нагревают (например, с помощью нагревателя, встроенного в стенку камеры) до температуры, не превышающей температуру начала окисления (т.и.о.) измеряемого компонента и с помощью катализатора, нанесенного на поверхность газопроницаемой камеры, выжигают низкотемпературные сопутствующие компоненты анализируемой смеси.

В реакционной камере устанавливают термокатэлитическмЛ датчик, например, выполненный в виде цилиндра со встроенным в него нагревателем - термометром. На по- аерхность датчика также наносят катализатор, например платино-палладиевый. Датчик нагребают до температуры окисления измеряемого компонента. Рабочие температуры камеры и датчика стабилизируют путем регулирования тока (напряжения), раздельно подводимых к их нагревателям.

При подаче к камере датчика газовоздушной анализируемой смеси неизмеряемые низкотемпературные компоненты выжигают на поверхности (и/или к стенке) камеры. Появляющийся при этом тепловой эффект выжигания (повышение температуры к.а.п. камеры) компенсируют путем уменьшения тока (напряжения), подаваемого на нагреватель камеры.

Оставшуюся смесь диффузионным путем через стенку камеры подают к к.а.п. датчика. Измеряемый компонент смеси окисляют с помощью нанесенного на поверхность датчика катализатора. Появившийся при этом тепловой эффект (повышение температуры датчика) компенсируют путем уменьшения тока (напряжения), подводимого к нагревателю датчика. По уменьшению тока (напряжения) на нагревателе датчика

судят о концентрации измеряемого компонента. Рабочую температуру датчика выбирают таким образом, чтобы на нем подгорали высокотемпературные сопутствующие компоненты анализируемой сме0 си.

Перед измерениями датчик калибруют путем подачи к нему эталонной газовоздушной смеси, содержащей заданную концентрацию измеряемого компонента, например,

5 1 об. %.

На чертеже показано устройство, с помощью которого реализуют способ.

На газопроницаемой, например цилиндрической, стенке 1 камеры датчика с нане0 сенным на нее катализатором установлен нагреватель 2 камеры датчика. Термокаталитический датчик 3 со встроенным в него нагревателем - термометром 4 закреплен в тепло- и электроизоляционных торцовых

5 стенках 5 реакционной камеры, в месте б крепления выводов нагревателя - термометра А.

Термокаталитический датчик 3 формируют в виде цилиндра из окиси алюминия

0 диаметром 1,5-2 мм, длиной 5-6 мм. Внутрь датчика впрессовывают нагреватель-термометр в виде цилиндрической спирали из 36 витков платиновой проволоки диаметром 0,03 мм. Поверхность датчика пропитывают

5 мелкодисперсным платино-палладиевым катализатором. Разброс размеров датчика обусловлен особенностями технологии его изготовления.

Реакционную камеру датчика формиру0 ют в виде полого цилиндра из газопроницаемого, например, пористого материала внутренним диаметром 10-20 мм, длиной 15-35 мм и толщиной 2-5 мм. Минимальные значения внутреннего диаметра реакцион5 ной камеры и ее длины ограничены требованиям равномерного распределения температуры внутри камеры и на поверхности датчика при их нагреве, а также размерами датчика. Максимальные размеры

0 реакционной камеры (диаметр и длина) ограничены величиной электрической мощности, расходуемой на ее нагрев до требуемой температуры.

Толщину газопроницаемой стенки вы5 бирают из условия практически полностью выжигания неизмеряемых горючих компонентов смеси на каталитически активной поверхности камеры и (или) в объеме ее стенки, также пропитанной катализатором, при диффузионном поступлении смеси че

рез стенку камеры к датчику. Так, например, при повышенных концентрациях неизмеряемых компонентов в анализируемой смеси (2-5 об. %) для полного их выжигания требуется увеличение толщины газопроницаемой стенки до 5 мм.

Последовательность операций в примере реализации способа проверялась на метано- водородной горючей смеси. Измеряемый компонент в этой смеси метан. Сопутствую- щий неизмеряемый компонент - водород. Анализируемую горючую смесь разбавляют воздухом до суммарной концентрации горючих компонентов в газовоздушной смеси 1 об. %. Температуру к.а.п. реакционной камеры устанавливают и стабилизируют на уровне 100°С. Температуру к.а.п. датчика устанавливают и стабилизируют на уровне 400°С. Перед измерениями к реакционной камере подают эталонную 1 об. %-ную во- дородовоздушную смесь. При этом напряжение питания нагревателя-термометра датчика остается без изменений. Это значит, что водород полностью выжигается на поверхности камеры и не поступает к датчику. Это подтверждает работоспособность предлагаемого способа измерений. К реакционной камере подают и измеряют напряжение питания нагревателя - термометра датчика идо. Затем к реакционной камере подают анализируемую газовоздушную смесь. Водород этой смеси выжигают с помощью катализатора, нанесенного на поверхность газопроницаемой камеры. Метан анализируемой смеси диффузионным путем через газопроницаемую стенку камеры подают к датчику и окисляют с помощью платино-палладиевого катализатора, нанепопоооо

6 б и Ъ 6 ею 6 и и 6

сенного на поверхность датчика. Появившийся при этом тепловой эффект окисления (повышение температуры датчика) компенсируют путем уменьшения напряжения питания нагревателя - термометра датчика. Напряжение питания датчика уменьшают до достижения ранее заданной ему температуры - 400°С. Измеряют напряжение питания нагревателя - термометра датчика 1)дг при окислении метана. По разности напряжения Лид 1)дг - Удо судят о концентрации измеряемого компонента, в приведенном примере - метана. Формула изобретения Способ избирательного измерения концентрации компонентов горючей смеси, включающий удаление из смеси перед анализом части сопутствующих горючих компонентов путем их избирательного выжигания на каталитически активной поверхности и измерение концентрации анализируемого компонента по тепловому эффекту его беспламенного окисления на каталитически активной поверхности датчика, температура которой меньше температуры окисления сопутствующего компонента с более высокой температурой окисления, отличаю щи й- с я тем, что, с целью повышения селективности, чувствительности и точности измерений, датчик помещают в камеру с газопроницаемой стенкой с каталитически активной поверхностью, нагревают эту поверхность, выжигание неизмеряемых компонентов проводят на этой поверхности камеры датчика, каталитическая активность которой не превышает каталитической активности поверхности датчика.

3 4

Изобретение относится к области газоаналитического приборостроения и может быть использовано при термохимических методах анализа для измерения концентраций горючих смесей в процессах получения бензинов и сжиженного газа на нефтеперераИзобретение относится к газоаналитическому приборостроению и может быть использовано при термохимических методах анализа для измерения концентраций компонентов горючих смесей в процессах получения бензинов и сжиженного газа на нефтеперерабатывающих предприятиях, в энергетике и других отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение селективности,чувствительности и точности измерений. батывающих предприятиях в энергетике и других отраслях промышленности. Цель - повышение селективности, чувствительности и точности измерений. Способ заключается в удалении из смесей перед анализом части сопутствующих горючих компонентов путем их избирательного выжигания на каталитически активной поверхности, температуру которой поддерживают ниже температуры начала окисления анализируемого компонента и измерения концентрации анализируемого компонента по тепловому эффекту его беспламенного окисления на каталитически активной поверхности датчика. Температура поверхности меньше температуры окисления любого из сопутствующих компонентов с более высокими температурами окисления, выжигание неизмеряемых компонентов проводят на нагреваемой каталитически активной, газопроницаемой поверхности камеры датчика. 1 ил. Способ избирательного измерения концентрации компонентов горючей смеси заключается в удалении из смеси перед анализом части сопутствующих горючих компонентов путем их избирательного выжигания на каталитически активной поверхности, температуру которой поддерживают ниже температуры начала окисления анализируемого компонента, и измерении концентрации анализируемого компонента по тепловому эффекту его беспламенного окисления на каталитически активной поверхно Ј О 00 N3 ю