Индикатор водорода Советский патент 1992 года по МПК G01N25/14 

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для измерения парциального давления водорода в смеси с другими газами. Целью изобретения является расширение диапазона измерения давления водорода.

Наиболее близким техническим решением является индикатор водорода, состоящий из тепловой трубы, содержащей зоны испарения и, конденсации, обогреваемые мембраны,пропускающие водород и расположенные в зоне испарения и за зоной конденсации, измерительную камеру и тракт возврата водорода.

Индикатор водорода работает следующим образом.

Обезгаживают и разогревают измерительную камеру. Разогревают теплоноситель тепловой трубы, который, испаряясь, захватывает водород из исследуемого объема, транспортирует его через мембрану, расположенную за зоной конденсации в измерительную камеру, где измеряют его давление. Часть водорода через мембрану, расположенную в измерительной камере, возвращается по трубопроводу в исследуемый объем, чем осуществляется обратная

связь, Наличие возвратного трубопровода позволяет индикатору реагировать на уменьшение давления в исследуемом объеме.

Недостатком устройства является узкий диапазон измерения давления водорода в исследуемом объеме. Этот недостаток свойственен всем индикаторам работающим в режиме усилителя, т.е. когда давление в исследуемом объеме индикатором усиливается в измерительном объеме и измеряется уже усиленное давление. Такие индикаторы работают в диапазоне давлений водорода в исследуемом объеме от до 20 Торр. При этих давлениях в исследуемом объеме давление водорода в измерительном объеме может достигать до 760 Торр. в зависимости от теплоносителя тепловой трубы и температуры его в испарительной части. Этот факт можно отнести к достоинствам, т. к. они обладают большим коэффициентом усиления, который падает по мере увечичения давления в исследуемом объеме, а затем индикатор перестает работать, т.к. газовая пробка полностью перекрывает холодильник и теплообмен прекращается.

(Л

с

XI

4 К xl О

.&.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения давления водорода в исследуемом объеме.

Поставленная цель достигается тем, что в индикаторе водорода, включающем тепловую трубу, обогреваемые водородопрони- цаемые мембраны на торцах тепловой трубы, тракт возврата водорода из зоны конденсации тепловой трубы в анализируемую среду по крайней мере две термопары вдоль корпуса тепловой трубы, полость мембраны, расположенной в зоне испарения, со стороны участка с анализируемой средой снабжена запорным устройством,

Предлагаемое устройство по сравнению с известным может не только выполнять его функции, как усилителя давления водорода в анализируемой среде, но и имеет возможность подавать водород в зону холодильника тепловой трубы (в измерительную часть индикатора) и измерять его давление в соотношении 1:1, т.е. давление водорода в анализируемой среде равно давлению водорода в тепловой трубе, следовательно, заявленное техническое решение отвечает критерию существенные отличия

На чертеже изображен индикатор водорода, продольный разрез Индикатор водорода состоит из корпуса 1 с пористой структурой 2, на торцах корпуса установлены водородопроницаемые мембраны 3 и 4, верхняя мембрана обогревается нагревателем 5, нижняя обогревается теплоносителем тепловой трубы, который обогревается нагревателем б, Индикатор водорода снабжен холодильником 7, отсеченным вентилем 8 от исследуемого объема 9 и возвратным патрубком 10. В зоне холодильника установлена термопара 11, в зоне ис- парителя термопара 12. Индикатор водорода работает следующим образом. Измерение малых давлений водорода в диапазоне Торр. Включают в работу нагреватели 5 и б при открытом отсечном устройстве 8. Водород, проникший из исследуемого объема через мембрану 3, захватывается парами теплоносителя тепловой трубы и транспортируется к верхней мембране 4, пары конденсируются в зоне конденсатора 7 и по пористой структуре 2 и корпусу 1 теплоноситель возвращается в зону испарителя. Водород, накапливаясь в зоне холодильника 7, блокирует доступ к нему ларовтеплоносителя тепловой трубы,температура, фиксируемая термопарой 11 по сравнению с температурой 12 будет падать. Этот процесс будет идти до установления равновесия притока через мембрану 3 и убыли через мембрану 4 водорода, при этом

устанавливается равновесное состояние по

давлению водорода и температуре вдоль

тепловой трубы, а разность температур бу, дет постоянной. Установившийся перепад

температур будет пропорционален давлению водорода в исследуемом объеме 9, что и фиксируют анализаторы водорода-термопары 12 и 11.

Процесс роста давления водорода в

0 верхней полости тепловой трубы, а следовательно, падения температуры по датчику 11, при росте давления водорода в исследуемом объеме 9 будет продолжаться до давления, которое определяется давлением

5 насыщенных паров теплоносителя тепловой трубы при температуре, определяемой термопарой 12. Дальнейший подъем давления водорода возможен только за счет увеличения температуры теплоносителя

0 тепловой трубы, следовательно, давления насыщенных паров теплоносителя. Следующий этап работы индикатора водорода заключается в измерении давления водорода в исследуемом объеме и в индикаторе в со5 отношении 1:1. достигается это перекрытием мембраны 3 запорным вентилем 8. После отсечения мембраны 3 от исследуемого объема 9, доступ водорода к последней прекращается, водород из верхней полости

0 тепловой трубы вытесняется парами теплоносителя в исследуемый объем 9 по патрубку 10 до давления равного давлению в исследуемом объеме. По мере роста давления водорода в исследуемом объеме 9 водо5 род через мембрану 4 будет поступать в полость тепловой трубы, датчики 11 и 12 будут фиксировать истинное {не усиленное) давление водорода в исследуемом объеме. За базовый образец можно принять индика0 тор водорода /1/, посравнению с ним предлагаемый индикатор водорода имеет более широкий диапазон измерения давления водорода в исследуемом объеме, при этом давление водорода в исследуемом объеме и

5 в объеме тепловой трубы равны между собой. Такие качестве у базового образца отсутствуют.

Формула изобретения Индикатор водорода, включающий под0 соединенную к измерительному участку тепловую трубу, обогреваемые водородопроницаемые мембраны на торцах тепловой трубы, размещенные коаксиально ей, тракт возврата водорода в анализируемую среду,

5 вынесенный из полости тепловой трубы, о т- личающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений он снабжен запорным вентилем, размещенным перед водородопроницаемой мембраной со стороны измерительного участка.

Использование: техника выборочного анализа многокомпонентных газовых смесей и выделения водорода из этих смесей. Индикатор водорода включает в себя тепловую трубу, обогреваемые водород проницаемые мембраны на торцах трубы, две термопары вдоль тепловой трубы, циркуляционный контур, одна из мембран содержит запорное устройство. Преимуществом предлагаемого индикатора водорода является более широкий диапазон измерения, 1 ил.