ТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР Советский патент 1968 года по МПК G01N25/32 

Данное изобретение относится к термохимическим анализаторам горючих газов, например метана.

Известен термохимический газоанализатор, содержащий источник питания, мостовую измерительную схему и реакционную камеру, сообщающуюся с анализируемой средой, в которую заключен термохимический датчик, представляющий собой полый цилиндрик из Y-ОКИСИ алюминия, поверхность которого покрыта смесью платины и палладия (li/g Pt и 1о/о Pd от веса цилиндрика). Снарул и на цилиндрике нарезана резьба, в которой уложена платиновая спираль, выполняющая функции нагревателя и термометра сопротивления.

Особенностью предлагаемого газоанализатора является то, что цилиндрик из у-окиси алюминия выполнен со следующими соотношениями размеров: отнощение длины цилиндрика к наружному диаметру равно 1 : (0,65- 0,85), наружного диаметра к внутреннему (2,8-3,2) : 1, шага намотки спирали и диаметру наматываемой нити (2,5-3,5) ; 1. Выбор указанных соотношений размеров датчика обеспечил возможность автостабилизации мостовой измерительной схемы, что, в конечном счете, привело к упрощению газоанализатора и уменьшению его веса.

лизатора включен контактный милливольтметр с двумя группами контактов, одна из которых служит для сигнализации о критической концентрации анализируемого газа, а другая - для контроля исправности мостовой схемы.

Кроме того, предлагаемый газоанализатор отличается тем, что в цепь питания мостовой схемы включен контактный вольтметр с подавленным нулем, который контролирует степень разрядки источника питания.

И, наконец, в измерительной схеме газоанализатора применен генератор звуковой частоты, подключенный к контактам милливольтметра и вольтметра, занил енный ток звуковой частоты которого подается на сирену.

На фиг. 1 представлена конструкция чувствительного элемента; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема газоанализатора.

Полый цилиндрик / датчика изготовлен из Y-ОКИСИ алюминия, его размеры: наружный диаметр D 1,5 мм, внутренний d 0,6 мм, длина 22 мм. Для придания цилиндрику каталитических свойств на него химическим путем наносится смесь платины и палладия (1% Pt и lo/o Pd от веса цилиндрика). Снаружи на цилиндрике нарезана резьба (шаг 0,2 мм, глубина канавки 0,1 мм), в которую укладывается пять витков платиновой нити диаметром 0,07 мм. Концы платиновой спирали продеваются через отверстия в стенке цилиндрика и привариваются к стойкам. Платиновая спираль одновременно выполняет функции термометра сопротивления и нагревателя. Сопротивление ее вместе с концами при температуре 20°С составляет 0,8 ом. Проходящий через платиновую спираль ток (0,6 а) создает на поверхности каталитического элемента температуру порядка 500°С, достаточную для того, чтобы на поверхности каталитического элемента происходила реакция окисления метана, но недостаточную для того, чтобы реакция шла на самой спирали. Температурный режим выбран также из условия невозможности перегорания платиновой нити при сколь угодно больших концентрациях метана.

При появлении метана в анализируемой среде он окисляется на чувствительном элементе с выделением тепла, пропорционального концентрации СН4; выделившееся тепло, в свою очередь, повышает начальную температуру чувствительного элемента и величину сопротивления платиновой спирали.

В качестве измерительной схемы, фиксирующей изменения сопротивления платиновой нити, в предлагаемом метан-реле использован неуравновешенный мост. Рабочим плечом / моста служит платиновая спираль чувствительного элемента. Сравнительным плечом 2 моста служит платиновая спираль, намотанная на сравнительный элемент, представляющий собой цилиндрик из уОкиси алюминия, совершенно одинаковый по геометрическим размерам с чувствительным, но не имеющий активного платина-палладиевого покрытия (метан па таком цилиндрике не горит). Два других плеч.а 3 и 4 мостовой измерительной схемы берутся постоянными и изготовляются нз манганиновой проволоки. Чтобы исключить влияние внешних факторов (например, изменения окружающей температуры, влажности, давления, неизмеряемых газовых компонентов),, рабочий и сравнительный элементы помещены в общую реакционную камеру, которая сообщается с анализируемой средой. Газовая смесь поступает в реакционную камеру естественно, за счет диффузии и конвекции. Для защиты от попадания в реакционную камеру крупных частиц ныли на пути движения анализируемой смеси установлен фильтр из металлических сеток и капроновой ткани, кроме того, для обеспечения взрывобезопасности нагретых свыше 200°С рабочего и сравнительного элементов реакционная камера защищена двухрядной взрывозащитной сеткой.

В измерительную диагональ мостовой схемы включен контактный милливольтметр 5, отградуированный в процентах СН. При критическом содержании СН в воздухе () стрелка милливольтметра отклоняется до конца шкалы, при этом замыкаются контакты 6, через которые включается сирена и сигнальная красная лампочка. Шкала милливольтметра отградуирована на два предела: рабочий охватывает диапазон от О до 2Vo СН, и аварийный от О до CHj,. Нормально, до подачи аварийного сигнала, прибор работает на шкале О-2% CHi, так как при СН4 вся щкала исчерпана н стрелка упирается в правый неподвижный контакт; можно нажатием кнопки К. перевести измерения метана на шкалу О-4о/о СН4, при этом милливольтметр

5шунтируется калибровочным сопротивлением 7, что приводит к загрублению милливольтметра.

Сигнализация при аварийной концентрации метана осуществляется следующим образом: в схеме имеется генератор звуковой частоты

(2000 гц), собранный на триоде 8 (П15), который все время работает. При 2о/ СН4 милливольтметр своими контактами 6 подключает обмотку 9 трансформатора 10 к первичной обмотке П понижающего трансформатора /2,

вторичная обмотка которого подсоединена ко входу усилителя, собранного на триоде 13 (П201А). В результате, колебания генератора, усиленные этим триодом, поступают в первичную обмотку согласующего трансформатора 14, заставляя работать сирену 15 и красную лампу 16.

В случае обрыва или короткого замыкания одного из плечей моста стрелка указателя метана зашкаливает в ту или иную сторону и

замыкает правый или левый неподвижные контакты милливольтметра, установленные в начале и конце щкалы, в обоих случаях та или иная пара контактов 6 или 17 замыкает цепь сигнального устройства и извещает о

неисправности мостовой измерительной схемы. Параллельно контактам 6 и 17 включено постоянное сопротивление il8; его значение выбрано так, что при разомкнутых контактах

6к 17 через обмотку // трансформатора 12 течет небольшой ток, достаточный для того,

чтобы усиленный усилителем сигнал приводил к слабому звучанию сирены. Таким образом, слабое звучание сирены, слышимое только при прикладывании уха к капсюлю, свидетельствует об исправности всех цепей сигнального устройства. Для повышения надежности срабатывания пары контактов 6 на разомкнутых контактах ее всегда поддерживается нанряжение 20 в; чтобы исключить «залипанне контактов, сила тока уменьшена до минимума благодаря наличию трансформатора 12.

Питание мостовой измерительной схемы и сигнального устройства осуществляется от батареи из двух последовательно соединенных герметичных аккумуляторов типа КНГ-10, номинальное напряжение 2,5 в, ток, потребляемый схемой при отсутствии аварийного сигнала, 0,78 а, при наличии сигнала 0,83 а.

Емкость аккумуляторов 10 а-час. Все электрические цепи метан-реле искробезопасны, с коэффициентом искробезопасности 2,5. Искробезопасность обеспечивается за счет неотключаемого и заливаемого эпоксидной смолой огЕмкости аккумуляторов хватает на 10- 12 час непрерывной работы метан-реле, при этом напряжение на входе моста изменяется в интервале от 2,6 до 2,2 в, напряжение аккумуляторной батареи непрерывно контролируется контактным вольтметром 20, выполненным с подавленным н-ул-ем; При падении напряжения до 2,2 в, вольтметр замыкает своими контактами цепь лампы 21 (1 в, 0,075 а, которая при этом освещает шкалу вольтметра и тем самым;сигнализирует о разряде аккумулятора ниже допустимого уровня.

Для обеспечения надежного срабатывания контактов 22 на нихпоследовательно с напряжением аккумулятора подается специально более высокое напряжение от обмотки 9 генератора звуковой частоты через ограничивающее сопротивление 23. Диоды 24 препятствуют замыканию тока обмотки 2 через лампу 21 и аккумулятор. Выключате пь 25 служит для отключения схемы прибора от аккумулятора при зарядке последнего и когда прибором не пользуются в течение длительного времени.

Предмет изобретения

1. Термохимический газоанализатор, содержащий источник питания, мостовую измерительную схему и реакционную камеру, сообщающуюся с анализируемой средой, в которую заключен термохимический датчик, представляющий собой полый цилиндрик из Y-ОКИси алюминия, на поверхности которого наи:;сена смесь платины и палладия и уложена платиновая спираль, выполняющая функции нагревателя и термометра сопротивления, ог5 личающийся тем, что, с целью обеспечения автостабилизации мостовой схемы и упрощения конструкции газоанализатора, цилиндрик из Y-окиси алюминия выполнен со следующими соотношениями размеров: отнощение длины цилиндрика к его наружному диаметру равно 1; (0,65-0,85), наружного диаметра к внутреннему (2,8-3,2) : 1, шага намотки спирали к диаметру наматываемой нити (2,5-3,5):.

2.Газоанализатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности сигнализации о критической концентрации анализируемого газа и контроля исправности мостовой схемы, в измерительную диагональ схемы включен контактный милливольтметр с двумя группами контактов.

3.Газоанализатор по пп. 1-2, отличающийся тем, что, с целью контроля степени разрядки источника питания, в цепи питания включен контактный вольтметр с подавленным нулем.

4.Газоанализатор по пп. 1-3, отличающийся тем, что, с целью контроля исправности схемы сигнализации, в нем применен генератор звуковой частоты, подключенный к контактам милливольтметра и вольтметра, заниженный ток звуковой частоты которого подается на сирену.