Датчик для определения концентрации водорода в газах Советский патент 1980 года по МПК G01N27/06 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может применять ся в газовой, химической и других отраслях промышленности для определения содержания водорода в газовых смесях. Известен датчик для определения концентрации водорода в газах с палла- диевым чувствительным элементом JL . Он состоит из измерительной камеры с входным и вьосодным штуцерами, в которой установлены включенные в мостовую измерительную схему чувствительные элементы - рабочий и сравнительный. Рабочий элемент изготовлен из палладиевой проволоки и размещен в проточной ячейке измерительной камеры. Сравнительный: элемент или изготовлен из палладиевой проволоки и размещен в непроточной ячейке, или изготовлен из проволсжи, не поглощающей водород, и размещен вместе с рабочим элементом. Чувствительные эл менты намотаны на электроизоляционный стержень, установленный соосно с корпусом измерительной камеры. Анализируемый газ проходит через кольцевсй зазор между стержнем и внутренней поверхностью камеры, омывая чувствительные элементы. Рабочий элемент поглощает водород, что приводит к изменению его сопротивления и к соответствующему изменению полезного сигнала на выходе мостовой измерительной схемы. Известный датчик инерционен и имеет невысокую точность. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик для определения концентрации водорода в газах, содержащий корпус, в котором размещена измерительная камера, вьтолненная в виде множества соединенных между собой на входе и выходе параллельных каналов с установленными в них электроизоляционными трубками, в которых челночно уложены включенные в мостовую измерительную схему чувствительные элементы - рабочий, изготовленный из проволоки, поглощающий водород, и сравнительный. - 3 изготовленный из проволоки, не поглощающей водород , Этому датчику также присущи недостатки детектора теплопроводности и он имеет невысокую точность. Кроме того, вьтолнение в едином корпусе множества .параллельных каналов оптимальной форм и размеров и размещение в них электро изолнрованных от корпуса проволочных чувствительных элементов из-за констру тнвных сложностей трудно реализуемо к практически его точность и быстродейст вие невысокие, а конструкция сложна. Целью изобретения является, повыше ние быстродействия и точности датчика, а также упрощение его конструкции. Достигае;тся это тем, что в датчике для определения концентрации водорода 6 газах, содержащем корпус, в котором размешена измерительная камера, выпол ненная в виде множества соединенных между собой на входе и выходе парал- лельньгх каналов с установленными в нихэлеТГтроизоляцнонными трубками, в которых челночно уложены включенные в мостовую измерительную схему чувствительные элементы - рабочий, изготовленный из проволоки, погло. воцород, и сравнительный, изготовленный из проволоки, не поглощающей водород, в кфпусе герметично установлен цилиндрический Бкладыщ, в котором по двум концентрическим окружностям выполнены каналы, каждый чувствительный , элемент проходит попеременно через каналы внутренней и внешней концентрических окружностей, а электроизоляцион ные трубки, установленные в каналах, выступают из торцов вкладыша на величину, превышающую величину прогиба чувствительного элемента при нагреве до рабочей температуры. Такая конструкция датчика позволяет сократить до минимума объем измерительной камеры, полностью исключить асимметрию и неравномерность потока анализируемого газа по сечению и длине измерительной камеры, равномерно и на более рационально в потоке анализируемого газа уложить в каналах и на торцах проволоки чувствительных элементов, обеспечить полное и равномерное омьшание их анализируемым газом и, тем самым, улучшить метрологические параметры датчика - точность и быстродействие. На фиг. 1 изображена ксшструкдия датчика; на фиг. 2 показано размещение 154 участка проволокн чувстпнтольлого эле- мрнта в канале измс)итольной камерьи Датчик из корпуса 1 с герметично прилега15 шсй к нему крьонкой 2.Внутри корпуса герметнч)1о установлен металлический вкладьаи 3 цилиндрической формь, соединенный с KofnrycoM 1 по плоскости А, либо по пoвepXJ(ocти вкладыша 3.На оси симметрии корпуса I и крышки 2, вьтолнены штуцеры -1 и 5, предназначенные соответственно для входа и выхода анализируемого газа. На вкладыше 3, вдоль его оси симметрии, вь.гпо/шено множество параллельных отверстий G, которые равномерно расположеньг в поперечном сечении вкладьпяа на двух концентричных окружностях 7 и 8, поровну на каждой окружности. Отверстия 6 со стороны входа (штуцер 4) и вькода (штуцер 5) анализируемого газа сообщаются между собой с помощью выточек 9 минимального объема, вьшолненных во вкладыше 3 (либо в корпусе 1 и крышке 2). Для упрощения изготовления во вкладыше 3 большого количества отверстий 6 малого сечения и большой длины он может вьтолняться составным, т. е. собранным по длине из нескольких деталей. В каждое отверстие б плотно вставлены электроизол5щионные трубки 10, изготовленные, например, из стекла. Внутренний диаметр трубок (каналов) равен О,5-О,8 мм. Совокупность каналов трубок Ю и выточек 9 образует измерительную камеру, в которой челночно уложены проволочные рабочий 11 и сравнительный 12 чувствительные элементы. Рабочий элемент 11 изготовлен из палладиевой проволоки, обладающей высокой сорбционной способностью к водороду, а сравнительный элемент 12 изготовлен из проволоки, не поглощающей воДйрод, например из серебра. Проволока рабочего элемента 11 челночно продета через половину трубок 10, через остальные трубки аналогично продета проволока сравнительного элемента 12, при этом отрезки проволоки чувствительных элементов 11 и 12 занимают равное количество трубок 10, установленных Б отверстиях 6, расположенных на окружностях 7 и 8, чередуются через одао отверстие, переходя при каждом перегибе на концах трубок 1О в полсютях 9 с одной окружности на другую. Концы трубок 1О выступают за торцы вкладыша 3 и на HJJX выполнены пазы 13, преллааначеиные для фиксации про волоки чувствительных эломентов в местах перегиба на концах трубок. Размеры выступающих частей трубок Ю и пазов 13 подобраны таким образом, чтобы при минимальном объем полостей 9 исключить замыкание проволоки на корпусе 1, крышке 2, или вкладыше 3 при температурных измене ниях длины проволоки, т. е. электроизолйциотные трубки выступают из тор нов вкладыша на величину, превышающу прогиб чувствительного элемента при нагреве. Челночная намотка каждого чувствительного элемента 11 и 12 в каналах трубок 10, расположенных в сечении измерительной камеры на двух концентричных окружностях 7 и 8, .исключает пересечение проволок элемен тов li и 12 при переходах из одной трубки в другую, поэтому не требуется их электрической изоляции в полостях выточек 9. В каналах трубок 10 проволоки элементов 11 и 12 не прилегают к станка трубок (СМ. фиг. 2), а лишь касаются их в точках перегиба (в пазах 13), располагаясь таким образом полностью в потоке проходящего через измеритель ную камеру анализируемого газа как в каналах трубок Ю, так и в полостях вь ггочек 9. Чувствительные элементы 11 к 12 через герметично установленные в крыш ке 2 .выводы 14 включены в мостовую измерительную схему, а весь датчик термостатируется (на чертеже не показано). При работе предлагаемого датчика анализируемый газ поступает через входной штуцер 4 в полость 9, распределяет по каналам трубок Ю смывает чувствительные элементы 11 и 12, уст новленные в этих каналах и сбрасывает через полость 9 и выходной штуцер 5. Поскольку измерительная камера вьтолнена в виде совокупности узких каналов трубок Ю и выточек 9, то при протека нии анализируемого газа обеспечено активное и равномерное промьшание ее предотвращено образование застойных зон. Водород, находящийся в анализируе мом газе при определенной температуре поглощается рабочим элементом lit и в соответствии с концентрацией водорода изменяется электросопротивление элемеН та 11. Электр1гческое сопротивление элемента 12 остается нeизмeщ ы, вследствие чего на выходе измерительного моста формируется электрический сягнал, пропорциональный концентрации водорода в анализируемой газовой смеси. Кс«струкция предложенного датчика для определения концентрации водорода проста и позволит увеличить быстродействие и точность измерения содержания водорода в газовых смесях при значи- нтельном сокращении расхода анализируемого газа, что во многих случаях является определяющим фактором. Формула изобретения Датчик для определения концентрации водорода в газах, содержащий корпус, в котором размещена измерительная камера, вьтолненная в виде множества соединённых межау собой на входе и выходе параллельных каналов с устав- , ленными в них электроизоляционными трубками, в которых челночно уложеиьт включенные в мостовую нзмер 1тельн5то схему чувствительные элементы - рабочий, изготовленный из проволоки, поглощающей водород, и сравнительный, изготовленный нз проволоки, не погло-щающей водород, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в корпусе герметично установлен цил шдрр1ческий вкладыш, в котором по двум ,ко щонтрическйм окружностям вьтолнены каналы, каждый чувствительный элемент проходит пoпepe feннo через каналы внутренней и внешней концентрических окружностей, а электроизоляционные трубки, установленные в каналах, выступают из торцов вкладыша на величю-iy, превышающую величину прогиба чувствительного элемента при нагреве до рабочей температурь Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 238222, кл. Q OlN 27/О6, 1969. . 2.Авторское свидетельство СССР 150296, кл. Q 01N 25/18, 1961 (прототип).