Термокаталитический детекторгАзА Советский патент 1981 года по МПК G01N27/16 

Изобретение относится к газовому анализу и может быть использовано при разработке приборов и систем кон роля атмосферы на объектах нефтепере рабатывающей, нефтедобывающей, тепло энергетической, горной и угольной промышленности. Известен термохимический газоанализатор, чувствительный и компенсаци онный элементы которого включеш: в плечи моста. Изменением напряжения питания моста поддерживают постоянную температуру и сопротивление-чувствительного термоэлемента, а концентрацию анализируемого газа опреде ляют по изменению сопротивления компенсационного термоэлемента l . Недостатком этого устройства явля ется болыцая погрешность анализа, зависящая от температуры окружсоощей средЫг так как при изменении т.емператуцхл окружающей среды меняются условия тепломассообмена чувствительно го элемента, что вызывает изменение скорости протекания реакций на чувствительном элементе, температура ко торого также является непостоянной. НсШболее близким по технической сущности к предлагаемому является термокаталитический детектор газа, содержащий реакционную камеру, в которой размещен чувствительный элемент, подключенный к блоку измерения, к которому также подключен термокомпенсационный элемент 2. Недостатком данного устройства является то, что для полной -компенсации влияния внешних факторов, например температуры окружающей среды, необходимо, чтобы термокомпенсационный элемент имел идентичные чувствительному элементу тёплофизические характеристики (коэффициент теплоотдачи, светимость и температуру). Это вызывает необходимость специального подбора термокомпенсационного и чувствительного элементов и рехдамов их работы, что увеличивает потребляемую мощность и усложняет анешиз, так как нужна дополнительная система для авторегулирования температуры. Цель изобретения - повышение точности при изменениях температуры окружающей среды. Постошленная цель достигается тем, что в термокатсшитическом детекторе газа, содержащем реакционную камеру, в которой размещен чувствительный элемент, подключенный к блоку измерения, к которому также подключен термокомпенсационный элемент, последний выполнен в виде измерителя температу ры стенок реакционной камеры. Термокаталитический элемент включ в мостовую измерительную схему, срс тоясдую из стабильных резисторов и эл мента, температура и сопротивление .которого по.годерживаются постоянными с помощью asTopeiyjmTopa температуры на вход которого подан .сигнал с диагонали моста„ Авторегулятор поддерживает напряжение питания моста, чтобы сигнал с диагоналями моста был минимальнЕлм Сигнал напряжения питания моста подается на вход измерительного бло ка, на другой вход которого подается сигнал от термокомпенсационного эл мента, который соединен с источником опорного напряжения. В измерительном блоке происходит сравнение этих сигналов и формирование сигнала, пропор ционального концентрации горючих газов . На чертеже приведен один из возможных вариантов конструктивного исполнения реакционной камеры с термо ьчаталйтическим и термокомпенсационным элементом имеющим тепловой контакт со стенками реакционной камеры. В реакционной камере 1 с пористым колпаком 2 помещен т.ермокаталическнй элемент 3 Со стенками реакционной камеры 1 имеет тепловой контакт термокомпенсадионный элемент 4, выполне ный из материала, электрический пара метр которого зависит от температуры „ Элемент 4 является измерителем температуры стенок реакционной камеры. Мощность, затрачиваемая, на поддержание постоянной температуры чувствительного элемента, расходуется ка теплоотдачу через теплопроводност газа, через концы чувствительного эл мента, конвекцию и излучение При работе с современными термока талитическими элементами сферической ормы, температура которых не вышает , к при температурах окружающей среды от до , те лоотдачу можно рассчитать по формулес. ii&iifc±p: i l(T}diT aSnilulIaJ ib i 4 ) иалл и о/( где г - средний радиус чувствительно го элемента о - толщина пограничного слоя; Тд - температура стенок реакционной камеры; Т температура поверхности чув ствительного элемента, %1) приведенный коэффициент теп лопроводности газа, окружаю щего чувствительный элемент , Sj - длина и площадь сечения концов чувствительного элемен„ таг Лп - теплопроводность концов чувствительного элемента , . коэффициент излучения. Анализ этого -выражения и опытные анные, полученные в ходе экспериментов по излучению теплоотдачи чувствительных элементов, показывают, что зависимость напряжения питания моста от температуры окружающей среды от минус до плюс почти линейна с коэффициентом 0,1-0,2с , а величина температурного коэффициента зависит от вещества окружающей среды, размеров и формы чувствительного элемента. Таким образом, принципиально возможна температурная компенсация изменения сигнала напряжения питания чувствительного элемента с помощью вычитания из него сигнала с термокомпенсационного элемента, имеющего тепловой контакт со стенками реакционной камеры {например, термосопротивление на основе медного провода имеет температурный коэффициент, приблизительно равный 0, поэтому, включив последовательно и параллельно такому сопротивлению стабильные сопротивления, можно получить ток через него, повторяклдай сигнал напряжения питания чувствительного элемента при изменениях температуры окружакнцей среды. Вычитая сигнал от термокомпенсационного элемента из сигнала напряжении питания чувствительного элемента получают выходной сигнал, равный нулю при отсутствии сгорания газа на чувствительном элементе. При сгорании газа на поверхности чувствительного элемента с тепловыделением этот баланс сигналов нарушается, и на выходе измерительного блока форглйруется сигнал, пропорциональный тепловой мощности сгорания. Изобретение позволяет упростить конструкцию разрабатываемых приборов анализа атмосферы на взрывоопасность и др. за счет отказа от сравнительных элементов и устройств регулирования их температуры и повысить их надежность. Изобретение позволяет повысить также и точность работы устройств, реализующих способ за счет полной компенсации сигнала изменения температуры окружающей среды и исключения сгорания некоторых газов на сравнительном элементе. Применение предлагаемого изобретения эффективно при разработке переносных сигнализаторов и измерителей концентраций горючих газов, где йредполагаются повышенные требования к надежности и потребляемой мощности.

Формула изобретения

Термокаталитический детектор газа содержащий реакционную камеру, в которой размещен чувствительный элемент подключенный к блоку измерения, к которому также подключен термокомпенсационный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, термокомпенсационный

элемент выполнен в виде измерителя температуры стенок реакционной каме ры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 192485, кл. G 01 N 27/00, 1961.

2.Авторское свидетельство СССР №234739, кл. G 01 N 27/00, 1965 (прототип).