ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР КИСЛОРОДА

Полезная модель относится к аналитической технике, а именно к газоанализаторам концентраций кислорода в газовых средах.
Известен полупроводниковый газоанализатор кислорода (Аманназаров А.А., Шарнопольский А.И. Методы и приборы для определения кислорода. Справочник. М.: Химия, 1988 С. 76-77), содержащий проточную камеру с размещенной в ней диэлектрической пластиной, на которой расположена пленка полупроводника, например, диоксида олова. При протекании через камеру анализируемого газа, содержащего кислород, являющейся электроотрицательным газом, его молекулы, достигая поверхности полупроводника, стремятся получить электрон из зоны проводимости этого полупроводника. Поэтому сопротивление пленки увеличивается, что измеряется омметром.
Недостатком такого газоанализатора является большое время десорбции кислорода с поверхности полупроводника, что связано в основном с процессами хемосорбции. Для уменьшения влияния этого процесса пленку полупроводника нагревают, что усложняет конструкцию газоанализатра.
Наиболее близким по технической сущности является полупроводниковый газоанализатор кислорода (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Азим-заде А.Ю. Исследование возможности применения полупроводниковых триодов в качестве чувствительных элементов газовых детекторов. (Баку. Известия вузов «Нефть и газ», №8, 1972, С 99-102.), содержащий корпус с измерительной и сравнительной проточной камерами, снабженные входными и выходными штуцерами, в которых размещены соответственно измерительный и сравнительный транзисторы, подключенные к стабилизированному источнику электропитания. Газоанализатор также включает электронный усилитель, вход которого подключен к коллекторам транзисторов, а выход соединен с потенциометром, камеру для насыщения газа-носителя парами полярного углеводорода, снабженную входным и выходным штуцерами, стабилизатор расхода газа-носителя, выходной штуцер которого соединен с входным штуцером камеры для насыщения газа-носителя парами полярного углеводорода и устройство для ввода пробы анализируемого газа.
В этом газоанализаторе газ-носитель (азот, водород или гелий, насыщенный парами полярного углеводорода (этиловый спирт или ацетон), поступает в измерительную и сравнительную проточные камеры. При этом на поверхности транзисторов возникает большой положительный заряд. При анализе в линию, соединенную с измерительной камерой газоанализатора, вводится постоянная по объему пробы газа, содержащего кислород, концентрация которого измеряется. В результате сорбции молекул кислорода слоем полярной жидкости, находящейся на поверхности измерительного транзистора, изменяется заряд этой поверхности. В то же время заряд поверхности сравнительного транзистора остается постоянным. В результате между коллекторами измерительного и сравнительного транзистора возникает разность потенциалов, которая усиливается электронным усилителем и регистрируется потенциометром.
Недостатком такого газоанализатора является наличие камеры для насыщения газа-носителя парами полярного углеводорода, которая частично заполнена жидким углеводородом. Это исключает возможность использования такого газоанализатора при его произвольном расположении в пространстве и тем самым сужает область применения газоанализатора.
Проблемой полезной модели является создание полупроводникового газоанализатора кислорода, способного работать при произвольном положении в пространстве.
Технический результат полезной модели является расширение области применения полупроводникового газоанализатора кислорода.
Поставленная проблема и технический результат достигаются тем, что полупроводниковый газоанализатор кислорода, содержит корпус с измерительной и сравнительной проточной камерами, снабженными входными и выходными штуцерами, в которых размещены соответственно измерительный и сравнительный транзисторы, подключенные к стабилизированному источнику электропитания, электронный усилитель, вход которого подключен к коллекторам транзисторов, а выход соединен с потенциометром. Камера для насыщения газа-носителя парами полярного углеводорода снабжена входным и выходным штуцерами. Полупроводниковый газоанализатор кислорода также содержит стабилизатор расхода газа-носителя с выходным штуцером, соединенным с входным штуцером камеры для насыщения газа-носителя парами полярного углеводорода и устройство для ввода пробы анализируемого газа. Согласно полезной модели, полупроводниковый газоанализатор кислорода дополнительно содержит тройник и два переменных дросселя, при этом вход тройника соединен с выходным штуцером камеры для насыщения газа-носителя, а два его выхода подключены к входам переменных дросселей. Выход одного из переменных дросселей соединен непосредственно с входным штуцером сравнительной камеры, а выход другого переменного дросселя соединен с входным штуцером измерительной камеры через устройство ввода пробы анализируемого газа. Камера для насыщения газа носителя парами полярного углеводорода выполнена в виде трубки, заполненной нафталином.
Такая конструкция полупроводникового газоанализатора кислорода позволяет осуществлять его эксплуатацию при любом расположении в пространстве, т.к. камера насыщения для газа-носителя парами полярного углеводорода заполнена твердым веществом, нафталином. Поэтому изменение положения газоанализатора, а, следовательно, и камеры для насыщения не нарушает его работоспособность.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность совокупности элементов и их взаимном расположении.
Полезная модель иллюстрируется на чертеже, где представлена схема полупроводникового газоанализатора кислорода.
Полупроводниковый газоанализатор кислорода, содержит корпус 1 с измерительной 2 и сравнительной 3 проточной камерами детектора, снабженные входными 4, 5 и выходными 6, 7 штуцерами, в которых размещены, соответственно, измерительный 8 и сравнительный 9 транзисторы, подключенные к стабилизированному источнику 10 электропитания. Электронный усилитель 11, вход которого подключен к коллекторам транзисторов 8 и 9, а выход соединен с потенциометром 12. Камера 13 для насыщения газа-носителя парами полярного углеводорода снабжена входным 14 и выходным 15 штуцерами. Стабилизатор 16 расхода газа-носителя через выходной штуцер 17 соединен с входным штуцером 14 камеры 13 для насыщения газа-носителя парами полярного углеводорода. Устройство 18 для ввода пробы анализируемого газа соединено с входным штуцером 4 измерительной камеры 2. Полупроводниковый газоанализатор также содержит тройник 19 и два переменных дросселя 20 и 21, при этом вход 22 тройника 19 соединен с выходным штуцером 15 камеры 13 для насыщения газа-носителя, а два его выхода подключены к входам переменных дросселей 20 и 21. Выход переменного дросселя 21 соединен непосредственно с входным штуцером 5 сравнительной камеры 3, а выход переменного дросселя 20 соединен с входным штуцером 4 измерительной камеры 2 через устройство 18 ввода пробы анализируемого газа. Камера 13 для насыщения газа носителя парами полярного углеводорода выполнена в виде трубки, заполненной нафталином 23.
Полупроводниковый газоанализатор кислорода работает следующим образом.
Газ-носитель (водород, азот или гелий) из баллона (на фиг. 1 не показан) через стабилизатор 16 расхода поступает в камеру 13 для насыщения парами полярного углеводорода, в которой он насыщается парами названного углеводорода, а затем через тройник 19 поступает к переменным дросселям 20 и 21. Из дросселя 21 газ-носитель поступает в сравнительную камеру 3 газоанализатора, а из дросселя 20 поток газа-носителя поступает в измерительную камеру 2 через устройство 18 ввода пробы анализируемого газа. При протекании через камеры 2 и 3, газа-носителя на поверхностях кристаллов транзисторов 8 и 9 возникает положительный заряд (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Азим-заде А.Ю. Исследование возможности приме6нения полупроводниковых триодов в качестве чувствительных элементов газовых детекторов. Баку. Известия вузов «Нефть и газ», №8, 1972, С 99-102.).
Постоянная по объему проба анализируемого газа, содержащего кислорода вводится в поток газа-носителя, поступающего в измерительную камеру 2 детектораи транспортируется этим потоком в данную камеру. Ввод пробы анализируемого газа осуществляется калиброванным шприцом или дозатором.
При поступлении проба анализируемого газа, содержащего кислород, в измерительную камеру 2 детектора уменьшает заряд поверхности измерительного транзистора 8, при этом заряд поверхности сравнительного транзистора 9 остается постоянным. Это определяет разность потенциалов на коллекторах транзисторов, которая усиливается электронным усилителем 11 и регистрируется потенциометром 12.
Проверка работоспособности газоанализатора была проведена при следующих условиях: напряжение питания - 10В; температура - 20°С; расход газа-носителя (водород) - 2л/ч (в каждую камеру газоанализатора); объем пробы - 1 мл. При этом было установлено, что чувствительность газоанализатора составляет - 120 мВ/% об. (по кислороду).
Преимуществами предлагаемого технического решения являются:
- простота конструкции;
- высокая чувствительность к кислороду;
- сохранение работоспособности при любом положении в пространстве.
Предложенный полупроводниковый газоанализатор может быть реализован на базе дешевых транзисторов МП-40 и широко распространенной электроизмерительной аппаратуры.
Газоанализатор может найти применение в промышленности, на установках для получения чистого водорода и в ракетной технике.