ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ГАЗООБРАЗНЫХ И КОНДЕНСИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ
SENSOR FOR DETERMINING REACTION CAPACITY OF GASEOUS AND CONDENSED PRODUCTS

Изобретение относится к области средств измерения, контроля и регистрации химической активности газообразных и конденсированных продуктов, а также их смесей, и может применяться для газового анализа в нефтехимической промышленности, в частности, в системах управления установками синтеза или разложения газообразных веществ в качестве детектора химически активных компонентов газовых смесей для их регистрации или контроля в химмотологии горючего, плазмохимии, системах выпуска отработавших или дымовых газов тепловых двигателей.
Известен термоэлектрический пирометр, содержащий последовательно соединенные между собой термоэлектрический преобразователь (термопару), выполненный в виде двух проводников из разнородных материалов, скрепленных между собой двумя концами в рабочий спай, и прибор для измерения термо-ЭДС [I]. Недостаток известного устройства состоит в том, что температура окружающей среды существенно влияет на работу термопары, что снижает достоверность и точность оценки реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов.
Наиболее близким известным техническим решением к предлагаемому изобретению является датчик реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов, содержащий последовательно соединенные между собой первый термоэлектрический преобразователь, которым является термопара, выполненная в виде двух проводников из разнородных материалов, скрепленных между собой двумя концами в рабочий спай, и прибор для измерения термо-ЭДС и вторую термопару, рабочий спай которой покрыт тонким слоем термостойкого пассивирующего состава, выводы термопар соединены между собой и с выводами прибора для измерения термо-ЭДС по принципу электрического мостового соединения, плечами которого являются рабочие спаи термопар, материалом для проводников каждой термопары является платинородий и платина, термопары помещены в герметичный корпус и залиты термостойким компаундом, рабочие спаи выведены за корпус [2].
Недостатками прототипа являются низкая достоверность и точность измерения термо-ЭДС при температуре газообразных и конденсированных продуктов ниже 250 градусов Цельсия по причине их низкой химической активности, а также недоиспользование измерительных возможностей датчика.
Цель изобретения - повышение достоверности и точности измерения термо-ЭДС при температуре газообразных и конденсированных продуктов ниже 250°С, а также расширение измерительных возможностей датчика.
Поставленная цель достигается тем, что в известный датчик реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов, содержащий последовательно соединенные между собой первый термоэлектрический преобразователь, которым является термопара, выполненная в виде двух проводников из разнородных материалов, скрепленных между собой двумя концами в рабочий спай, и прибор для измерения термо-ЭДС и вторую термопару, рабочий спай которой покрыт тонким слоем термостойкого пассивирующего состава, выводы термопар соединены между собой и с выводами прибора для измерения термо-ЭДС по принципу электрического мостового соединения, плечами которого являются рабочие спаи термопар, материалом для проводников каждой термопары является платинородий и платина, термопары помещены в герметичный корпус и залиты термостойким компаундом, рабочие спаи выведены за корпус, дополнительно введены два электронагревательных элемента в виде спиралей из жаростойкого сплава, обвивающих термоэлектроды термопар, и в разрыв термоэлектродов первой термопары установлен выключатель электрический.
Новизна изобретения состоит в том, что дополнительно введены два электронагревательных элемента в виде спиралей из жаростойкого сплава, обвивающих термоэлектроды термопар, и в разрыв термоэлектродов первой термопары установлен выключатель электрический, что обеспечивает повышение достоверности и точности измерения термо-ЭДС при температуре газообразных и конденсированных продуктов ниже 250°С, а также расширение измерительных возможностей датчика.
Сущность изобретения поясняется схемой, изображенной на чертеже, где обозначено: 1 - основная платинородий-платиновая термопара, причем 2 - её положительный термоэлектрод; 3 - сравнительная платинородий-платиновая термопара с термостойким изоляционным покрытием - 4, причем 5 - положительный термоэлектрод этой термопары; термопары соединены между собой и с прибором для измерения термо-ЭДС - 6 в мостовую электрическую цепь; термопары залиты компаундом - 7, помещены в корпус - 8, от которого изолированы изолятором - 9, а в верхней части - герметиком - 10; рабочие спаи термопар выведены за корпус 8. Для долговечной, надежной работы термопары заливают термостойким компаундом, например полиуретановым горячего отверждения К-30. Для термостойкого изоляционного покрытия 4 сравнительной термопары используют термостойкий пассивирующий состав, например тефлон. В изолятор 9, установлены проводники электронагревательного элемента 11, обвивающие оба термоэлектрода каждой термопары и выполненные в виде спирали из жаростойкого материала, например нихрома, предназначенные для предварительного подогрева термоэлектродов до температуры начала каталитической активности платинородия. В разрыв термоэлектродов основной термопары установлен выключатель электрический 12, позволяющий выключать ее из цепи.
Предлагаемый датчик работает следующим образом.
Корпус 8 рабочими спаями термопар 1 и 3 помещается в исследуемую газовую смесь, например, в продукты плазмохимической конверсии углеводородов. В качестве сравнительного элемента используется термопара 3, изолированная от химической среды. Так как температура среды вблизи спаев термопар 1 и 3 одинакова, в термопарах генерируется одинаковая величина термо-ЭДС, зависящая от температуры рабочего спая. Температура рабочих спаев термопар, за счет электронагревательных элементов 11, помещенных в изолятор 9, доводится до температуры начала каталитической активности платинородия через временной интервал 30 секунд. В плечах моста одинаковые термо-ЭДС взаимно компенсируют друг друга - стрелка прибора для измерения термо-ЭДС 6 не отклоняется. Если же в составе газовой смеси или конденсированных продуктов есть химически активные составляющие, то реагируя (проходит ускоренная химическая реакция за счет каталитического действия платинородия) на поверхности рабочего спая термопары 1 с выделением или поглощением тепла, они способствуют изменению температуры спая термопары 1, поэтому меняется термо-ЭДС этой термопары (эффект Зеебека). Напряжение на выходах термопар 1 и 3 становится различным и стрелка прибора для измерения термо-ЭДС 6 отклонится в ту или другую сторону в зависимости от того, с поглощением или выделением тепла проходили химические реакции. Для измерения температуры окружающей среды выключатель электрический 12, расположенный в разрыве термоэлектродов термопары 1, выходящих в верхней части из герметика 10, переводится из положения А в положение Б, тем самым выключая из измерительной цепи термопару 1. Герметик 7 изолирует термоэлектроды термопар 1 и 3 от корпуса 8.
Промышленная осуществимость предлагаемого изобретения обосновывается тем, что в нем использованы известные в аналоге и прототипе узлы, блоки и элементы по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлена модель датчика в 2010 году.
Положительный эффект от использования предлагаемого датчика заключается в том, что обеспечиваются условия для измерения двух параметров среды, а именно реакционной способности и температуры. Первый - за счет возможности осуществить сигнализацию наличия химически активных компонентов в интересующей смеси газовых и (или) конденсированных продуктов и измерить уровень реакционной способности смеси с использованием сочетания одновременно как эффекта - каталитического платинородия, так и термоэлектрического эффекта Зеебека, а также за счет обеспечения необходимой температуры начала каталитической активности платинородия в начале измерений. Второй - за счет использования выключателя электрического, отключающего из измерительной цепи первую термопару. Это позволяет повысить не менее чем на 30…40% достоверность и точность измерения термо-ЭДС при температуре газообразных и конденсированных продуктов ниже 250°С, а также расширить не менее чем на 50% измерительные возможности датчика.
Источники информации
1. Арутюнов В.О. Электрические измерительные приборы и измерения: - М.: Государственное энергетическое издательство, 1958. - 631 с, ЭЭ - 5-2; с.556 (аналог).
2. Патент на полезную модель 61427 Россия, МПК G01N 25/32. Датчик реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов / С.Е.Потураев, А.В.Назаров, А.И.Бобович (Россия) - №2006126351/22; Заявлено 20.07.06; Опубл. 27.02.07, Бюл. №6. - 3 с. (прототип).