ТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ГАЗОВ

Полезная модель относится к аналитической технике, а именно к детекторам для газовой хроматографии.
Известен термохимический газоанализатор (Тарасевич В.И. Металлические терморезистивные преобразователи горючих газов. - Киев: Наукова думка. 1988, С. 204, таблица 30, второй рисунок), содержащий проточную камеру, в которой размещены измерительный и сравнительный пеллисторы. Эти пеллисторы включены в неуравновешенный электрический мост и нагреваются его током до температуры 300-400°С. Каждый пеллистор представляет собой проволочку, заключенную в шарик из оксида алюминия. Причем измерительный пеллистор покрыт слоем платина-палладиевого катализатора. При протекании через проточную камеру воздуха, содержащего горючие вещества (газы или пары жидких углеводородов) последние частично сгорают на измерительно пеллисторе, вызывая увеличение его температуры. При этом увеличивается сопротивление проволочки измерительного пеллистора и на измерительной диагонали неуравновешенного моста возникает разбаланс, который несет информацию о концентрации горючего вещества в воздухе.
Недостатком такого термохимического детектора является относительно низкая чувствительность.
Наиболее близким по технической сущности является термохимический детектор (Илясов Л.В., Давыденков А.К. Термохимический детектор газов. Пат. 184021 РФ, Бюл. №29, 2018), содержащий неуравновешенный электрический мост, группу, соединенных последовательно измерительных чувствительных элементов, и такую же группу, соединенных последовательно, сравнительных элементов, включенных в смежные плечи неуравновешенного моста, четыре проводника для подключения групп измерительных и сравнительных чувствительных элементов к мосту, проточную камеру с днищем, снабженную входным и выходным штуцерами и стабилизированный источник электропитания моста, причем измерительные и сравнительные чувствительные элементы размещены на продольной оси проточной камеры и чередуются между собой, а к входному штуцеру проточной камеры подключен тройник для ее соединения с потоками анализируемого газа и воздуха.
В этом детекторе при протекании через проточную камеру потока воздуха, содержащего горючие газы или пары углеводородов, происходит их практически полное сгорание на группе, соединенных последовательно измерительных чувствительных элементов, что вызывает разбаланс неуравновешенного моста, так как на группе сравнительных элементов сгорание не происходит. Использование в детекторе группы измерительных чувствительных элементов обеспечивает зависимость его сигнала от низшей объемной теплоты сгорания газов, так как при полном сгорании газов сигнал чувствительных измерительных элементов не зависит от индивидуальных способностей последних к каталитическому сгоранию.
Недостатком такого детектора является тот факт, что он обеспечивает получение информации только на основе измерения сопротивления измерительных чувствительных элементов с помощью неуравновешенного электрического моста.
Проблемой полезной модели является создание термохимического мультипеллисторного детектора газов, использующего в своей работе эффект ионизации газов при каталитическом сгорании горючих веществ на пеллисторе.
Техническим результатом полезной модели является расширение арсенала средств термохимического контроля газов.
Технический результат достигается тем, что термохимический детектор газов, содержащий неуравновешенный электрический мост со стабилизированным источником питания, группу соединенных последовательно измерительных чувствительных элементов и такую же группу соединенных последовательно сравнительных элементов, включенных в смежные плечи неуравновешенного моста, четыре проводника для подключения групп измерительных и сравнительных чувствительных элементов к мосту, проточную камеру с днищем, снабженную входным и выходным штуцерами, причем измерительныеисравнительныечувствительные элементы размещены на продольной оси проточной камеры и чередуются между собой, а к входному штуцеру проточной камеры подключен тройник для ее соединения с потоками анализируемого газа и воздуха, согласно полезной модели дополнительно содержит последовательно включенные металлический электрод, электрометрический усилитель, к выходу которого подключен регистрирующий прибор, и источник постоянного напряжения, при этом металлический электрод имеет форму стержня, установлен вофторопластовомизоляторе, вмонтированном в днище проточной камеры, причем он размещен параллельно оси проточной камеры на фиксированном расстоянии от поверхностей чувствительных элементов, а положительный полюс источника постоянного напряжения подключен к одному из проводников, соединяющих группу измерительных чувствительных элементов с неуравновешенным мостом.
Такая конструкция термохимического детектора обеспечивает получение дополнительной измерительной информации при термохимического анализе горючих веществ. Возможность получения этой информации определяется тем фактом, что при каталитическом сгорании горючих веществ, например углеводородов, на поверхности каждого измерительного чувствительного элемента образуются ионы. Под действием электрического поля источника постоянного напряжения эти ионы попадают на общий металлический электрод и создают суммарный ионный ток. На этот электрод от источника постоянного тока поступают электроны, которые соединяясь с ионами нейтрализуют последние. По току электронов, протекающему через входную цепь электрометрического усилителя, измеряется ионный ток, протекающий между измерительными чувствительными элементами и металлическим электродом, который служит мерой концентрации горючих веществ в потоке анализируемого газа.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема термохимического детектора газов показана на фигуре.
Термохимический детектор газов содержит неуравновешенный электрический мост 1 со стабилизированным источником питания 2, группу соединенных последовательно измерительных чувствительных элементов 3 и такую же группу соединенных последовательно сравнительных элементов 4, включенных в смежные плечи неуравновешенного моста, четыре проводника 5-8 для подключения групп измерительных и сравнительных чувствительных элементов к мосту, проточную камеру 9 с днищем 10, снабженную входным 11 и выходным 12 штуцерами, причем измерительные и сравнительные чувствительные элементы размещены на продольной оси 13 проточной камеры и чередуются между собой, а к входному штуцеру проточной камеры подключен тройник 14 для ее соединения с потоками анализируемого газа и воздуха.
Дополнительно детектор содержит последовательно включенные металлический электрод 15, электрометрический усилитель 16, к выходу которого подключен регистрирующий прибор 17, и источник постоянного напряжения 18, при этом металлический электрод имеет форму стержня, установлен во фторопластовом изоляторе 19, вмонтированном в днище проточной камеры, причем он размещен параллельно оси 13 проточной камеры на фиксированном расстоянии от поверхностей чувствительных элементов, а положительный полюс источника постоянного напряжения подключен к одному из проводников, соединяющих группу измерительных чувствительных элементов с неуравновешенным мостом.
Детектор работает следующим образом. Анализируемый газ, например газ из хроматографической колонки, поступает с постоянным объемным расходом в тройник 14. В этот же тройник с постоянным объемным расходом поступает осушенный воздух. Образовавшийся в результате этого смешения поток газов через входной штуцер 11 поступает в камеру 9 термохимического детектора. Измерительные и сравнительные чувствительные элементы нагреваются током неуравновешенного моста до температуры 300-400°С. При омывании их потоком газа, содержащим горючие вещества (газы или пары углеводородных жидкостей), последние частично сгорают на поверхности измерительных элементов 3, что сопровождается образованием ионов в пространстве между измерительными чувствительными элементами и металлическим электродом 15. Образовавшиеся положительные ионы под действием электрического поля источника постоянного напряжения 18 движутся к металлическому электроду. При этом от источника 18 поступают электроны, которые нейтрализуют положительные ионы, а это вызывает ток во входной цепи электрометрического усилителя 16, значение которого связано с концентрацией горючих веществ в потоке газов, поступающем в камеру 9. Сигнал электрометрического усилителя 16 записывается регистратором 17. Сравнительные чувствительные элементы не содержат в своей структуре катализатора, поэтому они не оказывают влияние на результат измерения.
Экспериментальная проверка предлагаемого термохимического детектора, выполненная с использованием в качестве чувствительных элементов пеллисторов типа ТТЧЭ-2УХЛ4 и электрометрического усилителя типаИМТ-05, подтвердила работоспособность описанного детектора.
Преимуществами предлагаемого технического решения являются:
- простота конструкции;
- возможность одновременного получения измерительной информации как за счет измерения электрического сопротивления чувствительных элементов, так и за счет измерения ионного тока между этими элементами и металлическим электродом;
- высокая чувствительность.
Предложенный термохимический детектор может быть реализован на базе детектора,Ю принятого за прототип, и дополнительной аппаратуры для измерения и регистрации ионного тока.
Детектор может найти применение в количественном и качественном хроматографическом анализе, а также в системах контроля взрывоопасных концентраций промышленных объектов.