АНАЛИЗАТОР ВОДОРОДА В ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ

АНАЛИЗАТОР ВОДОРОДА В ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ
Полезная модель относится к области аналитической химии и может быть использована для непрерьтного контроля содержания водорода в воздушных и паровоздушных смесях, в частности для контроля газа под защитной оболочкой АЭС во избежание накопления взрьшоопасной концентрации водорода.
Наиболее близким техническим решением является анализатор водорода в газах (А.С. СССР № 238222, МПК G01N27/02. «Способ определения водорода в смеси с гелием. Опубликован 20.02.69 г., Бюл. № 9). Анализатор представляет собой две стеклянные трубки, внутри которых находятся спирали из палладиевой проволоки. Проволока намотана на фарфоровые стержни. К концам палладиевой проволоки приварены платиновые проволоки для впаивания в стекло. Одна из трубок заполнена газом, не содержащим водород, и запаяна, другая - имеет на концах краны для продувки через нее анализируемой смеси газов. Трубки соединены в один блок для поддержания одинаковых температурных условий. К недостаткам прототипа относятся: возможность определения водорода только в смеси с гелием, принудительная подача смеси газов в анализатор, необходимость поддержания одинаковой температуры в двух трубках, что приводит к увеличению погрешности определения
Перед авторами стояла задача устранить указанные недостатки и разработать анализатор водорода в газовых смесях с широкой областью применения, высокой надежностью и точностью непрерьшного определения концентрации водорода в воздушных и парс-воздушных смесях.
Для решения поставленной задачи предлагается анализатор водорода в газовых смесях, включающий корпус с отверстиями для входа и выхода анализируемого газа и размещенный в корпусе чувствительный элемент. Анализатор отличается от известных тем, что его корпус выполнен из теплопроводного материала и снабжен нагревателем, чувствительный элемент состоит из рабочего проводника, содержащего палладий, и компенсационного проводника, содержащего платину, рабочий и компенсационный проводники соединены между собой посредством электрического контакта, а периферийные части рабочего и компенсационного проводников снабжены  выводящими электрическими контактами. В частном случае выполнения анализатора рабочий проводник дополнительно содержит серебро. Компенсационный проводйик может дополнительно содержать иридий и быть выполнен с покрытием из термостойкого электроизоляционного материала. Целесообразно рабочий и
МПК G01N27/02
компенсационный проводники выполнять с одинаковыми геометрическими размерами и в форме спиралей.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в возможности непрерьшного определения водорода в газовой смеси без принудительной подачи смеси в анализатор. Принцип определения водорода с использованием полезной модели основан на электрокондукгометрическом эффекте, проявляющимся в обратимом селективном поглощении водорода палладием или его сплавом с серебром. Такое поглощение приводит к повьплению электрического сопротивления палладия, которое, в свою очередь, является функцией концентрации молекулярного водорода в анализируемой пробе газа. Особенности конструкции анализатора обеспечивают его работоспособность в условиях естественной конвекции газовой смеси, в частности внутри защитной оболочки АЭС.
На фиг. представлен вертикальный разрез анализатора водорода, 1 - корпус, 2нагреватель, 3- теплоизоляция, 4 - кожух, 5 - чувствительный элемент, 6 - рабочий проводник, 7 - компенсационный проводник, 8 - изоляторы, 9 - термопара, 10 и 11 разъемы, 12 - несущий стержень.
Анализатор водорода состоит из трубчатого металлического корпуса 1, на внешней поверхности которого размещен нагреватель 2, выполненный в виде спирали. Корпус 1 с нагревателем 2 заключен в металлический кожух 4, а между нагревателем 2 и кожухом 4 размещена теплоизоляция 3. Токоведущая жила нагревателя 2 подключена к разьему 11, служащему для подключения нагревателя, и вторичного измерительного прибора. Разьем 11 установлен на кожухе 4. Внутри трубчатого корпуса 1 размещен чувствительный элемент 5, содержащий рабочий проводник 6 и компенсационный проводник 7, вьшолненный в виде спиралей. К рабочему проводнику 6 и компенсационному проводнику 7 присоединены электрические контакты, впаянные в стеклянные изоляторы 8. Изоляторы установлены на несущем полом стержне, внутри которого размещена кабельная микротермопара 9. Электроды термопары 9, выводящие электрические контакты рабочего проводника 6 и компенсационного проводника 7 подключены к контактам разъема 10, установленного на периферийной части чувствительного элемента. Рабочий проводник 6 изготовлен из сплава палладий серебро, а компенсационный проводник изготовлен из сплава платина - иридий и покрыт органосиликатным составом, препятствующим доступу анализируемого газа к поверхности компенсационного проводника 7. Компенсационный проводник 7
обеспечивает компенсацию изменений электросопротивления рабочего проводника, обусловленных изменениями рабочей температуры чувствительного элемента 5.
Так как принцип определения концентрации водородах в газовых смесях с использованием заявляемой полезной модели основан на электрокондукгометрическом эффекте, то температурный коэффициент электросопротивления компенсационного проводника должен быть максимально близким по значению к температурному коэффициенту сопротивления рабочего проводника при малой чувствительности компенсационного проводника к водороду.
Полезная модель работает следующим образом. Газовая смесь поступает в анализатор через входное отверстие за счет конвективного переноса, причиной которого является перепад температур между внешней средой и температурой внутри анализатора, создаваемый за счет нагревания корпуса анализатора до температуры от 150 до 220°С. Водород, содержащийся в анализируемой газовой смеси, селективно и обратимо поглощается палладием или его сплавом, из которого изготовлен рабочий проводник 6 чувствительного элемента 5, что вызьгеает изменение его электрического сопротивления пропорционально концентрации поглощенного водорода. При этом электрическое сопротивление компенсационного проводника 7 остается неизменным. Разность электрических сопротивлений рабочего проводника 6 и компенсационного проводника 7 измеряют при помощи вторичного измерительного прибора, например мостовой электрической схемы.
Пример. Был изготовлен опытный образец анализатора водорода, состоящий из трубчатого корпуса 1, выполненного из нержавеющей стали марки 1x18 Н9Т, и чувствительного элемента 5. Высота корпуса составляла 500 мм, диаметр сечения - 70 мм. На корпусе размещен нагреватель 2 в виде спирали, сверху покрытый теплоизоляцией 3. Нагреватель с теплоизоляцией заключен в металлический корпус, выполненный из нержавеющей стали марки 1x18 Н9Т. Токоведущая жила нагревателя подключена к разъему 11, установленному на кожухе 4. Чувствительный элемент 5 состоял из рабочего и компенсационного проводников 6 и 7, выполненных в виде спиралей из сплавов палладий-серебро и платина-иридий соответственно. Проводники механически и электрически соединены с контактами, впаянными в стеклянные изоляторы 8. Изоляторы закреплены на несущем полом стержне 12. Опытный образец анализатора устанавливали вертикально и подсоединяли к экспериментальной лабораторной установке,,, включающей узел приготовления водородо-воздущных смесей, вторичный измерительный прибор, датчики температуры, давления и расхода
газа, систему газовых электрокоммуникаций. Испытания проводили при температуре воздуха 22°С и влажности 8,4 мг/л. Результаты испытаний показали, что время, через которое анализатор реагирует на наличие в анализируемой газовой смеси водорода при его концентрации в смеси  3,7% объем., составляет  30 с. Время установления равновесного значения показаний анализатора водорода составляет  150 с. При концентрации водорода в анализируемой газовой смеси  1,0% объем, относителъная погрешность определения составила  1,0%, а при концентрации водорода 3,7% объем. -0,1%.