ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ СЕНСОР

Полезная модель относится к аналитическому приборостроению, а именно к конструкциям малогабаритных термокаталитических сенсоров, используемых в анализаторах взрыво-пожароопасных газов и газовых смесей.
Известны термокаталитические газоанализаторы, содержащие два чувствительных элемента - измерительный и компенсационный, включенные в мостовую схему и выполненные в виде платиновых спиралей, покрытых пористым материалом, при этом измерительный элемент содержит катализатор, нанесенный на пористый материал, а компенсационный элемент не содержит катализатор (Каталог. ВНИИ информации и экономики Минприбора СССР. Приборы и средства автоматизации. Часть 1.3. Приборы для определения состава и свойств газов, жидкостей, твердых и сыпучих веществ. М. 1987 г., стр.9-10; авторское свидетельство СССР №1767405, МПК G 01 N 27/16, публикация 1992 г.).
Известен термокаталитический датчик, содержащий помещенные в реакционную камеру измерительный и компенсационный чувствительные элементы, включенные в мостовую измерительную схему, причем терморезисторы чувствительных элементов представляют собой цилиндрические спирали из платиновой проволоки, на которые нанесено пленочное покрытие из гамма-оксида алюминия с разветвленной пористой структурой, выполняющее роль носителя, при этом поверхность носителя измерительного элемент активирована платино-палладиевым катализатором с массовым соотношением платины к палладию, равным от 1:5 до 1:6 (авторское свидетельство СССР №1543328, МПК G 01 N 27/16, публикация 1990 г.).
Известный датчик имеет низкую чувствительность, так как разветвленная структура пор покрытия приводит к спеканию катализатора в мелких порах, перегреву и потере чувствительности. Кроме того, приготовление платино-палладиевого катализатора является трудоемкой операцией, что снижает технологичность изготовления датчика.
Задачей настоящей полезной модели является расширение арсенала технических средств, используемых в анализаторах взрыво-пожароопасных газов и газовых смесей, а также создание конструкции термокаталитического сенсора, обладающего повышенной чувствительностью и стабильностью в процессе эксплуатации.
Еще одной задачей создания предлагаемой полезной модели является повышение технологичности изготовления термокаталитического сенсора.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.
Термокаталитический сенсор содержит помещенные в реакционную камеру измерительный и компенсационный чувствительные элементы, выполненные в виде цилиндрических спиралей из платиновой проволоки, на которые нанесено покрытие из гамма-оксида алюминия. Поверхность покрытия измерительного чувствительного элемента активирована катализатором. В качестве катализатора измерительного чувствительного элемента использован родиевый катализатор, реакционная камера выполнена из фторопласта, а поверхность покрытий чувствительных элементов имеет эллипсовидную или шарообразную форму.
Покрытие из гамма-оксида алюминия нанесено на спираль капельным методом.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен термокаталитический сенсор, на фиг.2 - вид А на фиг.1, на фиг.3 - термоэлемент сенсора.
2
3
Термокаталитический сенсор содержит реакционную камеру 1, выполненную из фторопласта и имеющую металлокерамический газопроницаемый элемент в виде пластины-диска 2. В реакционную камеру 1 помещены измерительный 3 и компенсационный 4 чувствительные элементы, включенные в мостовую измерительную схему. Чувствительные элементы 3 и 4 представляют собой цилиндрические проволочные спирали 5 из платиновой проволоки, на которые капельным методом нанесено покрытие 6 из гамма-оксида алюминия (АlО) с упорядоченной пористой структурой.
Поверхность покрытия 6 чувствительных элементов имеет эллипсовидную или шарообразную форму.
Поверхность покрытия 6 измерительного чувствительного элемента служит носителем нанесенного на него родиевого катализатора.
Компенсационный чувствительный элемент не содержит катализатора.
Геометрические параметры спирали чувствительных элементов, обеспечивающие оптимальную тепловую нагрузку на катализатор, имеют следующие величины. Длина цилиндрической спирали составляет 0,34 мм, наружный диаметр спирали равен 0,28 мм, а диаметр проволоки, из которой выполнена спираль, равен 0,02 мм. Количество витков спиралей чувствительных элементов равно 7.
Термокаталитический сенсор работает следующим образом.
При наличии в анализируемой среде метана и/или водорода происходит каталитическое окисление этих газов на поверхности измерительного чувствительного элемента, что приводит к повышению его температуры и появлению электрического сигнала на выходе измерительного моста.
Известно, что родий (Rh) окисляется при более высокой температуре, чем платина (Pt) и палладий (Pd). Кроме того, химическая
2
2
стойкость родия по отношению к каталитическим ядам (HS, SO, HCL и др.) выше чем у платины и палладия. Поэтому применение родиевого катализатора (вместо платино-палладиевого) обеспечивает увеличение активности катализатора и повышение срока службы. Родиевый катализатор обладает также более высокой (по сравнению с Pt и Pd) механической прочностью. При этом образующиеся кристаллиты родиевого катализатора обладают меньшими размерами, что приводит к увеличению площади поверхности катализатора, увеличению числа активных центров, и тем самым обуславливает более высокую активность катализатора.
2
3
При заданных геометрических параметрах спиралей чувствительных элементов обеспечивается оптимальная тепловая нагрузка на катализатор, особенно в глубине кристалла носителя (АlО), увеличивается масса термоэлемента, а, следовательно, число активных центров катализа (без увеличения энергопотребления).
Эллипсовидная или шарообразная форма поверхности покрытий чувствительных элементов обеспечивает более равномерное поле температур по объему измерительного и компенсационного элементов.
Нанесение покрытия на спираль капельным методом посредством одноразовых дозаторов позволяет избежать загрязнения покрытия различными примесями, что обеспечивает возможность более качественного подбора пар элементов по динамическим температурным характеристикам.
Предлагаемая конструкция термокаталитического сенсора обладает высокой технологичностью при изготовлении и сборке, обеспечивает более высокую чувствительность и стабильность показаний при контроле взрыво-пожароопасных газов и газовых смесей.