ТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Полезная модель относится к аналитической технике, а именно, к анализаторам концентраций горючих газов в воздухе и средствам контроля низшей объемной теплоты сгорания газа.
Известен термохимический газоанализатор (Тарасевич В.Н. Металлический терморезисторные преобразователи горючих газов. Киев. Наукова думка. 1985. стр.198, табл.30 средний рисунок), содержащий проточную камеру, в которой установлены два миниатюрных проволочных терморезистора, размещенных в абсорбенте. Причем, один из терморезисторов является измерительным. Он размещен в абсорбенте, пропитанном палладием, а второй - сравнительный. Второй терморезистор служит для уменьшения влияния измерения температуры газового потока на результат измерений. Терморезисторы включены в смежные плечи неуравновешенного электрического моста и нагреваются его током. При попадании в проточную камеру воздуха, содержащего горючие газы, последний частично каталитически сгорает на поверхности измерительного терморезистора, что вызывает увеличение его температуры, сопротивления и вызывает разбаланс неуравновешенного электрического моста. Этот разбаланс несет информацию о концентрации горючего газа и его теплоте сгорания.
Недостатком такого анализатора является то, что степень каталитического сгорания различных горючих веществ на измерительном терморезисторе различна, что зависит от природы газов. Использование такого анализатора для контроля теплоты сгорания приводит к большой погрешности, которая может составлять +-10-15%.
Наиболее близким по технической сущности является термохимический газоанализатор (Тарасович В.Н. Металлический терморезисторные преобразователи горючих газов. Киев. Наукова думка. 1985. стр.200, табл.30, первый рисунок сверху), содержащий вертикальную цилиндрическую проточную камеру, размещенную в электрическом нагревателе, с двумя крышками, нижняя из которых снабжена входным, а верхняя - выходным штуцерами, установленными в крышках так, что их оси симметрии совпадают с осью симметрии проточной камеры, каталитически активную насадку, термоприемник и измеритель сигнала термоприемника. При попадании в камеру с потоком воздуха горючих компонентов, последние сгорают на активной каталитической насадке, при этом изменяется температура термоприемника и его сигнал, который воспринимается измерителем сигнала.
Недостатком такого термохимического газоанализатора являются высокая инерционность (время реакции составляет примерно 300 секунда), а также существенные потери тепла в процессе каталитического сгорания через стенку камеры, что снижает точность измерений при использовании газоанализатора для контроля теплоты сгорания. Этим объясняется тот, что погрешность измерения теплоты сгорания составляет +-5%.
Задача полезной модели - улучшение метрологических характеристик термохимического газоанализатора при измерении с его помощью низшей теплоты сгорания газа.
Технический результат - создание термохимического газоанализатора с улучшенными метрологическими характеристиками.
Технический результат достигается тем, что термохимический газоанализатор, содержащий вертикальную цилиндрическую проточную камеру, размещенную в электрическом нагревателе, с двумя крышками, нижняя из которых снабжена входным, а верхняя - выходным штуцерами, установленными в крышках так, что их оси симметрии совпадают с осью симметрии проточной камеры, каталитически активную насадку, термоприемник и измеритель сигнала термоприемника, согласно полезной модели, газоанализатор дополнительно снабжен стабилизатором расхода воздуха, к выходу которого подключен переменный дроссель, штуцер дополнительного потока воздуха, вмонтированный в нижнюю крышку, и капиллярную трубку, вмонтированную во входной штуцер так, что она располагается во внутренней полости проточной камеры, а ее ось симметрии совпадает с осью симметрии последней, при этом выход переменного дросселя подключен к штуцеру дополнительного потока воздуха, каталитически активная насадка выполнена в виде цилиндра из палладированного асбестового пуха и размещена в центре проточной камеры на растяжках, исключающих соприкосновение с внутренней стенкой проточной камеры и с возможностью поступления потока анализируемого газа из капиллярной трубки непосредственно в каталитически активную насадку, а термоприемник размещен по оси камеры на фиксированном расстоянии от каталитически активной насадки по потоку газов.
Такая конструкция термохимического газоанализатора обеспечивает меньшую инерционность за счет использования в качестве каталитической насадки цилиндра из палладированного асбестового пуха, исключение непосредственного контакта насадки со стенками проточной камеры и подачей в камеру дополнительного потока воздуха. Она позволяет увеличить эффективность процесса каталитического сгорания на насадке и практически исключить потерю тепла от насадки к стенкам проточной камеры.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема термохимического газоанализатора показана на рисунке 1.
Термохимический газоанализатор содержит вертикальную цилиндрическую камеру 1, размещенную в электрическом нагревателе 2 с двумя крышками 3 и 4. Нижняя крышка 3 снабжена входным штуцером 5, а верхняя 4 - выходным штуцером 6. Штуцеры установлены в крышках так, что их оси симметрии 7 и 8 совпадают с осью симметрии 9 проточной камеры 1. Газоанализатор содержит также каталитическую насадку 10, термоприемник 11 и измеритель сигнала 12 термоприемника.
Термохимический газоанализатор снабжен дополнительно стабилизатором расхода воздуха 13, выход 14 которого подключен к переменному дросселю 15, а выход этого дросселя 15, подключен к штуцеру 16 дополнительного потока воздуха. Этот штуцер вмонтирован в нижнюю крышку 3 камеры 1. Анализатор также содержит капиллярную трубку 17, вмонтированную во входной штуцер 5 и расположенную во внутренней полости проточной камеры 1 так, что ось симметрии этой трубки совпадает с, осью симметрии 9 проточной камеры 1. Каталитически активная насадка 10 выполнена в виде цилиндра из палладированного асбестового пуха и размещена в центре проточной камеры 1 на тонких растяжках 18, исключающих соприкосновение ее с внутренними стенками 19 проточной камеры. Взаимное расположение активной насадки 10 и конца капиллярной трубки обеспечивает возможность непосредственного поступления анализируемого газа в каталитически активную насадку. Термоприемник 11 размещен на оси проточной камеры на фиксированном расстоянии от каталитически активной насадки по потоку газа, что обеспечивает поступление к нему непосредственно нагретых продуктов сгорания.
Работа термохимического газоанализатора осуществляется следующим образом: камера 1 перед началом измерения нагревается электронагревателем 2 до температуры 300°С. По истечении некоторого отрезка времени за счет теплопередачи каталитически активная насадка и термоприемник 11 приобретает температуру близкую к температуре камеры 1. При этом формируется начальный уровень сигнала термоприемника 11, который принимается за сигнал условного нуля. В процессе работы к входному штуцеру 5 непрерывно подается с постоянным объемным расходом анализируемый газ, а к штуцеру 16 из стабилизатора расхода 13 через дроссель 15 - постоянный дополнительный поток воздуха. Газовые потоки попадают в камеру 1 через входной штуцер 6. Если анализируемый газ содержит горючие вещества, например углеводороды, то при поступлении их через капиллярную трубку 17 каталитически активную насадку 10 происходит их сгорание на каталитически активных волокнах палладируемого асбеста. В результате образуется нагретые продукты сгорания, которые потоком газа транспортируются из насадки непосредственно к термоприемнику, что приводит к изменению его температуры. При этом изменяется сигнал термоприемника, который измеряется и регистрируется измерителем сигнала 12.
Как показали проведенные исследования изменение сигнала термоприемника 11 пропорционально низшей объемной теплоте сгорания. Причем для различных по составу природных газов, представляющих собой смеси углеводорода (от метана до гептана), относительная погрешность измерения составляет +-2%. Время реакции термохимического газоанализатора составляло 30 секунд.
Преимуществом предлагаемого технического решения является:
более высокие метрологические характеристики, а именно, на порядок меньшая инерционность и в два с половиной раза меньше погрешность измерения.
Предлагаемый термохимический газоанализатор может быть реализован на базе стандартной измерительной и вспомогательной аппаратуры.
Термохимический газоанализатор может найти применения для лабораторного и промышленного контроля важнейшей характеристики горючих газов - низшей объемной теплоты сгорания.