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 (Тарасевич 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 с крышками, нижняя из которых снабжена входным, а верхняя -выходным штуцерами, установленными на оси симметрии камеры, трегер катализатора, спиральный электронагреватель с источником питания термоприемник и измеритель сигнала термоприемника, согласно полезной модели дополнительно снабжен стабилизатором расхода воздуха, выход которого через переменный дроссель подключен к штуцеру дополнительного потока воздуха, вмонтированному в нижнюю крышку проточной камеры, кварцевой трубкой, размещенной внутри проточной камеры по ее оси симметрии, нижний торец которой укреплен в нижней крышке камеры, на внешней поверхности трубки закреплен спиральный электронагреватель, а внутри, коаксиально ей - трегер катализатора, термоприемник установлен на продольной оси симметрии проточной камеры на фиксированном расстоянии от верхнего торца кварцевой трубки, причем в верхней части трегер снабжен крючками для подвешивания его на верхнем торце кварцевой трубки.
Такая конструкция термохимического газоанализатора обеспечивает меньшую инерционность за счет подвески трегера с помощью крючков на верхнем торце кварцевой трубки, которая исключает непосредственный контакт трегера со стенкой кварцевой трубки, что сводит к минимуму потери тепла от трегера к стенкам названной трубки.
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 с крышками, нижняя 2 из которых снабжена входным 3, а верхняя 4 - выходным 5 штуцерами, установленными на оси симметрии 6 камеры 1. Газоанализатор также содержит трегер 7 катализатора, спиральный электронагреватель 8 с источником питания 9, термоприемник 10 и измеритель 11 сигнала термоприемника.
Термохимический газоанализатор дополнительно снабжен стабилизатором расхода воздуха 12, выход которого через переменный дроссель 13 подключен к штуцеру 14 дополнительного потока воздуха, вмонтированному в нижнюю крышку 2 проточной камеры 1. Газоанализатор также содержит кварцевую трубку 15, размещенную внутри проточной камеры 1 по ее оси симметрии 6, нижний торец 16 которой укреплен в нижней крышке 2 камеры 1, на внешней поверхности 17 кварцевой трубки 15 закреплен спиральный электронагреватель 8, а внутри, коаксиально ей, - трегер 7 катализатора. Термоприемник 10 установлен на продольной оси симметрии 6 проточной камеры 1 на фиксированном расстоянии от верхнего торца 18 кварцевой трубки 15. В верхней части трегер снабжен крючками 19 для подвешивания его на верхнем торце 18 кварцевой трубки 15.
Работа термохимического газоанализатора осуществляется следующим образом. Кварцевая трубка 15 перед началом измерений нагревается спиральным нагревателем 8 до температуры 400-500°С. По истечении некоторого отрезка времени за счет теплопередачи трегер 7 катализатора приобретает температуру, близкую к температуре кварцевой трубки 15. При этом за счет обтекания термоприемника 10 потоком воздуха формируется начальный уровень его сигнала. В процессе работы газоанализатора к входному штуцеру 3 непрерывно подается с постоянным объемным расходом анализируемый газ, а к штуцеру 14 из стабилизатора расхода 12 через дроссель 13 - постоянный дополнительный поток воздуха. Газовые потоки покидают камеру 1 через выходной штуцер 5.
Если анализируемый газ содержит горючие вещества, например углеводороды, то при поступлении их к трегеру 7 катализатора происходит их каталитическое сгорание на катализаторе. В результате образуется нагретые продукты сгорания, которые потоком газа транспортируются из трегера непосредственно к термоприемнику, что приводит к изменению его температуры. При этом изменяется сигнал термоприемника, который измеряется и регистрируется измерителем сигнала 11.
Как показали проведенные исследования изменение сигнала термоприемника 10 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 меньшая погрешность измерений
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.