ТЕРМОКАТАЛИТИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ГАЗОВ И ПАРОВ

Полезная модель относите! к аналитической технике, а именно, к анализаторам концентрации горючих газов в воздухе и средствам контроля низшей объемной теплоты сгорания газов.
Известен термокаталитический детектор газов и паров (Тарасович В.Н. Металлические терморезисторные преобразователи горючих газов. Киев. Наукова Думка. 1985. с. 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 служить 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, последние частично каталитически сгорают 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 детектора является то, что степень каталитического сгорания различных горючих веществ на измерительном терморезисторе различна, что зависит от природы газов.
Наиболее близким по технической сущности является термокаталитический детектор (Тарасович В.Н. Металлические терморезисторные преобразователи горючих газов. Киев. Наукова Думка. 1985. с. 30, табл. 1, первый рисунок сверху), содержащий проточную цилиндрическую камеру, изготовленную из изоляционного материала и заполненную каталитически активной средой, электрический нагреватель, соединенный с блоком электропитания и размещенный на внешней поверхности камеры, термоэлектрический преобразователь, измерительный спай которого размещен в каталитически активной среде, подключенный к измерителю напряжения, две крышки, снабженные штуцерами и размещенные на торцах камеры. При попадании в камеру с потоком воздуха горючих компонентов последние сгорают на каталитически активной среде, при этом изменяется температура этой среды и термоэлектрического преобразователя, а его сигнал, воспринимается измерителем напряжения.
Недостатком такого термокаталитического детектора газов и паров являются узкие информационные возможности, ограничивающие его применение измерением концентрации горючих газов.
Задача полезной модели - расширение информационных возможностей термокаталитического детектора.
Технический результат достигается тем, что в термокаталитическом детекторе газов и паров, содержащем проточную цилиндрическую камеру, изготовленную из изоляционного материала и заполненную каталитически активной средой, электрический нагреватель, соединенный с блоком электропитания и размещенный на внешней поверхности камеры, измерительный термоэлектрический преобразователь, горячий спай которого размещен в каталитически активной среде, подключенный к измерителю напряжения, две крышки, снабженные штуцерами и размещенные на торцах камеры, согласно полезной модели в проточной камере дополнительно установлены дисковые металлические электроды, подключенные к измерителю электрического сопротивления, работающему на переменном токе, и расположенные по обе стороны от каталитически активной среды, при этом плоские поверхности электродов ориентированы перпендикулярно оси симметрии камеры, кроме тою, один из дисковых электродов выполнен сетчатым, а между вторым электродом и соседней с ним крышкой размещена винтовая пружина, которая за счет жесткости обеспечивает электрический контакт между электродами и каталитически активной средой, при этом каталитически активная среда выполнена в виде гранул.
Такая конструкция термокиталитического детектора газов и паров обеспечивает расширение его информационных возможностей, а именно, позволяет в процессе каталитического сгорания горючих газов и паров на каталитически активной среде непрерывно измерять ее удельную электрическую проводимость путем измерения электрического сопротивления слоя гранулированного катализатора постоянной толщины, которое осуществляется для предотвращения процесса электролиза на переменном токе. Изменение электрической проводимости происходит как за счет изменения температуры каталитически активной среды, так и за счет изменения контактного сопротивления между гранулами и процесса переноса электрических зарядов в каталитически активной среде.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема термокаталитическогр детектора газов и паров показана на фиг. 1.
Термокаталитический детектор газов и паров содержит проточную цилиндрическую камеру 1, изготовленную из диэлектрического материала и заполненную каталитически активной средой 2, электрический нагреватель 3, соединенный с блоком электропитания 4 и размещенный на внешней поверхности камеры, термоэлектрический преобразователь 5, измерительный спай 6 которого размещен в каталитически активной среде, подключенный к измерителю напряжения 7, две крышки 8 и 9, снабженные штуцерами 10 и 11, расположенные на торцах 2 и 13 камеры. В проточной камере 1 дополнительно установлены два дисковых металлических электрода 14 и 15, подключенные к измерители электрического сопротивления 16, работающему на переменном токе, расположенные по обе стороны каталитически активной среды 2. При этом плоские поверхности электродов 14 и 15 ориентированы перпендикулярно оси симметрии 17 камеры 1. Электрод 14 выполнен сетчатым, что обеспечивает возможность беспрепятственного протекания анализируемых газов через камеру детектора, а между электродом 15 и соседней крышкой 8 размещена винтовая пружина 18, которая за счет своя жесткости обеспечивает электрический контакт между каталитически активной средой и электродами при изменении температуры этой среды в процессе измерения. Каталитическая среда выполнена из гранул катализатора с эффективным диаметром 0,5-1,0 мм.
Работа термокаталитического детектора осуществляется следующим образом.
Камера детектора перед анализом нагревается с помощью нагревателя 3, получающего питание от блока электропитания 4. Температуру камеры можно изменять от 200 до 600°С путем изменения напряжения, подаваемого к нагревателю. Через штуцер 11 в проточную камеру 1 непрерывно поступает воздух с постоянным объемным расходом. Через некоторое время после начала измерений устанавливается постоянная температура камеры. Температура измеряется с помощью термоэлектрического преобразователя 5 и измерителя напряжения 7, в качестве которого используется цифровой тестер, снабженный шкалой, проградуированной в градусах Цельсия. Сопротивления слоя каталитически активной среды, заключенной между электродами 14 и 15, измеряется с помощью высокоомного электрического моста переменного тока 16. Проза детектируемого компонента вводится в поток воздуха и транспортируется им в проточную камеру 1, где происходит окисление горючего вещества на каталитически активной среде. При этом увеличивается температура каталитически активной среды, измеряемая с помощью термоэлектрического преобразователя 5, и уменьшается электрическое сопротивление слоя каталитически активной среды 2, что измеряется мостом 16. Таким образом, осуществляется анализ газовых сред. При этом для получения воспроизводимых результатов объемы проб различных горючих газов всегда применяются одинаковыми.
Проведены исследования на макете термокаталитического детектора, который представлял собой кварцевую трубку длиной 80 мм и внутренним диаметром 6,0 мм, заполненную платино-палладиевым катализатором с эффективным диаметром гранул 0,5-1,0 мм, при температуре 500°С.При объемном расходе воздуха равном 2 л/час и объеме пробы 0,5 мл (метан) изменение сопротивления слоя каталитически активной среды составляло 6,8% (оно изменялось от 0,87 до 0,81 ГОм). При этом температура этой среды изменялась на 3,6% (она изменялась от 500 до 518°С).
Преимуществом предлагаемого технического решения является: дополнительная возможность исследования электрофизических процессов, протекающих при окислении газов и паров углеводородов на гранулированном катализаторе при его различных температурах и расходах газового потока.
Предлагаемый термокаталитический детектор может быть реализован на базе термокаталитического детектора с термоэлектрическим преобразователем и вспомогательных устройств, обеспечивающих измерение электрического сопротивления каталитически активной среды.
Термокаталитический детектор может найти применение как для измерений концентраций горючих газов и паров в воздухе с высокой чувствительностью, так и для исследований электрических процессов, протекающих при каталитической реакции окисления горючих веществ.