CS265296B1

CS265296B1 - Method of measuring the concentration of flammable gases and vapors

Info

Publication number: CS265296B1
Application number: CS881475A
Authority: CS
Inventors: Tomas Ing Csc Bartovsky; Jiri Doc Dr Ing Csc Sladecek; Karel Doc Ing Csc Kadlec; Frantisek Ing Csc Houdek
Original assignee: Bartovsky Tomas; Jiri Doc Dr Ing Csc Sladecek; Kadlec Karel; Houdek Frantisek
Priority date: 1988-03-08
Filing date: 1988-03-08
Publication date: 1989-10-13
Also published as: CS147588A1

Abstract

Způsob měření koncentrace hořlavých plynů a par ve vzduchu a jiných plynech obsahujících kyslík ta epalování plynu na katalytickém tělísku, " vyhřívaném elektrickým proudem a využívající změnu odporu topného drátu v závislosti na teplotě, je založen na tom, že se při ohřátí katalytického tělíska nad nastavenou teplotu vypíná nebo snižuje topný elektrický proud na dobu 0,05 až 0,2 a a sleduje se frekvence vypínání nebo snižovaní elektrického proudu, tvořící míru koncentrace hořlavého plynu. Způsob nalezne uplatnění při realizaci přístrojů pro zjištování koncentrace hořlavých plynů a par v ovzduší, pro detekci a lokalizaci míst úniku hořlavých plynů z nádrží, rozvodů, armatur a podobně.The method of measuring the concentration of flammable gases and vapors in air and other gases containing oxygen and gas combustion on a catalytic body, heated by electric current and using a change in the resistance of the heating wire depending on the temperature, is based on the fact that when the catalytic body is heated above the set temperature, the heating electric current is switched off or reduced for a period of 0.05 to 0.2 a and the frequency of switching off or reducing the electric current is monitored, forming a measure of the concentration of flammable gas. The method finds application in the implementation of devices for determining the concentration of flammable gases and vapors in the air, for detecting and locating places of leakage of flammable gases from tanks, distribution systems, fittings and the like.

Description

Vynález se týká způsobu měření koncentrace hořlavých plynů a par ve vzduchu a jiných plynech obsahujících kyslík, za. spalování plynu na katalytickém tělísku vyhřívaném elektrickým proudem a využívající rovněž změny odporu topného drátu s teplotou.The invention relates to a method for measuring the concentration of flammable gases and vapors in air and other oxygen-containing gases. combustion of gas on a catalytic element heated by electric current and also utilizing changes in heating wire resistance with temperature.

Pro měření koncentrace hořlavých plynů a par ve vzduchu se běžně používá měření tepla uvolňovaného při spalování na elektricky vyhřívaném katalytickém tělísku. Katalyzátor je buď nanesen na šroubovici z platinového drátu, nebo je katalyzátorem přímo povrch drátu. Platinový drát slouží pro vyhřívání a obvykle i pro měření teploty. Teplota se měří podle změny odporu platinového drátu. Ten bývá nejčastěji zapojen v jednom ramezi Wheatstoneova mostu. Přivede-li se ke katalytickému povrchu směs obsahující hořlavou složku, zvýší se teplota katalytického tělíska, což se projeví změnou napětí v diagonále Wheatstoneova mostu. Toto napětí je tedy mírou koncentrace hořlavého plynu nebo páry ve vzduchu. Výstupní signál Wheatstoneova mostu se buď měří vhodným analogovým měřicím přístrojem anebo se zesiluje a zpracovává dalšími elektronickými obvody.Measurements of the heat released by combustion on an electrically heated catalytic element are commonly used to measure the concentration of flammable gases and vapors in air. The catalyst is either deposited on a platinum wire helix or the catalyst is directly the wire surface. Platinum wire is used for heating and usually also for temperature measurement. The temperature is measured by changing the resistance of the platinum wire. It is most often involved in one arm of the Wheatstone Bridge. If a mixture containing a flammable component is brought to the catalytic surface, the temperature of the catalyst body is increased, which is manifested by a change in the stress in the diagonal of the Wheatstone bridge. This voltage is therefore a measure of the concentration of flammable gas or vapor in the air. The output signal of the Wheatstone bridge is either measured with a suitable analog measuring instrument or amplified and processed by other electronic circuits.

U analyzátorů pro měření koncentrace hořlavých plynů a par je často požadována varovná signalizace při překročení nastavené mezní koncentrace. Je-li například požadován akustický signál, nebo signalizace blikáním světelné diody, je třeba k zesilovači připojit ještě napětím řízený oscilátor. Tím se zařízení stává poměrně složité, což je nevýhodné hlavně u přenosných, miniaturizovaných přístrojů napájených z elektrochemických zdrojů.For analyzers for measuring the concentration of flammable gases and vapors, a warning signal is often required when the set limit concentration is exceeded. For example, if an acoustic signal or flashing LED is required, a voltage-controlled oscillator must be connected to the amplifier. This makes the device relatively complex, which is particularly disadvantageous for portable, miniaturized devices powered by electrochemical sources.

265 296265 296

- 2 Tento nedostatek je ve značné míře odstraněn způsobem měření koncentrace hořlavých, plynů a par ve vzduchu a jiných plynech obsahujících kyslík, za spalování plynu na katalytickém tělísku vyhřívaném elektrickým proudem a využívajícím změny elektrického odporu topného drátu v závislosti na teplotě, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že se při ohřátí katalytického tělíska nad nastavenou teplotu vypíná nebo snižuje topný elektrický proud na dobu 0,05 až 0,2 s a sleduje se frekvence vypínání nebo snižování topného elektrického proudu tvořící míru koncentrace hořlavého plynu.This drawback is largely eliminated by the method of measuring the concentration of flammable, gases and vapors in air and other oxygen-containing gases by burning gas on a catalytic element heated by electric current and utilizing the temperature resistance of the heating wire in accordance with the invention. It is based on the fact that, when the catalyst body is heated above a set temperature, the heating current is switched off or reduced for a period of 0.05 to 0.2 seconds and the frequency of switching off or decreasing the heating current is monitored, forming a measure of flammable gas concentration.

Základní výhoda způsobu podle vynálezu spočívá ve zjednodušení elektronických vyhodnocovacích obvodů.The basic advantage of the method according to the invention lies in the simplification of the electronic evaluation circuits.

Způsob měření podle vynálezu je dále vysvětlen na příkladu provedení.The measurement method according to the invention is further explained by way of example.

Příklad provedeníExemplary embodiment

Do topného drátu, který vyhřívá katalytické tělísko,se zavedl elektrický proud, který byl udržován na úrovni 50 mA. Katalytické tělísko jím bylo ohřáto na teplotu 350 °C, která odpovídá napětí 1,0 V. Ke katalytickému povrchu tělíska je přiveden > měřený plyn, v daném případě vodík o koncentraci nejvýše 4 % hmot. Teplota katalytického tělíska se tak zvýšila o 80 °C, v důsledku čehož napětí typného drátu vzrostlo o 80 mV. Snímač v elektrickém obvodu vypnul při zvýšení napětí napájecí proud na dobu 0,1 s, » přičemž teplota katalytického tělíska poklesla o 120 °C. Po opětném zapnutí proudu se teplota a napětí vrátily na původní hodnoty, to je 1,0 V a 350 °C, které vyvolaly další přerušení dodávky proudu, za 0,05 s. Doba mezi jednotlivými přerušeními je tím kratší, čím je koncentrace plynu vyšší a čím více tepla se přivádí z chemické reakce. Z frekvence vypínání proudu se vyhodnotila koncentrace hořlavého plynu.An electric current was maintained in the heating wire, which heats the catalytic element, and was maintained at 50 mA. The catalyst body was heated to a temperature of 350 ° C, which corresponds to a voltage of 1.0V. Thus, the temperature of the catalyst body increased by 80 ° C, resulting in a typical wire tension of 80 mV. The sensor in the electrical circuit switched off the supply current for 0.1 s when the voltage increased, while the temperature of the catalyst body fell by 120 ° C. After the power was switched back on, the temperature and voltage returned to the original values, i.e. 1.0 V and 350 ° C, which caused a further interruption of the power supply in 0.05 s. and the more heat is supplied from the chemical reaction. The flammable gas concentration was evaluated from the current cut-off frequency.

Při dalších pokusech bylo zjištěno, že intenzita elektrického proudu, vyhřívající elektrické tělísko, se pohybovala v rozmezí 100 až 1000 mA. Katalytické tělísko jím bylo ohříváno na teplotu 200 až 500 °C. Těmto teplotám odpovídá napětí 0,5 ažIn further experiments, it was found that the intensity of the electric current heating the electric body was in the range of 100 to 1000 mA. The catalyst was heated to 200-500 ° C. These temperatures correspond to a voltage of 0.5 to

- 3 1,5 V. Při přivedení hořlavého plynu, například metanu, o koncentraci nižší než je dolní mez výbušnosti, to je nejvýše 5,2 % hmot,, se 2výší teplota katalytického tělíska o 10 až 100 °C, v důsledku čehož vzroste napětí topného drátu o 10 až 100 mV. Snímač v elektrickém obvodu vypne na dobu 0,05 až 0,2 s, až teplota poklesne o 100 až 150 °C na původní hodnotu.When the flammable gas, such as methane, is present at a concentration below the lower explosive limit, i.e. not more than 5.2% by weight, the temperature of the catalyst body is increased by 10 to 100 ° C, thereby increasing heating wire voltage of 10 to 100 mV. The sensor in the electrical circuit turns off for 0.05 to 0.2 s until the temperature drops by 100 to 150 ° C to its original value.

Monostabilní klopný obvod, použitý pro generování přerušovacích pulzů, může současně sloužit pro zapínání proudu do sluchátek nebo do světelné diody. Tím se zařízení podstatně zjednoduší.The monostable flip-flop circuit used to generate interrupt pulses can simultaneously serve to power the headphone or light emitting diode. This greatly simplifies the device.

Způsob podle vynálezu nalezne uplatnění při realizaci přístro jů pracujících na principu katalytického spalování, zejména přístrojů přenosných, kterých se využívá pro zjištování koncentrace hořlavých plynů a par v ovzduší, pro detekci a lokalizaci míst úniku hořlavých plynů z nádrží, rozvodů, armatur a podobně.The method according to the invention finds application in the implementation of apparatuses operating on the principle of catalytic combustion, in particular portable devices, which are used for detecting the concentration of flammable gases and vapors in the atmosphere, for detecting and locating places of leakage of flammable gases from tanks, distribution systems and fittings.

Claims

Method for measuring the concentration of flammable gases and vapors in air and other oxygen-containing gases while burning gas on a catalytic element heated by electric current and utilizing a temperature-dependent variation in heating wire resistance, characterized in that it shuts off when the catalyst is heated above a set temperature or decreases the heating electric current for a period of 0.05 to 0.2 s and monitors the frequency of switching off or decreasing the heating electric current as a measure of the concentration of the combustible gas.