CS277279B6

CS277279B6 - Comparative element of the sensor operating on the principle of catalytic combustion

Info

Publication number: CS277279B6
Application number: CS906777A
Authority: CS
Inventors: Karel Doc Ing Csc Kadlec; Pavla Ing Vojtiskova; Frantisek Ing Csc Houdek
Original assignee: Vysoka Skola Chem Tech
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1992-12-16
Also published as: CS677790A3

Abstract

Srovnávací element snímače pracujícího na principu katalytického spalování je vytvořen z platinového drátku ve tvaru šroubovice. Platinová šrubovice je pokryta vrstvou nosiče, např. oxidu hlinitého, na níž je vytvořena vrstva amorfního zlata a celý povrch srovnávacího elementu je pokryt vrstvou skla.The comparison element of the catalytic combustion sensor is made of a platinum wire in the shape of a helix. The platinum helix is covered with a carrier layer, e.g. aluminum oxide, on which a layer of amorphous gold is formed, and the entire surface of the comparison element is covered with a layer of glass.

Description

Předmětem vynálezu je srovnávací element snímače pracujícího na principu katalytického spalování. Snímače pracující na tomto principu se používají k měření koncentrace hořlavých plynů a par v ovzduší. Při použití srovnávacího elementu podle vynálezu se zlepší dlouhodobá stabilita výstupního signálu snímače a zvýší se odolnost srovnávacího elementu vůči působení změn teploty a vlhkosti.The subject of the invention is a comparative element of a sensor operating on the principle of catalytic combustion. Sensors working on this principle are used to measure the concentration of flammable gases and vapors in the air. By using the comparator according to the invention, the long-term stability of the sensor output signal is improved and the resistance of the comparator to the effects of temperature and humidity changes is increased.

Snímač pracující na principu katalytického spalování je tvořen obvykle měřicím a srovnávacím elementem, které jsou umístěny v měřicí komoře. Měřicí element je opatřen katalyticky účinným povrchem, na kterém probíhá v přítomnosti hořlavé látky spalovací reakce. Teplem uvolněným při spalování se zvyšuje teplota měřicího elementu, a tím se zvyšuje i jeho elektrický odpor. Změna elektrického odporu se vyhodnocuje pomocí Wheatstoneova můstku. Výstup můstku se dál zpracovává elektronickými obvody na výstupní signál, jehož velikost je funkcí koncentrace hořlavé látky. Spolu s měřicím elementem je do Wheatstoneova můstku zapojen i srovnávací element, jehož povrch není katalyticky účinný. Úkolem srovnávacího elementu je potlačení rušivých vlivů, na výstupní signál. Jedná se zejména o potlačení vlivu změn teploty okolí, kolísání napájecího napětí můstku a tepelné vodivosti plynného vzorku.The sensor operating on the principle of catalytic combustion usually consists of a measuring and comparing element, which are located in the measuring chamber. The measuring element is provided with a catalytically active surface on which the combustion reaction takes place in the presence of a flammable substance. The heat released during combustion increases the temperature of the measuring element, and thus its electrical resistance also increases. The change in electrical resistance is evaluated using a Wheatstone bridge. The output of the bridge is further processed by electronic circuits into an output signal, the magnitude of which is a function of the concentration of the flammable substance. Along with the measuring element, a comparison element whose surface is not catalytically effective is also connected to the Wheatstone bridge. The task of the comparator is to suppress interfering effects on the output signal. In particular, it is about suppressing the influence of changes in ambient temperature, fluctuations in the supply voltage of the bridge and the thermal conductivity of the gaseous sample.

Měřicí element je nejčastěji tvořen šroubovicí z platinového drátu, která je pokryta vrstvou slinutého oxidu hlinitého. Na povrchu takto vzniklého keramického tělíska je nanesen vhodný katalyzátor např. z platiny a paladia. Srovnávací element je vytvořen podobným způsobem jako element měřicí, avšak jeho povrch není opatřen katalyzátorem. Často bývá povrch srovnávacího elementu opatřen katalyticky inaktivní vrstvou, vytvořenou například z alkalického nebo křemičitého skla, která zabraňuje spalování.The measuring element is most often formed by a helix made of platinum wire, which is covered with a layer of sintered alumina. A suitable catalyst, for example of platinum and palladium, is applied to the surface of the thus formed ceramic body. The comparison element is formed in a similar way to the measuring element, but its surface is not provided with a catalyst. Often, the surface of the comparator element is provided with a catalytically inactive layer, formed for example from alkali or silica glass, which prevents combustion.

Nevýhodou tohoto způsobu desaktivace je skutečnost, že působením změn teploty a vlhkosti ztrácí skleněná vrstva svou kompaktnost. V obalové skleněné vrstvě vznikají trhliny, kterými vniká plyn do nitra srovnávacího elementu a na porézním povrchu vytvořeném z oxidu hlinitého může potom docházet ke spalovací reakci, což vede ke snížení výstupního signálu snímače.The disadvantage of this method of deactivation is the fact that the glass layer loses its compactness due to changes in temperature and humidity. Cracks are formed in the envelope glass layer through which gas enters the interior of the reference element, and a combustion reaction can then occur on the porous surface made of alumina, which leads to a reduction in the output signal of the sensor.

Uvedená nevýhoda je do značné míry odstraněna u srovnávacího elementu snímače pracujícího na principu katalytického spalování vytvořeného z platinového drátku ve tvaru šroubovice podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že platinová šroubovice je pokryta vrstvou nosiče např. oxidu hlinitého, na níž je vytvořena vrstva amorfního zlata a celý povrch srovnávacího elementu je pokryt vrstvou skla.This disadvantage is largely eliminated in the comparative element of a catalytic combustion sensor made of platinum wire in the form of a helix according to the invention, the essence of which consists in that the platinum helix is covered with a support layer such as alumina on which a layer of amorphous gold and the whole surface of the comparator is covered with a layer of glass.

Tímto uspořádáním, tj. vytvořením vrstvy amorfního zlata se dosáhne toho, že katalytický účinek povrchu nosiče vytvořeného z oxidu hlinitého se výrazně sníží. Amorfní zlato vykazuje desaktivační účinek a při provozní teplotě srovnávacího elementu až do 400 ’C nedochází na takovém povrchu ke spalovací reakci. Amorfní zlato je tmavě hnědé barvy a vytvoření tmavého povrchu nosiče přináší další výhodu v tom, že srovnávací element má velmi podobnou tmavou barvu jako element měřicí, což je důležité z hlediska podobného chování při odvodu tepla radiací. Pokrytím celého povr f chu srovnávacího elementu vrstvou skla se dosáhne toho, že povrch je dokonale katalyticky inaktivní. Vlastnosti takto vytvořeného srovnávacího elementu se vyznačují velmi dobrou stabilitou a reprodukovatelností. Na povrchu skleněné vrstvy, pokrývající srovnávací element nedochází ke spalování hořlavých látek a řídicím dějem určujícím teplotu elementu je tepelná vodivost plynné směsi. V případě popraskání skla např. vlivem vlhkosti či teplotních změn, může sice docházet k pronikání detegované hořlavé látky do nitra srovnávacího elementu, avšak vzhledem k tomu, že povrch oxidu hlinitého je desaktivován amorfním zlatém, nedochází ke spalovací reakci a tudíž ani k ovlivnění výstupního signálu snímače.By this arrangement, i.e. by forming a layer of amorphous gold, it is achieved that the catalytic effect of the surface of the support made of alumina is significantly reduced. Amorphous gold has a deactivating effect and no combustion reaction occurs on such a surface at an operating temperature of the comparator up to 400 ° C. Amorphous gold is dark brown in color, and the formation of a dark surface on the support provides the additional advantage that the reference element has a very similar dark color to the measuring element, which is important for similar radiation heat dissipation behavior. By covering the entire surface of the comparator with a layer of glass, the surface is completely catalytically inactive. The properties of the comparison element thus formed are characterized by very good stability and reproducibility. There is no combustion of flammable substances on the surface of the glass layer covering the comparison element, and the control event determining the temperature of the element is the thermal conductivity of the gaseous mixture. In case of cracking of the glass, eg due to humidity or temperature changes, the detected flammable substance may penetrate into the interior of the comparator, but due to the fact that the alumina surface is deactivated by amorphous gold, there is no combustion reaction and therefore no effect on the output signal. sensors.

Srovnávacího elementu podle vynálezu bude možno využít při realizaci snímačů přenosných a stabilních analyzátorů pracujících na principu katalytického spalování. Tyto přístroje slouží zejména k měření koncentrace hořlavých plynů a par v prostorech s ne. bezpečím výbuchu. Přístroje však nachází uplatnění i v dalších : aplikacích např. při měření koncentrace ethanolu v plynech odcházejících z fermentačního zařízení.The comparator element according to the invention can be used in the implementation of sensors of portable and stable analyzers operating on the principle of catalytic combustion. These devices are mainly used to measure the concentration of flammable gases and vapors in areas with no. explosion safety. However, the devices are also used in other applications, such as measuring the concentration of ethanol in the gases leaving the fermenter.

Claims

PATENT CLAIMS

Comparative element of a catalytic combustion sensor made of platinum wire in the form of a helix which is covered with a support layer, for example alumina, which is covered with a glass layer, characterized in that a layer of amorphous gold is formed on the support layer and the whole surface is covered layer of glass.