RU17987U1

RU17987U1 - HYDROGEN ANALYZER IN GAS MIXTURES

Info

Publication number: RU17987U1
Application number: RU2001102427/20U
Authority: RU
Inventors: Е.А. Кочеткова; В.В. Лешков; С.Н. Скоморохова; Г.И. Линник; А.С. Кудинов
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2001-05-10

Abstract

1. Анализатор водорода в газовых смесях, включающий корпус с отверстиями для входа и выхода анализируемой газовой смеси и размещенный в корпусе чувствительный элемент, отличающийся тем, что корпус выполнен из теплопроводного материала и снабжен нагревателем, чувствительный элемент состоит из рабочего проводника, содержащего палладий, и компенсационного проводника, содержащего платину, рабочий и компенсационный проводники соединены между собой посредством электрического контакта, а периферийные части рабочего и компенсационного проводников снабжены выводящими электрическими контактами.2. Анализатор водорода по п.1, отличающийся тем, что рабочий проводник дополнительно содержит серебро.3. Анализатор водорода по п.2, отличающийся тем, что компенсационный проводник дополнительно содержит иридий.4. Анализатор водорода по п.3, отличающийся тем, что компенсационный проводник выполнен с покрытием из термостойкого электроизоляционного материала.5. Анализатор водорода по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что рабочий и компенсационный проводники выполнены с одинаковыми геометрическими размерами.6. Анализатор водорода по п.5, отличающийся тем, что рабочий и компенсационный проводники выполнены в форме спиралей.7. Анализатор водорода по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что корпус выполнен металлическим.1. A hydrogen analyzer in gas mixtures, comprising a housing with openings for entry and exit of the analyzed gas mixture and a sensing element located in the housing, characterized in that the housing is made of heat-conducting material and equipped with a heater, the sensitive element consists of a working conductor containing palladium, and the compensation conductor containing platinum, the working and compensation conductors are interconnected by electrical contact, and the peripheral parts of the working and compensation wires Odnikov equipped with output electrical contacts. 2. A hydrogen analyzer according to claim 1, characterized in that the working conductor further comprises silver. The hydrogen analyzer according to claim 2, characterized in that the compensation conductor further comprises iridium. The hydrogen analyzer according to claim 3, characterized in that the compensation conductor is made of a coating of heat-resistant electrical insulation material. A hydrogen analyzer according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the working and compensation conductors are made with the same geometric dimensions. A hydrogen analyzer according to claim 5, characterized in that the working and compensation conductors are made in the form of spirals. A hydrogen analyzer according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the housing is made of metal.

Description

АНАЛИЗАТОР ВОДОРОДА В ГАЗОВЫХ СМЕСЯХHYDROGEN ANALYZER IN GAS MIXTURES

Полезная модель относится к области аналитической химии и может быть использована для непрерьтного контроля содержания водорода в воздушных и паровоздушных смесях, в частности для контроля газа под защитной оболочкой АЭС во избежание накопления взрьшоопасной концентрации водорода.The utility model relates to the field of analytical chemistry and can be used for continuous monitoring of the hydrogen content in air and vapor-air mixtures, in particular, for monitoring gas under the protective shell of nuclear power plants in order to avoid the accumulation of explosive hydrogen concentration.

Наиболее близким техническим решением является анализатор водорода в газах (А.С. СССР № 238222, МПК G01N27/02. «Способ определения водорода в смеси с гелием. Опубликован 20.02.69 г., Бюл. № 9). Анализатор представляет собой две стеклянные трубки, внутри которых находятся спирали из палладиевой проволоки. Проволока намотана на фарфоровые стержни. К концам палладиевой проволоки приварены платиновые проволоки для впаивания в стекло. Одна из трубок заполнена газом, не содержащим водород, и запаяна, другая - имеет на концах краны для продувки через нее анализируемой смеси газов. Трубки соединены в один блок для поддержания одинаковых температурных условий. К недостаткам прототипа относятся: возможность определения водорода только в смеси с гелием, принудительная подача смеси газов в анализатор, необходимость поддержания одинаковой температуры в двух трубках, что приводит к увеличению погрешности определенияThe closest technical solution is a hydrogen analyzer in gases (AS USSR No. 238222, IPC G01N27 / 02. "Method for the determination of hydrogen in a mixture with helium. Published on 02/20/69, Bull. No. 9). The analyzer consists of two glass tubes, inside of which there are spirals made of palladium wire. The wire is wound on porcelain rods. Platinum wires are welded to the ends of the palladium wire for soldering into glass. One of the tubes is filled with hydrogen-free gas and sealed, the other has taps at the ends for purging the analyzed gas mixture through it. The tubes are connected in one unit to maintain the same temperature conditions. The disadvantages of the prototype include: the ability to determine hydrogen only in a mixture with helium, the forced supply of a mixture of gases to the analyzer, the need to maintain the same temperature in two tubes, which leads to an increase in the determination error

Перед авторами стояла задача устранить указанные недостатки и разработать анализатор водорода в газовых смесях с широкой областью применения, высокой надежностью и точностью непрерьшного определения концентрации водорода в воздушных и парс-воздушных смесях.The authors were faced with the task of eliminating these shortcomings and developing a hydrogen analyzer in gas mixtures with a wide range of applications, high reliability and accuracy of the unceasing determination of hydrogen concentration in air and pars-air mixtures.

Для решения поставленной задачи предлагается анализатор водорода в газовых смесях, включающий корпус с отверстиями для входа и выхода анализируемого газа и размещенный в корпусе чувствительный элемент. Анализатор отличается от известных тем, что его корпус выполнен из теплопроводного материала и снабжен нагревателем, чувствительный элемент состоит из рабочего проводника, содержащего палладий, и компенсационного проводника, содержащего платину, рабочий и компенсационный проводники соединены между собой посредством электрического контакта, а периферийные части рабочего и компенсационного проводников снабжены выводящими электрическими контактами. В частном случае выполнения анализатора рабочий проводник дополнительно содержит серебро. Компенсационный проводйик может дополнительно содержать иридий и быть выполнен с покрытием из термостойкого электроизоляционного материала. Целесообразно рабочий иTo solve this problem, a hydrogen analyzer in gas mixtures is proposed, which includes a housing with holes for the inlet and outlet of the analyzed gas and a sensitive element located in the housing. The analyzer differs from the known ones in that its case is made of heat-conducting material and equipped with a heater, the sensitive element consists of a working conductor containing palladium and a compensation conductor containing platinum, the working and compensation conductors are interconnected by electrical contact, and the peripheral parts of the working and compensation conductors are equipped with output electrical contacts. In the particular case of the analyzer, the working conductor additionally contains silver. The compensation conductor can additionally contain iridium and can be made with a coating of heat-resistant electrical insulation material. Suitable working and

МПК G01N27/02IPC G01N27 / 02

компенсационный проводники выполнять с одинаковыми геометрическими размерами и в форме спиралей.Compensation conductors should be made with the same geometric dimensions and in the form of spirals.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в возможности непрерьшного определения водорода в газовой смеси без принудительной подачи смеси в анализатор. Принцип определения водорода с использованием полезной модели основан на электрокондукгометрическом эффекте, проявляющимся в обратимом селективном поглощении водорода палладием или его сплавом с серебром. Такое поглощение приводит к повьплению электрического сопротивления палладия, которое, в свою очередь, является функцией концентрации молекулярного водорода в анализируемой пробе газа. Особенности конструкции анализатора обеспечивают его работоспособность в условиях естественной конвекции газовой смеси, в частности внутри защитной оболочки АЭС.The technical result of the claimed utility model consists in the possibility of a continuous determination of hydrogen in a gas mixture without forcing the mixture into the analyzer. The principle of determining hydrogen using a utility model is based on the electroconductometric effect, manifested in the reversible selective absorption of hydrogen by palladium or its alloy with silver. Such absorption leads to an increase in the electrical resistance of palladium, which, in turn, is a function of the concentration of molecular hydrogen in the analyzed gas sample. The design features of the analyzer ensure its operability in conditions of natural convection of the gas mixture, in particular inside the protective shell of nuclear power plants.

На фиг. представлен вертикальный разрез анализатора водорода, 1 - корпус, 2нагреватель, 3- теплоизоляция, 4 - кожух, 5 - чувствительный элемент, 6 - рабочий проводник, 7 - компенсационный проводник, 8 - изоляторы, 9 - термопара, 10 и 11 разъемы, 12 - несущий стержень.In FIG. a vertical section of a hydrogen analyzer is shown, 1 - a housing, 2 a heater, 3 - thermal insulation, 4 - a casing, 5 - a sensing element, 6 - a working conductor, 7 - a compensation conductor, 8 - insulators, 9 - a thermocouple, 10 and 11 connectors, 12 - bearing rod.

Анализатор водорода состоит из трубчатого металлического корпуса 1, на внешней поверхности которого размещен нагреватель 2, выполненный в виде спирали. Корпус 1 с нагревателем 2 заключен в металлический кожух 4, а между нагревателем 2 и кожухом 4 размещена теплоизоляция 3. Токоведущая жила нагревателя 2 подключена к разьему 11, служащему для подключения нагревателя, и вторичного измерительного прибора. Разьем 11 установлен на кожухе 4. Внутри трубчатого корпуса 1 размещен чувствительный элемент 5, содержащий рабочий проводник 6 и компенсационный проводник 7, вьшолненный в виде спиралей. К рабочему проводнику 6 и компенсационному проводнику 7 присоединены электрические контакты, впаянные в стеклянные изоляторы 8. Изоляторы установлены на несущем полом стержне, внутри которого размещена кабельная микротермопара 9. Электроды термопары 9, выводящие электрические контакты рабочего проводника 6 и компенсационного проводника 7 подключены к контактам разъема 10, установленного на периферийной части чувствительного элемента. Рабочий проводник 6 изготовлен из сплава палладий серебро, а компенсационный проводник изготовлен из сплава платина - иридий и покрыт органосиликатным составом, препятствующим доступу анализируемого газа к поверхности компенсационного проводника 7. Компенсационный проводник 7The hydrogen analyzer consists of a tubular metal housing 1, on the outer surface of which is placed a heater 2, made in the form of a spiral. The housing 1 with the heater 2 is enclosed in a metal casing 4, and a heat insulation 3 is placed between the heater 2 and the casing 4. The current-carrying core of the heater 2 is connected to the socket 11, which serves to connect the heater and the secondary measuring device. The connector 11 is installed on the casing 4. Inside the tubular housing 1 is placed a sensing element 5 containing a working conductor 6 and a compensation conductor 7, made in the form of spirals. Electrical contacts soldered into glass insulators 8 are connected to the working conductor 6 and compensation conductor 7. The insulators are mounted on a supporting hollow rod, inside of which there is a cable microthermocouple 9. Thermocouple electrodes 9 that output electrical contacts of the working conductor 6 and compensation conductor 7 are connected to the connector pins 10 mounted on the peripheral part of the sensing element. The working conductor 6 is made of palladium silver alloy, and the compensation conductor is made of platinum-iridium alloy and is coated with an organosilicate composition that prevents the analyzed gas from accessing the surface of the compensation conductor 7. Compensation conductor 7

обеспечивает компенсацию изменений электросопротивления рабочего проводника, обусловленных изменениями рабочей температуры чувствительного элемента 5.provides compensation for changes in the electrical resistance of the working conductor due to changes in the operating temperature of the sensing element 5.

Так как принцип определения концентрации водородах в газовых смесях с использованием заявляемой полезной модели основан на электрокондукгометрическом эффекте, то температурный коэффициент электросопротивления компенсационного проводника должен быть максимально близким по значению к температурному коэффициенту сопротивления рабочего проводника при малой чувствительности компенсационного проводника к водороду.Since the principle of determining the concentration of hydrogen in gas mixtures using the claimed utility model is based on the electroconductivity effect, the temperature coefficient of electrical resistance of the compensation conductor should be as close as possible to the temperature coefficient of resistance of the working conductor with a low sensitivity of the compensation conductor to hydrogen.

Полезная модель работает следующим образом. Газовая смесь поступает в анализатор через входное отверстие за счет конвективного переноса, причиной которого является перепад температур между внешней средой и температурой внутри анализатора, создаваемый за счет нагревания корпуса анализатора до температуры от 150 до 220°С. Водород, содержащийся в анализируемой газовой смеси, селективно и обратимо поглощается палладием или его сплавом, из которого изготовлен рабочий проводник 6 чувствительного элемента 5, что вызьгеает изменение его электрического сопротивления пропорционально концентрации поглощенного водорода. При этом электрическое сопротивление компенсационного проводника 7 остается неизменным. Разность электрических сопротивлений рабочего проводника 6 и компенсационного проводника 7 измеряют при помощи вторичного измерительного прибора, например мостовой электрической схемы.The utility model works as follows. The gas mixture enters the analyzer through the inlet due to convective transport, the cause of which is the temperature difference between the external environment and the temperature inside the analyzer, created by heating the analyzer body to a temperature of from 150 to 220 ° C. Hydrogen contained in the analyzed gas mixture is selectively and reversibly absorbed by palladium or its alloy, from which the working conductor 6 of the sensing element 5 is made, which causes a change in its electrical resistance in proportion to the concentration of absorbed hydrogen. In this case, the electrical resistance of the compensation conductor 7 remains unchanged. The difference in electrical resistance of the working conductor 6 and the compensation conductor 7 is measured using a secondary measuring device, for example, a bridge circuit.

Пример. Был изготовлен опытный образец анализатора водорода, состоящий из трубчатого корпуса 1, выполненного из нержавеющей стали марки 1x18 Н9Т, и чувствительного элемента 5. Высота корпуса составляла 500 мм, диаметр сечения - 70 мм. На корпусе размещен нагреватель 2 в виде спирали, сверху покрытый теплоизоляцией 3. Нагреватель с теплоизоляцией заключен в металлический корпус, выполненный из нержавеющей стали марки 1x18 Н9Т. Токоведущая жила нагревателя подключена к разъему 11, установленному на кожухе 4. Чувствительный элемент 5 состоял из рабочего и компенсационного проводников 6 и 7, выполненных в виде спиралей из сплавов палладий-серебро и платина-иридий соответственно. Проводники механически и электрически соединены с контактами, впаянными в стеклянные изоляторы 8. Изоляторы закреплены на несущем полом стержне 12. Опытный образец анализатора устанавливали вертикально и подсоединяли к экспериментальной лабораторной установке,,, включающей узел приготовления водородо-воздущных смесей, вторичный измерительный прибор, датчики температуры, давления и расходаExample. A prototype hydrogen analyzer was made, consisting of a tubular body 1 made of 1x18 H9T stainless steel and a sensing element 5. The height of the case was 500 mm, and the cross-section diameter was 70 mm. A heater 2 in the form of a spiral is placed on the casing, coated with thermal insulation 3 on top. The heater with thermal insulation is enclosed in a metal casing made of 1x18 H9T stainless steel. The current lead of the heater is connected to the connector 11 mounted on the casing 4. The sensitive element 5 consisted of working and compensation conductors 6 and 7, made in the form of spirals from palladium-silver and platinum-iridium alloys, respectively. The conductors are mechanically and electrically connected to the contacts soldered into glass insulators 8. The insulators are mounted on a supporting hollow rod 12. The prototype analyzer was mounted vertically and connected to an experimental laboratory installation, including a unit for preparing hydrogen-air mixtures, a secondary measuring device, temperature sensors pressure and flow

газа, систему газовых электрокоммуникаций. Испытания проводили при температуре воздуха 22°С и влажности 8,4 мг/л. Результаты испытаний показали, что время, через которое анализатор реагирует на наличие в анализируемой газовой смеси водорода при его концентрации в смеси 3,7% объем., составляет 30 с. Время установления равновесного значения показаний анализатора водорода составляет 150 с. При концентрации водорода в анализируемой газовой смеси 1,0% объем, относителъная погрешность определения составила 1,0%, а при концентрации водорода 3,7% объем. -0,1%.gas, gas electrical communications system. The tests were carried out at an air temperature of 22 ° C and a humidity of 8.4 mg / L. The test results showed that the time after which the analyzer reacts to the presence of hydrogen in the analyzed gas mixture at its concentration in the mixture of 3.7% vol., Is 30 s. The time to establish the equilibrium value of the readings of the hydrogen analyzer is 150 s. At a concentration of hydrogen in the analyzed gas mixture of 1.0% volume, the relative error of determination was 1.0%, and at a hydrogen concentration of 3.7% volume. -0.1%.

Claims

1. A hydrogen analyzer in gas mixtures, comprising a housing with openings for entry and exit of the analyzed gas mixture and a sensing element located in the housing, characterized in that the housing is made of heat-conducting material and equipped with a heater, the sensitive element consists of a working conductor containing palladium, and the compensation conductor containing platinum, the working and compensation conductors are interconnected by electrical contact, and the peripheral parts of the working and compensation wires Odnikov equipped with output electrical contacts.

2. The hydrogen analyzer according to claim 1, characterized in that the working conductor further comprises silver.

3. The hydrogen analyzer according to claim 2, characterized in that the compensation conductor further comprises iridium.

4. The hydrogen analyzer according to claim 3, characterized in that the compensation conductor is made of a coating of heat-resistant electrical insulation material.

5. A hydrogen analyzer according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the working and compensation conductors are made with the same geometric dimensions.

6. The hydrogen analyzer according to claim 5, characterized in that the working and compensation conductors are made in the form of spirals.

7. The hydrogen analyzer according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the housing is made of metal.