RU184021U1 - Термохимический детектор газов - Google Patents
Термохимический детектор газов Download PDFInfo
- Publication number
- RU184021U1 RU184021U1 RU2018128118U RU2018128118U RU184021U1 RU 184021 U1 RU184021 U1 RU 184021U1 RU 2018128118 U RU2018128118 U RU 2018128118U RU 2018128118 U RU2018128118 U RU 2018128118U RU 184021 U1 RU184021 U1 RU 184021U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- chamber
- comparative
- flow chamber
- detector
- Prior art date
Links
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 25
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 6
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 6
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
- G01N25/22—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on combustion or catalytic oxidation, e.g. of components of gas mixtures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R17/00—Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
- G01R17/10—AC or DC measuring bridges
- G01R17/12—AC or DC measuring bridges using comparison of currents, e.g. bridges with differential current output
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к аналитической технике, а именно к детекторам, используемым в газовой хроматографии и средствах контроля концентрации горючих газов в воздухе. Термохимический детектор газов содержит неуравновешенный электрический мост 1, группу, соединенных последовательно, измерительных чувствительных элементов 2, и такую же группу, соединенных последовательно, сравнительных элементов 3, включенных в смежные плечи неуравновешенного моста, проточную камеру 4, снабженную входным 5 и выходным 6 штуцерами, и стабилизированный источник электропитания 7 этого моста. Согласно полезной модели измерительные 2 и сравнительные 3 чувствительные элементы размещены на продольной оси 8 проточной камеры 4 и чередуются между собой. Первым, относительно входного штуцера 5 проточной камеры 4, размещен измерительный чувствительный элемент 2. Поперек камеры 4 между соответствующими измерительными 2 и сравнительными 3 чувствительными элементами установлены металлические сетки 9. К входному штуцеру 5 камеры подключен тройник 10 для соединения проточной камеры 4 с потоком газа из хроматографической колонки и вспомогательным потоком воздуха. Технический результат - упрощение калибровки термохимического детектора при его использовании в газовой хроматографии. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к аналитической технике, а именно к детекторам, используемым в газовой хроматографии и средствах контроля концентрации горючих газов в воздухе.
Известен термохимический детектор газов (Тарасевич В.Н. Металлические терморезисторные преобразователи горючих газов. Киев: Наукова думка. 1988. с. 198, табл. 30, верхний рисунок), содержащий проточную камеру, в которой размещена платиновая спираль, являющаяся каталитически активным чувствительным элементом. Эта спираль включена в неуравновешенный мост и нагревается его током до температуры 300-600°С. При попадании на платиновую спираль из потока анализируемого газа, протекающего через камеру, горючего вещества (газа или пара) последнее частично сгорает на спирали, что вызывает увеличение температуры спирали и ее электрического сопротивления. При этом возникает разбаланс электрического неуравновешенного моста, который несет информацию о концентрации горючего вещества в газовом потоке.
Недостатком такого детектора является то, что активность каталитической поверхности платиновой спирали заметно изменяется во времени. Это изменяет чувствительность детектора и требует его частой калибровки.
Наиболее близким по технической сущности является термохимический детектор газов (JP №3115847 16.05.1997/Combustiblegasdetector.ShinichiroK.), содержащий неуравновешенный электрический мост, группу, соединенных последовательно, измерительных чувствительных элементов, и такую же группу, соединенных последовательно, сравнительных чувствительных элементов, включенных в смежные плечи неуравновешенного моста, проточную камеру, снабженную входным и выходным штуцерами, и стабилизированный источник электропитания этого моста.
Этот детектор за счет последовательного включения нескольких чувствительных элементов, например, пеллисторов, обеспечивает большую чувствительность измерений концентраций горючих определяемых компонентов.
Недостатком таких детекторов является то, что при неполном сгорании определяемых компонентов сигнал детектора зависит не только от низшей объемной теплоты сгорания, но и от индивидуальной способности каждого компонента к каталитическому окислению. Это требует калибровки детектора по каждому компоненту, что усложняет процедуру получения количественной информации, особенно, при использовании детектора в газовой хроматографии.
Проблемой полезной модели является создание термохимического детектора газов не требующего калибровки по каждому детектируемому компоненту.
Техническим результатом полезной модели является упрощение калибровки термохимического детектора при его использовании в газовой хроматографии.
Технический результат достигается тем, что термохимический детектор содержит неуравновешенный электрический мост, группу, соединенных последовательно, измерительных чувствительных элементов, и такую же группу, соединенных последовательно, сравнительных чувствительных элементов, включенных в смежные плечи неуравновешенного моста, проточную камеру, снабженную входным и выходным штуцерами, и стабилизированный источник электропитания этого моста. Согласно полезной модели все измерительные и сравнительные чувствительные элементы размещены на продольной оси проточной камеры и чередуются между собой. Первым относительно входного штуцера проточной камеры размещен измерительный чувствительный элемент. Поперек камеры между соответствующими измерительными и сравнительными чувствительными элементами установлены металлические сетки. К входному штуцеру камеры подключен тройник для соединения проточной камеры с потоком газа из хроматографической колонки и вспомогательным потоком воздуха.
Такая конструкция термохимического детектора газов при использовании групп из четырех - пяти последовательно соединенных измерительных и сравнительных чувствительных элементов (пеллисторов) обеспечивает практически полное каталитического сгорание любых горячих газов, что определяет независимость сигнала детектора от индивидуальных способностей детектора к каталитическому окислению веществ. Расположение в одной камере детектора измерительных и сравнительных чувствительных элементов упрощает его конструкцию, а размещение после каждого измерительного чувствительного элемента соответствующего сравнительного элемента практически исключает влияние изменение состава продуктов сгорания на сигнал детектора. Наличие тройника, подключенного к входному штуцеру проточной камеры, обеспечивает возможность работы детектора при использовании его в газовой хроматографии с различными газами носителями: воздухом, гелием или азотом.
По сравнению с прототипом такая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема термохимического детектора газов показана на фиг. 1.
Термохимический детектор газов содержит неуравновешенный электрический мост 1, группу, соединенных последовательно, измерительных чувствительных элементов 2, и такую же группу, соединенных последовательно, сравнительных элементов 3, включенных в смежные плечи неуравновешенного моста, проточную камеру 4, снабженную входным 5 и выходным 6 штуцерами, и стабилизированный источник электропитания 7 этого моста.
Все измерительные 2 и сравнительные 3 чувствительные элементы размещены на продольной оси 8 проточной камеры 4 и чередуются между собой. Первым относительно входного штуцера 5 проточной камеры 4 размещен измерительный чувствительный элемент 2. Поперек камеры 4 между соответствующими измерительными и сравнительными чувствительными элементами 2 и 3 установлены металлические сетки 9, служащие для исключения влияния изменения температуры измерительных чувствительных элементов 2 на температуру соответствующих сравнительных чувствительных элементов 3. К входному штуцеру 5 камеры 4 подключен тройник 10 для подачи в нее газов из хроматографической колонки и потоку вспомогательного воздуха.
Термохимический детектор работает следующим образом.
Газ-носитель с разделенными на хроматографической колонке компонентами поступает к одному из входных штуцеров тройника 10. В другой штуцер этого тройника 10 поступает с постоянным объемным расходом воздух. Подача вспомогательного потока воздуха необходима в тех случаях, когда в хроматографической колонке в качестве газа-носителя используется азот или гелий. Воздух обеспечивает каталитическое сгорание компонентов выходящих из хроматографической колонки. Образовавшаяся в тройнике 10 газовая смесь с очередным детектируемым компонентом поступает в проточную камеру 4. На каждом каталитически активном измерительном чувствительном элементе 2 при наличии воздуха происходит сгорание компонентов. Причем, как показали проведенные экспериментальные исследования, при использовании четырех-пяти чувствительных элементов, нагретых до температуры 350-400°С, сгорает даже такой трудно каталитически окисляемый компонент как метан. При каталитическом сгорании горючих компонентов на всех измерительных чувствительных элементах их температура увеличивается. Это вызывает увеличение их сопротивлений, что, в свою очередь, вызывает разбаланс неуравновешенного эклектического моста, для измерения которого может быть использован электронный потенциометр или компьютер, снабженный аналого-цифровым преобразователем.
Группа сравнительных элементов 3 в данном детекторе используется для уменьшения влияния образующихся при каталитическом окислении продуктов (паров воды и диоксида углерода) на сигнал детектора. Это обеспечивается их включением в смежное плечо неравновесного моста. В детекторе предусмотрено практически полное исключение влияние изменений температуры измерительных чувствительных элементов 2 на сигнал детектора. Для этого между каждым измерительным чувствительным элементом 2 и соответствующим сравнительным чувствительным элементов 3 установлена металлическая сетка 9, исключающая передачу теплоты от измерительных элементов 2 сравнительным элементам 3.
Опытным путем установлены режимные параметры термохимического детектора при его использовании в газовой хроматографии:
ток групп измерительных и сравнительных пеллисторов - 165 мА;
расход газа-носителя (азот или гелий) - 20-40 мл/мин;
расход воздуха - 60-120 мл/мин.
При использовании в качестве газа-носителя азота или гелия чувствительность детектора превосходит чувствительность термокондуктометрического детектора, работающего на гелии.
Сигнал детектора описывается выражением:
где k1 - коэффициент преобразования детектора по низшей объемной теплоте сгорания; 
- низшая объемная теплота сгорания i-го компонента.
Из литературных источников известно (Тарасевич В.Н. Металлические терморезистивные преобразователи горючих газов. Киев: Наукова думка. 1988. С. 236-239), что низшая объемная теплота сгорания углеводородов и плотность в газовой фазе связаны выражением
где k2 - постоянный коэффициент; ρi - плотность i-го компонента в газовой фазе.
Из выражений (1) и (2) следует:
где k=k1⋅k2 - коэффициент преобразования детектора по плотности.
Зависимость сигнала детектора от плотности углеводородов позволяет рассматривать его как детектор равночувствительный по массовым концентрациям (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-Заде А.Ю. Автоматические детекторы газов и жидкостей. М: Энергоатомиздат, 1983. С. 17). При этом массовая концентрация любого компонента 
при хроматографическом анализе может быть рассчитана по формуле:
где Si - площадь пика i-го компонента анализируемой смеси на хроматограмме; n - число компонентов анализируемой смеси.
Из (4) следует, что при наличии полной хроматограммы отсутствует необходимость какой-либо калибровке детектора, работающего в составе хроматографа. При неполной хроматограмме для получения количественной информации обо всех известных компонентах анализируемой смеси достаточна калибровка детектора только по одному компоненту, а чувствительность к другим компонентам может быть определена расчетным путем по известным значениям их плотности в газовой фазе.
Преимуществами предлагаемого технического решения являются:
зависимость сигнала детектора от плотности газов и паров;
чувствительность большая чем, чем чувствительность наиболее распространенного термокондуктометрического детектора;
возможность функционирования практически на всех газах-носителях (воздух, азот, гелий);
простота калибровки.
Предлагаемый термохимический детектор может быть реализован на базе выпускаемых в промышленности чувствительных элементов (пеллисторах) и распространенной электроизмерительной аппаратуре.
Детектор может найти широкой применение в количественном лабораторном и промышленном хроматографическом анализе, а также в средствах контроля взрывоопасных концентраций горючих газов.
Claims (1)
- Термохимический детектор газов, содержащий неуравновешенный электрический мост, группу, соединенных последовательно, измерительных чувствительных элементов, и такую же группу, соединенных последовательно, сравнительных элементов, включенных в смежные плечи неуравновешенного моста, проточную камеру, снабженную входным и выходным штуцерами, и стабилизированный источник электропитания этого моста, отличающийся тем, что все измерительные и сравнительные чувствительные элементы размещены на продольной оси проточной камеры и чередуются между собой, при этом первым относительно входного штуцера проточной камеры размещен измерительный чувствительный элемент, поперек камеры между соответствующими измерительными и сравнительными чувствительными элементами установлены металлические сетки, а к входному штуцеру камеры подключен тройник для соединения проточной камеры с потоком газа из хроматографической колонки и вспомогательным потоком воздуха.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018128118U RU184021U1 (ru) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Термохимический детектор газов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018128118U RU184021U1 (ru) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Термохимический детектор газов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU184021U1 true RU184021U1 (ru) | 2018-10-11 |
Family
ID=63858980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018128118U RU184021U1 (ru) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Термохимический детектор газов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU184021U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU197139U1 (ru) * | 2020-01-09 | 2020-04-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Термохимический детектор газов |
| RU213351U1 (ru) * | 2022-04-19 | 2022-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Термохимический детектор газов |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03115847A (ja) * | 1989-09-29 | 1991-05-16 | Gastec:Kk | 可燃性ガス検知装置 |
| JP3115847B2 (ja) * | 1997-07-10 | 2000-12-11 | 株式会社藤井合金製作所 | ガス栓の性能検査方法 |
| CN1335499A (zh) * | 2000-07-25 | 2002-02-13 | 海城市石油化工仪器厂 | 岩石热解生储油岩组份定量分析装置 |
| CN103411998A (zh) * | 2013-08-22 | 2013-11-27 | 天津出入境检验检疫局工业产品安全技术中心 | 一种垂直燃烧性能自动检测方法 |
| US20160377563A1 (en) * | 2015-06-24 | 2016-12-29 | C. Gerhardt GmbH & Co. KG | Analytical Device for the Elementary Analysis |
-
2018
- 2018-07-31 RU RU2018128118U patent/RU184021U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03115847A (ja) * | 1989-09-29 | 1991-05-16 | Gastec:Kk | 可燃性ガス検知装置 |
| JP3115847B2 (ja) * | 1997-07-10 | 2000-12-11 | 株式会社藤井合金製作所 | ガス栓の性能検査方法 |
| CN1335499A (zh) * | 2000-07-25 | 2002-02-13 | 海城市石油化工仪器厂 | 岩石热解生储油岩组份定量分析装置 |
| CN103411998A (zh) * | 2013-08-22 | 2013-11-27 | 天津出入境检验检疫局工业产品安全技术中心 | 一种垂直燃烧性能自动检测方法 |
| US20160377563A1 (en) * | 2015-06-24 | 2016-12-29 | C. Gerhardt GmbH & Co. KG | Analytical Device for the Elementary Analysis |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU197139U1 (ru) * | 2020-01-09 | 2020-04-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Термохимический детектор газов |
| RU213351U1 (ru) * | 2022-04-19 | 2022-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Термохимический детектор газов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bott et al. | The use of multisensor systems in monitoring hazardous atmospheres | |
| RU184021U1 (ru) | Термохимический детектор газов | |
| Febrina et al. | Development of a simple CO2 sensor based on the thermal conductivity detection by a thermopile | |
| CN201765146U (zh) | 测汞仪器的汞富集装置 | |
| Eshkobilova et al. | Thermocatalytic and Semiconductor Sensors for Monitoring Gas Mixtures | |
| RU2125262C1 (ru) | Способ определения теплотворной способности горючего газа, способ определения индекса воббе природного газа и устройства для осуществления способов | |
| US3366456A (en) | Analysis employing a hydrogen flame ionization detector | |
| RU196334U1 (ru) | Ионизационный термохимический детектор газов | |
| EP0304266A2 (en) | Catalytic gas calorimeter systems and methods | |
| Hagen et al. | Application of a robust thermoelectric gas sensor in firewood combustion exhausts | |
| Park et al. | Development of a fuel sensor technology for a Variable-blend Natural Gas Vehicle | |
| RU213351U1 (ru) | Термохимический детектор газов | |
| CN110376324A (zh) | 利用氢火焰离子化检测器测定氧浓度的方法及气相色谱仪 | |
| Abdurakhmanov et al. | Development of a selective sensor for the determination of hydrogen | |
| GB1584830A (en) | Apparatus and method for measuring the amounts of oxygen and combustibles in a gaseous sample | |
| Fristrom et al. | METHANE-OXYGEN FLAME STRUCTURE. III. CHARACTERISTIC PROFILES AND MATTER AND ENERGY CONSERVATION IN A ONE-TWENTIETH ATMOSPHERE FLAME1 | |
| RU201867U1 (ru) | Термокаталитический сенсор для обнаружения углеводородов | |
| RU196305U1 (ru) | Термохимический газоанализатор | |
| Yang et al. | Compact electrochemical bifunctional NOx/O2 sensor with metal/metal oxide internal reference electrode for high temperature applications | |
| RU213294U1 (ru) | Полупроводниковый преобразователь концентрации газов | |
| Lötters et al. | Real-time composition determination of gas mixtures | |
| CN206515287U (zh) | 恒温型氧传感器 | |
| RU197139U1 (ru) | Термохимический детектор газов | |
| SU1061023A1 (ru) | Устройство дл анализа газов и паров | |
| RU2623828C2 (ru) | Способ измерения концентрации горючих газов и паров в воздухе термокаталитическим сенсором диффузионного типа |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190801 |