RU197139U1

RU197139U1 - THERMOCHEMICAL GAS DETECTOR

Info

Publication number: RU197139U1
Application number: RU2020100752U
Authority: RU
Inventors: Леонид Владимирович Илясов; Наталья Игоревна Иванова
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2020-04-02

Abstract

Полезная модель относится к аналитической технике, а именно к детекторам для газовой хроматографии.Техническим результатом полезной модели является расширение арсенала средств термохимического контроля газов.Термохимический детектор газов содержит неуравновешенный электрический мост 1 со стабилизированным источником питания 2, группу соединенных последовательно измерительных чувствительных элементов 3 и такую же группу соединенных последовательно сравнительных элементов 4, включенных в смежные плечи неуравновешенного моста, четыре проводника 5-8 для подключения групп измерительных и сравнительных чувствительных элементов к мосту, проточную камеру 9 с днищем 10, снабженную входным 11 и выходным 12 штуцерами, причем измерительные и сравнительные чувствительные элементы размещены на продольной оси 13 проточной камеры и чередуются между собой, а к входному штуцеру проточной камеры подключен тройник 14 для ее соединения с потоками анализируемого газа и воздуха. Дополнительно детектор содержит последовательно включенные металлический электрод 15, электрометрический усилитель 16, к выходу которого подключен регистрирующий прибор 17, и источник постоянного напряжения 18, при этом металлический электрод имеет форму стержня, установлен во фторопластовом изоляторе 19, вмонтированном в днище проточной камеры, причем он размещен параллельно оси 13 проточной камеры на фиксированном расстоянии от поверхностей чувствительных элементов, а положительный полюс источника постоянного напряжения подключен к одному из проводников, соединяющих группу измерительных чувствительных элементов с неуравновешенным мостом. 1 ил.The utility model relates to analytical technique, namely, gas chromatography detectors. The technical result of the utility model is to expand the arsenal of thermochemical gas control means. The thermochemical gas detector contains an unbalanced electric bridge 1 with a stabilized power source 2, a group of connected sensing elements 3 connected in series, and such the same group of comparative elements 4 connected in series included in adjacent shoulders of an unbalanced bridge, even a conductor 5-8 for connecting groups of measuring and comparative sensitive elements to the bridge, a flow chamber 9 with a bottom 10, equipped with input 11 and output 12 fittings, and the measuring and comparative sensitive elements are placed on the longitudinal axis 13 of the flow chamber and alternate with each other, and a tee 14 is connected to the inlet of the flow chamber for its connection with the flows of the analyzed gas and air. Additionally, the detector contains a series-connected metal electrode 15, an electrometric amplifier 16, to the output of which a recording device 17 is connected, and a constant voltage source 18, the metal electrode having the shape of a rod mounted in a fluoroplastic insulator 19 mounted in the bottom of the flow chamber, and it is placed parallel to the axis 13 of the flow chamber at a fixed distance from the surfaces of the sensing elements, and the positive pole of the constant voltage source is connected to Nome of the conductors connecting the group of measuring sensors with unbalanced bridge. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к аналитической технике, а именно к детекторам для газовой хроматографии.The utility model relates to analytical techniques, namely, gas chromatography detectors.

Известен термохимический газоанализатор (Тарасевич В.И. Металлические терморезистивные преобразователи горючих газов. - Киев: Наукова думка. 1988, С. 204, таблица 30, второй рисунок), содержащий проточную камеру, в которой размещены измерительный и сравнительный пеллисторы. Эти пеллисторы включены в неуравновешенный электрический мост и нагреваются его током до температуры 300-400°С. Каждый пеллистор представляет собой проволочку, заключенную в шарик из оксида алюминия. Причем измерительный пеллистор покрыт слоем платина-палладиевого катализатора. При протекании через проточную камеру воздуха, содержащего горючие вещества (газы или пары жидких углеводородов) последние частично сгорают на измерительно пеллисторе, вызывая увеличение его температуры. При этом увеличивается сопротивление проволочки измерительного пеллистора и на измерительной диагонали неуравновешенного моста возникает разбаланс, который несет информацию о концентрации горючего вещества в воздухе.Known thermochemical gas analyzer (Tarasevich V.I. Metal thermoresistive converters of combustible gases. - Kiev: Naukova Dumka. 1988, p. 204, table 30, second figure), containing a flow chamber, in which the measuring and comparative pellistors are placed. These pellistors are included in the unbalanced electric bridge and are heated by its current to a temperature of 300-400 ° C. Each pellistor is a wire enclosed in an alumina ball. Moreover, the measuring pellistor is coated with a layer of platinum-palladium catalyst. When air containing combustible substances (gases or vapors of liquid hydrocarbons) flows through the flow chamber, the latter partially burn out on the measuring pellistor, causing an increase in its temperature. In this case, the resistance of the measuring pellistor wire increases and an imbalance arises on the measuring diagonal of the unbalanced bridge, which carries information about the concentration of combustible substances in the air.

Недостатком такого термохимического детектора является относительно низкая чувствительность.The disadvantage of such a thermochemical detector is the relatively low sensitivity.

Наиболее близким по технической сущности является термохимический детектор (Илясов Л.В., Давыденков А.К. Термохимический детектор газов. Пат. 184021 РФ, Бюл. №29, 2018), содержащий неуравновешенный электрический мост, группу, соединенных последовательно измерительных чувствительных элементов, и такую же группу, соединенных последовательно, сравнительных элементов, включенных в смежные плечи неуравновешенного моста, четыре проводника для подключения групп измерительных и сравнительных чувствительных элементов к мосту, проточную камеру с днищем, снабженную входным и выходным штуцерами и стабилизированный источник электропитания моста, причем измерительные и сравнительные чувствительные элементы размещены на продольной оси проточной камеры и чередуются между собой, а к входному штуцеру проточной камеры подключен тройник для ее соединения с потоками анализируемого газа и воздуха.The closest in technical essence is a thermochemical detector (Ilyasov L.V., Davydenkov A.K. Thermochemical gas detector. Pat. 184021 RF, Bull. No. 29, 2018), containing an unbalanced electric bridge, a group of series-connected sensing elements, and the same group, connected in series, of comparative elements included in adjacent shoulders of an unbalanced bridge, four conductors for connecting groups of measuring and comparative sensitive elements to the bridge, a flow chamber from the bottoms a bridge equipped with inlet and outlet fittings and a stabilized bridge power supply, moreover, the measuring and comparative sensitive elements are placed on the longitudinal axis of the flow chamber and alternate with each other, and a tee is connected to the inlet of the flow chamber to connect it to the flows of the analyzed gas and air.

В этом детекторе при протекании через проточную камеру потока воздуха, содержащего горючие газы или пары углеводородов, происходит их практически полное сгорание на группе, соединенных последовательно измерительных чувствительных элементов, что вызывает разбаланс неуравновешенного моста, так как на группе сравнительных элементов сгорание не происходит. Использование в детекторе группы измерительных чувствительных элементов обеспечивает зависимость его сигнала от низшей объемной теплоты сгорания газов, так как при полном сгорании газов сигнал чувствительных измерительных элементов не зависит от индивидуальных способностей последних к каталитическому сгоранию.In this detector, when an air stream containing combustible gases or hydrocarbon vapors flows through the flow chamber, they almost completely burn on a group of sensing elements connected in series, which causes an unbalanced bridge to be unbalanced, since combustion does not occur on a group of comparative elements. The use of a group of measuring sensitive elements in the detector ensures the dependence of its signal on the lower volumetric heat of combustion of gases, since with complete combustion of gases the signal of sensitive measuring elements does not depend on the individual abilities of the latter for catalytic combustion.

Недостатком такого детектора является тот факт, что он обеспечивает получение информации только на основе измерения сопротивления измерительных чувствительных элементов с помощью неуравновешенного электрического моста.The disadvantage of such a detector is the fact that it provides information only on the basis of measuring the resistance of the measuring sensitive elements using an unbalanced electric bridge.

Проблемой полезной модели является создание термохимического мультипеллисторного детектора газов, использующего в своей работе эффект ионизации газов при каталитическом сгорании горючих веществ на пеллисторе.The problem of the utility model is the creation of a thermochemical multipellistor gas detector that uses in its work the effect of gas ionization during the catalytic combustion of combustible substances on a pellistor.

Техническим результатом полезной модели является расширение арсенала средств термохимического контроля газов.The technical result of the utility model is to expand the arsenal of means for thermochemical gas control.

Технический результат достигается тем, что термохимический детектор газов, содержащий неуравновешенный электрический мост со стабилизированным источником питания, группу соединенных последовательно измерительных чувствительных элементов и такую же группу соединенных последовательно сравнительных элементов, включенных в смежные плечи неуравновешенного моста, четыре проводника для подключения групп измерительных и сравнительных чувствительных элементов к мосту, проточную камеру с днищем, снабженную входным и выходным штуцерами, причем измерительныеисравнительныечувствительные элементы размещены на продольной оси проточной камеры и чередуются между собой, а к входному штуцеру проточной камеры подключен тройник для ее соединения с потоками анализируемого газа и воздуха, согласно полезной модели дополнительно содержит последовательно включенные металлический электрод, электрометрический усилитель, к выходу которого подключен регистрирующий прибор, и источник постоянного напряжения, при этом металлический электрод имеет форму стержня, установлен вофторопластовомизоляторе, вмонтированном в днище проточной камеры, причем он размещен параллельно оси проточной камеры на фиксированном расстоянии от поверхностей чувствительных элементов, а положительный полюс источника постоянного напряжения подключен к одному из проводников, соединяющих группу измерительных чувствительных элементов с неуравновешенным мостом.The technical result is achieved by the fact that a thermochemical gas detector containing an unbalanced electric bridge with a stabilized power source, a group of series-connected measuring sensors and the same group of series-connected comparative elements included in adjacent arms of an unbalanced bridge, four conductors for connecting groups of measuring and comparative sensitive elements to the bridge, flow chamber with a bottom, equipped with inlet and outlet fittings, Therefore, measuring and comparative sensitive elements are placed on the longitudinal axis of the flow chamber and alternate with each other, and a tee is connected to the inlet of the flow chamber to connect it to the flows of the analyzed gas and air. device, and a constant voltage source, while the metal electrode has the shape of a rod, installed stovomizolyatore, mounted in the bottom of the flow chamber, wherein it is located parallel to the axis of the flow chamber at a fixed distance from the sensing elements surfaces, and the positive pole of the DC voltage source is connected to one of the conductors connecting the group of measuring sensors with unbalanced bridge.

Такая конструкция термохимического детектора обеспечивает получение дополнительной измерительной информации при термохимического анализе горючих веществ. Возможность получения этой информации определяется тем фактом, что при каталитическом сгорании горючих веществ, например углеводородов, на поверхности каждого измерительного чувствительного элемента образуются ионы. Под действием электрического поля источника постоянного напряжения эти ионы попадают на общий металлический электрод и создают суммарный ионный ток. На этот электрод от источника постоянного тока поступают электроны, которые соединяясь с ионами нейтрализуют последние. По току электронов, протекающему через входную цепь электрометрического усилителя, измеряется ионный ток, протекающий между измерительными чувствительными элементами и металлическим электродом, который служит мерой концентрации горючих веществ в потоке анализируемого газа.This design of the thermochemical detector provides additional measurement information in the thermochemical analysis of combustible substances. The possibility of obtaining this information is determined by the fact that during the catalytic combustion of combustible substances, such as hydrocarbons, ions are formed on the surface of each measuring sensing element. Under the influence of the electric field of a constant voltage source, these ions fall on a common metal electrode and create a total ion current. Electrons arrive at this electrode from a direct current source, which, when combined with ions, neutralize the latter. The electron current flowing through the input circuit of the electrometric amplifier measures the ion current flowing between the sensing elements and the metal electrode, which serves as a measure of the concentration of combustible substances in the stream of the analyzed gas.

По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.Compared with the prototype of the claimed design has a distinctive feature in the combination of elements and their relative position.

Схема термохимического детектора газов показана на фигуре.A diagram of a thermochemical gas detector is shown in the figure.

Термохимический детектор газов содержит неуравновешенный электрический мост 1 со стабилизированным источником питания 2, группу соединенных последовательно измерительных чувствительных элементов 3 и такую же группу соединенных последовательно сравнительных элементов 4, включенных в смежные плечи неуравновешенного моста, четыре проводника 5-8 для подключения групп измерительных и сравнительных чувствительных элементов к мосту, проточную камеру 9 с днищем 10, снабженную входным 11 и выходным 12 штуцерами, причем измерительные и сравнительные чувствительные элементы размещены на продольной оси 13 проточной камеры и чередуются между собой, а к входному штуцеру проточной камеры подключен тройник 14 для ее соединения с потоками анализируемого газа и воздуха.The thermochemical gas detector contains an unbalanced electric bridge 1 with a stabilized power supply 2, a group of connected in series measuring sensors 3 and the same group of series-connected comparative elements 4 included in adjacent arms of an unbalanced bridge, four conductors 5-8 for connecting groups of measuring and comparative sensitive elements to the bridge, the flow chamber 9 with the bottom 10, equipped with an input 11 and output 12 fittings, and measuring and comparative New sensitive elements are placed on the longitudinal axis 13 of the flow chamber and alternate with each other, and a tee 14 is connected to the inlet fitting of the flow chamber to connect it to the flows of the analyzed gas and air.

Дополнительно детектор содержит последовательно включенные металлический электрод 15, электрометрический усилитель 16, к выходу которого подключен регистрирующий прибор 17, и источник постоянного напряжения 18, при этом металлический электрод имеет форму стержня, установлен во фторопластовом изоляторе 19, вмонтированном в днище проточной камеры, причем он размещен параллельно оси 13 проточной камеры на фиксированном расстоянии от поверхностей чувствительных элементов, а положительный полюс источника постоянного напряжения подключен к одному из проводников, соединяющих группу измерительных чувствительных элементов с неуравновешенным мостом.Additionally, the detector contains a series-connected metal electrode 15, an electrometric amplifier 16, to the output of which a recording device 17 is connected, and a constant voltage source 18, the metal electrode having the shape of a rod mounted in a fluoroplastic insulator 19 mounted in the bottom of the flow chamber, and it is placed parallel to the axis 13 of the flow chamber at a fixed distance from the surfaces of the sensing elements, and the positive pole of the constant voltage source is connected to Nome of the conductors connecting the group of measuring sensors with unbalanced bridge.

Детектор работает следующим образом. Анализируемый газ, например газ из хроматографической колонки, поступает с постоянным объемным расходом в тройник 14. В этот же тройник с постоянным объемным расходом поступает осушенный воздух. Образовавшийся в результате этого смешения поток газов через входной штуцер 11 поступает в камеру 9 термохимического детектора. Измерительные и сравнительные чувствительные элементы нагреваются током неуравновешенного моста до температуры 300-400°С. При омывании их потоком газа, содержащим горючие вещества (газы или пары углеводородных жидкостей), последние частично сгорают на поверхности измерительных элементов 3, что сопровождается образованием ионов в пространстве между измерительными чувствительными элементами и металлическим электродом 15. Образовавшиеся положительные ионы под действием электрического поля источника постоянного напряжения 18 движутся к металлическому электроду. При этом от источника 18 поступают электроны, которые нейтрализуют положительные ионы, а это вызывает ток во входной цепи электрометрического усилителя 16, значение которого связано с концентрацией горючих веществ в потоке газов, поступающем в камеру 9. Сигнал электрометрического усилителя 16 записывается регистратором 17. Сравнительные чувствительные элементы не содержат в своей структуре катализатора, поэтому они не оказывают влияние на результат измерения.The detector operates as follows. The analyzed gas, for example gas from a chromatographic column, flows with a constant volumetric flow rate into the tee 14. Dried air enters the same tee with a constant volumetric flow rate. The resulting gas flow through the inlet fitting 11 enters the chamber 9 of the thermochemical detector. Measuring and comparative sensitive elements are heated by the current of an unbalanced bridge to a temperature of 300-400 ° C. When washing them with a gas stream containing combustible substances (gases or vapors of hydrocarbon liquids), the latter partially burn out on the surface of the measuring elements 3, which is accompanied by the formation of ions in the space between the measuring sensitive elements and the metal electrode 15. The positive ions formed under the action of the electric field of a constant source voltages 18 move toward the metal electrode. In this case, electrons come from the source 18, which neutralize the positive ions, and this causes a current in the input circuit of the electrometric amplifier 16, the value of which is associated with the concentration of combustible substances in the gas stream entering the chamber 9. The signal of the electrometric amplifier 16 is recorded by the recorder 17. Comparative sensitive the elements do not contain a catalyst in their structure; therefore, they do not affect the measurement result.

Экспериментальная проверка предлагаемого термохимического детектора, выполненная с использованием в качестве чувствительных элементов пеллисторов типа ТТЧЭ-2УХЛ4 и электрометрического усилителя типаИМТ-05, подтвердила работоспособность описанного детектора.An experimental verification of the proposed thermochemical detector, performed using TTTC-2UHL4 type pellistors and an IMT-05 type electrometric amplifier as sensitive elements, confirmed the operability of the described detector.

Преимуществами предлагаемого технического решения являются:The advantages of the proposed technical solutions are:

- простота конструкции;- simplicity of design;

- возможность одновременного получения измерительной информации как за счет измерения электрического сопротивления чувствительных элементов, так и за счет измерения ионного тока между этими элементами и металлическим электродом;- the ability to simultaneously obtain measurement information both by measuring the electrical resistance of sensitive elements, and by measuring the ion current between these elements and a metal electrode;

- высокая чувствительность.- high sensitivity.

Предложенный термохимический детектор может быть реализован на базе детектора,Ю принятого за прототип, и дополнительной аппаратуры для измерения и регистрации ионного тока.The proposed thermochemical detector can be implemented on the basis of the detector, taken as a prototype, and additional equipment for measuring and recording the ion current.

Детектор может найти применение в количественном и качественном хроматографическом анализе, а также в системах контроля взрывоопасных концентраций промышленных объектов.The detector can find application in quantitative and qualitative chromatographic analysis, as well as in monitoring systems for explosive concentrations of industrial facilities.

Claims

Thermochemical gas detector containing an unbalanced electric bridge with a stabilized power source, a group of series-connected measuring sensors and the same group of series-connected comparative elements included in the adjacent arms of the unbalanced bridge, four conductors for connecting groups of measuring and comparative sensitive elements to the bridge, a flow chamber with a bottom equipped with inlet and outlet fittings, and measuring and comparative Integral elements are placed on the longitudinal axis of the flow chamber and alternate with each other, and a tee is connected to the inlet of the flow chamber to connect it to the flows of the analyzed gas and air, characterized in that it additionally contains a series-connected metal electrode, an electrometric amplifier, to the output of which a recording device and a constant voltage source, while the metal electrode has the shape of a rod mounted in a fluoroplastic insulator mounted in the bottom rotochnoy chamber, it is placed parallel to the axis of the flow chamber at a fixed distance from the sensing elements surfaces, and the positive pole of the DC voltage source is connected to one of the conductors connecting the group of measuring sensors with unbalanced bridge.