RU2018812C1 - Heat conduction detector - Google Patents
Heat conduction detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2018812C1 RU2018812C1 SU5006946A RU2018812C1 RU 2018812 C1 RU2018812 C1 RU 2018812C1 SU 5006946 A SU5006946 A SU 5006946A RU 2018812 C1 RU2018812 C1 RU 2018812C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- detector
- heating element
- chamber
- temperature sensor
- measuring chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к детекторам по теплопроводности, и может быть использовано в газовой хроматографии для определения концентрации компонентов газовых смесей. The invention relates to analytical instrumentation, in particular to thermal conductivity detectors, and can be used in gas chromatography to determine the concentration of components of gas mixtures.
Известен термокондуктометрический детектор для анализа газа, содержащий корпус с измерительной и сравнительной камерами, в каждой из которых расположены чувствительные элементы, выполненные в виде пластины из диэлектрика (подложки), покрытой тонким слоем электропроводящего материала, нанесенного с одной или обеих сторон подложки в виде дорожек любой конфигурации [1]. Known thermoconductivity detector for gas analysis, comprising a housing with measuring and comparative cameras, each of which contains sensitive elements made in the form of a dielectric plate (substrate), coated with a thin layer of electrically conductive material deposited on one or both sides of the substrate in the form of any tracks configurations [1].
Известное устройство не обладает достаточно высокой точностью измерений, так как не содержит средств для поддержания постоянства температуры внутренней стенки измерительной камеры, колебания которой при изменении температуры окружающей среды или в процессе работы является одним из источников погрешности детектора. The known device does not have sufficiently high measurement accuracy, since it does not contain means to maintain a constant temperature of the inner wall of the measuring chamber, the fluctuation of which when the ambient temperature changes or during operation is one of the sources of error of the detector.
Известен также катарометр, применяемый в газовом хроматографе ЛХМ-8МД и содержащий массивный корпус с расположенной в нем измерительной камерой с чувствительным элементом и подводящим и отводящим газовыми каналами, нагревательный элемент и датчик температуры. Датчик температуры размещен на наружной стороне корпуса, а корпус - в теплоизоляционном кожухе и установлен на латунной плите, в теле которой помещен нагревательный элемент [2]. Also known is a katharometer used in a gas chromatograph LHM-8MD and containing a massive body with a measuring chamber located in it with a sensing element and inlet and outlet gas channels, a heating element and a temperature sensor. The temperature sensor is located on the outside of the housing, and the housing is in a heat-insulating casing and mounted on a brass plate, in the body of which a heating element is placed [2].
Данный катарометр за счет наличия нагревательного элемента и датчика температуры обеспечивает стабилизацию температуры внутренней стенки измерительной камеры. Однако наличие наружного теплоизолирующего кожуха вызывает необходимость повышения температуры термостатирования, что уменьшает разность температур чувствительного элемента и внутренней стенки измерительной камеры, а следовательно снижает чувствительность детектора. This katharometer due to the presence of a heating element and a temperature sensor provides stabilization of the temperature of the inner wall of the measuring chamber. However, the presence of an external heat-insulating casing necessitates an increase in the temperature of thermostating, which reduces the temperature difference between the sensitive element and the inner wall of the measuring chamber, and therefore reduces the sensitivity of the detector.
Кроме того, известный детектор обладает большой массой корпуса, что обуславливает значительную инерционность термостатирования и, следовательно, снижает точность и повышает порог чувствительности детектора. In addition, the known detector has a large mass of the housing, which leads to a significant inertia of temperature control and, therefore, reduces accuracy and increases the sensitivity threshold of the detector.
Наиболее близким к изобретению является детектор теплопроводности, содержащий корпус с расположенной в нем измерительной камерой с чувствительным элементом внутри камеры и подводящим и отводящим газовыми каналами, нагревательный элемент и датчик температуры. Корпус также снабжен радиатором с излучателями, а нагревательный элемент и датчик температуры выполнены в виде высокоомных проводов, расположенных между излучателями в прорезях радиатора [3]. Closest to the invention is a thermal conductivity detector comprising a housing with a measuring chamber located therein with a sensing element inside the chamber and gas inlet and outlet channels, a heating element and a temperature sensor. The case is also equipped with a radiator with radiators, and the heating element and temperature sensor are made in the form of high-resistance wires located between the radiators in the slots of the radiator [3].
Недостатком известного детектора является невозможность достижения максимальной стабилизации температуры внутренней стенки камеры и уменьшение инерционности процесса стабилизации ее температуры, что приводит к снижению чувствительности и точности измерений детектора. Это обусловлено в данном детекторе пространственным разнесением датчика температуры, нагревательного элемента и внутренней стенки измерительной камеры, за счет чего возникает волнообразное изменение теплового режима внутренней стенки камеры, приводящее к колебаниям ее температуры, являющимся источником погрешностей детектора. При этом пространственное отнесение датчика температуры и нагревательного элемента от внутренней стенки измерительной камеры также увеличивает инерционность процесса стабилизации температуры внутренней стенки измерительной камеры за счет наличия теплоемких и теплопроводящих масс между местом воздействия тепловых возмущений (стенка измерительной камеры) и элементами, корректирующими эти возмущения (датчик температуры и нагревательный элемент), что приводит к увеличению шумов и, следовательно, к повышению порога чувствительности и снижению точности измерений и чувствительности. A disadvantage of the known detector is the inability to achieve maximum stabilization of the temperature of the inner wall of the chamber and a decrease in the inertia of the process of stabilization of its temperature, which leads to a decrease in the sensitivity and accuracy of detector measurements. This is due in this detector to the spatial diversity of the temperature sensor, the heating element and the inner wall of the measuring chamber, due to which there is a wave-like change in the thermal regime of the inner wall of the chamber, leading to fluctuations in its temperature, which is a source of detector errors. At the same time, the spatial assignment of the temperature sensor and the heating element from the inner wall of the measuring chamber also increases the inertia of the process of stabilizing the temperature of the inner wall of the measuring chamber due to the presence of heat-intensive and heat-conducting masses between the place of influence of thermal disturbances (wall of the measuring chamber) and the elements that correct these disturbances (temperature sensor and heating element), which leads to an increase in noise and, consequently, to an increase in the threshold of sensitivity and decrease in measurement accuracy and sensitivity.
При этом выполнение датчика температуры и нагревательного элемента и их расположение не позволяет создать минимально возможного зазора между внутренней стенкой камеры и чувствительным элементом, а наличие теплового сопротивления между корпусом и радиатором также увеличивает температуру стабилизации стенки камеры, что дополнительно снижает чувствительность детектора. Moreover, the implementation of the temperature sensor and the heating element and their location does not allow to create the smallest possible gap between the inner wall of the chamber and the sensing element, and the presence of thermal resistance between the body and the radiator also increases the stabilization temperature of the chamber wall, which further reduces the sensitivity of the detector.
Кроме того, наличие отдельного радиатора с излучателями, а также сама конструкция корпуса, требующая электрической изоляции и применения дополнительных связующих материалов и элементов для герметизации камеры, усложняет конструкцию и технологию детектора. In addition, the presence of a separate radiator with emitters, as well as the housing design itself, which requires electrical insulation and the use of additional binders and elements to seal the chamber, complicates the design and technology of the detector.
Целью изобретения является повышение чувствительности, точности измерений и снижение порога чувствительности детектора за счет повышения стабилизации температуры внутренней стенки измерительной камеры и снижения инерционности процесса стабилизации ее температуры, а также упрощение конструкции и улучшение технологичности детектора. The aim of the invention is to increase the sensitivity, measurement accuracy and lower the threshold of sensitivity of the detector by increasing the stabilization of the temperature of the inner wall of the measuring chamber and reducing the inertia of the process of stabilizing its temperature, as well as simplifying the design and improving the manufacturability of the detector.
Это достигается тем, что в детекторе по теплопроводности, содержащем корпус, в котором расположены измерительная камера, чувствительный элемент, размещенный внутри камеры, и подводящий и отводящий газовые каналы, радиатор, нагревательный элемент и датчик температуры, согласно изобретению нагревательный элемент и датчик температуры размещены внутри измерительной камеры, на ее внутренней поверхности, обращенной в сторону чувствительного элемента, при этом площадь поверхности, образованной нагревательным элементом и датчиком температуры на внутренней поверхности камеры, составляет по крайней мере большую часть всей площади ее внутренней поверхности. This is achieved by the fact that in a thermal conductivity detector comprising a housing in which the measuring chamber is located, a sensing element located inside the chamber and supplying and discharging gas channels, a radiator, a heating element and a temperature sensor, according to the invention, the heating element and the temperature sensor are located inside measuring chamber, on its inner surface facing the sensing element, while the surface area formed by the heating element and the temperature sensor ry on the inner surface of the chamber, makes up at least a large part of the entire area of its inner surface.
Кроме того, в качестве радиатора может быть использован корпус детектора, выполненный из прозрачного диэлектрического материала, например кварцевого стекла. In addition, a detector housing made of a transparent dielectric material, such as silica glass, can be used as a radiator.
В таком детекторе по теплопроводности размещение датчика температуры и нагревательного элемента на внутренней стенке измерительной камеры обеспечивает максимальную стабилизацию температуры этой стенки по сравнению с прототипом, где датчик температуры и нагревательный элемент установлены вне измерительной камеры. Максимальная стабилизация температуры стенки обеспечивает повышение точности детектора, так как исключаются колебания этой температуры, являющиеся источником его погрешности. С другой стороны, уменьшение инерционности процесса стабилизации температуры внутренней стенки измерительной камеры, обеспечиваемое предложенным размещением датчика температуры и нагревательного элемента, ведет к снижению шума, а следовательно, к снижению порога чувствительности и повышению точности детектора. In such a thermal conductivity detector, the placement of the temperature sensor and the heating element on the inner wall of the measuring chamber provides maximum stabilization of the temperature of this wall compared to the prototype, where the temperature sensor and the heating element are installed outside the measuring chamber. The maximum stabilization of the wall temperature provides an increase in the accuracy of the detector, since fluctuations of this temperature, which are the source of its error, are excluded. On the other hand, reducing the inertia of the process of stabilizing the temperature of the inner wall of the measuring chamber, provided by the proposed placement of the temperature sensor and the heating element, leads to a decrease in noise, and hence to a decrease in the sensitivity threshold and an increase in the accuracy of the detector.
Уменьшение инерционности детектора обеспечивается за счет устранения теплоемких и теплопроводящих масс между местом воздействия тепловых возмущений и элементами, корректирующими эти возмущения - датчиком температуры и нагревательным элементом. Размещение нагревательного элемента и датчика температуры на внутренней поверхности измерительной камеры, обращенной в сторону чувствительного элемента, позволяет получить минимально возможный зазор между внутренней стенкой измерительной камеры и чувствительным элементом. Таким образом, обеспечивается значительное уменьшение объема измерительной камеры, а следовательно максимальная чувствительность детектора. Образование нагревательным элементом и датчиком температуры на внутренней поверхности камеры поверхности с площадью, составляющей по крайней мере большую часть всей площади ее внутренней поверхности, обеспечивает дополнительное повышение точности детектора за счет обеспечения максимальной стабилизации температуры внутренней стенки измерительной камеры, так как увеличение стабилизации температуры в этом случае будет пропорционально возрастанию площади, образованной нагревательным элементом и датчиком температуры на внутренней поверхности камеры. The inertia of the detector is reduced by eliminating heat-intensive and heat-conducting masses between the place of influence of thermal disturbances and the elements that correct these disturbances — a temperature sensor and a heating element. The placement of the heating element and the temperature sensor on the inner surface of the measuring chamber facing the sensing element, allows you to get the minimum possible gap between the inner wall of the measuring chamber and the sensing element. Thus, a significant reduction in the volume of the measuring chamber, and therefore the maximum sensitivity of the detector, is ensured. The formation by the heating element and the temperature sensor on the inner surface of the chamber of the surface with an area constituting at least a large part of the entire area of its inner surface provides an additional increase in the accuracy of the detector by providing maximum stabilization of the temperature of the inner wall of the measuring chamber, since the increase in temperature stabilization will be proportional to the increase in the area formed by the heating element and the temperature sensor on the inside overhnosti camera.
Использование в качестве радиатора корпуса детектора, во-первых, позволяет дополнительно снизить температуру термостатирования камеры, в результате чего достигается дополнительное повышение чувствительности, а, во-вторых, упростить конструкцию детектора за счет исключения из последней радиатора с излучателями. Выполнение деталей корпуса из диэлектрика также упрощает конструкцию детектора, так как не требует электрической изоляции корпуса от датчика температуры и нагревательного элемента, выполненных в виде пленки из электропроводящего материала. Использование прозрачного диэлектрика в качестве материала корпуса улучшает радиационные свойства корпуса, так как рассеивание тепловой мощности в данном случае может осуществляться не только способом теплопроводности, но и излучением. The use of a detector case as a radiator, firstly, makes it possible to further reduce the temperature of the temperature control of the chamber, as a result of which an additional increase in sensitivity is achieved, and, secondly, to simplify the design of the detector by eliminating the radiator with emitters from the latter. The implementation of the housing parts from a dielectric also simplifies the design of the detector, since it does not require electrical isolation of the housing from the temperature sensor and the heating element, made in the form of a film of electrically conductive material. The use of a transparent dielectric as the material of the housing improves the radiation properties of the housing, since the dissipation of thermal power in this case can be carried out not only by the method of thermal conductivity, but also by radiation.
Кроме того, при выполнении корпуса детектора из жестко соединенных деталей, например, из кварцевого стекла, оптическим контактом обеспечивают герметичность измерительной камеры, что также повышает точность детектора и упрощает его конструкцию, так как не требует применения дополнительных связующих материалов и улучшает технологичность детектора. In addition, when the detector housing is made of rigidly connected parts, for example, of quartz glass, the measuring chamber is sealed with an optical contact, which also increases the accuracy of the detector and simplifies its design, since it does not require the use of additional binders and improves the manufacturability of the detector.
При этом кварцевое стекло как материал, контактирующий с газовой средой, является оптимальным с точки зрения адсорбционных свойств и химической инертности, благодаря чему снижается химическая память детектора, а следовательно, дополнительно снижается порог чувствительности и повышается точность. In this case, quartz glass as a material in contact with the gaseous medium is optimal from the point of view of adsorption properties and chemical inertness, due to which the chemical memory of the detector is reduced, and therefore, the sensitivity threshold is further reduced and accuracy is increased.
На фиг.1 изображен детектор по теплопроводности, общий вид, в разрезе; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1. Figure 1 shows a detector for thermal conductivity, General view, in section; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 is a section bB in figure 1.
Детектор по теплопроводности содержит корпус 1, состоящий из полукорпусов 2 и 3. В корпусе расположена измерительная камера 4, чувствительный элемент 5, подводящий и отводящий каналы 6 и 7 соответственно, нагревательный элемент 8 и датчик 9 температуры. The thermal conductivity detector comprises a housing 1, consisting of half-
Нагревательный элемент и датчик температуры выполнены методом вакуумного напыления в виде пленок из электропроводящего материала и расположены внутри камеры 4, на внутренней поверхности стенки 10 полукорпуса 2, обращенной в сторону чувствительного элемента 5. Полукорпуса 2 и 3 выполнены из прозрачного диэлектрического материала, например кварцевого стекла, и жестко соединены между собой, например, методом оптического контакта. Чувствительный элемент 5 установлен внутри измерительной камеры между деталями 2 и 3 корпуса, выполнен в виде плоской подложки, например, из кварцевого стекла, с нанесенным на нее плоским терморезистором 12 в виде пленки из электропроводящего материала и расположен в пазу 11. Датчик температуры и нагревательный элемент включены в электронную схему, в которой образуется сигнал рассогласования, зависящий от сопротивления датчика 9 температуры, пропорционального изменению температуры стенки 10 внутренней поверхности камеры 4. The heating element and the temperature sensor are made by vacuum deposition in the form of films of electrically conductive material and are located inside the
Детектор по теплопроводности работает следующим образом. The thermal conductivity detector operates as follows.
Через подводящий и отводящий газовые каналы 6, 7 пропускается анализируемая газовая смесь. В зависимости от ее теплопроводности, являющейся функцией концентрации определяемого компонента, изменяется сопротивление терморезистора чувствительного элемента 5, а следовательно и выходной сигнал детектора, включенного в электрическую схему. Датчик температуры и нагревательный элемент обеспечивают стабилизацию температуры внутренней стенки 10 полукорпуса 2 измерительной камеры 4 при колебаниях температуры окружающей среды или изменениях состава протекающего газа. The analyzed gas mixture is passed through the inlet and
Сигнал рассогласования регулирует ток через нагревательный элемент 8, поддерживая температуру стенки 10 постоянной. За счет близкого расположения датчика 9 температуры и нагревательного элемента 8, малых размеров и массы корпуса 1 обеспечивается значительное уменьшение тепловой инерционности регулирования температуры поверхности стенки 10 измерительной камеры 4. The error signal regulates the current through the
Выполнение датчика температуры и нагревательного элемента в виде пленки из электропроводящего материала обеспечивает уменьшение теплового сопротивления стенки измерительной камеры, что также позволяет уменьшить ее температуру стабилизации. The implementation of the temperature sensor and the heating element in the form of a film of electrically conductive material reduces the thermal resistance of the wall of the measuring chamber, which also allows to reduce its stabilization temperature.
Отвод теплового потока из измерительной камеры в окружающую среду осуществляется через корпус, являющийся радиатором. Так как отвод тепла осуществляется за счет теплопроводности и излучения через прозрачные стенки корпуса, то создается возможность более точного регулирования температуры измерительной камеры, что приводит к повышению чувствительности детектора в 1,5-3 раза. The heat flux from the measuring chamber to the environment is removed through the housing, which is a radiator. Since heat is removed due to thermal conductivity and radiation through the transparent walls of the housing, it becomes possible to more accurately control the temperature of the measuring chamber, which leads to an increase in the sensitivity of the detector by 1.5-3 times.
Таким образом, предлагаемый детектор по теплопроводности позволяет обеспечить увеличение стабилизации температуры внутренней стенки измерительной камеры и снижение ее тепловой инерционности, что приводит к повышению точности измерений и чувствительности детектора и снижению порога чувствительности при одновременном упрощении его конструкции и технологии. Thus, the proposed thermal conductivity detector allows to increase the stabilization of the temperature of the inner wall of the measuring chamber and reduce its thermal inertia, which leads to an increase in the measurement accuracy and sensitivity of the detector and a decrease in the sensitivity threshold while simplifying its design and technology.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5006946 RU2018812C1 (en) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | Heat conduction detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5006946 RU2018812C1 (en) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | Heat conduction detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018812C1 true RU2018812C1 (en) | 1994-08-30 |
Family
ID=21587669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5006946 RU2018812C1 (en) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | Heat conduction detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2018812C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU221540U1 (en) * | 2023-06-21 | 2023-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НИОЛ" | Thermal conductivity detector for gas chromatography |
-
1991
- 1991-10-11 RU SU5006946 patent/RU2018812C1/en active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 224880, кл. G 01N 27/18, 1968. * |
| 2. Лб 1.550017. ТО Техническое описание и инструкция по эксплуатации, М.: Московский опытный завод "Хроматограф", 1980. * |
| 3. Авторское свидетельство СССР N 1229669, кл. G 01N 27/18, 1986. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU221540U1 (en) * | 2023-06-21 | 2023-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НИОЛ" | Thermal conductivity detector for gas chromatography |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU750929B2 (en) | Apparatus and method for simultaneous measurement of mass and heat flow changes | |
| US3546086A (en) | Device for oxygen measurement | |
| US3877817A (en) | Temperature stabilized photometer for kinetic analysis | |
| US6313638B1 (en) | Dual-channel photo-ionization detector that eliminates the effect of ultraviolet intensity on concentration measurements | |
| US6217829B1 (en) | Reduced power consumption gas chromatograph system | |
| US4233513A (en) | Gas analyzer | |
| US5729181A (en) | High thermal gain oven with reduced probability of temperature gradient formation for the operation of a thermally stable oscillator | |
| US4088458A (en) | Heater block for low cost gas chromatograph | |
| NL8402080A (en) | PIEZO ELECTRIC POLLUTION DETECTOR. | |
| EP1605252A2 (en) | Method and apparatus for eliminating and compensating thermal transients in gas analyzer | |
| US5303167A (en) | Absolute pressure sensor and method | |
| US5295389A (en) | Thermal conductivity detector | |
| KR20010053537A (en) | Pressure sensor, pressure measuring apparatus and method for monitoring the pressure in a chamber | |
| US3703639A (en) | Radiation moisture measuring system having thermoelectrically cooled detector | |
| RU2018812C1 (en) | Heat conduction detector | |
| US4893108A (en) | Halogen detection with solid state sensor | |
| US3241922A (en) | Instrumentation for the automatic, simultaneous ultramicro determination of the c-h-n contents of organic compounds | |
| US2844729A (en) | Device for the quantitative determination of gaseous infrared-absorbing material | |
| US2671334A (en) | Dew or frost point indicator | |
| JPH0688802A (en) | Ambient gas sensor | |
| Decker et al. | The design and operation of a precise, high sensitivity adiabatic laser calorimeter for window and mirror material evaluation | |
| RU2790275C1 (en) | Semiconductor gas and vapor concentration transmitter | |
| US3159020A (en) | Gas chromatograph | |
| JP2794347B2 (en) | Gas concentration detection method, detection element and detection device | |
| RU2173454C2 (en) | Thermal conductometric gas sensor |