RU2119663C1 - Thermochemical gas analyzer - Google Patents
Thermochemical gas analyzer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2119663C1 RU2119663C1 RU96112438A RU96112438A RU2119663C1 RU 2119663 C1 RU2119663 C1 RU 2119663C1 RU 96112438 A RU96112438 A RU 96112438A RU 96112438 A RU96112438 A RU 96112438A RU 2119663 C1 RU2119663 C1 RU 2119663C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas analyzer
- dielectric substrate
- hole
- sensitive element
- holder
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к конструкциям малогабаритных датчиков для измерения концентрации горючих газов в окружающей среде. The invention relates to analytical instrumentation, in particular to the construction of small sensors for measuring the concentration of combustible gases in the environment.
Известны термохимические газоанализаторы [1. Каталог. ВНИИ информации и экономики Минприбора СССР. Приборы и средства автоматизации. Часть 1.3. Приборы для определения состава и свойств газов, жидкостей, твердых и сыпучих веществ. М. 1987 г., с.9 - 10; 2. А.С. СССР N 1767405, кл. G 01 N 27/16. Термохимический датчик, 07.10.92, Бюл. N 37; 3. Г.К.Борисов. Катализ. Вопросы теории и практики. Новосибирск: Наука. Сибирское отделение. 1987, с. 158] , содержащие две идентичные платиновые спирали, каждая из которых заключена в пористом носителе, один из которых покрыт катализатором (рабочий чувствительный элемент), а другой не покрыт (сравнительный чувствительный элемент). Оба чувствительных элемента включены в мостовую схему, при этом с использованием сравнительного чувствительного элемента осуществляется компенсация изменений температуры окружающей среды. Known thermochemical gas analyzers [1. Catalog. All-Russian Research Institute of Information and Economics of the USSR Ministry of Instrument. Devices and automation equipment. Part 1.3. Devices for determining the composition and properties of gases, liquids, solids and solids. M. 1987, p. 9 - 10; 2. A.S. USSR N 1767405, class G 01 N 27/16. Thermochemical sensor, 07.10.92, bull. N 37; 3. G.K. Borisov. Catalysis. Questions of theory and practice. Novosibirsk: Science. Siberian branch. 1987, p. 158], containing two identical platinum spirals, each of which is enclosed in a porous support, one of which is coated with a catalyst (working sensing element), and the other is not coated (comparative sensing element). Both sensors are included in the bridge circuit, while using a comparative sensor, changes in ambient temperature are compensated.
Наиболее близкой к заявляемой является конструкция термохимического газоанализатора [Справочник. Методы и приборы для определения водорода (газовый анализ). А.А.Аманназаров и др. 1985, с. 68], содержащая чувствительный элемент в виде спирали, соединенной с проволочными выводами и заключенной внутри пористого носителя, обработанного катализатором, и установленной в держателе. Closest to the claimed is the design of a thermochemical gas analyzer [Reference. Methods and instruments for the determination of hydrogen (gas analysis). A.A. Amannazarov et al. 1985, p. 68], containing the sensing element in the form of a spiral connected to the wire leads and enclosed inside a porous carrier treated with a catalyst and installed in the holder.
Держатель установлен в более чувствительных элементах, в которых помимо рабочего чувствительного элемента, обработанного катализатором, расположен сравнительный (компенсационный) чувствительный элемент, не обработанный катализатором. The holder is installed in more sensitive elements, in which in addition to the working sensitive element treated with a catalyst, there is a comparative (compensation) sensitive element that is not treated with a catalyst.
Через рабочий и сравнительный чувствительные элементы пропускаются измерительный ток для выделения полезного сигнала в присутствии регистрируемого газа. Measuring current is passed through the working and comparative sensitive elements to isolate a useful signal in the presence of a detected gas.
Недостатком конструкции являются сложность аппаратурной реализации и ограниченная надежность ввиду применения двух чувствительных элементов - рабочего и сравнительного, функционирующих при повышенных значениях измерительного тока, служащего также для нагрева обоих чувствительных элементов до высоких рабочих температур (до 400oС). В результате при типичных для термохимических газоанализаторов значений измерительного тока в десятки и сотни mA плотность тока в спиралях чувствительных элементов и проволочных выводах может превышать допустимые значения.The design disadvantage is the complexity of the hardware implementation and the limited reliability due to the use of two sensitive elements - the working one and the comparative one, functioning at elevated values of the measuring current, which also serves to heat both sensitive elements to high operating temperatures (up to 400 o С). As a result, at values of tens and hundreds of mA typical for thermochemical gas analyzers, the current density in the spirals of sensitive elements and wire leads can exceed the permissible values.
Техническим результатом изобретения является упрощение аппаратурной реализации и повышение надежности устройства. The technical result of the invention is to simplify the hardware implementation and increase the reliability of the device.
Результат достигается тем, что в термохимическом газоанализаторе, содержащем чувствительный элемент в виде спирали, соединенной с проволочными выводами и заключенной внутри пористого носителя, обработанного катализатором, и установленной в держателе, в качестве держателя используется диэлектрическая подложка с отверстием и контактными площадками, к которым прикреплены проволочные выводы чувствительных элементов, а чувствительные элементы располагаются над отверстием, причем на участке диэлектрической подложки между отверстиями и ее боковыми кромками выполнен пленочный нагреватель по меньшей мере с двумя пленочными контактами. The result is achieved in that in a thermochemical gas analyzer containing a sensing element in the form of a spiral connected to wire leads and enclosed inside a porous carrier treated with a catalyst and installed in the holder, a dielectric substrate with an opening and contact pads to which the wires are attached is used as a holder the conclusions of the sensitive elements, and the sensitive elements are located above the hole, and in the area of the dielectric substrate between the holes and its lateral edges are made of a film heater with at least two film contacts.
Конструкция датчика представлена на чертеже. The design of the sensor is shown in the drawing.
Устройство содержит чувствительный элемент 1 в виде спирали, соединенной с проволочными выводами 2 и 3, прикрепленными к пленочным контактам 4, 5, выполненным на держателе - диэлектрической подложке 6. Чувствительный элемент 1 располагается над отверстием 7, центр которого совпадает с центром диэлектрической подложки 6. The device contains a sensing element 1 in the form of a spiral connected to wire leads 2 and 3, attached to the film contacts 4, 5, made on a holder - a dielectric substrate 6. The sensitive element 1 is located above the hole 7, the center of which coincides with the center of the dielectric substrate 6.
На поверхности подложки 6 вдоль ее кромок 8 выполнен пленочный нагреватель в форме круглой петли 9 с пленочными контактами 10. На пленочном нагревателе 9 выполнен защитный диэлектрический слой (на фиг. не показан). On the surface of the substrate 6 along its edges 8, a film heater is made in the form of a round loop 9 with film contacts 10. A protective dielectric layer (not shown) is made on the film heater 9.
Диэлектрическая подложка 6 устанавливается на промежуточную прокладку 11, в которой выполнено сквозное отверстие диаметром D0 и с центром, совпадающим с центром подложки, причем D0 ≥ dп (dп - диаметр отверстия в подложке 6).The dielectric substrate 6 is mounted on the intermediate gasket 11, in which a through hole with a diameter of D 0 and a center coinciding with the center of the substrate is made, with D 0 ≥ d p (d p is the diameter of the hole in the substrate 6).
Пленочный нагреватель может также выполняться в форме незамкнутой рамки. В этом случае контактные площадки 4 и 5 могут быть выполнены во внутренней области нагревателя вблизи внутренних кромок противолежащих по диагонали углов. The film heater may also be in the form of an open frame. In this case, the contact pads 4 and 5 can be performed in the inner region of the heater near the inner edges of diagonally opposite corners.
Датчик работает следующим образом. The sensor operates as follows.
Нагреватель, подключенный к блоку термостабилизации (на фиг. не показан), формирует заданную температуру Tп подложки.A heater connected to a thermal stabilization unit (not shown in FIG.) Forms a predetermined temperature T p of the substrate.
Значение Tп выбирается из условия Tп ≥ Tmax (Tmax - максимальная температура окружающей среды). При фиксированном значении Tп рабочая температура Tр чувствительного элемента достигается за счет протекания через него измерительного тока Iи, величина которого однозначно определяется параметрами конструкции и сопротивлением нагревателя.The value of T p is selected from the condition T p ≥ T max (T max - maximum ambient temperature). At a fixed value of T p, the operating temperature T p of the sensing element is achieved due to the flow of measuring current I and through it, the value of which is uniquely determined by the design parameters and the resistance of the heater.
В отсутствие горючего газа температура чувствительного элемента равна Tр, а падение напряжения U0 на нем определяется выражением
Uo= Iи•Ro[1+β(Tp-To)],
(β - температурный коэффициент сопротивления спирали чувствительного элемента).In the absence of combustible gas, the temperature of the sensitive element is T p , and the voltage drop U 0 on it is determined by the expression
U o = I and • R o [1 + β (T p -T o )],
(β is the temperature coefficient of resistance of the helix of the sensing element).
При наличии регистрируемого газа в окружающем воздухе на чувствительном элементе происходит каталитическая реакция с выделением тепла, в результате чего его температура повышается. Приращение температуры ΔT, пропорциональное концентрации регистрируемого горючего газа, приводит к изменению сопротивления чувствительного элемента на величину ΔR, что соответственно приведет к изменению падения напряжения на нем на величину ΔU = Iи•ΔR.
Изменение напряжения на чувствительном элементе в зависимости от концентрации регистрируемого газа фиксируется схемой обработки сигнала (на фиг. не показана).In the presence of a recorded gas in ambient air, a catalytic reaction occurs with the release of heat on the sensing element, as a result of which its temperature rises. The temperature increment ΔT proportional to the concentration of the combustible gas detected leads to a change in the resistance of the sensitive element by ΔR, which accordingly will lead to a change in the voltage drop across it by ΔU = I and • ΔR.
The voltage change on the sensitive element depending on the concentration of the detected gas is fixed by the signal processing circuit (not shown in Fig.).
Ввиду независимости измерительного тока Iи от температуры Tо окружающей среды упрощается аппаратурная реализация за счет упрощения электрической схемы обработки сигнала и исключается необходимость применения компенсационного чувствительного элемента.Due to the independence of the measuring current I and the ambient temperature T, the hardware implementation is simplified by simplifying the signal processing electrical circuit and eliminating the need for a compensation sensing element.
В заявляемой конструкции необходимая рабочая температура чувствительного элемента формируется при меньших значениях Iи (за счет нагрева подложки пленочным нагревателем), что повышает надежность устройства.In the claimed design, the required operating temperature of the sensitive element is formed at lower values of I and (due to heating of the substrate by a film heater), which increases the reliability of the device.
Надежность устройства повышается также за счет применения промежуточной диэлектрической прокладки с отверстием, что повышает тепловое сопротивление нагревателя и снижает потребляемую им мощность. Кроме того, надежность устройства повышается за счет использования только одного - рабочего чувствительного элемента. The reliability of the device is also enhanced by the use of an intermediate dielectric strip with a hole, which increases the thermal resistance of the heater and reduces its power consumption. In addition, the reliability of the device is enhanced by the use of only one - a working sensitive element.
В заявляемой конструкции достигается высокая равномерность температуры в объеме отверстия диэлектрической подложки (держателя) благодаря исключению теплопередачи за счет теплопроводимости в направлении к центру подложки, что позволяет обеспечить необходимую точность измерений. In the claimed design, a high temperature uniformity is achieved in the volume of the hole of the dielectric substrate (holder) due to the exclusion of heat transfer due to heat conduction towards the center of the substrate, which ensures the necessary measurement accuracy.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96112438A RU2119663C1 (en) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | Thermochemical gas analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96112438A RU2119663C1 (en) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | Thermochemical gas analyzer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2119663C1 true RU2119663C1 (en) | 1998-09-27 |
| RU96112438A RU96112438A (en) | 1998-09-27 |
Family
ID=20182169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96112438A RU2119663C1 (en) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | Thermochemical gas analyzer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2119663C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2483297C1 (en) * | 2011-12-12 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Thermochemical sensor |
| RU2509303C1 (en) * | 2012-10-29 | 2014-03-10 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Semiconductor gas sensor |
-
1996
- 1996-06-18 RU RU96112438A patent/RU2119663C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Борисов Г.К. Катализ. Вопросы теории и практики. - Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1987, с. 158. 2. Аманназаров А. и др. Справочник. Методы и приборы для определения водорода. - М.: Химия, 1987, с. 68. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2483297C1 (en) * | 2011-12-12 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" | Thermochemical sensor |
| RU2509303C1 (en) * | 2012-10-29 | 2014-03-10 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Semiconductor gas sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4080821A (en) | Electric circuits | |
| Sears et al. | Algorithms to improve the selectivity of thermally-cycled tin oxide gas sensors | |
| US4279142A (en) | Technique for in situ calibration of a gas detector | |
| US6663834B1 (en) | Catalytic sensor | |
| JP2002534676A (en) | Differential temperature analysis sensor | |
| EP0940680B1 (en) | Gas sensors | |
| US5689059A (en) | Selective gas sensor | |
| CA2011659C (en) | Measuring sensor for fluid state determination and method for measurement using such sensor | |
| Vozár | A computer-controlled apparatus for thermal conductivity measurement by the transient hot wire method | |
| US4870025A (en) | Method of sensing methane gas-I | |
| US4134818A (en) | Solid electrolyte sensor for monitoring combustibles in an oxygen containing environment | |
| RU2119663C1 (en) | Thermochemical gas analyzer | |
| US4455378A (en) | Method of determining the content of an anesthetic gas in a selected location | |
| RU2132551C1 (en) | Gas sensor operating process | |
| US6361204B1 (en) | Device for measuring the thermal conductivity of a fluid | |
| US5070024A (en) | Hydrocarbon detector utilizing catalytic cracking | |
| Garnier et al. | A new transient hot-wire instrument for measuring the thermal conductivity of electrically conducting and highly corrosive liquids using small samples | |
| JPH04503252A (en) | Improvement of microcalorimeter | |
| Barsony et al. | Thermometric gas sensing | |
| JP4852740B2 (en) | Differential scanning calorimeter capable of measuring high pressure and differential scanning heat flow meter using the same | |
| JPS6055254A (en) | Detecting probe for combustible gas | |
| RU221540U1 (en) | Thermal conductivity detector for gas chromatography | |
| RU8805U1 (en) | THIN FILM SEMICONDUCTOR GAS SENSOR | |
| Gentry | Catalytic devices | |
| JPH04282446A (en) | Method, element and apparatus for detecting concentration of gas |