RU2142624C1 - Способ определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде - Google Patents
Способ определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде Download PDFInfo
- Publication number
- RU2142624C1 RU2142624C1 RU99104409/28A RU99104409A RU2142624C1 RU 2142624 C1 RU2142624 C1 RU 2142624C1 RU 99104409/28 A RU99104409/28 A RU 99104409/28A RU 99104409 A RU99104409 A RU 99104409A RU 2142624 C1 RU2142624 C1 RU 2142624C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalytic element
- combustible gases
- value
- time moment
- thermal catalytic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области анализа газовых сред. Сущность изобретения: термокаталитический элемент помещают в измерительную камеру и подают на него импульсы электрического тока. Предварительно измеряют значение сопротивления Rτ0-1 термокаталитического элемента в момент времени в интервале от τ0 до τ1, где τ0 - момент времени до начала подачи импульса электрического тока, τ1 - момент времени до начала реакции окисления горючих газов на поверхности термокаталитического элемента, а также значение сопротивления Rτ1-2 термокаталитического элемента в момент времени в интервале от τ1 до τ2, где τ2 - момент времени до начала образования нагретого газового пограничного слоя вокруг термокаталитического элемента, в который прекращают подачу импульса электрического тока. Определяют постоянный коэффициент K = Rτ1-2/Rτ0-1. После этого измеряют текущее значение сопротивления Rτ1 термокаталитического элемента в момент времени τ1 и текущее значение сопротивления Rτ2 термокаталитического элемента в момент времени τ2, определяют значение сопротивления R0τ2 = KRτ1 термокаталитического элемента в момент времени τ2 при отсутствии в кислородосодержащей среде горючих газов, затем определяют ΔRτ2 = Rτ2-R0τ2. По величине ΔRτ2 судят о значении концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде. Технический результат состоит в обеспечении возможности определения интегральной взрывоопасности многокомпонентных газовых сред с компонентами, значительно отличающимися по молекулярной массе, а также в увеличении срока службы и уменьшении энергопотребления. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области анализа газовых сред и может быть использовано для определения концентрации в кислородосодержащей среде, например, в рабочих помещениях нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий, предприятий тепловой энергетики, химических заводов и др. для предотвращения возникновения ситуаций, опасных в отношении возможности взрыва.
Известен способ определения концентрации горючих газов в килсородосодержащей среде, заключающийся в измерении теплового эффекта реакции окисления горючего компонента на поверхности каталитически активного чувствительного элемента (ЧЭ), соединенного последовательно с пассивным компенсационным элементом, идентичным ЧЭ по теплофизическим параметрам; регулировкой тока питания в последовательной цепи чувствительного и компенсационного элементов поддерживают температуру компенсационного элемента на постоянном уровне, см. авт.св. СССР N 1286985 от 8.02.1985 по кл. G 01 N 27/16.
В данном устройстве непрерывно работают оба элемента, что обусловливает большое энергопотребление. Наличие механической модуляции света, излучаемого ЧЭ и компенсационным элементом, посредством электродвигателя с обтюратором, существенно усложняет способ, приводит к дополнительному расходу электроэнергии и снижает надежность конструкции, служащей для реализации способа; кроме того, данный способ требует постоянной продувки реакционной камеры, а также светоизоляции.
Известен также способ определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде, заключающийся в том, что термокаталитический элемент помещают в измерительную камеру, содержащую анализируемую газовую смесь, и подают на него импульсы тока, нагревая его до заданной температуры и уменьшая длительность импульсов до установления начального значения температуры; цикл измерения производят при подаче одного импульса, причем нагрев ведут в термоударном режиме до температуры выше температуры активации катализатора, а после нагревательного импульса на термокаталитический элемент дополнительно подают зондирующий импульс, по амплитуде и длительности меньший, чем нагревательный, регистрируют изменение амплитуды напряжения на термокаталитическом элементе во время подачи зондирующего импульса, многократно повторяют цикл измерения и по результатам совокупных измерений судят о концентрации компонентов смеси, см. авт.св. СССР N 1711061 от 10.03.1989 по кл. G 01 N 27/16.
Этот способ, принятый за прототип настоящего изобретения, более прост в реализации и позволяет несколько уменьшить энергопотребление в сравнении со способом по авт.св. СССР N 1286985. Однако весьма серьезным недостатком способа-прототипа является подача нагревательных импульсов в термоударном режиме, что ведет к ускоренному выходу термокаталитических элементов (ТКЭ) из строя; кроме того, термоударный режим нагрева ТКЭ обусловливает, практически, мгновенное образование нагретого газового пограничного слоя вокруг ТКЭ, что приводит к значительному изменению крутизны градуировочных характеристик выходного сигнала ТКЭ в зависимости от концентрации горючих газов, выраженной в процентах от нижнего концентрационного предела распространения пламени (% НКПРП), при различной молекулярной массе анализируемых горючих газов. Этот разброс значений крутизны указанных характеристик можно объяснить тем, что в нагретом газовом пограничном слое вокруг ТКЭ происходит образование каталитически активных веществ, являющихся продуктом разложения анализируемого горючего газа; эти вещества обусловливают быстрое окисление части анализируемых горючих газов вне контакта с поверхностью ТКЭ, что приводит к потере тепла ТКЭ и, соответственно, к снижению выходного сигнала от ТКЭ. Таким образом, способ можно использовать для определения % НКПРП только какого-либо одного горючего газа в кислородосодержащей среде. Это обстоятельство свойственно не только указанному выше в качестве прототипа способу по авт. св. СССР N 1711061, но и всем другим известным способам определения концентраций горючих газов в кислородосодержащей среде с использованием ТКЭ, см. например, В.Н. Тарасевич, Металлические терморезисторные преобразователи горючих газов. - Киев: Наукова думка, 1988, с. 209-210. Как видно из рис. 63 на с. 210 (копия прилагается), имеет место весьма большой разброс крутизны статических характеристик выходного сигнала термокаталитического элемента в случае анализа газов с различной молекулярной массой. Все современные газоанализаторы имеют градуировку по одному определенному горючему газу (как правило, метану). Для определения концентраций остальных горючих газов необходимо менять чувствительность газоанализатора или осуществлять пересчет. Определение интегральной взрывоопасности многокомпонентных газовых сред, включающих горючие компоненты, значительно отличающиеся по молекулярной массе, с помощью как способа-прототипа, так и других известных способов, невозможно. Кроме того, к числу недостатков способа-прототипа относится то обстоятельство, что для его реализации необходимо использовать не менее двух ТКЭ, работающих в непрерывном режиме питания; это не позволяет создавать портативные приборы с длительным временем непрерывной работы. Например, время непрерывной работы газоанализатора СГГ-4М (Россия) при габаритных размерах 150х55х188 мм и массе 1,8 кг составляет 4-8 часов, а газоанализатора метана GP-82 (Япония) при габаритных размерах 78х142х26 мм и массе 310 г - не более 6 часов.
В основу настоящего изобретения положено решение задачи создания такого способа определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде, который обеспечил бы возможность определения интегральной взрывоопасности многокомпонентных газовых сред, включающих горючие компоненты, значительно отличающиеся по молекулярной массе; кроме того, решается задача увеличения срока службы ТКЭ и уменьшения энергопотребления, что должно увеличить время непрерывной работы приборов, реализующих способ.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде, заключающемся в том, что термокаталитический элемент помещают в измерительную камеру и подают на него импульсы электрического тока, предварительно измеряют значение сопротивления Rτ0-1 термокаталитического элемента в момент времени в интервале от τ0 до τ1, где τ0 - момент времени до начала подачи импульса электрического тока, τ1 - момент времени до начала реакции окисления горючих газов на поверхности термокаталитического элемента, а также значение сопротивления Rτ1-2 термокаталитического элемента в момент времени в интервале от τ1 до τ2, где τ2 - момент времени до начала образования нагретого газового пограничного слоя вокруг термокаталитического элемента, в который прекращают подачу импульса электрического тока, затем определяют постоянный коэффициент 
после этого измеряют текущее значение сопротивления Rτ1 термокаталитического элемента в момент времени τ1 и текущее значение сопротивления Rτ2 термокаталитического элемента в момент времени τ2, определяют значение сопротивления R0τ2 = K/Rτ1 термокаталитического элемента в момент времени τ2 при отсутствии в кислородосодержащей среде горючих газов, затем определяют ΔRτ2 = Rτ2-R0τ2 и по величине ΔRτ2 судят о значении концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".
Реализация отличий заявленного изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы изобретения) обусловливает важные новые свойства объекта изобретения:
- обеспечение возможности определения интегральной взрывоопасности газовых сред, включающих несколько компонентов, значительно отличающихся по своей молекулярной массе;
- исключение необходимости осуществления нагрева ТКЭ в ударном режиме до температуры выше температуры активации катализатора и продление тем самым срока службы ТКЭ;
- возможность использования только одного ТКЭ и исключение необходимости непрерывного режима питания, что позволяет уменьшить энергопотребление и увеличить время непрерывной работы приборов, реализующих способ.
- обеспечение возможности определения интегральной взрывоопасности газовых сред, включающих несколько компонентов, значительно отличающихся по своей молекулярной массе;
- исключение необходимости осуществления нагрева ТКЭ в ударном режиме до температуры выше температуры активации катализатора и продление тем самым срока службы ТКЭ;
- возможность использования только одного ТКЭ и исключение необходимости непрерывного режима питания, что позволяет уменьшить энергопотребление и увеличить время непрерывной работы приборов, реализующих способ.
Указанные обстоятельства обусловливают, по мнению заявителя, соответствие заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень".
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - схема, поясняющая реализацию способа;
на фиг. 2 - временная диаграмма, иллюстрирующая способ;
на фиг. 3 - статические характеристики выходного сигнала ТКЭ, полученные в результате реализации способа.
на фиг. 1 - схема, поясняющая реализацию способа;
на фиг. 2 - временная диаграмма, иллюстрирующая способ;
на фиг. 3 - статические характеристики выходного сигнала ТКЭ, полученные в результате реализации способа.
Термокаталитический элемент 1 помещен в измерительную камеру 2, выполненную в конкретном примере в виде сетчатого корпуса. В камере 2 та же концентрация газов, что и в окружающей среде. На ТКЭ 1 подаются импульсы электрического тока от генератора 3 импульсов тока. Генератор 3 управляется контроллером 4, обеспечивающим подачу импульсов тока на ТКЭ в заданные моменты времени. Величина импульсов тока задается генератором 3. С ТКЭ на вход контроллера поступают электрические сигналы, содержащие информацию о текущем значении сопротивления ТКЭ. Контроллер 4 снабжен дисплеем 5.
Способ реализуют следующим образом. Предварительно измеряют значение сопротивления Rτ0-1 ТКЭ в момент времени в интервале от τ0 до τ1 (см. фиг. 2). При этом τ0 - момент времени до начала подачи импульса электрического тока на ТКЭ, τ1 - момент времени до начала реакции окисления горючих газов на поверхности ТКЭ. Также предварительно измеряют значение сопротивления Rτ1-2 ТКЭ в момент времен в интервале от τ1 до τ2, где τ2 - момент времени до начала образования нагретого газового пограничного слоя вокруг ТКЭ, в этот момент прекращают подачу импульса электрического тока на ТКЭ. Определив предварительно Rτ0-1 и Rτ1-2, определяют постоянный коэффициент 
этот коэффициент определяют однократно, он отражает свойства конкретного ТКЭ: омическое сопротивление и геометрические размеры.
При настройке контроллера в него вводят значения этого коэффициента, а также значения τ1 и τ2. Кроме того, задают 
- момент времени, соответствующий началу следующего импульса.
Далее определяют текущее значение сопротивления Rτ1/ ТКЭ в момент времени τ1, а также текущее значение сопротивления Rτ2 ТКЭ в момент времени τ2. После этого определяют значение сопротивления Rτ = K•Rτ1 ТКЭ в момент времени τ2, которое соответствует отсутствию в кислородосодержащей среде горючих газов и ΔRτ2= Rτ2-Rτ . Эти вычисления осуществляются в контроллере 4. Величина ΔRτ2 прямо пропорциональна интегральной концентрации C горючих газов в камере 1 и, соответственно, в анализируемой окружающей среде. Значение C отображается на дисплее 5.
Поскольку при реализации заявленного способа нагрев ТКЭ производят до возникновения нагретого газового пограничного слоя вокруг ТКЭ, исключается разброс крутизны градуировочных характеристик выходного сигнала ТКЭ в зависимости от концентрации горючих газов, выраженной в % НКПРП при различной молекулярной массе анализируемых газов (фиг. 3). Это объясняется тем, что исключается образование каталитически активных веществ, являющихся продуктами разложения анализируемого газа, и обусловливаемое этим быстрое окисление части анализируемых горючих газов вне контакта с поверхностью ТКЭ, приводящее к потере тепла ТКЭ и, соответственно, к снижению выходного сигнала от ТКЭ.
Поскольку значение Rτ1 не зависит от концентрации горючих газов, исключается необходимость использования второго (эталонного) ТКЭ. Это же обстоятельство позволяет исключить дрейф нулевого значения сигнала от ТКЭ.
Так как начальное значение импульса тока равно нулю, в интервале между импульсами ток также равен нулю, и питание отключено. Благодаря этому, а также в связи с использованием только одного ТКЭ, энергопотребление значительно уменьшается, что позволяет создавать на базе данного способа портативные приборы с большим временем непрерывной работы.
Для реализации заявленного способа используется обычная несложная элементарная база и стандартное сборочное оборудование, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".
Claims (1)
- Способ определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде, заключающийся в том, что термокаталитический элемент помещают в измерительную камеру и подают на него импульсы электрического тока, отличающийся тем, что предварительно измеряют значение сопротивления Rτ0-1 термокаталитического элемента в момент времени в интервале от τ0 до τ1, где τ0 - момент времени до начала подачи импульса электрического тока, τ1 - момент времени до начала реакции окисления горючих газов на поверхности термокаталитического элемента, а также значение сопротивления Rτ1-2 термокаталитического элемента в момент времени в интервале от τ1 до τ2, где τ2 - момент времени до начала образования нагретого газового пограничного слоя вокруг термокаталитического элемента, в который прекращают подачу импульса электрического тока, затем определяют постоянный коэффициент
после этого измеряют текущее значение сопротивления Rτ1 термокаталитического элемента в момент времени τ1 и текущее значение сопротивления Rτ2 термокаталитического элемента в момент времени τ2, определяют значение сопротивления R0τ2 = KRτ1 термокаталитического элемента в момент времени τ2 при отсутствии в кислородосодержащей среде горючих газов, затем определяют ΔRτ2 = Rτ2-R0τ2 и по величине ΔRτ2 судят о значении концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99104409/28A RU2142624C1 (ru) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | Способ определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде |
| PCT/RU2000/000015 WO2000050881A1 (fr) | 1999-02-26 | 2000-01-12 | Procede permettant de determiner la concentration en gaz brulants d'un milieu contenant de l'oxygene |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99104409/28A RU2142624C1 (ru) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | Способ определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2142624C1 true RU2142624C1 (ru) | 1999-12-10 |
Family
ID=20216705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99104409/28A RU2142624C1 (ru) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | Способ определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2142624C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7056098B2 (en) | 2003-05-21 | 2006-06-06 | General Electric Company | Pump for supplying a gas to a sensor and methods therefor |
| US7062952B2 (en) | 2003-05-21 | 2006-06-20 | General Electric Company | Combustible gas detector having flow-through sensor container and method for measuring such gases |
-
1999
- 1999-02-26 RU RU99104409/28A patent/RU2142624C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7056098B2 (en) | 2003-05-21 | 2006-06-06 | General Electric Company | Pump for supplying a gas to a sensor and methods therefor |
| US7062952B2 (en) | 2003-05-21 | 2006-06-20 | General Electric Company | Combustible gas detector having flow-through sensor container and method for measuring such gases |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5356819A (en) | Method of determining chemical and/or physical properties of a gaseous atmosphere | |
| US4323777A (en) | Hydrocarbon gas analyzer | |
| ATE66745T1 (de) | Betriebsverfahren fuer einen sensor fuer gasanalyse. | |
| JP2942624B2 (ja) | 可燃性ガス用検知器に質問するための擬似連続プロセス | |
| EP0314919B1 (en) | Combustible gas detector having temperature stabilization capability | |
| US4141955A (en) | Combustible concentration analyzer | |
| US6623976B1 (en) | Combustibility monitor and monitoring method | |
| US7888658B2 (en) | Zirconium dioxide luminescence oxygen sensor | |
| RU2156972C1 (ru) | Способ определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде | |
| EP0500598A1 (en) | DETECTION OF FUEL GASES. | |
| US6346420B1 (en) | Method of analyzing a gas mixture to determine its explosibility and system for implementing a method of this kind | |
| RU2142624C1 (ru) | Способ определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде | |
| US6825471B1 (en) | Gas detector and method of operating a gas detector | |
| CA2031325A1 (en) | Flammable gas detection | |
| Dabill et al. | A fast-response catalytic sensor for flammable gases | |
| RU2447426C2 (ru) | Способ и устройство детектирования довзрывных концентраций метана в воздухе | |
| RU2199113C1 (ru) | Устройство для определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде | |
| SU1711061A1 (ru) | Способ анализа газов | |
| RU2250455C1 (ru) | Способ измерения концентрации метана и/или водорода | |
| US6467950B1 (en) | Device and method to measure mass loss rate of an electrically heated sample | |
| RU2360236C1 (ru) | Способ определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде | |
| CN115876835B (zh) | 一种差分量热式mems气体传感器及气体检测方法 | |
| JP2004061214A (ja) | 可燃性ガス検出装置 | |
| RU2623828C2 (ru) | Способ измерения концентрации горючих газов и паров в воздухе термокаталитическим сенсором диффузионного типа | |
| Gentry | Catalytic devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060227 |