RU2550306C1 - Method of measurement of volume concentration of hydrogen - Google Patents

Method of measurement of volume concentration of hydrogen Download PDF

Info

Publication number
RU2550306C1
RU2550306C1 RU2014104720/28A RU2014104720A RU2550306C1 RU 2550306 C1 RU2550306 C1 RU 2550306C1 RU 2014104720/28 A RU2014104720/28 A RU 2014104720/28A RU 2014104720 A RU2014104720 A RU 2014104720A RU 2550306 C1 RU2550306 C1 RU 2550306C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
gas
temperature
measuring
measured
Prior art date
Application number
RU2014104720/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Юхимович Каплан
Original Assignee
Борис Юхимович Каплан
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Борис Юхимович Каплан filed Critical Борис Юхимович Каплан
Priority to RU2014104720/28A priority Critical patent/RU2550306C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2550306C1 publication Critical patent/RU2550306C1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: temperature measurement and ultrasound speed are measured in the measured gas, the speed in pure hydrogen is determined at the same temperature, and the concentration of hydrogen in gas mix is calculated using the mathematical expression considering the ratio of ultrasound speed in pure hydrogen squared to ultrasound speed in the measured mix of gases squared and the ratio of molar mass of admixtures in hydrogen to the molar mass of pure hydrogen are determined.
EFFECT: simplification of hydrogen volume concentration measuring system, increase of its long-term stability and decrease of measurements errors.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению объемной концентрации водорода в смеси газов в мощных турбогенераторах с водородным охлаждением.The invention relates to measuring technique, in particular to measuring the volumetric concentration of hydrogen in a mixture of gases in powerful turbo-generators with hydrogen cooling.

Для отвода Джоулева тепла из внутреннего объема мощных турбогенераторов используется водород, имеющий большую теплопроводность и малую вязкость. При средней температуре в турбогенераторах 60°C теплопроводность водорода λH=210·10-3 Вт/(м·К), а динамическая вязкость µH=8,5·10-6 Па·с. При той же температуре теплопроводность воздуха λB=29·10-3 Вт/(м·К), паров воды λП=21·10-3 Вт/(м·К); динамические коэффициенты вязкости соответственно µB=25·10-6 Па·с и µП=500·10-6 Па·с.For the removal of Joule heat from the internal volume of powerful turbogenerators, hydrogen is used, which has high thermal conductivity and low viscosity. At an average temperature of 60 ° C in turbogenerators, the thermal conductivity of hydrogen is λ H = 210 · 10 -3 W / (m · K), and the dynamic viscosity is µ H = 8.5 · 10 -6 Pa · s. At the same temperature, the thermal conductivity of air λ B = 29 · 10 -3 W / (m · K), water vapor λ P = 21 · 10 -3 W / (m · K); dynamic viscosity coefficients, respectively, µ B = 25 · 10 -6 Pa · s and µ P = 500 · 10 -6 Pa · s.

Из приведенных данных видно, что водород на порядок эффективнее как теплоноситель и потери на вязкое сопротивление у него в 3 раза меньше, чем у воздуха и почти в 60 раз меньше, чем у паров воды.It can be seen from the above data that hydrogen is an order of magnitude more efficient as a coolant and the loss of viscous resistance is 3 times less than that of air and almost 60 times less than water vapor.

Указанная особенность водорода позволяет эффективно охлаждать обмотки статоров и роторов мощных турбогенераторов при малых потерях на гидродинамическое трение. В то же время, появление в водороде примесей других газов или паров воды резко снижает эффективность теплообмена. По указанной причине не допускается снижение чистоты водорода в турбогенераторах ниже 97% [1, п.5.1.11].The indicated feature of hydrogen makes it possible to efficiently cool the windings of stators and rotors of powerful turbo-generators with low hydrodynamic friction losses. At the same time, the appearance in hydrogen of impurities of other gases or water vapor dramatically reduces the heat transfer efficiency. For this reason, it is not allowed to reduce the purity of hydrogen in turbogenerators below 97% [1, clause 5.1.11].

Известен способ измерения объемной концентрации водорода путем измерения теплопроводности газовой смеси [2]. Согласно описанию, измеряемый газ пропускается через ячейку, содержащую нагреваемый электрическим током проводник, температура которого функционально связана с теплопроводностью измеряемого газа, переносящего часть тепла на холодную стенку измерительной ячейки. В подобных ячейках имеется большое количество источников погрешности:A known method of measuring the volumetric concentration of hydrogen by measuring the thermal conductivity of the gas mixture [2]. According to the description, the measured gas is passed through a cell containing a conductor heated by electric current, the temperature of which is functionally related to the thermal conductivity of the measured gas, which transfers part of the heat to the cold wall of the measuring cell. In such cells there are a large number of sources of error:

- Методических, связанных с принятием двухкомпонентной модели измеряемого газа, например воздух в водороде или водород в аргоне (реальный газ содержит большее количество компонентов); принятие условия постоянства температуры стенки ячейки, постоянства расхода газа через ячейку, отсутствия тепловых потерь за счет лучистого и конвективного теплообмена.- Methodological, associated with the adoption of a two-component model of the measured gas, for example, air in hydrogen or hydrogen in argon (real gas contains more components); acceptance of the condition of constant temperature of the cell wall, constant gas flow through the cell, the absence of heat loss due to radiant and convective heat transfer.

- Инструментальных, связанных с охлаждением проводника за счет теплопередачи в области крепления проводника к корпусу ячейки, градиента температур вдоль измерительной ячейки, изменения тока питания, изменения свойств нагреваемого проводника и т.д.- Instrumentation related to the cooling of the conductor due to heat transfer in the area of the conductor fastening to the cell body, temperature gradient along the measuring cell, changes in the supply current, changes in the properties of the heated conductor, etc.

Парирование указанных погрешностей приводит к усложнению конструкции измерителя концентрации, а именно:The parry of these errors leads to a complication of the design of the concentration meter, namely:

- установке перед измерительной ячейкой осушителя газа;- installation of a gas dryer in front of the measuring cell;

- введение в газовый тракт расходомера и стабилизатора расхода газа через ячейку;- introduction to the gas path of the flow meter and stabilizer gas flow through the cell;

- дополнение конструкции второй измерительной ячейкой, заполненной газом точно известного состава и подключением нагреваемых проводников двух ячеек в мостовую измерительную схему;- completing the design with a second measuring cell filled with gas of precisely known composition and connecting the heated conductors of two cells to a bridge measuring circuit;

- дополнение конструкции термостатом для стабилизации температуры входного газа и корпусов измерительных ячеек.- Complementing the design with a thermostat to stabilize the temperature of the inlet gas and the housing of the measuring cells.

Несмотря на все принимаемые меры, погрешность измерений не удается снизить меньше 2%-5% (в зависимости от диапазона измерений) и обеспечить долговременную стабильность функции преобразования средства измерений, что вызывает необходимость проведения повторных калибровок приборов каждые 3 месяца [2, стр.39].Despite all the measures taken, the measurement error cannot be reduced less than 2% -5% (depending on the measurement range) and the long-term stability of the conversion function of the measuring instrument is ensured, which necessitates repeated calibrations of the instruments every 3 months [2, p. 39] .

Известен газоанализатор водорода, содержащий палладиевую проволоку (или из сплава палладия проволоку), нагреваемую до температуры свыше 170°C [3]. Способ измерения основан на том, что палладий (и его сплавы) избирательно поглощает водород из смеси газов; при этом изменяется омическое сопротивление образца, измеряя которое можно судить о концентрации водорода в газовой смеси.A known gas analyzer of hydrogen containing palladium wire (or from a palladium alloy wire), heated to a temperature above 170 ° C [3]. The measurement method is based on the fact that palladium (and its alloys) selectively absorbs hydrogen from a mixture of gases; in this case, the ohmic resistance of the sample changes, by measuring which one can judge the concentration of hydrogen in the gas mixture.

Недостатки способа по патенту [3] связаны с тем, что равновесное поглощение водорода палладием описывается уравнением вида [4, стр.332, выражение (50)]The disadvantages of the method according to the patent [3] are related to the fact that the equilibrium absorption of hydrogen by palladium is described by an equation of the form [4, p. 323, expression (50)]

Figure 00000001
Figure 00000001

где [H]Pd - концентрация водорода в палладии;where [H] Pd is the concentration of hydrogen in palladium;

P - парциальное давление водорода в газе;P is the partial pressure of hydrogen in the gas;

Т - абсолютная температура газа и палладия.T is the absolute temperature of the gas and palladium.

Из выражения видна, во-первых, очень сильная зависимость концентрации водорода в палладии от температуры, парирование которой требует тщательной термостабилизации как палладиевой проволоки, так и измеряемого газа. Во-вторых, поскольку давление водорода входит в выражение под корнем квадратным, с ростом парциального давления (концентрации) водорода в газовой смеси понижается относительный рост концентрации водорода в палладии, т.е. чувствительность измерительного преобразователя падает с ростом концентрации водорода. Если при парциальном давлении водорода 50 кПа принять относительную чувствительность преобразователя за 1, то при 400 кПа она оказывается равной 0,1. Снижение чувствительности преобразования ведет к эквивалентному росту погрешности измерений высоких концентраций водорода, характерных для турбогенераторов.The expression shows, firstly, a very strong dependence of the hydrogen concentration in palladium on temperature, the vaporization of which requires careful thermal stabilization of both the palladium wire and the measured gas. Secondly, since the hydrogen pressure enters the expression under the square root, with the increase of the partial pressure (concentration) of hydrogen in the gas mixture, the relative increase in the hydrogen concentration in palladium decreases, i.e. the sensitivity of the transmitter decreases with increasing hydrogen concentration. If, at a partial pressure of hydrogen of 50 kPa, the relative sensitivity of the converter is taken as 1, then at 400 kPa it turns out to be 0.1. A decrease in the conversion sensitivity leads to an equivalent increase in the measurement error of high hydrogen concentrations characteristic of turbogenerators.

Дополнительным фактором, увеличивающим погрешность измерения, является низкая абсолютная чувствительность преобразования. Согласно экспериментальным данным, приведенным в [5], даже в области малых парциальных давлений водорода в газе, чувствительность преобразования не превышает величины 0,0003 Ом/(Ом·%), а при высоких концентрациях водорода она будет еще на порядок меньше. Из сказанного ясно, что метрологические характеристики газоанализатора по [3] во много раз хуже, чем у описанного выше измерителя на основе теплопроводности [2].An additional factor that increases the measurement error is the low absolute sensitivity of the conversion. According to the experimental data presented in [5], even in the region of low partial hydrogen pressures in a gas, the conversion sensitivity does not exceed 0.0003 Ohm / (Ohm ·%), and at high hydrogen concentrations it will be even an order of magnitude lower. From the foregoing, it is clear that the metrological characteristics of the gas analyzer according to [3] are many times worse than that of the above-described meter based on thermal conductivity [2].

Наиболее близким по технической сущности является способ для определения локальных объемных концентраций водорода в парогазовой среде [6]. Согласно изобретению, одновременно с измерением парциального давления водорода газоанализатором по патенту [3] дополнительно измеряют скорость ультразвука в парогазовой среде на частоте f=0,1-1,0 МГц, давление и температуру парогазовой среды и определяют объемные концентрации водорода, водяного пара и воздуха в парогазовой среде по приводимым в описании к патенту математическим соотношениям.The closest in technical essence is a method for determining local volumetric concentrations of hydrogen in a vapor-gas medium [6]. According to the invention, simultaneously with the measurement of the partial pressure of hydrogen by the gas analyzer according to the patent [3], the ultrasound velocity in the gas-vapor medium is additionally measured at a frequency f = 0.1-1.0 MHz, the pressure and temperature of the gas-vapor medium and the volume concentrations of hydrogen, water vapor and air are determined in a gas-vapor medium according to the mathematical relations given in the description of the patent.

Предлагаемый способ отличается сложностью, поскольку предполагает, в дополнение к измерителю парциального давления водорода, введение каналов измерения полного давления, температуры измеряемого газа и канала измерения скорости ультразвука. При этом необходимо учитывать, что каждый канал измерения вносит дополнительную погрешность в результат измерения и долговременную нестабильность, парирование которой сопряжено с частыми перекалибровками системы измерений.The proposed method is difficult because it involves, in addition to a hydrogen partial pressure meter, the introduction of channels for measuring the total pressure, temperature of the measured gas and the channel for measuring the speed of ultrasound. It should be borne in mind that each measurement channel introduces an additional error in the measurement result and long-term instability, the parry of which is associated with frequent recalibrations of the measurement system.

Целью предлагаемого способа является упрощение системы измерений объемной концентрации водорода, повышение ее долговременной стабильности и снижение погрешности измерений.The aim of the proposed method is to simplify the measurement system of the volumetric concentration of hydrogen, increase its long-term stability and reduce the measurement error.

Указанная цель достигается тем, что дополнительно к измерению температуры и скорости ультразвука в измеряемом газе определяют скорость в чистом водороде при той же температуре, а концентрацию водорода г в газовой смеси вычисляют из выраженияThis goal is achieved by the fact that in addition to measuring the temperature and speed of ultrasound in the measured gas, the speed in pure hydrogen is determined at the same temperature, and the concentration of hydrogen g in the gas mixture is calculated from the expression

Figure 00000002
Figure 00000002

где z - C H 2 / C C 2

Figure 00000003
- отношение квадрата скорости ультразвука в чистом водороде C H 2
Figure 00000004
к квадрату скорости ультразвука в измеряемой смеси газов C C 2
Figure 00000005
;where z is C H 2 / C C 2
Figure 00000003
- the ratio of the square of the speed of ultrasound in pure hydrogen C H 2
Figure 00000004
to the square of the ultrasound velocity in the measured gas mixture C C 2
Figure 00000005
;

α=µPH - отношение молярной массы примесей µP в водороде к молярной массе чистого водорода µH.α = µ P / µ H is the ratio of the molar mass of µ P impurities in hydrogen to the molar mass of pure hydrogen µ H.

На чертеже представлен вариант реализации предлагаемого способа. The drawing shows an embodiment of the proposed method.

Измеритель объемной концентрации водорода представляет собой измерительную ячейку 1, через которую протекает измеряемый газ. С двух торцов ячейки установлены излучающий ультразвук 2 и приемный 3 элементы. Температура газа в ячейке измеряется термопреобразователем 4, подключенным к электронному блоку 5.The volumetric hydrogen concentration meter is a measuring cell 1 through which the measured gas flows. Emitting ultrasound 2 and receiving 3 elements are installed from two ends of the cell. The gas temperature in the cell is measured by a thermocouple 4 connected to the electronic unit 5.

Электронный блок 5, содержащий микроконтроллер, например, AT Mega 8535 и усилители, выполняет несколько функций:The electronic unit 5, containing a microcontroller, for example, AT Mega 8535 and amplifiers, performs several functions:

- формирует электрический сигнал возбуждения излучающего элемента 2;- generates an electrical excitation signal of the radiating element 2;

- усиливает сигнал приемного элемента 3, вычисляет скорость прохождения ультразвукового сигнала CC через ячейку;- amplifies the signal of the receiving element 3, calculates the speed of passage of the ultrasonic signal C C through the cell;

- преобразует сигналы термопреобразователя 4 в значения текущей температуры газа Т в ячейке 1;- converts the signals of the thermocouple 4 into the current gas temperature T in cell 1;

- вычисляет скорость ультразвука в чистом водороде CH по значению измеренной температуры Т;- calculates the speed of ultrasound in pure hydrogen C H from the value of the measured temperature T;

- вычисляет квадраты скоростей ультразвука в ячейке 1 и в чистом водороде;- calculates the squares of the velocities of ultrasound in cell 1 and in pure hydrogen;

- по выражению (1) вычисляет концентрацию водорода в газе и представляет результат потребителю (на дисплее и в виде электрического сигнала).- by expression (1) calculates the concentration of hydrogen in the gas and presents the result to the consumer (on the display and in the form of an electrical signal).

Измеритель работает следующим образом. В измерительную ячейку 1 подается измеряемый газ, а ультразвуковой сигнал проходит сквозь него от излучателя 2 до приемника 3. Принятый сигнал поступает в электронный блок 5, в котором вычисляется скорость ультразвука в измеряемом газе CC. Одновременно микроконтроллер блока 5 опрашивает термопреобразователь 4 и полученный сигнал пересчитывает в значение температуры газа Т. По значению температуры вычисляется скорость ультразвука в чистом водороде CH по выражениюThe meter works as follows. The measured gas is supplied to the measuring cell 1, and the ultrasonic signal passes through it from the emitter 2 to the receiver 3. The received signal is transmitted to the electronic unit 5, in which the ultrasound velocity in the measured gas C C is calculated. At the same time, the microcontroller of unit 5 interrogates the thermal converter 4 and converts the received signal into the temperature of gas T. The ultrasound velocity in pure hydrogen C H is calculated from the temperature value by the expression

Figure 00000006
Figure 00000006

где kH - постоянная адиабаты водорода при температуре газа Т;where k H is the constant hydrogen adiabat at gas temperature T;

R=8,314 Дж/(К·моль) - универсальная газовая постоянная;R = 8.314 J / (K · mol) is the universal gas constant;

Т - абсолютная температура газа;T is the absolute temperature of the gas;

µH=0,002016 кг/моль - молярная масса молекулярного водорода.µ H = 0.002016 kg / mol - molar mass of molecular hydrogen.

Измеренная скорость ультразвука в газе CC связана с параметрами газа выражениемThe measured ultrasound velocity in a gas C C is related to the gas parameters by the expression

Figure 00000007
Figure 00000007

где kC - постоянная адиабаты измеряемого газа;where k C is the adiabatic constant of the measured gas;

r - объемная концентрация водорода в газе;r is the volumetric concentration of hydrogen in the gas;

µP - молярная масса примесей в водороде (воздух, пары воды и т.д.).µ P is the molar mass of impurities in hydrogen (air, water vapor, etc.).

Возведение в квадрат выражения (2) и деление его на квадрат выражения (3) дает уравнениеSquaring expression (2) and dividing it by the square of expression (3) gives the equation

Figure 00000008
Figure 00000008

где Z= C H 2 C H 2 .

Figure 00000009
where Z = C H 2 C H 2 .
Figure 00000009

Рассмотрим отношение постоянных адиабаты, входящих в уравнение (4). Постоянная адиабаты водорода kH, так же как и постоянная воздуха kBm, окиси углерода в диапазоне температур от 20 до 100°C, близки к значению 1,4. Постоянная адиабаты паров воды, двуокиси углерода в том же диапазоне температур близка к значению kOm=1,3. В генераторах концентрация водорода при наихудших условиях не ниже rHm=0,95, а примеси составляют воздух в объемной доле не меньше rBm=0,04, остальное - пары воды, окиси и двуокиси углерода rOm. Следовательно, постоянная адиабаты смеси газов будет равнаConsider the ratio of the adiabatic constants in equation (4). The constant of hydrogen adiabat k H, as well as the constant of air k Bm , carbon monoxide in the temperature range from 20 to 100 ° C, are close to 1.4. The constant adiabat of water vapor and carbon dioxide in the same temperature range is close to k Om = 1.3. The hydrogen concentration in the generators under the worst conditions is not lower than r Hm = 0.95, and the impurities make up air in a volume fraction of not less than r Bm = 0.04, the rest is water vapor, carbon monoxide and carbon dioxide r Om . Consequently, the adiabatic constant of the gas mixture will be equal to

Figure 00000010
Figure 00000010

Подстановка в последнее выражение численных значений величин даетSubstitution in the last expression of the numerical values of the quantities gives

Figure 00000011
Figure 00000011

Полученный результат позволяет считать с высокой точностью, что отношение постоянных адиабаты в выражении (4) равно единице, а само выражение (4) может быть записано в видеThe result obtained allows us to assume with high accuracy that the ratio of the adiabatic constants in expression (4) is equal to unity, and expression (4) itself can be written as

Figure 00000012
Figure 00000012

Определяя из последнего выражения объемную концентрацию водорода r, имеем окончательноDetermining the volume concentration of hydrogen r from the last expression, we finally

Figure 00000013
Figure 00000013

где a=µPH - отношение молярной массы примесей µP к молярной массе молекулы водорода µH. where a = µ P / µ H is the ratio of the molar mass of impurities µ P to the molar mass of the hydrogen molecule µ H.

Поскольку газовый состав примесей в водороде точно не известен, но основное парциальное давление в газе приходится на воздух [2], то принимают молярную массу примесей равной молярной массе воздуха: µP=0,02898 кг/моль. Принятое допущение приводит к методической погрешности измерения концентрации водорода r, поскольку в молярной массе примесей µP не учтены вклады паров воды и окислов углерода, присутствующих в газе эксплуатируемых генераторов.Since the gas composition of impurities in hydrogen is not known exactly, but the main partial pressure in the gas is in the air [2], then the molar mass of impurities is taken to be equal to the molar mass of air: µ P = 0.02898 kg / mol. The assumption made leads to a methodological error in measuring the hydrogen concentration r, since the contributions of water vapor and carbon oxides present in the gas of the operated generators are not taken into account in the molar mass of impurities µ P.

Оценка указанной погрешности дает следующие результаты. Согласно [1], предельное значение парциального значения паров воды в генераторе не может превышать 1,7·103 Па при полном давлении газа в генераторе 404·103 Па.An assessment of the indicated error gives the following results. According to [1], the limiting value of the partial value of water vapor in the generator cannot exceed 1.7 · 10 3 Pa at a total gas pressure in the generator of 404 · 10 3 Pa.

Расчет методической погрешности ΔrH измерений по формулам (4) и (5) для концентраций водорода rH, равных rH1=0,9; rH2=0,97 (минимально допустимый уровень концентрации водорода в турбогенераторах); rH3=0,9958 (концентрация водорода, при котором вся примесь состоит из паров воды), дает следующие результаты:Calculation of the methodical error Δr H of measurements according to formulas (4) and (5) for hydrogen concentrations r H equal to r H1 = 0.9; r H2 = 0.97 (minimum permissible level of hydrogen concentration in turbogenerators); r H3 = 0.9958 (the concentration of hydrogen at which the entire impurity consists of water vapor) gives the following results:

ΔrН1=0,0018; ΔrН2=0,002; ΔrH3=0,0012Δr H1 = 0.0018; Δr H2 = 0.002; Δr H3 = 0.0012

Полученный результат показывает, что методическая погрешность измерений предлагаемым методом не превышает 0,002 абсолютного значения или 0,2% в относительных величинах.The result shows that the methodological error of measurements by the proposed method does not exceed 0.002 absolute values or 0.2% in relative values.

Другие составляющие погрешности связаны с погрешностью измерения температуры газа и скорости ультразвука в измерительной камере. Первая составляющая погрешности не превышает 0,1°C при выборе платинового первичного преобразователя и соответствующего вторичного преобразователя, например преобразователя ПСТ-b-Pro [7].Other components of the error are associated with the error in measuring the gas temperature and ultrasound velocity in the measuring chamber. The first component of the error does not exceed 0.1 ° C when choosing a platinum primary converter and the corresponding secondary converter, for example, PST-b-Pro converter [7].

Измерение скорости ультразвука не превышает 0,1-0,2% [8] и, следовательно, общая погрешность измерения концентрации водорода предлагаемым способом не превышает долей процента при существенном упрощении устройства по сравнению с известными измерителями.The measurement of the speed of ultrasound does not exceed 0.1-0.2% [8] and, therefore, the total error in measuring the hydrogen concentration of the proposed method does not exceed a fraction of a percent with a significant simplification of the device compared to known meters.

Погрешность измерения можно уменьшить дополнительно, если стабилизировать температуру измерительной ячейки 1, используя термопреобразователь 4 и электронный блок 5 в системе автоматической стабилизации температуры. В этом случае исключается погрешность, связанная с градиентом температуры газа по длине измерительной ячейки.The measurement error can be reduced further if the temperature of the measuring cell 1 is stabilized using a temperature converter 4 and an electronic unit 5 in the automatic temperature stabilization system. In this case, the error associated with the gas temperature gradient along the length of the measuring cell is eliminated.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ источниковLIST OF LITERATURE sources

1. «Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ», утвержденные приказом Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. №229.1. "Rules for the technical operation of power plants and networks of the Russian Federation", approved by order of the Ministry of Energy of the Russian Federation of June 19, 2003 No. 229.

2. AAB Limited, England. Системы газового анализа для генераторов переменного тока с водородным охлаждением АK 101, АK 104. Руководство пользователя IM/AK1/14 RU. Редакция 4.2. AAB Limited, England. Gas analysis systems for alternating current generators with hydrogen cooling AK 101, AK 104. User manual IM / AK1 / 14 RU. Revision 4.

3. Газоанализатор водорода. Патент РФ №2242751, МПК: G01N 27/04.3. Hydrogen gas analyzer. RF patent No. 2242751, IPC: G01N 27/04.

4. Курдюмов А.В., Пикунов М.В. и др. Производство отливок и сплавов цветных металлов. Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1986 -416 с.4. Kurdyumov A.V., Pikunov M.V. and others. Production of castings and non-ferrous alloys. Textbook for high schools. - M.: Metallurgy, 1986 -416 p.

5. Способ определения водорода в смеси с гелием. А.с. СССР №238222, МПК: G01N 27/02.5. A method for determining hydrogen mixed with helium. A.S. USSR No. 238222, IPC: G01N 27/02.

6. Способ и газоанализатор для определения локальных объемных концентраций водорода, водяного пара и воздуха в парогазоваой среде с использованием ультразвука. Патент РФ №2374636, МПК: G01N 29/00.6. A method and a gas analyzer for determining local volumetric concentrations of hydrogen, water vapor and air in a gas-vapor medium using ultrasound. RF patent No. 2374636, IPC: G01N 29/00.

7. НПФ КонтрАвт Преобразователи сопротивление - ток измерительные ПСТ. Паспорт ПИМФ 411622.002 ПС. Версия 1.0.7. NPF KontrAvt Resistance converters - current measuring PST. Passport PIMF 411622.002 PS. Version 1.0.

8. ИТО СО РАН «Измеритель скорости звука в газах и парах УИ-1М» - http://www.nsc.ru/win/elbib/data/show_page.dhtml?56+48. ITO SB RAS “Sound velocity meter in gases and vapors UI-1M” - http://www.nsc.ru/win/elbib/data/show_page.dhtml?56+4

Claims (2)

1. Способ измерения объемной концентрации водорода, включающий измерение температуры и скорости ультразвука в измеряемом газе, отличающийся тем, что определяют скорость в чистом водороде при той же температуре, а концентрацию водорода r в газовой смеси вычисляют из выражения
r = z a 1 a ,
Figure 00000014

где z= C H 2 / C C 2
Figure 00000015
- отношение квадрата скорости ультразвука в чистом водороде C H 2
Figure 00000016
к квадрату скорости ультразвука в измеряемой смеси газов C C 2
Figure 00000017
;
a=µPH - отношение молярной массы примесей в водороде µP к молярной массе чистого водорода µH.
1. The method of measuring the volumetric concentration of hydrogen, including measuring the temperature and speed of ultrasound in the measured gas, characterized in that they determine the speed in pure hydrogen at the same temperature, and the concentration of hydrogen r in the gas mixture is calculated from the expression
r = z - a one - a ,
Figure 00000014

where z = C H 2 / C C 2
Figure 00000015
- the ratio of the square of the speed of ultrasound in pure hydrogen C H 2
Figure 00000016
to the square of the ultrasound velocity in the measured gas mixture C C 2
Figure 00000017
;
a = µ P / µ H is the ratio of the molar mass of impurities in hydrogen µ P to the molar mass of pure hydrogen µ H.
2. Способ измерения объемной концентрации водорода по п.1, отличающийся тем, что температуру измеряемого газа стабилизируют, используя результаты измерения его температуры. 2. The method for measuring the volumetric concentration of hydrogen according to claim 1, characterized in that the temperature of the measured gas is stabilized using the results of measuring its temperature.
RU2014104720/28A 2014-02-12 2014-02-12 Method of measurement of volume concentration of hydrogen RU2550306C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014104720/28A RU2550306C1 (en) 2014-02-12 2014-02-12 Method of measurement of volume concentration of hydrogen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014104720/28A RU2550306C1 (en) 2014-02-12 2014-02-12 Method of measurement of volume concentration of hydrogen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2550306C1 true RU2550306C1 (en) 2015-05-10

Family

ID=53293924

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014104720/28A RU2550306C1 (en) 2014-02-12 2014-02-12 Method of measurement of volume concentration of hydrogen

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2550306C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1105803A1 (en) * 1983-06-10 1984-07-30 Институт электроники АН БССР Pickup for measuring gas concentration
SU1335863A1 (en) * 1985-12-04 1987-09-07 Ростовский научно-исследовательский институт технологии машиностроения Method of determining concentration of liquid or gaseous binary media
SU1681229A1 (en) * 1989-08-04 1991-09-30 Государственный Проектный Институт По Проектированию Систем Автоматического Пожаротушения, Пожарной И Охранной Сигнализации "Спецавтоматика" Acoustic pickup for gases concentration control
JP2004325297A (en) * 2003-04-25 2004-11-18 Nissan Motor Co Ltd Apparatus and method for measuring gas concentration
JP2006242804A (en) * 2005-03-04 2006-09-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Concentration measuring method and device of gas or liquid in mixed gas or liquid
RU2374636C1 (en) * 2008-05-26 2009-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Method and gas analyser for determining local volume concentration of hydrogen, water vapour and air in vapour-gas medium using ultrasound

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1105803A1 (en) * 1983-06-10 1984-07-30 Институт электроники АН БССР Pickup for measuring gas concentration
SU1335863A1 (en) * 1985-12-04 1987-09-07 Ростовский научно-исследовательский институт технологии машиностроения Method of determining concentration of liquid or gaseous binary media
SU1681229A1 (en) * 1989-08-04 1991-09-30 Государственный Проектный Институт По Проектированию Систем Автоматического Пожаротушения, Пожарной И Охранной Сигнализации "Спецавтоматика" Acoustic pickup for gases concentration control
JP2004325297A (en) * 2003-04-25 2004-11-18 Nissan Motor Co Ltd Apparatus and method for measuring gas concentration
JP2006242804A (en) * 2005-03-04 2006-09-14 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Concentration measuring method and device of gas or liquid in mixed gas or liquid
RU2374636C1 (en) * 2008-05-26 2009-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Method and gas analyser for determining local volume concentration of hydrogen, water vapour and air in vapour-gas medium using ultrasound

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102305807A (en) Method for measuring Seebeck coefficient of micro/nano thermoelectric materials or devices
CN104713606A (en) Method and device for measuring flow of multi-component gas
US11029270B2 (en) Apparatus and method for measuring calorific value
CN103134834A (en) Device and method for measuring dryness of wet steam
CN107209040A (en) Flow measurement device
EP3153854A1 (en) Determination of combustion parameters from physical gas parameters
CN105973504A (en) 77K-90K temperature zone thermocouple calibration system and method
Sairanen et al. Validation of a calibration set-up for radiosondes to fulfil GRUAN requirements
RU2550306C1 (en) Method of measurement of volume concentration of hydrogen
Lundström Investigation of heat transfer from thin wires in air and a new method for temperature correction of hot-wire anemometers
Minn Khine et al. Heat-conduction error of temperature sensors in a fluid flow with nonuniform and unsteady temperature distribution
JP6557667B2 (en) Flow measurement system and method for determining at least one property of a medium
EP3186622B1 (en) Method for analyzing an ozone concentration and ozone concentration analyzer
Rollins et al. Catalytic oxidation of H 2 on platinum: a robust method for generating low mixing ratio H 2 O standards
RU2403542C1 (en) Device for accounting of thermal energy consumption in heating appliance and heating appliance
Mel’nichenko et al. The temperature dependence of the solubility of oxygen in sea water according to the pulsed NMR data
KR101522243B1 (en) a gas mass flow meter program using turbine and the measuring device using thereof
Cascetta et al. Experimental assessment of gas static meters under different operating conditions
JP2017535766A (en) Method for determining the proportion of a flowing gaseous medium and system for use therewith
Lee et al. The excess enthalpy of gaseous mixtures of carbon dioxide with methane
CN109540975A (en) A kind of crude oil water content measurement method based on conductance method
RU2639740C1 (en) Method for determining component concentration in two-component gas mixture
CN115790908B (en) Natural gas metering method and device based on heat metering
Tanaka et al. Development of electrical efficiency measurement techniques for 10 kW-class SOFC system: Part II. Uncertainty estimation
Antonyuk et al. An Experimental Determination of the Heat-Transfer Coefficients in the Channels of a Turbogenerator Stator with air and Hydrogen Cooling

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180213