SU1735755A1 - Способ термокаталитического анализа - Google Patents

Abstract

Использование; аналитическое приборостроение, в частности разработка газоанализаторов, калориметров и систем контрол „ Сущность изобретени : сжигают горючие газы на поверхности чувствительного элемента, температуру которого поддерживают одинаковой с температурой компенсационного элемента при помощи мостовых измерительных схем„ Предварительно наход т Изобретение относитс  к аналитическому приборостроению и может быть использовано при разработке газоанализаторов , калориметров и систем контрол  на объектах теплоэнергетической, металлургической и нефтехимической промышленности. Известен способ термокаталитического анализа горючих газов при сжигании их на поверхности чувствительного элемента , включенного в мостовую измериэависимости выходных сигналов чувствительного элемента от температуры его поверхности при различных значени х содержани  горючих газов (калорийности ) в пределах диапазона измерений, но не менее чем в трех точках (начало , середина, конец)4 Затем определ ют интервал температур, в пределах которого значени  выходного сигнала во всем диапазоне измерений наход тс  в линейной области Далее, зафиксировав значение температуры внутри найденного интервала на чувствительном и компенсационном элементах, скачкообразно измен ют мощность электрического тока и наход т посто нную времени переходного процесса; синхронно измен ют температуры обоих элементов на величину предела линейного участка зависимости выходного сигнала чувствительного элемента от температуры с периодом от двукратного до дес тикратного значени  их посто нной времени. Содержание (калорийность) горючих газов определ ют по величине разности переменных напр жений на элементах 2 ил„ тельную схему, температуру которого поддерживают посто нной путем изменени  напр жени  питани  моста, температуру компенсационного элемента также поддерживают посто нной, а по величине разности напр жений на элементах суд т о калорийности горючих газов„ Недостаток этого способа заключаетс  в малой точности и большой инерционности газового анализа, вызванных процессом установлени  термодинамичесЈ (Л СлЭ О1 -4 сл ел

Description

31735755

кого равновеси  элементов с окружающей

(средой.

Наиболее близким к предлагаемому Явл етс  способ термокаталитического анализа газов при сжигании их на поверхности чувствительного элемента, включенного в мостовую измерительную схему, температуру которого поддерживают посто нной путем изменени  нал- р жени  питани  моста, температуру экрана, окружающего чувствительный элемент, периодически измен ют и. суд т о калорийности горючих газов по напр жению на чувствительном элемен- те

Однако способ неэкономичен,та к как из-за больших габаритов экрана (много больших размеров чувствительного элемента ) дл  периодического изменени  его температуры требуетс  значительна  мощность„ Способ инерционен из-за Значительной длительности процесса установлени  температуры массивного экрана.

Цель изобретени  - повышение экономичности и быстродействи  газового анализа„ Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу термокаталитического анализа горючих газов при сжигании в среде окислител  на поверхности чувствительного элемента, температуру которого поддерживают одинаковой с температурой компенсационного элемента при помощи мостовых измерительных схем, предварительно наход т зависимости выходных сигналов чувствительного элемента от температуры его поверхности при различных значени х содержани  горючих газов по крайней мере в начале, середине и конце диапазона измерений0 Затем определ ют интервал температур, в пределах которого значени  выходного сигнала во всем диапазоне измерений наход тс  в линейной области. После подачи на чувствительные элементы анализируемой смеси , зафиксировав значение температуры внутри найденного интервала на чувствительном и компенсационном элементах измен ют синхронно температуры обоих элементов на величину предела линейного участка зависимости вваодного сигнала чувствительного элемента от температуры. По величине разности пе- ременных напр жений на элементах определ ют содержание горючих газов в / ана/тщируемой смеси.

0

5

5

5

0

Изменение температур элементов, если анализируемый газ не содержит горючих компонентов, может быть осуществлено , например, изменением номиналов резисторов мостов. При равенстве температур элементов и их синхронном изменении разностный сигнал с идентичных по теплофизическим парам ет- рам чувствительного и компенсационного элементов, которые симметрично установлены в реакционной камере, будет близок к нулю независимо от давлени  и температуры анализируемого газа

При наличии горючих компонентов на элементах по в тс  разностные сигналы как по посто нному, так и по переменному току Причем сигнал по переменному току будет получен, если диапазон изменени  температуры элементов лежит в области монотонной зависимости степени термокаталитического сгорани  от температуры поверхности элементов В этом случае в процессе изменени  температуры чувствительного элемента будут измен тьс  мощность термокаталитической реакции и в противо- фазе подводима  электрическа  мощность , так что температуры элементов равны друг другу и измен ютс  синхронно в соответствии с программой. Модул ци  температур элементов выбираетс  небольшой ( 30% от ее среднего значени  )о При этом переменный сигнал в сравнении с посто нным стабилизируетс  значительно быстрее, так как величина сигнала по переменному току определ етс  только термокаталитической реакцией и не зависит от медленного процесса установлени  термодинамического равновеси  реакционной камеры.

По величине посто нной составл ющей сигнала с компенсационного элемента суд т о теплоотводе тепла через газ и определ ют давление. Это позвол ет из регистрируемого сигнала точно выделить, сигнал, соответствующий содержанию горючих компонентов газа (калорийности анализируемого газа).

На чертеже представлена схема термокаталитического анализатора д&  реализации предлагаемого способа.

Газоанализатор содержит реакционную камеру 1, в которой симметрично - .размещен чувствительный 2 и компенса- щионный 3 элементы. Чувствительный элемент 2 в сочетании со стабильными резисторами Ц и 5, резистором с улравл емым номиналом 6 и усилителем 7, подключенный к измерительной диагонали , -образуют измерительный мост„ Выход усилител  7 подключен к питающей мост диагонали. Компенсационный элемент 3 совместно со стабильными резисторами 8 и 9, резистором с управл емым номи10

5

20

25

30

налом 10 и усилителем 11 образуют компенсационный мост, аналогичный измерительному . Сигналы с чувствительного 2 и компенсационного 3 элементов поступают на регистрирующее микропроцессорное устройство 12,

Способ термокаталитического анализа горючих газов осуществл етс  следующим образом.

Предварительно в реакционную камеру 1 газоанализатора напускают негорючую газовую смесь (газ-носитель) , При включении сигналы разбаланса мостов поддерживаютс  на минимальном уровне. усилител ми 7 и 11, а температуры элементов 2 и 3 определ ютс  номиналами резисторов Ц - 6 и 8 - 100 Номиналы

резисторов 6 и 10 синхронно и периодически (например, синусоидально) измен ютс  в соответствии с программой, заложенной в микропроцессор 12, Во всем диапазоне заданного интервала синхронного изменени  температур элементов 2 и 3 напр жени  на них отличаютс  из-за небольшой их нчгидентич- ности, разных условий обдува газом и теплообмена с реакционной камерой. Два последних фактора оказывают вли ние лишь на сигнал по посто нному току и несущественны дл  переменной составл ющей Первый фактор легко устраним симметрированием напр жений на термоэлементах 2 и 3 с помощью резисторов 6 и 10 о

Следующий этап - напуск в реакционную камеру каталитически превращаемой компоненты с различными концентраци ми . На чувствительном элементе 2 в результате реакции выделитс  дополнительна  мощность причем она будет периодически измен тьс  в соответствии с заданным режимом изменени  температур элементов 2 и 3. При этом усилители 7 и 11 отрабатывают напр жени  питани  мостов так, чтобы температуры элементов не зависели от калорийности, давлени  смеси и от внешних условий., Переменна  составл юща  этого напр же- ss ф ° ни  стабилизируетс  значительно быстрее посто нной, так как врем  стабили- Ьации переменной составл ющей пропор-цио эле нов а д пор мен сиг рег иро цен ет рис 3 к дит опр вой Зат в о рос тем мод с э мен чен тан нал в 1

нал нап газ или

35 мен нап нос рюч теп чих рис дар

чен

45 тог стви нев ше род

50 ни  ции терм нени

40

за г

0

5

0

5

0

s ф °

ционально тепловой посто нной термо-. элементов и скорости установлени  рав- новесной термокаталитической реакции, а дл  посто нной составл ющей - пропорционально тепловой посто нной времени реакционной камеры. Разностный сигнал с элементов 2 и 3 поступает в регистрирующее устройство 12, отградуированное в единицах давлени , концентрации и калорийности, что позвол ет построить градуировочную характеристику „ На компенсационном элементе 3 каталитической реакции не происхо- дит-и рассеиваема  на нем мощность определ етс  теплопроводностью газовой среды и соответственно давлением. Затем, выбрав температуру элементов в области монотонной зависимости скорости термокаталитической реакции от температуры (например, дл  метана 3 0-380°С) и осуществив ее 30%-ную модул цию с частотой 6 k Гц, получим с элементов разностный сигнал пп переменному току, среднеквадратично значение которого дл  2 %-ной смеси метана в кислороде (5 мВ) меньше CHI- нала по посто нному току (100 мВ) в 10-30 раз.

Использу  факт пр мой пропорциональности между квадратом разности напр жений с элементов и калорийностью газовой смеси можно определить состав или калорийность анализируемой смеси. Таким образом, использу  экспери5 ментально сн тую зависимость между напр жением с элементов и калорийностью газовой смеси (содержанием горючих компонентов), можно определить теплоту сгорани  анализируемых горючих газов по градуировочной характеристике , определенной с помощью стандартных образцов горючего газа.

Предлагаемый способ более экономичен в сравнении с известным за счет

5 того, что дл  нагрева небольшого чувствительного элемента до относительно невысокой температуры требуетс  меньше энергии и времени„ Повышение быстродействи  достигаетс  путем повыше0 ни  скорости термокаталитической реакции ма поверхности измерительного термоэлемента при периодическом изменении его температуры„

0

рмула изобретени 

ф °

Способ термокаталитического анализа горючих газов при сжигании их в

среде окислител  на поверхности чувствительного элемента, температуру которого поддерживают одинаковой с температурой компенсационного элемента при| помощи мостовых измерительных схем, отличающийс  тем, что, с

целью повышени  экономичности и быстродействи , предварительно наход т зависимости выходных сигналов чувствительного элемента от температуры его поверхности при различных значени х содержани  горючих газов по крайней мере в начале, середине и конце диапазона измерений и определ ют интервал температур, в пределах которого зна

5

чени  выходного сигнала во всем диапазоне измерений наход тс  в линейной области, после подачи на чувствительные элементы анализируемой смеси, зафиксировав значение температуры внутри найденного интервала на чувствительном и компенсационном элементах, измен ют синхронно температуры обоих элементов на величину предела линейного участка зависимости выходного сигнала чувствительного элемента от температуры и по величине разности переменных напр жений на элементах определ ют содержание горючих газов в анализируемой смеси„

Claims (1)

1. Использование; аналитическое приборостроение, в частности разработка газоанализаторов, калориметров и Систем контроля. Сущность изобретения: сжигают горючие газы на поверхности чувствительного элемента, температуру которого поддерживают одинаковой с температурой компенсационного элемента при помощи мостовых измерительных схем.. Предварительно находят