Способ анализа газов

 

Изобретение относится к автоматиче-: скому анализу газовых сред и может быть использовано в газоанализаторах и газосигнализаторах , принцип действия которых основан на использовании термокаталитических чувствительных элементов, реагирующих на изменение состава газовой смеси изменением электрического сопротивления. Целью изобретения является повышение экспрессное™ газового анализа -и уменьшение энергопотребления при многократных измерениях . Это достигается осуществлением импульсного термоударного режима нагре- .ва, причем после импульса нагрева дополнительно подают зондирующий импульс, по длительности и по амплитуде меньшей, чем импульс нагрева. По изменению амплитуды напряжения во время действия зондирующего импульса судят о концентрации компонентов смеси. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s . G 01 N 27/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4660469/25 (22) 10.03;89 (46) 07.02.92. Бюл. N 5 (75) Ю.А.Кузьмин, И.И,Бакаев и А.Г.Бондаренко (53) 543,274(088.8) . (56) Авторское свидетельство СССР № 1369503, кл. G 01 N 25/18, 1986, Авторское свидетельство СССР

¹ 273507, кл. G 01 N 27/16, 1970, (54) СПОСОБ АНАЛИЗА ГАЗОВ (57) Изобретение относится к автоматическому анализу газовых сред и может быть использовано в газоанализаторах и газосигнализаторах, принцип действия которых основан

Изобретение относится к области автоматического контроля и анализа газовых сред и может найти применение в газоанализаторах, принцип действия которых основан на испол ьзовании нагретых чувствительных элементов, реагирующих на изменение состава газовой смеси изменением электрического сопротивления, в частности в газоанализаторах с термокаталитическими элементами {ТКЭ), основанных на термохимическом методе анализа.

Известен способ измерения температурных характеристик материалов, включающий нагрев исследуемого образца. в термоударном режиме, пропускание через образец зондирующего импульса тока ма, лой амплитуды и определение перепада сопротивлений в нагретом и холодном состоянии.

Однако этот способ не может быть не1 посредственно использован для решения задач газового анализа.

„„Я3 „„1711061 А1 на использовании термокаталитических чувствительных элементов, реагирующих на изменение состава газовой смеси изменением электрического сопротивления. Целью изобретения является повышение экспрессности газового анализа и уменьшение энергопотребления при многократных измерениях. Это достигается осуществлением импульсного термоударного режима нагрева, причем после импульса нагрева дополнительно подают зондирующий импульс, по длительности и по амплитуде меньшей, чем импульс нагрева. По изменению амплитуды напряжения во время действия зондирующего импульса судят о концентрации компонентов смеси. 2 ил. н

Ъ

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ анализа газов, заключающийся в том, что, размещают ТК3 в измерительной камере, нагревают пропусканием через его нагрева- в тель электрических импульсов с постоянными начальной длительностью и амплитудой, вводят в измерительную камеру анализируемую смесь, при постоянной амплитуде регулируют длительность электрических импулнсоа е процессе горения на ТКЭ ана- Оя лизируемых компонентов из условия равенства температуры начальному значению, измеряют разность начальной и отрегулиро° и ванной длительности импульсов и формируют импульсно-широтный сигнал о концентрации анализируемых компонентов.

Однако известному способу присущи недостатки: необходимость стабилизации амплитуды импульса, что усложняет про1711061 цесс анализа, большое энергопотребление, сложная процедура измерения.

Цель изобретения — повышение экспрессности анализа (сокращение времени измерений) и уменьшение энергопотребления при многократных измерениях.

На фиг. 1 изображены временные диаграммы способа; на фиг. 2 — блок-схема устройства для анализа газов, Согласно данному способу, цикл каждого измерения производят при подаче всего одного импульса, причем длительность импульса т и амплитуду!н (фиг, 1) нагревательных импульсов выбирают, исходя из условия осуществления термоударного режима нагрева ТКЭ. Это значит, что длительность импульса т выбирают намного меньше времен::,тепловой инерции ТКЭ; а амплитуду импульса (тока I<).несколько выше номинального тока нагрева In, применяемого при питании ТКЭ постоянным током, с коэффициентом форсирования нагрева К

- IH/In, существенно большим единицы.

Обозначения, принятые на фиг. 1 а: 1 — 3 — нагревательные импульсы, 4 — зондирующий импульс; Iп — номинальный ток нагрева

ТКЭ при питании постоянным. током; Ia— амплитуда зондирующего импульса.

Обозначения, принятые на фиг, 1 б: Тз — заданная тэмпература нагревателя ТКЭ, 5 — ее ход во время прохождения импульса, 6 — ee ход во время паузы, 7 — ход температуры нагревателя во время паузы в присутствии анализируемого компонента, Тср температура нагревателя, отвечающая режиму питания номинальным постоянным током In, Tcp — усредненное значение температуры всей массы ТКЭ

В данном способе любые влияния внешних факторов на температуру ТКЭ, в том числе и изменение амплитуды импульса, компенсируют увеличением или уменьшением длительности импульса, поэтому нет необходимости использовать высокостабилизированные нагревательные импульсы.

Зондирующий сигнал I> выбран намного меньшим по длительности,.его амплитуда меньше амплитуды Ip и стабилизирована.

Можно считать, что формирование зондирующего сигнала требует на несколько порядков меньшего потребления электроэнергии.

Кривые на фиг, 1 поясняют, что при термоударном режиме нагрева температуру

ТКЭ устанавливают с помощью задатчика температчоы существенно выше температуры Т„. Форсированный нагрев приводит почти к линейному росту температуры нагревателя (кривая 5). За время импульса, гораздо меньшее времени тепловой инерции ТКЭ; его носитель с катализатором не успевает повторять температурный ход спирали и находится при некоторой средней, 5 практически постоянной за время импульса и паузы, температуре Тср. Кривая 6 — ход температуры во время паузы.

Температура падает экспоненциально в соответствии с законом естественного ох10 лаждения. Несмотря на то, что при термоударном, режиме максимальную температуру Тз у".тана вливают существенно выше, чем при стационарном режиме (Тэ>

Тст), теплорассеивание нагревателя. а сле15 довательно, и энергопотребление в термоударном режиме меньше. Это следует из того, что.большую часть времени ТКЭ излучает тепло при температуре, меньшей Тст (участок 8) и лишь небольшое время (участок

20 9) — при температуре. большей Tcr, При наличии анализируемых компонен. тов происходит их сгорание на ТКЭ, особенно интенсивно в центре носителя, в его слое, прилегающем к нагревателю. Темпе25 ратура спирали возрастает быстрее во время импульса, По сигналу задатчика температуры уменьшают длительность импульса,. не допуская превышения значения

Тз. После прекращения импульса продолжа30 ется сгорание анализируемых компонентов, поскольку на некотором интервале охлаждения температура выше Тс и само значение Тст обычно выбирают несколько выше температуры загорания, и, кроме того, име35 ет место дополнительный разогрев теплом горения. Эта избыточная температура вы-. зывает изменение амплитуды зондирующего сигнала, которое преобразуют в импульсный выходной сигнал (фиг. 1, e).

40 Устройство, реализующее способ газового анализа, содержит источник 10 питания, генератор 11 импульсов с регулятором длительности импульсов и пауз, электронный ключ 12, генератор 13 зондирующих

45 импульсов, задатчик 14 температуры, сравнительный элемент 15, измерительный элемент ТКЭ 16, постоянные резисторы 17 и 18, устройство 19 выборки и хранения сигналов, дифференциальный усилитель 20.

50 Способ осуществляется следующим образом, Устанавливают длительность импульсов и пауз в генераторе 11 импульсов меньше времени тепловой инерции ТКЭ, 55 например, на 1 — 4 порядка. С помощью задатчика 14 и регулятора амплитуды импульса в генераторе 11 устанавливают термоударный режим измерительного мос-. та 15-16-17-18, подбирая необходимое значение коэффициента формирования К, 1711061 равное отношению амплитуды тока импульса к номинальному значению стабилизированного постоянного тока накала для . данного ТКЭ, К = 1 /ln, которое выбирают больше единицы, но меньше !д/4, где 1д — 5 предельно допустимый ток нагрева для данного ТКЭ.

После каждого нагревательного импульса на измерительный мост через управляемый задатчиком 14 температуры 10 электронный ключ подают зондирующий сигнал от генератора 13, длительность которого выбирают значительно меньшей, чем у нагревательного импульса (например, на порядок), а амплитуду — стабильной; 15

При этих условиях можно считать, что генератор 13 почти не потребляет электроэнергии.

При вводе анализируемой смеси в измерительную камеру происходит сгорание 20 анализируемых компонентов на ТКЭ 16, повышение температуры преобразуется задатчиком 14 в сигнал управления длительностью импульса, которая уменьшается до значения, при котором температура 25

ТКЭ снова ставится равной Тз, При этом температура во время паузы существенно выше, чем при отсутствии го- . рючих компонентов, Кроме того,, сравнительный элемент 15 нагревается тем же 30 импульсом, что и ТКЭ, Атак как он выполнен .каталитически пассивным, то после уменьшения длительности импульса его температура понижается. 3а счет более высокой температурь1 ТКЭ и пониженной температу- 35 ры сравнительного элемента во время прохождения зондирующего импульса формируется импугьсный выходной сигнал, представляющий собой разбаланс моста 1516-17-18, ко",îðûé выделяется устройством

19 и усиливается дифференциальным усилителем 20;

Многократно повторяют цикл измерения и по результатам совокупных измерений судят о концентрации компонентов смеси, Формула изобрения

Способ анализа газов, заключающийся в том, что термокаталитический элемент помещают в измерительную камеру, импульсно нагревают его до заданной температуры, вводят в измерительную камеру анализируемую газовую смесь и уменьшают длительность импульсов до установления начального значения температуры, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения экспрессности анализа и уменьшения энергопотребления при многократных измерениях, 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 по длительности меньший, чем нагревательный, регистрируют изменение амплитуды напряжения на тсрмокаталитическом элементе во время подачи зондиоующего импульса, многократно повторяют цикл измерения и по результатам совокупных измерений судят о концентрации компонентов смеси.

1711061

"ср

Редактор ВДанко

Заказ 335 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Пь к оро..:, ул,Гагарина, 101

rer

Составитель Ю.Коршунов

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор С.Черни