Способ термокаталитического анализа

 

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 Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при разработке газоанализаторов , калориметров и систем контроля 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 значениях содержания горючих газов (калорийности ) в пределах диапазона измерений, но не менее чем в трех точках (начало , середина, конец)4 Затем определяют интервал температур, в пределах которого значения выходного сигнала во всем диапазоне измерений находятся в линейной области Далее, зафиксировав значение температуры внутри найденного интервала на чувствительном и компенсационном элементах, скачкообразно изменяют мощность электрического тока и находят постоянную времени переходного процесса; синхронно изменяют температуры обоих элементов на величину предела линейного участка зависимости выходного сигнала чувствительного элемента от температуры с периодом от двукратного до десятикратного значения их постоянной времени. Содержание (калорийность) горючих газов определяют по величине разности переменных напряжений на элементах 2 ил„ тельную схему, температуру которого поддерживают постоянной путем изменения напряжения питания моста, температуру компенсационного элемента также поддерживают постоянной, а по величине разности напряжений на элементах судят о калорийности горючих газов„ Недостаток этого способа заключается в малой точности и большой инерционности газового анализа, вызванных процессом установления термодинамичесЈ (Л СлЭ О1 -4 сл ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19} (и}

А1 ) r. O1 И 27/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО И306РЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

f (21) 4863328/25 (22) 31, 08,90 (46) 23.05 92, Бюл. t." 19

* (71) Особое проектно-конструкторское .бюро Научно-производственного объединения "Чермета втоматика" (72) В,К,, Карасов, Е, Б, Плавинский и И,I3, Полянский (53) 43„274(088„8) (56) Авторское свидетельство СССР

Г 234739, кл. С 01 N 27/16, 1966.

Авторское свидетельство СССР

Г 1206670, кл. G 01 N 27/16, 1986, (54) СПОСОБ ТЕРИОКАТАЛИТИЧЕСКОГО

АНАЛИЗА (S7) 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

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при разработке газоанали1 заторов, калориметров и систем контроля на объектах теплоэнергетической, металлургической и нефтехимической промышленности.

Известен способ териокаталитическо.го анализа горючих газов при сжигании их на поверхности чувствительного элемента, включенного в мостовую измери2 зависимости выходных сигналов чувствительного элемента от температуры его поверхности при различных значениях содержания горючих газов (калорийности) в пределах диапазона измерений, но не менее чем в трех точках (начало, середина, конец), Затем определя.ют интервал температур, в пределах которого значения выходного сигнала ,во всем диапазоне измерений находятся в линейной области, Далее, зафиксиро" взв значение температуры внутри найденного интервала на чувствительном и компенсационном элементах, скачкообразно изменяют мощность электрического тока и находят постоянную времеНи } переходного процесса; синхронно измеHRIoT температуры обоих элементов на величину предела линейного участка зависимости выходного сигнала чувствительного элемента от температуры с периодом от двукратного до десятикратно-го значения их постоянной времени. Со-, держание (калорийность) горючих газов определяют по величине разности переменных напряжений на элементах„ 2 ил„ тельную схему, температуру которого поддерживают постоянной путем изменения напряжения питания моста, темпера-. туру компенсационного элемента также поддерживают постоянной, а по величине разности напряжений на элементах судят о калорийности горючих газов, Недостаток этого способа заключается в майой точности и большой инерционности газового анализа, вызванных процессом установления термодинамичес> 735755

3 ого равновесия элементов с окружающей редой.

Наиболее близким к предлагаемому . является способ термокаталитического анализа газов при сжигании их íà по5 верхности чувствительного элемента, включенного в мостовую измерительную схему, температуру которого поддерживают постоянной путем изменения напряжения питания моста, температуру экрана, окружающего чувствительный элемент, периодически изменяют и судят о калорийности горючих газов по напряжению на-чувствительном элементе.

Однако способ неэкономичен,так как из-за больших габаритов экрана (много больших размеров чувствительного weмента) для периодического изменения 2р

его температуры требуется значительная мощность, Способ инерционен из-за значительной длительности процесса установления температуры массивного экрана. 25

Цель изобретения - повышение экономичности и быстродействия газового анализа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу термокаталитического анализа горючих газов при сжигании в среде окислителя на поверхности чувствительного элемента, температуру которого поддерживают. одинаковой . с температурой компенсационного weмента при помощи мостовых измеритель- З5 ных схем, предварительно находят зависимости выходных сигналов чувствительного элемента от температуры его поверхности при различных значениях со" держания горючих газов по крайней ме- @ ре в начале, середине и конце диапазона измерений, Затем определяют интервал температур, в пределах которого значения выходного сигнала во всем диапазоне измерений находятся в ли- © нейной области. После подачи на чувст« вительные элементы анализируемой: смеси, зафиксировав значение температуры внутри найденного интервала на чувствительном и компенсационном элементах, изменяют синхронно температуры обоих элементов на величину предела линей. ного участка зависимости вааодного . сигнала чувствительного элемента от температуры, flo величине разности ne.-

: ременных напряжений на элементах оп" ределяют содержание горючих газов в анализируемой смеси, Изменение температур элементов, если анализируемый газ не содержит горючих компонентов, может быть осуществлено, например, изменением номиналов резисторов мостов, При равенстве температур элементьв и их синхронном изменении разностный сигнал с идентичных по теплофизическим параметрам чувствительного и компенсационного элементов, которые симметрично установлены в" реакционной камере, будет близок к нулю независимо от давления и температуры анализируемого газа.

При наличии горючих компонентов на элементах появятся разностные сигналы как по постоянному, так и по переменному току. Причем сигнал по переменному току будет получен, если диапазон изменения температуры элементов лежит в области монотонной зависимости степени термокаталитического сгорания от температуры поверхности элементов. В этом случае в процессе изменения температуры чувствительного элемента будут изменяться мощность тер« мокаталитической реакции и в противофазе подводимая электрическая мощность, так что температуры элементов равны друг другу и изменяются синхрон" нп в соответствии с программой. Модуляция температур элементов выбирается небольшой (c.303 îò ее среднего значения). При этом переменный сигнал в сравнении с постоянным стабилизируется значительно быстрее, так как величи" на сигнала по переменному току определяется только термокаталитической реакцией и не зависит от медленного процесса установления термодинамического равновесия реакционной камеры, По величине постоянной составляющей сигнала с компенсационного элемен. та судят о теплоотводе тепла через газ и определяют давление, Это позволяет из регистрируемого сигнала точно выделить сигнал, соответствующий содержанию горючих компонентов газа (калорийности анализируемого газа), На чертеже представлена схема термокаталитического анализатора дйя реализации предлагаемого способа, Газоанализатор содержит реакционную камеру I,, в которой симметрично ,размещен чувствительный 2 и компенсационный 3 элементы. Чувствительный элемент 2 в сочетании со стабильными резисторами 4 и 5, резистором с упформула изобретения

Способ термокаталитического анали-. за горючих газов при сжигании их в

5 173575 равляемым номиналом 6 и усилителем 7, подключенным к измерительной диагонали, образуют измерительный мост, Выход усилителя 7 подключен к питающей мост

5 диагонали. Компенсационныи элемент 3 совместно со стабильными резисторами

8 и 9 резистором с управляемым номиI 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 т ермака та ли ти чес кого анализаэа горючих газов осуществляется следующимм обра зом .

Предварительно в реакционную камеру 1 газоанализатора напускают негорючую газовую смесь (газ-носитель),, При включении сигналы разбаланса мостов поддерживаются на минимальном уровне.

- усилителями 7 и 11, а температуры элементов 2 и 3 определяются номиналами резисторов 4 - 6 и 8 - 10. Номиналы резисторов 6 и 10 синхронно и периодически (например, синусоидально) изменяются в соответствии с программой, заложенной в микропроцессор 12, Во всем диапазоне заданного интервала gp синхронного изменения температур элементов 2 и 3 напряжения на них отличаются из-эа небольшой их неидентичкости, разных условий обдува газом и теплообмена с реакционной камерой, Два последних фактора оказввают влия35 ние лишь на сигнал по постоянному току и несущественны для переменной составляющей. Первый фактор легко устраним симметрированием напряжений на термоэлементах 2 и 3 с помощью резисторов 6 и. 10, Следующий:этап — напуск в реакционную камеру каталитически превращаемой компоненты с различными концентрациями, На чувствительном элементе 2 в результате реакции выделится дополнительная мощность причем она будет

r периодически изменяться в соответствии с заданным режимом изменения температур элементов 2 и 3. При этом усилители 7 и 11 отрабатывают напряжения питания мостов так, чтобы температуры элементов не зависели от калорийности, давления смеси и от внешних условий.

Переменная составляющая этого напряже- 5 ния стабилизируется значительно быстрее постоянной, так как время стабилизации переменной составляющей пропор5 6 ционально тепловой постоянной термо". элементов и скорости установления равновесной термокаталитической реакции, а для постоянной составляющей - пропорционально тепловой постоянной времени реакционной камеры, Раэностный сигнал с элементов 2 и 3 поступает в регистрирующее устройство 12, отградуированное в единицах давления, кон" центрации и калорийности, что позволяет построить градуировочную характеристику, На компенсационном элементе

3 каталитической реакции не происходит-;и рассеиваемая на нем мощность определяется теплопроводностью газовой среды и соответственно давлением, Затем, выбрав температуру элементов в области монотонной зависимости скорости термокаталитической реакции от температуры (например, для метана

340-380О С) и осуществив ee 303-ную модуляцию с частотой «< 4 Гц, получим с элементов разностный сигнал и.- переменному току, среднеквадратичнос. значение которого для 2 3-ной смеси метана в кислороде (5 мВ) меньше сигнала по постоянному току (100 мВ) в 10-30 раэ..

Используя факт прямой пропорциональности между квадратом разности напряжений с элементов и калорийностью газовой смеси можно определить состав или калорийность анализируемой смеси, Таким образом, используя экспериментально снятую зависимость между напряжением с элементов и калорийностью газовой смеси (содержанием горючих компонентов), можно определить теплоту сгорания анализируемых горючих газов по градуировочной характеристике, определенной с помощью стандартных образцов горючего газа.

Предлагаемый способ более экономичен в сравнении с известным за счет того, что для нагрева небольшого чув" ствительного элемента до относительно невысокой температуры требуется меньше энергии и времени. Повышение быстродействия достигается путем повышения скорости термокаталитической реакции,ча поверхности измерительного термоэлемента при периодическом изменении его температуры„

5755

Составитель Е. Гудалина

Техред М, Дидык Корректор Л. Пилипенко

Редактор H. Лазаренко

Заказ 1812 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101. 7

173 среде окислителя на поверхности чувствительного элемента, температуру которого поддерживают одинаковой с температурой компенсационного элемента при помощи мостовых измерительных схем, о т.л и ч в ю шийся тем, что, с целью повышения экономичности и быстродействия, предварительно находят зависимости выходных сигналов чувствительного элемента от температуры его поверхности при различных значениях содержания горючих газов по крайней мере в начале, середине и конце диапазона измерений и определяют интервал температур, в. пределах которого значения выходного сигнала во всем диапазоне измерений находятся в линей- ной области, после подачи на чувстви5 тельные элементы анализируемой смеси, зафиксировав значение температуры внутри найденного интервала на чувствительном и компенсационном элементах, изменяют синхронно температуры обоих элементов на величину предела линейного участка зависимости выходного сигнала чувствительного элемента от температуры и по величине разности переменных напряжений на элементах определяют содержание горючих газов в анализируемой смеси„ ю