Устройство для детектирования водорода

 

Использование, аналитическое приборостроение , в частности термохимический ионизационный анализ Сущность: содержит корпус со штуцерами для ввода и вывода анализируемого газа, нагреваемый анод, представляющий собой платиновую спираль , заключенную в активную окисью алюминия , покрытую пленкой палладия; между корпусом и анодом установлен электрод, изолированный от корпуса. К аноду и корпусу подключен высоковольтный источник питания постоянного тока, электрод соединен с усилителем малых токов, а выход усилителя - с региструющим прибором Нагреваемый анод включен в мост сопротивлений, причем сопротивления выполнены из материала , обладающего близким к нулю температурным коэффициентом сопротивления. Одно из сопротивлений переменное а два других - постоянные. 1 ил сл t

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (11) (s»s G 01 N 27/62

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4844904/25 (22) 07.05,90 (46) 07.07,92, Бюл. гв 25 (75) А,M.Íàñèìoâ и Х.М.Насимов (53) 543.274(088.8) (56) Аманназаров А. и др. Методы и приборы для определения водорода (газовый анализ). — M.: Химия, 1987, с.19.

Авторское свидетельство СССР

N. 1368777, кл. G 01 N 30/72. 198?, Авторское свидетел ьств о С С С Р

Мг 1191820, кл, G 01 N 30/6Г,:, 285. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕтЕКТИРОВАНИЯ ВОДОРОДА (57) Использование: аналитическое приборостроение, в частности термохимический ионизационный анализ. Сущность: содерИзобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к ионизационному анализу, и может найти . применение при разработке газоанализаторов, предназначенных для селективного анализа водорода в инертной среде.

Известен иониэационный метод, основанный на использовании ионизирующих свойств радиоактивных излучений а- или ф-частиц. Сущность ионизационного метода анализа состава при любом способе ионизации пробы анализируемой газовой смеси состоит в функциональной зависимости величины ионизационного тока от концентрации определяемого компонента анализируемой газовой смеси. жит корпус со штуцерами для ввода и вывода анализируемого газа, нагреваемый анод, представляющий собой платиновую спираль, заключенную в активную окисью алюминия, покрытую пленкой палладия; между корпусом и анодом установлен электрод, изолированный от корпуса. К аноду и корпусу подключен высоковольтный источник питания постоянного тока, электрод соединен с усилителем малых токов, а выход усилителя — с региструющим прибором. Нагреваемый анод включен в мост сопротивлений, причем сопротивления выполнены иэ материала, обладающего близким к нулю температурным коэффициентом сопротивления.

Одно иэ сопротивлений переменное. а два других — постоянные, 1 ил.

Недостатком э ого метода является отсутствие селективной чувствительности к водороду на фоне гелия.

Известен детектор для газовой хроматографии, содержащий измерительный мост с низковольтным источником напряжения, регистратором и двумя измерительными ячейками с чувствительными элементами, один из которых выполнен в виде нагреваемой металлической нити, а другой в виде нагреваемой нити, покрытой катализатором, в ячейку введен дополнительный электрод. установленный над нитью и подключенный к измерителю малых токов, а сама нить подключена к положительному полюсу дополнительного высоко1746292 вольтного источника напряжения, чей отрицательный полюс заземлен.

Недостатками данного устройства являются большая температурная погрешность и, вэтой связи,,необходимость термостатирования детектора; большая потребляемая мощность для нагрева термостата, что при решении многих аналитических задач является недопустимым.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для детектирования примесей в газах, содержащее корпус со штуцерами для ввода и вывода анализируемого газа и газа-носителя, нагреваемый анод, представляющий собой платиновую спираль с нанесенной на ней окисью алюминия, покрытой пленкой палладия, который подключен к источнику питания, Между анодом и корпусом подключен источник питания, Электрод соединен с усилителем малых токов, а выход усилителя с регистрирующим прибором, Недостатками известного устройства являются нестабильность чувствительности путем изменения температуры нагреваемого анода при воздействии окружающей температуры анализируемого газа; недопустимо большая температурная погрешность при изменении температуры анализируемого газа от -60 до 50 С; значительная зависимость от стабильности расхода анализируемого газа путем изменения температуры анода.

Целью изобретения является повышение стабильности и чувствительности при одновременном уменьшении температурной погрешности, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для детектирования водорода

«в инертной среде, содержащее корпус со штуцерами для ввода и вывода анализируемого газа, нагреваемый анод, представляющий собой платиновую спираль, заключенную в активную окись алюминия, покрытую пленкой палладия, установленный между корпусом и анод электрод, изолированный. от корпуса, причем к аноду и корпусу подключен высоковольтный источник питания постоянного тока, электрод соединен с усилителем малых токов, а выход усилителя — с регистрирующим прибором, нагреваемый анод включен в плечо моста термонезависимых сопротивлений, диагональ которого подключена к регулируемому по разбалансу моста источника.постоянного тока, причем в качестве регулятора температуры нагреваемого анода использовано смежное с анодом плечо моста, выполненное в виде переменного сопротивления, откалиброванного до температуре анода.

Такое устройство позволяет достигнуть поставленную цель путем автоматического поддержания постоянной температуры анода, независимо от величины рассеянного анодом тепла, при этом в цепи измерения ионизационного тока сохраняется постоянство чувствительности, так как цепь автоматического поддержания температуры анода не связана с цепью измерения иониэационного тока, Как показали результаты исследований, в устройствах для определения микроконцентраций водорода в инертной среде, не использовали нагреваемый анод, включеннный в мост сопротивлений, выполненных иэ материала с близким к нулю температурным коэффициентом сопротивления, не выбирали одно из сопротивлений моста переменным, а дBH других постоянными, одну диагональ моста через потенциометр не подключали к источнику постоянного тока, а вторую диагональ моста не подключали к входу фазочувствительного усилителя, выход которого подключен к реверсивному двигателю, ось которого механически связа- на с ползунком потенциометра, соединенного с мостом сопротивлений.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит корпус 1 са штуцерами для ввода 2 и вывода 3 анализируемого газа, нагреваемый анод 4, представляющий собой платиновую спираль, заключенную в активную окись алюминия, покрытую пленкой палладия, между корпусом 1 и анодом 4 установлен электрод 5, изолированный от корпуса 1, к аноду 4 и корпусу 1 подключен высоковольтный источник 6 питания постоянного тока, электрод 5 соединен с усилителем 7 малых токов, а выход усилителя 7 — c регистрирующим прибором 8, нагреваемый анод 4 включен в мост сопротивлений, причем сопротивления 9 — 11 выполнены иэ материала с близким к нулю температурным коэффициентом сопротивления, сопротивление 11 переменное, а сопротивления 9 и

10 постоянные, одна диагональ моста через потенциометр 12 подключена к источнику

13 постоянного тока, а вторая диагональ моста подключена к входу фазочувствительного усилителя 14, выход которого подключен к реверсивному двигателю 15, ось которого механически связана с ползунком потенциометра 2, Работу устройства в динамике можно описать следующим образом, Через штуцеры 2 и 3 корпуса ", пропускают анализируемый гаэ с расходом оптимальной величины (оптимальный расход газа выбирают иэ условия необходимой чув1746292 ствительности). С помощью потенциометра

12 устанавливают рабочий ток моста, состоящего из сопротивлений 9 — 11 и нагреваемого анода 4. Если мост равновесный (наилучшие характеристики в предлагаемом устройстве можно получить при использовании равновесного моста), то выбранные сопротивления должны быть равны между собой и сигналом на входе фазочувствительного усилителя 14 и на управляющей обмотке реверсивного двигателя (РД) 15 равен нулю. В этом случае ось РД 15 неподвижна и неподвижен ползунок потенциометра 12. Если в процессе работы устройства изменяется величина рассеиваемого тепла нагреваемым анодом 4 за счет изменения температуры анализируемого газа или окружающей среды, то изменяется его сопротивление, В этом случае появляется разбаланс моста и на входе фазочувствительного усилителя 14 сигнал отличен от нуля, усиленный сигнал попадает на управляющую обмотку РД 15 и заставляет вращаться его ось, механически связанную с ползунком потенциометра 12, увеличивая ток моста, если сопротивление нагреваемого анода 4 уменьшается путем его охлаждения, например анализируемь;м газом, или уменьшая ток моста, если сопротивление анода 4 увеличивается путем уменьшения величины рассеиваемого тепла в окружающую среду, Это имеет место, потому что направление вращения оси РД 15 зависит от полярности разбаланса моста, что определяется тем — уменьшается или увеличивается. сопротивление нагреваемого анода 4, Ползунок потенциометра 12 перемещается до тех пор, пока не восстановится равновесие моста и сигнал на входе фаэочувствительного усилителя 14 не станет равным нулю. Изменяя положение ползунка сопротивления 11, можно задавать регулируемое значение температуры нагреваемого анода

4 (для определения значения температуры нагреваемого анода 4 от положения ползунка сопротивления 11 требуется предварительная калибровка).

Так как инерционность цепи высоковольтного источника 6 питания, нагреваемого анода 4, электрода 5, усилителя 7 ирегистрирующего прибора 8 значительно меньше (инерционность этой цепи в пределе определяется временем пробега ионов между нагреваемым анодом 4 и электродом

5, что составляет миллисекунды) инерционности цепи, содержащей измерительный . мост, фазочувствительный усилитель 14, РД

15, потенциометр 12 и источник 13 постоянного тока (в пределе инерционность этой цепи определяется тепловой инерцией нагреваемого анода 4, что составляет секунды), то система стабилизации температуры нагреваемого анода 4 не влияет на величину полезного сигнала.

5 Предлагаемое устройство было реализовано в макете. В качестве нагреваемого анода 4 использован элемент Скочинского, Его сопротивление в холодном состоянии составляет 6,1 Ом, сопротивления 9 и 10

10 такой же величины изготовлены из константановой проволоки диаметром 0,3 мм (температурный коэффициент сопротивления константа составляет менее 10 град, что находится .за пределами чувствительности

15 измерительного моста), В качестве сопротивления 11 использовалось переменное сопротивление ПП3-40, а потенциометра

12 — регулировочный многооборотный резистор с поступательным перемещением. В

20 макете также были использованы стандартный высоковольтный источник 6 питания постоянного тока в 300 В и низковольтный источник 13 питания постоянного тока с миллиамперметром (блок питания детекто25 ров ионизации в водородном пламени и теплопроводности серийного хроматографа

ЛХМ-80). Регистрирующий прибор КСП-4 использован в качестве фаэочувствительного усилителя 14 и РД 15, ocb которого

30 механически связана с ползунком сопротивления, В качестве усилителя 7 малых токов использован серийный прибор ИМТ-05, выход которого подключен к регистрирующему прибору с временем пробега пером

35 всей шкалы менее одной секунды.

Проводился анализ водорода в азоте, Доза водорода в линию азота вводилась с помощью аттестованного до затвора Д-47.

Основное внимание уделено изменению

40 порога чувствительности устройства в зависимости от изменения температуры окружающей среды в диапазоне от -60 до 50 С.

Нагреваемый анод 4 в корпусе 1 помещен в термостат хроматографа Вариан 3700.

45 Пример 1, Через нагреваемый анод 4 установлен ток 190 мА. Система стабилизации температуры анода отключена, при этом предельная чувствительность к водороду в азоте изменялась от 6 10 об.% при

50 температуре в термостате 50 С до 4 10 об.% при температуре в термостате — 60 С.

Необходимо отметить, что при -60 С более чем в 1000 раз ухудшается селективность к водороду по отношению к гелию в азоте по сравнению с селективностью при температуре в термостате 50 С.

Пример 2, Ток нагреваемого анода

4 при комнатной температуре установлен

190 мА, система стабилизации его темпера1746292

Составитель А. Насимов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор В. Гирняк

Редактор Н, Бобкова

Заказ 2391 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 туры включена. При температуре окружающей среды (25 С) предельная чувствительность к водороду в азоте составляет 10 об.g., при температуре в термостате -60 С

1,7 10 об., а при 50 С 9,5 10 об.g.

Результаты испытаний подтвердили работоспособность предлагаемого устройства.

Экономический эффект от внедрения устройства получен за счет значительного уменьшения температурной погрешности.

Формула изобретения

Устройство для детектирования водорода в инертной среде, содержащее корпус со штуцерами для ввода и вывода анализируемого газа, нагреваемый анод, представляющий собой платиновую спираль, заключенную в активную окись алюминия, покрытую пленкой палладия, установленный между корпусом и анодом электрод, изолированный от корпуса, причем к аноду и корпусу подключен высоковольтный источник питания постоянного тока. электрод

5 соединен с усилителем малых токов, а выход усилителя — с регистрирующим прибором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения стабильности и чувствительности, уменьшения температурной погрешно10 сти, нагреваемый анод включен в плечо моста термонезависимых сопротивлений, диагональ которого подключена к регулируемому по разбалансу моста источнику постоянного тока, причем в качестве регу15 лятора температуры нагреваемого анода использовано смежное с анодом плечо моста, выполненное в виде переменного сопротивления, откалиброванного по температуре анода,