Датчик взрывоопасных концентраций водорода

Изобретение относится к области измерения концентраций водорода и может быть использовано при изготовлении газоанализаторов взрывоопасных концентраций водорода в космической технике, автомобильной промышленности, химической промышленности и т.д. Изобретение направлено на создание компактного датчика, не имеющего электрических соединений, и на повышение его быстродействия на появление взрывоопасных концентраций водорода. Этот результат обеспечивается за счет того, что датчик содержит контрольную емкость с жидкостной меткой и снабжен оптическим элементом для фиксации оптического изображения метки и преобразования его в электрический сигнал. Согласно изобретению датчик дополнительно снабжен термохимическим модулем с водородочувствительным веществом с экзотермическим откликом, соединенным с контрольной емкостью, по длине которой установлены, по крайней мере, два оптических элемента, соединенных с индикаторным устройством, а в качестве жидкостной метки используется непрозрачная жидкость с большим коэффициентом объемного расширения. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерения концентраций водорода и может быть использовано при изготовлении газоанализаторов взрывоопасных концентраций водорода в космической технике, автомобильной промышленности, химической промышленности и т.д.

Известен водородный датчик (ЕР 0768528, опубл. 16.09.1996, G01N 27/12), содержащий электрически изолирующую подложку с нанесенной на нее тонкой аморфной титан-циркониевой пленкой (например, Ti₅₂ Zr₄₈), поверх которой нанесена пленка палладия. На пленку палладия нанесены платиновые контакты. Водород диссоциирует на пленке палладия и диффундирует в никель-циркониевую пленку, изменяя ее электросопротивление пропорционально концентрации водорода. В описании изобретения отмечено, что использование пленки палладия в качестве покрывающего слоя обосновано тем, что диссоциация молекул водорода на поверхности палладия происходит быстрее, чем на других металлических поверхностях, и палладиевая пленка предотвращает окисление титан-циркониевой пленки. Недостатком данного датчика является недостаточно быстрая реакция на появление водорода в воздухе (порядка 3-10 с).

За прототип выбран способ определения интегральной утечки из замкнутого объема и индикатор для регистрации и изменения величины интегральной утечки из замкнутого объема (п. РФ №2110780, опубл. 10.05.1998, G01M 3/26), выполненный в виде горизонтального освещенного канала, соединенного с дозатором для подачи в указанный канал в качестве индикаторного элемента по меньшей мере одной жидкостной метки, в количестве, достаточном для перекрытия его поперечного сечения, и оптико-электронного датчика для фиксации оптического изображения метки и преобразования его в электрический сигнал, соединенного с ЭВМ. Недостатком данного индикатора является наличие дополнительных дозаторов для подачи жидкостной метки, что загромождает устройство и понижает реакцию на появление взрывоопасных концентраций водорода.

Задачей данного изобретения является создание компактного датчика, не имеющего электрических соединений, и повышение его быстродействия на появление взрывоопасных концентраций водорода.

Для достижения этой задачи предлагается датчик взрывоопасных концентраций водорода, содержащий контрольную емкость с жидкостной меткой, снабженный оптическим элементом для фиксации оптического изображения метки и преобразования его в электрический сигнал, отличающийся тем, что датчик снабжен термохимическим модулем с водородочувствительным веществом с экзотермическим откликом, соединенный с контрольной емкостью, по длине которой установлены, по крайней мере, два оптических элемента, соединенных с индикаторным устройством, а в качестве жидкостной метки используется непрозрачная жидкость с большим коэффициентом объемного расширения. Датчик может быть снабжен цилиндрическим корпусом, на одном торце которого размещен термохимический модуль, а на другом - индикаторное устройство, внутри него установлена контрольная емкость с оптическими элементами. Контрольная емкость может быть выполнена в виде капилляра. В качестве непрозрачной жидкости может использоваться смесь пентана с изопентаном. Кроме того, в качестве непрозрачной жидкости используется жидкость с температурой замерзания не менее 200°С. В качестве водородочувствительного вещества использован диоксид марганца палладированный в температурном диапазоне от минус 196°С до плюс 50°С или тетраоксид кобальта палладированный в температурном диапазоне от 0°С до плюс 50°С. Индикаторное устройство представляет собой генератор источника света, снабженный индикаторными глазками, соответствующими разным концентрациям водорода.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором показана схема датчика.

Датчик содержит цилиндрический корпус 1, в котором размещен капилляр 2, заполненный непрозрачной жидкостью с большим коэффициентом расширения и температурой замерзания жидкости минус 200°С, в данном случае смесью пентана с изопентаном. На определенных регулируемых расстояниях по длине капилляра 2 оппозитно закреплены оптические элементы 3, представляющие собой оптоволоконные кабели, торцами закрепленные к капилляру 2. К торцу корпуса 1 закреплен термохимический модуль 4 с водородочувствительным веществом с экзотермическим откликом, в частности диоксидом марганца палладированным, соединенный с капилляром 2, при этом часть капилляра заходит внутрь термохимического модуля 4. Термохимический модуль 4 зачехлен от внешних воздействий кожухом 5. На другом конце корпуса 1 установлено индикаторное устройство 6, представляющее собой генератор источника света 7, снабженный индикаторными глазками 8, соответствующими разным концентрациям водорода (в данном случае три).

Датчик работает следующим образом.

В момент поступления в термохимический модуль 4 импульса концентрации водорода последний вступает в реакцию с диоксидом марганца палладированным, при этом выделяется тепло, и в зависимости от концентрации водорода непрозрачная жидкость при движении по капилляру 2 разобщает световые потоки, передаваемые по оптоволоконным кабелям 3 от генератора источника света 7, размещенного снаружи теплоизоляционной полости в приборном отсеке к рассеивающим линзам индикаторных глазков 7, соответствующих разным концентрациям. В данном случае установлены три метки концентрации водорода: минимальной - соответствующей этапу начала нарушения герметичности, средней - соответствующей предельному значению рабочего давления нормального функционирования водородной емкости, и максимальной - соответствующей опасной границе концентраций, определяющей возникновение аварийной ситуации.

Предложенная конструкция датчика взрывоопасных концентраций водорода особенно актуальна в системе подачи и хранения горючего на транспортных средствах, а также на водородных комплексах, где исключено применение электрических вводов. Конструкция датчика позволяет вести контроль концентрации в нескольких диапазонах и осуществлять передачу информации по нескольким информационным оптоволоконным каналам.

1. Датчик взрывоопасных концентраций водорода, содержащий контрольную емкость с жидкостной меткой, снабженный оптическим элементом для фиксации оптического изображения метки и преобразования его в информационный сигнал, отличающийся тем, что датчик снабжен термохимическим модулем с водородочувствительным веществом с экзотермическим откликом, соединенным с контрольной емкостью, по длине которой установлены, по крайней мере, два оптических элемента, соединенных с индикаторным устройством, а в качестве жидкостной метки используется непрозрачная жидкость с большим коэффициентом объемного расширения.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрическим корпусом, на одном торце которого размещен термохимический модуль, а на другом - индикаторное устройство, внутри него установлена контрольная емкость с оптическими элементами.

3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что контрольная емкость выполнена в виде капилляра.

4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в качестве непрозрачной жидкости используется смесь пентана с изопентаном.

5. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в качестве непрозрачной жидкости используется жидкость с температурой замерзания не менее минус 200°С.

6. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в качестве водородочувствительного вещества использован диоксид марганца, палладированный в температурном диапазоне от минус 196°С до плюс 50°С.

7. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в качестве водородочувствительного вещества использован тетраоксид кобальта, палладированный в температурном диапазоне от 0°С до плюс 50°С.

8. Датчик по п.1, отличающийся тем, что индикаторное устройство представляет собой генератор источника света, снабженный индикаторными глазками, соответствующими разным концентрациям водорода.