Датчик для определения реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов


 


Владельцы патента RU 2456583:

Межрегиональное общественное учреждение "Институт инженерной физики" (RU)

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для контроля химической активности газообразных и конденсированных продуктов. Заявленное устройство для определения реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов основано на использовании термоэлектрического эффекта Зеебека, реализуемого основной 1 и сравнительной 3 платинородий-платиновыми термопарами, причем у сравнительной рабочий спай изолирован термостойким пассивирующим составом 4. В устройстве также использован электрический измерительный мост, в котором плечами являются термоэлектроды термопар, а между ними встроен прибор для измерения термо-ЭДС 6. Мост служит для сравнения сигналов, поступающих от термопар, где платинородий в локальной области рабочего спая термопары 1 ускоряет химические реакции, преобразуя химическую активность среды в электрический сигнал. Разность сигналов от термопар 1 и 3 измеряется прибором для измерения термо-ЭДС 6. Технический результат: повышение достоверности и точности измерения термо-ЭДС при температуре газообразных и конденсированных продуктов ниже 250°С, а также расширение функциональных возможностей устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к области средств измерения, контроля и регистрации химической активности газообразных и конденсированных продуктов, а также их смесей, и может применяться для газового анализа в нефтехимической промышленности, в частности, в системах управления установками синтеза или разложения газообразных веществ в качестве детектора химически активных компонентов газовых смесей для их регистрации или контроля в химмотологии горючего, плазмохимии, системах выпуска отработавших или дымовых газов тепловых двигателей.

Известен термоэлектрический пирометр, содержащий последовательно соединенные между собой термоэлектрический преобразователь (термопару), выполненный в виде двух проводников из разнородных материалов, скрепленных между собой двумя концами в рабочий спай, и прибор для измерения термо-ЭДС [I]. Недостаток известного устройства состоит в том, что температура окружающей среды существенно влияет на работу термопары, что снижает достоверность и точность оценки реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов.

Наиболее близким известным техническим решением к предлагаемому изобретению является датчик реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов, содержащий последовательно соединенные между собой первый термоэлектрический преобразователь, которым является термопара, выполненная в виде двух проводников из разнородных материалов, скрепленных между собой двумя концами в рабочий спай, и прибор для измерения термо-ЭДС и вторую термопару, рабочий спай которой покрыт тонким слоем термостойкого пассивирующего состава, выводы термопар соединены между собой и с выводами прибора для измерения термо-ЭДС по принципу электрического мостового соединения, плечами которого являются рабочие спаи термопар, материалом для проводников каждой термопары является платинородий и платина, термопары помещены в герметичный корпус и залиты термостойким компаундом, рабочие спаи выведены за корпус [2].

Недостатками прототипа являются низкая достоверность и точность измерения термо-ЭДС при температуре газообразных и конденсированных продуктов ниже 250 градусов Цельсия по причине их низкой химической активности, а также недоиспользование измерительных возможностей датчика.

Цель изобретения - повышение достоверности и точности измерения термо-ЭДС при температуре газообразных и конденсированных продуктов ниже 250°С, а также расширение измерительных возможностей датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в известный датчик реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов, содержащий последовательно соединенные между собой первый термоэлектрический преобразователь, которым является термопара, выполненная в виде двух проводников из разнородных материалов, скрепленных между собой двумя концами в рабочий спай, и прибор для измерения термо-ЭДС и вторую термопару, рабочий спай которой покрыт тонким слоем термостойкого пассивирующего состава, выводы термопар соединены между собой и с выводами прибора для измерения термо-ЭДС по принципу электрического мостового соединения, плечами которого являются рабочие спаи термопар, материалом для проводников каждой термопары является платинородий и платина, термопары помещены в герметичный корпус и залиты термостойким компаундом, рабочие спаи выведены за корпус, дополнительно введены два электронагревательных элемента в виде спиралей из жаростойкого сплава, обвивающих термоэлектроды термопар, и в разрыв термоэлектродов первой термопары установлен выключатель электрический.

Новизна изобретения состоит в том, что дополнительно введены два электронагревательных элемента в виде спиралей из жаростойкого сплава, обвивающих термоэлектроды термопар, и в разрыв термоэлектродов первой термопары установлен выключатель электрический, что обеспечивает повышение достоверности и точности измерения термо-ЭДС при температуре газообразных и конденсированных продуктов ниже 250°С, а также расширение измерительных возможностей датчика.

Сущность изобретения поясняется схемой, изображенной на чертеже, где обозначено: 1 - основная платинородий-платиновая термопара, причем 2 - её положительный термоэлектрод; 3 - сравнительная платинородий-платиновая термопара с термостойким изоляционным покрытием - 4, причем 5 - положительный термоэлектрод этой термопары; термопары соединены между собой и с прибором для измерения термо-ЭДС - 6 в мостовую электрическую цепь; термопары залиты компаундом - 7, помещены в корпус - 8, от которого изолированы изолятором - 9, а в верхней части - герметиком - 10; рабочие спаи термопар выведены за корпус 8. Для долговечной, надежной работы термопары заливают термостойким компаундом, например полиуретановым горячего отверждения К-30. Для термостойкого изоляционного покрытия 4 сравнительной термопары используют термостойкий пассивирующий состав, например тефлон. В изолятор 9, установлены проводники электронагревательного элемента 11, обвивающие оба термоэлектрода каждой термопары и выполненные в виде спирали из жаростойкого материала, например нихрома, предназначенные для предварительного подогрева термоэлектродов до температуры начала каталитической активности платинородия. В разрыв термоэлектродов основной термопары установлен выключатель электрический 12, позволяющий выключать ее из цепи.

Предлагаемый датчик работает следующим образом.

Корпус 8 рабочими спаями термопар 1 и 3 помещается в исследуемую газовую смесь, например, в продукты плазмохимической конверсии углеводородов. В качестве сравнительного элемента используется термопара 3, изолированная от химической среды. Так как температура среды вблизи спаев термопар 1 и 3 одинакова, в термопарах генерируется одинаковая величина термо-ЭДС, зависящая от температуры рабочего спая. Температура рабочих спаев термопар, за счет электронагревательных элементов 11, помещенных в изолятор 9, доводится до температуры начала каталитической активности платинородия через временной интервал 30 секунд. В плечах моста одинаковые термо-ЭДС взаимно компенсируют друг друга - стрелка прибора для измерения термо-ЭДС 6 не отклоняется. Если же в составе газовой смеси или конденсированных продуктов есть химически активные составляющие, то реагируя (проходит ускоренная химическая реакция за счет каталитического действия платинородия) на поверхности рабочего спая термопары 1 с выделением или поглощением тепла, они способствуют изменению температуры спая термопары 1, поэтому меняется термо-ЭДС этой термопары (эффект Зеебека). Напряжение на выходах термопар 1 и 3 становится различным и стрелка прибора для измерения термо-ЭДС 6 отклонится в ту или другую сторону в зависимости от того, с поглощением или выделением тепла проходили химические реакции. Для измерения температуры окружающей среды выключатель электрический 12, расположенный в разрыве термоэлектродов термопары 1, выходящих в верхней части из герметика 10, переводится из положения А в положение Б, тем самым выключая из измерительной цепи термопару 1. Герметик 7 изолирует термоэлектроды термопар 1 и 3 от корпуса 8.

Промышленная осуществимость предлагаемого изобретения обосновывается тем, что в нем использованы известные в аналоге и прототипе узлы, блоки и элементы по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлена модель датчика в 2010 году.

Положительный эффект от использования предлагаемого датчика заключается в том, что обеспечиваются условия для измерения двух параметров среды, а именно реакционной способности и температуры. Первый - за счет возможности осуществить сигнализацию наличия химически активных компонентов в интересующей смеси газовых и (или) конденсированных продуктов и измерить уровень реакционной способности смеси с использованием сочетания одновременно как эффекта - каталитического платинородия, так и термоэлектрического эффекта Зеебека, а также за счет обеспечения необходимой температуры начала каталитической активности платинородия в начале измерений. Второй - за счет использования выключателя электрического, отключающего из измерительной цепи первую термопару. Это позволяет повысить не менее чем на 30…40% достоверность и точность измерения термо-ЭДС при температуре газообразных и конденсированных продуктов ниже 250°С, а также расширить не менее чем на 50% измерительные возможности датчика.

Источники информации

1. Арутюнов В.О. Электрические измерительные приборы и измерения: - М.: Государственное энергетическое издательство, 1958. - 631 с, ЭЭ - 5-2; с.556 (аналог).

2. Патент на полезную модель 61427 Россия, МПК G01N 25/32. Датчик реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов / С.Е.Потураев, А.В.Назаров, А.И.Бобович (Россия) - №2006126351/22; Заявлено 20.07.06; Опубл. 27.02.07, Бюл. №6. - 3 с. (прототип).

Датчик для определения реакционной способности газообразных и конденсированных продуктов, содержащий последовательно соединенные между собой первый термоэлектрический преобразователь, которым является термопара, выполненная в виде двух проводников из разнородных материалов, скрепленных между собой двумя концами в рабочий спай, и прибор для измерения термоЭДС и вторую термопару, рабочий спай которой покрыт тонким слоем термостойкого пассивирующего состава, выводы термопар соединены между собой и с выводами прибора для измерения термоЭДС по принципу электрического мостового соединения, плечами которого являются рабочие спаи термопар, материалом для проводников каждой термопары является платинородий и платина, термопары помещены в герметичный корпус и залиты термостойким компаундом, рабочие спаи выведены за корпус, отличающийся тем, что дополнительно введены два электронагревательных элемента в виде спиралей из жаростойкого сплава, обвивающих термоэлектроды термопар, и в разрыв термоэлектродов первой термопары установлен выключатель электрический.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области неразрушающей диагностики металлов и сплавов. .

Изобретение относится к области неразрушающей диагностики металлов и сплавов. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а точнее к устройствам, предназначенным для измерения неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов, и может быть использовано в металлообрабатывающей и машиностроительной промышленности для контроля качества поверхностных слоев изделий.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для экспериментального определения тепловых характеристик материалов, входящих в состав транспортных упаковочных комплектов в качестве элементов теплоизоляции и амортизации.

Изобретение относится к теплофизике. .

Изобретение относится к области диагностики металлов и сплавов, а также изделий, выполненных из них. .

Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий и может быть использовано для контроля физико-химических свойств поверхностных слоев металла контролируемого изделия, подвергнутого термической или химикотермической обработке, а также для выявления степени пластической деформации. Заявлено устройство для разбраковки металлических изделий, содержащее нагреватель, воздействующий на два нагреваемых электрода, выполненных из одного материала, эталонный образец, электрически контактирующий со своим нагреваемым электродом и контролируемым изделием, контактирующим с другим нагреваемым электродом. Нагреваемые электроды подключены к дифференциальному усилителю, к которому последовательно подсоединены аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и индикатор. Блок управления нагревателем связан с нагревателем и микроконтроллером, к которому подключен датчик температуры. Технический результат: устранение влияния температуры контролируемого образца на величину разностной термоЭДС электродов. 1 ил., 2 табл.
Наверх