Датчик для определения концентрации водорода в газах

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Соеетскмк

Соцмалнстмческма

Республик (ii 765715

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 21.09.78 (21) 2667456/18-25 (5l)M. Кл;

G 01 е(27/06 с присоединением заявки РЙ—

Гесударственнв и комитет (23) Приоритет— вв делам насбрвтеннй н открытий

Опубликовано 23.09.80. Бюллетень .% 35

Дата опубликования описания 28 09 80 (53) УДК 543. . 27 2. 2 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. П. Закатов и А. В. Машбиц

Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт комплексной автоматизации нефтяной и газовой промышленности (7l) Заявитель (54) ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ KOHUEHTPAUHH

ВОДОРОДА B ГАЗАХ

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может применяться в газовой, химической и других отраслях промышленности дпя определения содержания водорода в газовых смесях.

Известен датчик дпя определения концентрации водорода в газах с палладиевым чувствительным элементом (1)

Он состоит из измерительной камеры с

BxollHbIM и выходным штуцерами, в кото1О рой установлены включенные в мостовую измерительную схему чувствительные элементы — рабочий и сравнительный. Рабочий элемент изготовлен из палладиевой проволоки и размещен в проточной ячейке

15 измерительной камеры. Сравнительный: элемент ипи изготовлен из паппадиевой проволоки и размещен в непроточной ячейке, или изготовлен из проволоки, не поглощающей водород, и размещен вместе с рабочим элементом. Чувствительные элементы намотаны на электроизоляционный стержень, установленный соосно с корпусом измерительной камеры.

Анализируемый газ проходит через кольцевой зазор между стержнем и внутренней поверхностью камеры, омывая чувствительные элемен TbL Рабочий элемент поглощает водород, что приводит к изменению его сопротивления и к соответствующему изменению полезного сит нала на выходе мостовой измерительной схемы.

Известный датчик инерционен и имеет невысокую точность. Наиболее близким по технической сушности к изобретению является датчик для определения концентрации водорода в газах, содержащий корпус, в котором размещена измерительная камера, выполненная в виде множества соединенных между собой на входе и выходе параллельных каналов с установленными в них электроизоляционными трубками, в которых челночно уложены включенные в мостовую измерительную схему чувствительные элементы — рабочий, изготовленный из проволоки, поглощающий водород, и сравнительный, . 3 7657 изготовленный из проволоки, не поглощающей водород )2)

Этому датчику также присущи недостатки детектора теплопроводности и он имеет невысокую точность. Кроме того, выполнение в едином корпусе множества .параллельных каналов оптимальной формы и размеров и размещение в них электроизолированных от корпуса проволочных чувствительных элементов из-за конструх- >О тивных сложностей трудно реализуемо и. практически его точность и быстродействие невысокие, а конструкция сложна.

11елью изобретения является, повышение быстродействия и точности датчика, а также упрощение его конструкции.

Достигается это тем, что в датчике для определения концентрации водорода

Ь газах, содержащем корпус, в котором размещена измерительная камера, выполненная в виде множества соединенных между собой на входе и выходе параллельных каналов с установленными в них электроизоляционными, трубками, в которых челночно уложены включенные в мостовую измерительную схему чувствительные элементы — рабочий, изготовленный из проволоки, поглощающрй водород, и сравнительный, изготовленный из проволоки, не поглощающей водород, в корпусе герметично установлен цилиндрический вкладыш, в котором по двум концентрическим окружностям выполнены каналы, каждый чувствительный . элемент проходит попеременно через ка3S налы внутренней и внешней концентрических окружностей, а электроизоляционные трубки, установленные в каналах, выступают из торцов вкладыша на величину, превышающую величину прогиба

4п чувствительного элемента при нагреве до рабочей температуры.

Такая конструкция датчика позволяет сократить до минимума объем измерительной камеры, полностью исключить асимметрию н неравномерность потока анализируемого газа по сечению и длине измерительной камеры, равномерно и наиболее рационально в потоке анализируе50 мого газа уложить в каналах и на торцах проволоки чувствительных элементов, обеспечить полное и равномерное омывание их анализируемым газом и, тем самым, улучшить метрологические параметры датчика — точность и быстродействие.

На фиг. 1 изображена конструкция ртчика; на фиг. 2 показано размещение

15 4 участка проволоки чувствительного элемента B канале измерительной камерьь

Датчик состоит из корпуса 1. с герметично прилегающей к нему крышкой

2. Внутри корпуса герметично установлен металлический вкладыш 3 цилиндрической формы, соединенный с корпусом 1 по плоскости А, либо по поверхности вкладыша

3. На оси симметрии корпуса 1 и крышки 2, выполнены штуцеры .1 и 5, предназначенные соответственно для входа и выхода анализируемого газа. На вкладыше 3, вдоль его оси симметрии, вь.полнено множество параллельных отверстий G которые равномерно расположены в поперечном сечении вкладыша на двух концентричных окружностях 7 и 8, поровну на каждой окружности. Отверстия 6 со стороны входа (штуцер 4) и выхода (ш1уцер

5) анализируемого газа сообщаются между собой с помощью выточек 9 минимального обьема, выполненных во вкладыше 3 (либо в корпусе .1 и крышке

2). Для упрощения изготовления во вкладыше 3 большого количества отверстий

6 малого сечения и большой длины он может выполняться составным, т. е. собранным по длине из нескольких деталей.

В каждое отверстие 6 плотно вставлены электроизоляционные трубки 10, изготовленные, например, из стекла. Внутренний диаметр трубок (каналов) равен

0,5-0,8 мм. Совокупность каналов трубок 1О и выточек 9 образует измерительную камеру, в которой челночно уложейы проволочные рабочий 11 и сраннительный 12 чувствительньче элементы.

Рабочий элемент 11 изготовлен из палладиевой проволоки, обладающей высокой сорбционной способностью к водороду, а сравнительный элемент 12 изготовлен из проволоки, не поглощающей водород, например из серебра. Проволока рабочего элемента 11 челночно продета через половину трубок 10, через остальные трубки аналогично продета проволока сравнительного элемента 12, при этом отрезки проволоки чувствительных элементов ll и 12 занимают равное количество трубок 10, установленО ных в отверстиях 6, расположенных на окружностях 7 и 8, чередуются через одно отверстие, переходя при каждом перегибе на концах трубок 10 в полостях 9 с одной окружности на другую.

Концы трубок 10 выступают за торцы вкладыша 3 и на них выполнены пазы

765715 6

13, предназначенные для фиксации проволоки чувствительных элементов в местах перегиба на концах трубок.

Размеры выступающих частей трубок 10 и пазов 13 подобраны таким образом, чтобы при минимальном объеме полостей 9 исключить замыкание проволоки на корпусе 1, крышке 2, или вкладыше 3 при температурных изменениях длины проволоки, т. е. электроиэолйционные трубки выступают иэ торцов вкладыша на величину, превышающую прогиб чувствительного элемента при нагреве. Челночная намотка каждого чувствительного элемента 11 и 12 в каналах трубок 10, расположенных в сечении измерительной камеры на двух концентричных окружностях 7 и 8, исключает пересечение проволок элементов 11 и 12 при переходах иэ одной 20 трубки в другую, поэтому не требуется их электрической изоляции в полостях вьггочек 9.

В каналах трубок 10 проволоки элементов 11 и 12 не прилегают к ствнкам 25 трубок (см. фиг. 2), а лишь касаются их в точках перегиба (в пазах 13), располагаясь таким образом полностью в потоке проходящего через измерительную камеру анализируемого газа как в 30 каналах трубок 10, так и в полостях выточек 9.

I$ братчик для определения концентрации водорода в газах, содержащий корпус, в котором размещена измерительная камера, выполненная в виде множесгва соединенных между собой на входе |I выходе параллельных каналов с устав- ° ленными в них электроиэоляционными трубками, в которых челночно уложены включенные в мостовую измерительную схему чувствительные элементы - рабочий, изготовленный из проволоки, поглощающей водород, и сравнительный, изготовленный иэ проволоки, не поглощающей водород, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в корпусе герметично установлен цилиндрический вкладыш, в котором по двум,концентрическим окружностям выполнены каналы, каждый чувствительный элемент проходит попереМенно через каналы внутренней и внешней конценгрических окружностей, а электроизоляционные трубки, установленные в каналах, выступают из торцов вкладыша на величину, превышающую величину прогиба чувствительного элемента при нагреве до рабочей температурьь

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 238222, кл. С 01 Я 27/06, 1969..

2. Авторское свидетельство. СССР № 150296, кл. 5 018 25/18, 1961 (прототип).

Чувствительные элементы 11 и 12 через герметично установленные в крышке 2 выводы 14 включены в мостовую измерительную схему, а весь датчик термостатируется (на чертеже не показано).

При работе предлагаемого датчика анализируемый газ поступает через входной штуцер 4 в полость 9, распределяет по каналам трубок 10 смывает чувствительные элементы ll и 12, установленные в этих каналах и сбрасывается 45 через попость 9 и выходной штуцер 5.

Поскольку измерительная камера выполнена в виде совокупности узких каналов трубок 10 и выточек 9, то при протекании анализируемого газа обеспечено 50 активное и равномерное промывание ее и предотвращено образование застойных зон. Водород, находящийся в анализируемом газе при определенной температуре, поглощается рабочим элементом 11, и в соответствии с концентрацией водорода изменяется электросопротивление элемента 11 ° Электрическое сопротивление элемента 12 остается неизменным, вследствие чего на выходе измерительного моста формируется электрический сигнал, пропорциональный концентрации водорода

I в анализируемой газовой смеси.

Конструкция предложенного датчика для определения концентрации водорода проста и позволит увеличить быстродействие и точность измерения содержания водорода в газовых смесях при значи-ительном сокрашении расхода анализируемого газа, что во многих случаях является определяющим фактором.

Формула изобретения

7657 15

Составитель Ю, Коршунов

Редактор E.Ãoí÷àp Техред A.Ач Корректор Н, Бабинеи в

Заказ 6496/40 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна, 4