Термохимический детектор

 

O П И C А Н И Е (934340

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Ресиубиик (61) Дояолиительиое к авт.свид-ву (22)Заявлено 11. 11.80 (2т) 3002631/18-25 с присоединением заявки рй (23)йриоритетОпубликоваио 07.06 82. Бюллетень М 21 (5!)М. Кл.

С 01 Н 27/16

1Ьеударетоапвй комитет

СССР ао аелои изобретеикй и открытий (53) УДК 543.274 (088, 8) Дата опубликования описания 07 .06 .82

Е. К. Мальце в, В.Г. Морозов, С.А. Сирота и А.И.Бондарчук (72) Авторы изобретения с, .

Ъ .

Днепропетровский отдел Всесоюзного научно-ми :лд@зЫ4тельс сого

I института горноспасательного дела - „ (71) Заявитель (54) ТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а конкрет åå к устройствам для калориметрических измерений при каталитическом окислении компонентов газовой смеси, и может быть использовано в аналитическом приборостроении и, в частности, в газовой хроматографии.

Известен термохимический детектор, работа которого основана на измерении теплового эффекта при сгорании компо1О нентов анализируемой пробы в присутст— вии катализатора. Этот детектор содержит чувствительный элемент - платиновую спираль, размещенную в реакцион15 ной камере Pl).

Недостатком его является низкая чувст вительност ь, он позволяет определять вещества в ограниченном интервале концентраций - от 0,1 до 5 об.4.

Широко известно также в практике газового анализа использование ультраз ву кового (УЗ) воздейст вия для и нтенсификации процессов взаимодейст ви я

2 за счет снабжения анализатора возбуди . телем УЗ-колебаний.

Наиболее близким к предлагаемому является термохимический детектор, содержащий камеру, в которой расположены рабочий и сравнительный чувствительные элементы и пьеэокерамический элемент, подсоединенный к УЗ-генератору P2).

Недостатком укаэанного устройства является низкая чувствительность из-за того, что в реакции каталитического окисления на рабочем чувствительном элементе принимает участие незначительная часть исследуемого газа. Это не позволяет производить анализ пробы, содержащей малые кон-: центрации исследуемых газов.

Цель изобретения - повышение чув" ствительности термохимического детектора.

Поставленная цель достигается тем, что в термохимическом детекторе, содержащем камеру, в которой расположе934340 ны рабочий и сравнительный чувствительные элементы и пьезокерамический элемент, подсоединенный к УЗ-генераtopy, пьезокерамический элемент выполнен в виде разделяющей камеру

S втулки, подключенной к УЗ- генератору торцами, в которых выполнены полости с фокусирующей поверхностью, а чувствительные элементы размещены в фокусах полостей. 10

Аксиально поляризованная пьезокерамическая втулка возбуждается напряжением генератора. Иаксимальная концентрация энергии УЗ сосредоточена в фокусах излучающих поверхностей, где расположены чувствительные элементы. Этим достигается наи-": большеее акустическое воздействие на процесс горения исследуемого газа на рабочем элементе. Акустические 2р колебания приводят молекулы газа в колебательное движение относительно рабочего чувствительного элемента с удвоенной частотой звукового поля, увеличивая таким образом количество прореагированных молекул, т.е. интенсифицируя процесс горения. В результате чувствительность детектора повышается. Сравнительный чувствительный элемент служит для компенсации эффекта теплоемкости и вгеплопроводности анализируемого газа, изменения температуры и расхода газаносителя, а также для компенсации изменения температуры чувствительных элементов, вызванного воздействием на них УЗ колебаний .

Пьезокерамическая втулка, помимо своей основной функции как источника

УЗ колебаний, выполняет также роль теплового экрана, исключающего взаимовлияние термоэлементов..

На чертеже изображен термохимичес.кий детектор,, разрез.

Детектор содержит корпус с реакционной камерой, на торцах которой закреплены держатели рабочего 2 и сравнительного 3 чувствительных элементов. В реакционной камере корпуса установлена пьезокерамическая втулка 4, в торцах которой выполнены полости с фокусирующей поверхностью 5, а сами торцы втулки подключены к УЗ генератору 6. Чувствительные элементы размещены в фокусах полостей.

Устройство работает следующим образом.

Анализируемый горючий газ в потоке газа-носителя, пройдя сравнительный элемент 3, поступает через канал 7 в.реакционное озвучиваемое пространство камеры детектора, где находится рабочий элемент 2, представляющий собой спираль из платиновой проволочки с активным каталитическим покрытием. На поверхности рабочего элемента происходит окислеwe горючего газа, полнота которого повышается в результате концентрированного воздействия УЗ. Прирост температуры, а, следовательно, и сопротивления платиновой проволочки рабочего элемента, обусловленный реакцией окисления и зависящий от концентрации анализируемого газа, фиксируют с помощью мостовой измерительной схемы, в которую дифференциально включены рабочий и сравнительный элементы.

Проведены экспериментальные исследования влияния ультразвуковых коле" баний на величину сигналов, получае-, мых при анализе малых концентраций водорода с помощью настоящего детектора. В качестве газа-носителя используется воздух. Источником ультразву" ка служит аксиально поляризованный пьезоэлемент - втулка 4 из пьезокерамики (цирконат титаната свинца) . Переменное напряжение подводится от

УЗ-генератора 6 к электродам на торцах втулки. Рабочий элемент 2 и weмент 3 сравнения включены в электри" ческую мостовую схему. Сигнал разбаланса моста, возникающий при горении анализируемого газа, служит мерой концентрации этого газа.

Эксперименты показывают, что величи на си гнала от с горания водорода при воздействии на рабочий элемент тормохимического детектора ультразвука всегда больше, чем без озвучивания.

В исследованном диапазоне концентраций водорода (от 0,002 до 0,2 об.З) и при .одной и той же интенсивности

УЗ величина усиления „ равного отношению величины сигнала при сгорании водорода в присутствии УЗ к величине сигнала без УЗ, возрастает с уменьшением концентрации водорода. Сигнал от горения микроконцентраций водорода на низкотемпературном каталическом рабочем элементе усиливается за счет дополнительного воздействия УЗ более чем в 3 раза, Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе

1. Вяхирев Д.А. и шушунова А.ф.

Руководство по газовой хроматографии. И., "Высшая школа" 1975, с.247.

2. Геллер Э.И. и др. Детектор каталитического горения для хроматографического анализа дымовых газов."

"Измерительная техника", 1972-, N 2, с.66-68 (прототип).

Формула изобретения

Термохимический детектор, содержащий камеру, в которой расположены рабочий и сравнительный чувствитель" ные элементы и пьезокерамический эле- уф

Сд4 га,ра - носителя

Составител ь Ю. Коршунов

Редактор А.фролова Техред A: Бабинец Корректор

Заказ 3925/38 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

5 934340 6

Изобретение позволяет значитель- мент, подсоединенный к. УЗ-генераторУ, но расширить диапазон измерения кон- отличающийся тем, что, центраций горючих газов, так как при- с целью повышения его чувствительносменение УЗ дает возможность в не- ти, пьезокерамический элемент выпол" сколько раз повысить. чувствительность s нен в виде разделяющей камеру втулкИ, детекторов, работающих на термоката- подключенной к УЗ-генератору торцами, литическом принципе. Все это позволя- в которых выполнены полости с фокусиет улучшить качество исследовательс- рующей поверхностью, а чувствительнйе ких работ, а также более полно про- элементы размещены в фокусах полостей. водить контроль окружающей среды и 1в улучшить технику безопасности.