Термохимический детектор

О П И С А Н И Е н 934340ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРесиубиик(61) Дополнительное к авт,свид-ву (22)Заявлено 11.11.80 (21) 3002631/18-25 с присоединением заявки рй(5)М. Кл. С 01 Н 27/16 3 Ьеударетоапвй комитет СССР ао делан изобретеикй и открытийДата опубликования описания 07 .06 .82 Е, К. Мальце в, В.Г. Морозов, С.А. Сирота и А.И.Бондарчук(5 М) ТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а конкретнее 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 компо 1 О нентов анализируемой пробы в присутствии катализатора, Этот детектор содержит чувствительный элемент - платиновую спираль, размещенную в реакцион 15 ной камере 1.Недостатком его является низкая чувствительность, он позволяет определять вещества в ограниченном интервале концентраций - от О, 1 до 5 об.4.Широко известно также в практике газового анализа использование ультразвукового (УЗ) воздействия для интенсификации процессов взаимодействия 2за счет снабжения анализатора возбуди.телем УЗ-колебаний.Наиболее близким к предлагаемомуявляется термохимический детектор,содержащий камеру, в которой расположены рабочий и сравнительный чувствительные элементы и пьеэокерамический элемент, подсоединенный к УЗ-генератору21.Недостатком укаэанного устройстваявляется низкая чувствительностьиз-за того, что в реакции каталитического окисления на рабочем чувствительном элементе принимает участиенезначительная часть исследуемогогаза. Это не позволяет производитьанализ 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-генератору, пьезокерамический элемент выполнен в виде разделяющей камеру% втулки, подключенной к УЗ-генератору торцами, в которых выполнены полости с фокусирующей поверхностью, а чувствительные элементы размещены в фокусах полостей. 1 ОАксиально поляризованная пьезокерами ческая втулка возбужда ется напряжением генератора. Иаксимальная концентрация энергии УЗ сосредоточена в Фокусах излучающих поверх ностей, где расположены чувствительные элементы. Этим достигается наи-": большеее акустическое воздействие на процесс горения исследуемого газа на рабочем элементе. Акустические колебания приводят молекулы газа в колебательное движение относительно рабочего чувствительного элемента с удвоенной частотой звукового поля, увеличивая таким образом количество 2 прореагированных молекул, т,е. интенсифицируя процесс горения. В результате чувствительность детектора повышается, Сравнительный чувствительный элемент служит для компенсации эффекта теплоемкости и Фгеплопроводности анализируемого газа, изменения температуры и расхода газа- носителя, 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 корпусс реакционной камерой, на торцах которой закреплены держатели рабочего 2 и сравнительного 3 чувствительных элементов. В реакционной камере корпу- В саустановлена 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 окисление 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 используетсй 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 элемент 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 привоздействии на рабочий элемент тормохимического детектора ультразвукавсегда больше, чем без озвучивания,В исследованном диапазоне концентраций водорода (от 0,002 до 0,2 об,З)и при,одной и той же интенсивностиУЗ величина усиления К, равного отношению величины сигнала при сгоранииводорода в присутствии УЗ к величинесигнала без УЗ, возрастает с уменьшением концентрации водорода. Сигналот горения микроконцентраций водорода на низкотемпературном каталическом рабочем элементе усиливается засчет дополнительного воздействия УЗболее чем в 3 раза,5 934340 6Изобретение позволяет значитель- мент, подсоединенный к.УЗ-генераторУ, но расширить диапазон измерения кон- о т л и ч а ю щ и й с я 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 % 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 чувствительнь 1 е ких работ, а также более полно про- элементы размещены в фокусах полостей. водить контроль окружающей среды и10улучшить технику безопасности. Источники информации,,принятые во внимание при экспертизе1. Вяхирев Д.А, и Шушунова А,ф,Руководство по газовой хроматогра"фии. М., "Высшая школа", 1975, с.2472. Геллер Э.И, и др. Детектор каталитического горения для хроматографического анализа дымовых газов.""Измерительная техника", 1972, Ю 2,с.бб-б 8 (прототип). формула изобретения Термохимический детектор, содержащий камеру, в которой расположены рабочий и сравнительный чувствитель" ные элементы и пьезокерамический эле- уо СюР газа- носителя оставитель Ю.Коршуновехред А; Бабинец Корректор Редактор А а 38 Тираж 887 ИИПИ Государственного по деламизобретений 3035, Москва, Ж, Р ака исное д. М омитета ССоткрытийшская наб,ул.Проектная, 4 Патент", г. Уж иа