Термохимический детектор

(71) Куйбышевский ордена ТрудКрасного Знамени политехничесститут им. В.В. Куйбышева(56) 1. Авторское свидетельство ССС,М 268000 кл. О 01 Б 25/32, 1970.2, Щербань А.И. и др. Методы исредства контроля рудничного газа.Киев, 1965, с, 315 (прототип). нР ныхя оногокий ин о й 8 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(54)(57) ТЕРМОХИМИЧЕСКИИ ДЕТЕКТОР,содержащий помещенные в компенсационую и измерительную камеры элементывключенные в мостовую измерительнуюсхему и выполненные в виде спиральтермосопротивлений, соприкасающихсс асбестовым носителем, один из которых, размещенный в измерительнойкамере, покрыт катализатором, о тч а ю щ.и й с я тем,что, с цельюповышения чувствительности и быстрдействия, носитель выполнен в видеразрыхленного жгута, размещенногомежду спиралью и .контактной стойкоИзобретение относится к детектирующим устройствам, используемым,например, в газовой хроматографии прианализе газов,Известен термохимический датчикдля контроля содержания горючих газов в производственной атмосфере,состоящий из измерительного и компенсационного элементов, выполненныхв виде термосопротивлений, предс. авляющих собой платиновые проволочные 10спирали, включенные в смежные плечимостовой измерительной схемы. Каталитическая составляющая измерительного элемента выполнена в виде алюминиевого цилиндра, покрытого пленкой 15окиси алюминия (носителя), на пористую поверхность которой нанесенопокрытие в виде мелкодисперсных металлов платиновой группы, Термосопротивление измерительного элементапомещено внутрь этого цилиндра, атермосопротивление компенсационногоэлемента помещено внутрь идентичного описанному цилиндра, но без каталитического покрытия, Оба элементаразмещены в одной камере детектора11,Недостатком этого термохимическо"го датчика является то, что передачатепла каталитического окисления анализируемого вещества к термосопротивлению осущестьляется последоВательночерез окисно-алюминиевое покрытиеи алюминиевую стенку цилиндра изме"рительного элемента и зазор междустенкой цилиндра и спиралью термосо- З 5противления. При этом часть тепларасходуется на нагрев корпуса цилиндра, и эта часть тепла при прочихравных условиях будет тем больше,чем больше масса цилиндра. Кроме то 40го, поскольку механический контактмежду внутренней поверхностью цилиндра и спиралью .термосопротивленияотсутствует при движении газовогопотока через датчик неизбежно появление градиента температуры междустенкой цилиндра и спиралью термосопротивления. Следовательно, дляобеспечения стабильности метрологических показателей датчика в нем необхОдима строгая стабилизация потока газа. Отмеченные недостатки конструкции датчика приводят к снижениюего чувствительности и увеличиваютего инерционность, что совершеннонеприемлемо для тех случаев, когдаанализируемое вещество поступает вдатчик дискретно в виде импульсов не.большого объема в потоке газа-носителя.60Наиболее близким техническим решением к изобретению является термохжчический детектор, содержащий помещенные в компенсационную и измерительную камеры элементы, включен ные в мостовую измерительную схему и выполнегзые в виде закрепленных на контактных стойках спиральных термосопротивлений, соприкасающихся с асбестовым носителем, один из которых, размещенный в измерительной камере, покрыт катализатором 2,Однако закрепить надежно асбестовый носитель не удается, что, в свою очередь, не дает возможность обеспечить необходимую чувствительность и быстродействие датчика,Целью изобретения является повышение чувствительности и быстродействия термохимического детектора, а также упрощение его конструкции.Поставленная цель достигается тем, что в термохимическом детекторе, содержащем помещенные в компенсационную и измерительную камеры элементы, включенные в мостовую измерительную схему и выполненные в виде закрепленных на контактных стойках спиральных термосопротивлений, соприкасающихся с асбестовым носителем, один из которых, размещенный в измерительной камере, покрыт катализатором, носитель выполнен в виде разрыхленного жгута, размещенного между спиралью и контактной стойкой.Улучшению условий передачи тепла окисления способствует также то, что термосопротивления компенсационного и измерительного элементов выполнены в виде проволочных спиралей иэ вольфрама компенсационный и измерительный элементы расположены соответственно по ходу газового потока в двух последовательно соединен ных камерах цилиндрической формы с аксиальным направлением газового потока, обдувающего элементы.Платинированиый волокнистый асбест в качестве каталитически активной .массы позволяет проводить каталитическое окисление определяемого компонента так, что каталитическая реакция протекает не во всей массе катализатора, а лишь на тех волокнах платинированного асбеста, которые непосредственно соприкасаются с вольфрамовой спиралью и нагреваются ею до температуры начала реакции окисления, в то время как остальная масса катализатора остается холодной 1, вследствие низкой тейлопроводности асбеста, и поэтому не участвует в окислении. Извоза низкой теплопроводности асбеста тепло, выделяющееся в результате каталитической реакции окисления на волокнах, соприкасающихся с вольфрамов"й спиралью термосопротивления, лишь в небольшой степени расходуется на нагрев асбестового жгута, а большая его часть передается термосопротивлению, причем передаче тепла в данном случае не препятствуют ни зазор междукаталитической массой и спиральютермосопротивления, ни пленка носителя. Сравнительно небольшая массаплатинированного асбестового жгута,фактически участвующая в реакцииокисления, позволяет значительноуменьшить инерционность детекторав целом. Вольфрамовые термосопротивлени чувствительных элементов, посравнению с платиновыми, способствуют повышению чувствительности 30детектора, поскольку вольфрам, посравнению с платиной, хотя и имеетменьшее удельное сопротивление, характеризуется большими значениямитермического коэффициента сопротивления и, следовательно, одно и то жеизменение температуры спирали термосопротивяения приведет в случаевольфрама к- большему изменению еесопротивления, Повышение чувствительности детектора способствуетрасположению компенсационного и измерительного элементов в двух камерах, соединенных последовательно.При этом примесь горючего компонента при прохождении газа-носителявначале через сравнительную камеру,где расположен компенсационный эле-.мент, вызывает разбаланс моста измерительной схемы того же знака,что и тепло окисления горючего компонента в измерительной камере(смесь гелия и кислорода), проходящего вначале через сравнительнуюкамеру, приводит к уменьшению температуры вольфрамовой спирали ком-пенсационного элемента, вследствиетого, что теплопроводность водорода 40выше, чем смеси гелия и кислорода.При последующем проождении газаносителя с дозой водорода черезизмерительную камеру происходит повышение температуры вольфрамовойспирали измерительного элемента засчет тепла, выделяющегося при окислении водорода, Таким образом, одновременно в сравнительной и измерительной камерах происходит уменьшение и увеличение температуры спиралей соответственно, что в конечномсчете приводит .к увеличению разбаланса моста,На фиг.1 приведена принципиальнаясхема предлагаемого термохимическогодетектора; на фиг,2 - поперечноесечение чувствительного элемента.Корпус 1 термохимического детектора представляет собой металлический блок, выполненный из нержавеющей стали, в котором имеются последовательно соединенные компенсационная (сравнительная) и измерительнаякамеры 2 и 3 цилиндрической формы,внутри которых размещены соответст венно компенсационный и измеритейьный элементы в виде спиральных термосопротивлений, соприкасающихсяс асбестовым носителем. Измерительный элемент предст.являет собой тер"мосопротивление в виде вольфрамовойспирали 4, соприкасающейся по всейдлине "с разрыхленным неплотнымжгутом 5 иэ платинированного волокнистого асбеста. Компенсационныйэлемент представляет собой термосопротивление из вольфрамовой спиралиб, соприкасающейся по всей длине срызрыхленным неплотным жГутом изнеплатинированного волокнистого аббеста 7, Жгуты из волокнистого асбеста помещены в пространство междуконтактной стойкой 8 и вольфрамовойспиралью и удерживаются в нем засчет упругих свойств вольфрамовыхспиралей. Камера 9 предназначенадля смешения газов. Детектор термостатирован (не показано) . Компенсационный и измерительный элементывключены в мостовую измерительнуюсхему,Термохимический детектор работаетследующим образом.Газ-носитель с содержащимся в немгорючим компонентом, подлежащимопределению, предварительно смешивается с кислородом в смесительнойкамере 9, и получившаяся газоваясмесь проходит последовательно черезсравнительную 2 и измерительную 3камеры в аксиальном направлении.При поступлении в детектор газа-носителя, не содержащего газа, подлежащего определению, мостовая измерительная схема, плечами которойявляются измерительный и компенсационный э.ементы, сбалансирована,и сигнал ее на выходе отсутствует.При наличии в газе-носителе компонента, подлежащего определению(например, метана, водорода), последний, проходя через измерительнуюкамеру 3, сгорает на волокнах платинированного асбеста в местах ихмеханического контакта с виткамивольфрамовой спирали, гдетемпература катализатора окисления достаточна для начала реакции. Выделяющееся при этом тепло повышает температуру вольфрамовой спирали 4, аследовательно,. и ее сопротивление,что вызывает пропорциональный количеству поступающего водорода регист.рируемый разбаланс измерительногомоста хроматографа.Предлагаемый термохимический детектор был применен для определенияводорода в инертном газе при изучении процессов адсорбции-десорбцииводорода на активной поверхностиплатиносодержащих катализаторов риформинга методом температурно-программированной десорбции, Суть метода37 Тираж 827ВНИИПИ Государственпо делам иэобрете 13035, Москва, Ж,Заказ 11452/ Подписиного комитета СССРний и открытийРаушская наб., д, 4 Патент, г. Ужгород, ул. Проектна илиал ПП температурно-программированной десорбции заключается в десорбциипредварительно адсорбированного наповерхности катализатора водородапутем нагревания навески образца катализатора в потоке инертного газас определенной скоростью. Применениедетектора. позволило увеличить быстродействие и точность определениясодержания водорода по мере его десорбции в поток газа-носителя, а 10также позволило в несколькораз уменьшить навески исследуемых образцов катализато-ров. Конструкция предлагаемого термохимического де-ектора, кроме простоты, позволяет повысить чувствительность и быстродействие детектора, который может быть использован для количественного определения водорода, метана и других подобных вецеств, способных к беспламенному горению на поверхности катализатора. Кроме того, термохимический детектор после незначнтельной переобвяэки газовых линий может быть использован как детектор по юеплопроводности, что представляется удобным в исследовательской работе.