Способ определения концентрации водорода в воздухе

(5 РЕТЕНИЯ ЛЬСТ Бюл. Р нтут ави скин инстроения овлев, вский в, С.А.Як ,С.Домбро 088.8) ОтрицателИир, 1 видетельс С 01 И 27 ные ионы. 79,во СССР70, 1971. Р 321744,(57) Изобческому пспособамэлектриче л,ТРАЯИИ Б ОПРЕДЕЛЕНВОЗДУХЕетение отноиборостроеннализа газо К ится к аналитию, а именно к с помощью и может быть и ких средст ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВ(56) Месси Г,Пер. с англ. 1Авторское с использовано для определения концентрации водорода в энергетике, металлургии, металлообрабатывающей, хими в .ческой и других отраслях промышленности. Целью изобретения являетсяповышение точности достоверности определения концентрации водорода ввоздухе. Для этого создается зонаионизации и пропускается предварительно осушенная газовая смесь черезэту зону. Измеряется влажность анализируемой смеси до ионизации и послеионизации. Находится разность этихзначений. Концентрацию водорода определяют по этой разности. Зону ионизации могут 6 ормировать с помощью коронного разряда УФ-излучения и радиоактивного источника. 1 з,п. ф-лы,2 ил.Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к способам анализа газов с помощью электрических средств, и может быть использовано дпя опрепеления концентрации водорода в энергетике, металлургии, металлообрабатывающей, химической и других отраслях промьппленности.1 ОЦелью изобретения является повьшецие точности и достоверности определения концентрации водорода в воздухееПри проведении иониэации газовой смеси происходит связывание молекул водорода атомарными отрицательггыми ионами кислорода, цслучаемыми при ионизацпи анализируемой смеси с образованием молекул воры, что приводит к изменению влажности анализируемой смеси, по изменению которой судят о концентрации водорода. Реакция образования молекул воды протекает мгновенно и преимущественно, поскольку 25 константа скорости этой реакции много вьше констант других реакций, При наличии в анализируемой смеси двух и более газов, имеющих близкие по значению подвижности ионов или другие сходные параметры, реакция образования воды происходит только с молекулами водорода. Следовательно, изменение влажности газовой смеси в результате связывания молекул водорода однозначно определяет его концентрацию35 в газовой смеси.На фиг.и фиг. 2 приведены функциональные схемы измерительных устройств, реализующих предлагаемый способ.Создают зону иониэаццц, пропускают анализируемую смесь через эту зону изменяют влажность анализируемой смеси до иониэации. Измеряют влажность анализируемой смеси после ионизации, Находят разности этих значений путем вычитания первого иэ второго. Концентрации водорода в анализируемой смеси определяют по этой разности. При значении абсолютцой влажности50 анализируемой смеси после цониэации, равном максимальному при данной температуре, перед измерением влажности до ионизации газовую смесь предварительно о с уйают до чрев 1 в ня р при ко то ром абсолютная влажность смеси посхге ионизации не достигает максимального значения. Зону иоццзации формируют с помощью поток а излучения, цап риме р, гамма-, рентгеновского или ультрафиолетового. Кроме того, зону ионизации формируют с помощью коронного разряда.Измерительное устройство, реализующее предлагаемый способ (фиг. 1), содержит корпус 1, выполненньп, например, в виде отрезка трубопровода, осушитель 2, выполненный, например, в ниде патрона с силикагелем, датчики 3 и 4 влажности, расположенные до и после зоны 5 ионизации, образованной ионизатором б и блок 7 вычитания. К входам блока 7 вычитания подключены выходы датчиков 4 гя 3 влажности. Ионцзатор б, выполненный, например, в виде источника излучения, установлен вне корпуса 1 и связан с зоной 5 ионизации через окно 8, прозрачное для используемого излучения. Выход блока 7 вычитания является выходом устройства.Измерительное устройство, с помощью которого осуществляют предлагаемый способ, работает следующим образом.Анализируемая газовая смесь, подаваемая в корпус 1 через осунитель 2, поступает в зону 5 ионизации, уровень иониэацци которой обеспечивается с помощью ионизатора, выполненного, например, в виде источника излучения, которое протекает в зону 5 ионизации через окно 8, прозрачное для используемого излучения. До и после зоны 5 ионизации расположены датчики 3 и 4 влажности, например, спектрометрического типа, разность показаний кото-, рых, получаемая в блоке 7 вычитания, выполненном, например, по мостовой схеме, свидетельствует об изменении абсолютной влажности анализируемой газовой смеси эа счет дополнительного количества влаги, образующейся в зоне 5 ионизации при наличии водорода в смеси.При формировании зоны 5 ионизации с помощью коронного разряда фиг,2) ионизатор 6 выполнен в виде системы электродов 9 и 10, установленных в корпусе,1 и подключенных к блоку 11 питания, расположенному вне корпуса 1.Измерительное устройство (фиг.2) работает в целом так же, как и описанное устройство (Лиг,1). Отличие состоит в том, что зоца 5 цонизациц1396029 создается между внутренним коронирующим электродом 10, выполненным, например, в. виде иглы, и внешним цилиндрическим электродом 9, выполнен 1 ным, например, в виде отрезка трубопровода, которые подключены к высоковольтному блоку 11 питания. В частности, в качестве внешнего цилиндрического электрода может быть использован корпус 1, если он выполнен из токопроводящего материала.При отсутствии водорода в анализируемой кислородсодержащей газовой смеси выходной сигнал блока 7 вьгчита ния равен нулю. При этом в зоне 5 ионизации протекают реакции образования ионов преобладающей среды, которыми является реакция диссоциативного прилипания электрона с образованием 20 атомарного отрицательного иона кислорода: При наличии водорода в анализируе мой смеси атомарные отрицательные ионы кислорода вступают с его молекулами в быстродействующую реакцию ассоциативного отрыва электрона с образованием молекулы воды: 30 1, Способ определения концентрации водорода в воздухе, заключающийсяв пропускании газовой смеси через зону ионизации, и регистрации его характеристик, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения 4 О концентрации, измеряют влажность газовой смеси до и после зоны ионизации, а о концентрации водорода судятпо разности этих значений.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что газовую смесьосушают перед измерением влажностидо ионизации. 0+ е О+О (1) О + П, .110 + е. (2) Эта реакция характеризуется гораздо большей скоростью, чем аналогичные реакции с молекулами других газов, присутствующих в анализируемой газовой смеси и, таким образом, является приоритетной. В результате реакции (2) происходит изменение влажности анализируемой смеси и выходной сигнал блока 7 вычитания становится отличным от нуля на величину, пропорциональную концентрации водорода в анализируемой газовой смеси.Поскольку реакция (2) протекает лишь при наличии в анализируемой кислородсодержащей газовой смеси водорода, изменение влажности однозначно определяет концентрацию водорода в анализируемой смеси.Операция сушки анализируемого газа перед подачей его в зону иониэации позволяет исключить ограничение в определении концентрацин водорода при абсолютной влажности исходной смеси, близкой к максимальному значению или в случае большой концентрации водорода и повысить тем самым точность и достоверность определения., концентрации водорода путем устранения этой погрешности, а также расширить диапазон определяемых концентраций.Чувствительность способа определяется чувствительностью применяемых датчиков влажности и может достигать 10 г/мСпособ может служить основой для создания малогабаритных, точных и практически безынерционных приборов для определения утечек водорода в энергетических установках, сигнализаторов взрывоопасной ситуации, экспресс-анализаторов водорода в газовых смесях. Формула из об ретения1396029 с гх,ФиР Составитель Е,РожковскаяТехред М.Дидык орректор М.Парош Редакто ер каз 2488/4 Подписи иэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ВНИИПИ Государственного Ь по делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Раушсмитета СССР ткрытий я наб., д. аза 8 оягласе