Датчик для определения концентрации водорода в газах

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскиеСоцмалнстмческмаРеспублик о 1765715 Ф ф(5 )М, Кл; б 01 Й 27/06 с присоединением заявки РЙ -Гееудерстееннвй комитет(72) Авторы изобретения В. П. Закатов и А. В. Машбиц Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторскийинститут комплексной автоматизации нефтяной и газовойпромышленности(54) ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДОРОДА В ГАЗАХ Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может применяться в газовой, химической и других отраслях промышленности для 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 вхоштым и выходным штуцерами, в кото 1 О рой установлены включенные в мостовую измерительную схему чувствительные элементы - рабочий и сравнительный. Рабочий элемент изготовлен из палладиевой проволоки и размещен в проточной ячейке15 измерительной камеры. Сравнительный: элемент или изготовлен из папладиевой 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. 2Анализируемый газ проходит через кольцевой зазор между стержнем и внутренней поверхностью камеры, омывая чувствительные элементьь Рабочий элемент поглощает водород, что приводит к изменению его сопротивления и к соответствующему изменению полезного ситснала 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 76 г) 7 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 электро- изолированных от корпуса проволочных чувствительных элементов из-за конструх- о тивных сложностей трудно реализуемо и. практически его точность и быстродействие кевысокие, а конструкция сложна.Целью 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 нихэлектроизоляционными, 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 ка 35 налы внутренней и внешней концентрических окружностей, а электроизоляционные трубки, установленные в каналах, выступают из торцов вкладыша на величину, превышающую величину прогиба4 О 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 анализируе 50 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 быстрочействие.На фиг. 1 изображена конструкция ртчика; на фиг. 2 показано размещение 1 г 4участка проволоки чувствительного элемента в канале измерительной камерььДатчик состоит из корпуса 1 с герметично прилегающей к нему крышкой2. Внутри корпуса герметично установленметаллический вкладыш 3 цилиндрическойформы, соединенный с корпусом 1 по плоскости А, либо по поверхности вкладыша3, На оси симметрии корпуса 1 и крышки 2, выполнены штуцеры 1 и 5, предназначенные соответственно для входа ивыхода анализируемого газа. На вкладыше 3, вдоль его оси симметрии, вь.потшено множество параллельных отверстий 6,которые равномерно расположены в поперечном сечении вкладыша на двух концентричных окружностях 7 и 8, поровну накаждой окружности. Отверстия 6 со стороны входа (штуцер 4) и выхода (штуцер5) анализируемого газа сообщаютсямежду собой с помощью выточек 9 минимального объема, выполненных вовкладыше 3 (либо в корпусе 1 и крышке2). Для упрощения изготовления во вкладыше 3 большого количества отверстий6 малого сечения и большой длины онможет 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 1 О и выточек 9 образует измерительную камеру, в которой челночно уложейы проволочные рабочий 11 и сравнительный 12 чувствительнн 1 е 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 11 и 12 занимают равное количество трубок 10, установленОиых 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 пазы765715 6 13, предназначенные для фиксации проволоки чувствительных элементов вместах перегиба на концах трубок.Размеры выступающих частей трубок 10 и пазов 13 подобраны такимобразом, чтобы при минимальном объемеполостей 9 исключить замыкание проволоки на корпусе 1, крышке 2, иливкладыше 3 при температурных изменениях длины проволоки, т, е. электроиэолйционные трубки выступают иэ торцов вкладыша на величину, превышающуюпрогиб чувствительного элемента принагреве, Челночная намотка каждогочувствительного элемента 11 и 12 вканалах трубок 10, расположенных всечении измерительной камеры на двухконцентричных окружностях 7 и 8,.исключает пересечение проволок элементов 11 и 12 при переходах иэ одной 20трубки в другую, поэтому не требуетсяих электрической изоляции в полостяхвыточек 9,В каналах трубок 10 проволоки элементов 11 и 12 не прилегают к стнкам 25трубок (см. фиг. 2), а лишь касаютсяих в точках перегиба (в пазах 13),располагаясь таким образом полностьюв потоке проходящего через измерительную камеру анализируемого газа как в 30каналах трубок 10, так и в полостяхвыточек 9. 5 1 О 15Датчик для определения концентрацииводорода в газах, содержащий корпус,в котором размещена измерительная камера, выполненная в виде множествасоединенных между собой на входе ивыходе параллельных каналов с устав-,ленными в них электроиэоляционными .трубками, в которых челночно уложенывключенные в мостовую измерительнуюсхему 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 повышениябыстродействия и точности, в корпусегерметично установлен цилиндрическийвкладыш, в котором по двум,концентрическим окружностям выполнены каналы,каждый чувствительный элемент проходит попереМенно через каналывнутренней и внешней концентрическихокружностей, а электроизоляционныетрубки, установленные в каналах, выступают из торцов вкладыша на величину,превышающую величину прогиба чувствительного элемента при нагреве до рабочей температурььИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Автооское свидетельство СССР238222, кл. С 01 Я 27/06, 1969.,2. Авторское свидетельство СССР150296, 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 11 и 12, установленные в этих каналах и сбрасывается 45 через попость 9 и выходной штуцер 5. Поскольку измерительная камера выпог- нена 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 всоответствии с концентрацией водородаизменяется электросопротивленне элемента 1 1Электрическое сопротивление элемента 12 остается неизменным, вследствие чего на выходе измерительногомоста формируется электрический сигнал,пропорциональный концентрации водородав анализируемой газовой смеси,Конструкция предложенного датчикадля определения концентрации водородапроста и позволит увеличить быстродействие и точность измерения содержанияводорода в газовых смесях при значи- .ительном сокрашении расхода анализируемого газа, что во многих случаяхявляется определяющим фактором,формула изобретенияписное Заказ 6496/40 Тираж 1019 П ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская набд. 4/5 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектна 4