Способ контроля многокомпонентных горючих примесей в газовой среде

СОЮЗ СОВЕТСОЦИАЛИСРЕСПУБЛИ СНИХ ЕСНИХ(54) (57) С ПОНЕНТНЫХ Г ВОЙ СРЕДЕ, меси в сооб мой средой ОЛЯ МНОГОКОМСЕЙ В ГАЗОсжигание при-.ПОСОБ КОНТОР 1 ОЧИХ ПРИМЕвключающийщающейсяреакционно онтролируекамере, в ко. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Ордена Октябрьской Революциии ордена Трудового Красного Знамениинститут горного дела им. А.А. Скочинского(прототип). торой установлен чувствительный к;анализируемым газам преобразовательный элемент, и измерение выходногосигнала этого элемента, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения селективности анализа газов и паров, составляющих газовуюпримесь, беэ их предварительногоразделения .и достоверности оценкивзрывоопасности контролируемой среды, предварительно определяют временные характеристики переходныхпроцессов изменения концентрациикаждого компонента в реакционнойкамере при скачкообразном измененииинтенсивности сжигания примеси,а при выполнении каждого цикла анализа примеси одновременно изменяютинтенсивность сжигания всех анализируемых компонентов и измеряютвыходные сигналы преобразовательного элемента в процессе изменения состава газовой смеси в реакционной камере, причем количество замеров равно количеству анализируемых компонентов.1 1Изобретение относится к количественному анализу состава горючих примесей в газовой среде и может быть использовано в угольной промышленности, а также нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях, в которых выполнение технологическчх операций и хранение сы" рья сопряжено с в;делением горючихф 4 ьгазов и паров,Известна хроматография с термокондуктометрическим детектированием выходного сигнала для контроля состава многокомпонентных горючих примесей 1 3.Недостатками газовой хроматографии являются относительно большое время цикла газового анализа, обусловленное инерционностью процесса разделения анализируемых компонентов на хроматографической колонкеф сложность автоматизации про" цесса периодического отбора проб и процесса преобразования хроматографических данных в непосредственную информацию о концентрациях анализируемых компонентов.Наиболее близким к изобретению является способ контроля многокомпонентных горючих примесей в газо" вой среде, вклкчающий сжигание примеси в сообщающейся с контроЯируемой средой реакционной камере, в которой установлен чувствительный к анализируемым газам преобразовательный элемент, и измерение выход- ного сигнала этого элемента. При осуществлении этого способа обеспечивается подвод всех компонентов контролируемой газовой смеси к разогретому каталитически активному термопреобразовательному элементу и включенному в мостовую измерительную схему. Параметры этой схемы выбирают такими, чтобы при работе в чистом воздухе она находилась в равновесном состоянии. При появлении в воздухе горючей примеси ее компоненты, попадая на поверхность термопреобразовательного элемента, вступают в реакцию окисления, сопровождающуюся выделением тепловой энергии. В результате по" . вышается температура элемента и иэ" меняется его электрическое сопротивление, что приводит к разбалансу мостовой схемы. По величине выходного сигнала моста оценивают сте 116374 О203035404550 55 пень взрывоопасностн среды, приводя этот сигнал к долям или процентам от ее нижнего предела вэрываемости 2 1,Нецостатками такого способа являются высокая методическая погрешность контроля, составляющая не менее +307 от измеряемой величины,и отсутствие селективной информации о концентрациях каждого компонента горючей примеси в контролируемой среде,Цель изобретения - повышение селективности анализа газов и паров,составляющих горючую примесь, безих предварительного разделения идостоверности оценки взрывоопасности контролируемой среды.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу контролямногокомпонентных горючих примесейв газовой среде, включающему сжигание примеси в сообщающейся с контролируемой средой реакционной камере, в которой установлен чувствительный к анализируемым газам преобразовательный элемент, и измерениевыходного сигнала этого элемента,предварительно определяют временные характеристики переходных процессов изменения концентрации каждого компонента в реакционной камере при скачкообразном изменении интенсивности сжигания примеси, а привыполнении каждого цикла анализапримеси одновременно изменяют интенсивность сжигания всех анализируемых компонентов и измеряют выходные сигналы преобразовательногоэлемента в процессе изменения состава газовой смеси в реакционной камере, причем количество замеров равно количеству анализируемых компонентов,На чертеже приведен график зависимости выходного сигнала Ь датчика от времени 1, отсчитываемого отмомента восстановления рабочегонапряжения на датчике. Кривые соответствуют переходным характеристикам датчика контроля многокомпонентных горючих примесей, где кривая 1 соответствует изменению выходного сигнала датчика при одновременном выгорании Н и СО в объеме реакционной камеры; кривая 2 - изменению выходного сигнала датчика при выгорании Н 2 в объеме1116374 4 П р и м е р . Проводится анализ примеси водорода и окиси углерода в воздушной среде, Для этого используют термокаталитический датчик, состоящий из рабочего и компенсационного термопреобразовательных элементов, помещенных в газопроницаемую реакционную камеру и дифференциально включенных в мостовую схему. Термопреобразовательный элемент представляет собой платиновую спираль, покрытую гамма-окисью алюминия. Рабочий элемент отличается от компенсационного тем, что на него наносится платинопалладиевый катализатор. Реакционная камера выполняется из пористой металлокерамики. Сжигание горючего газа на каталитически активном элементе приводит к возрастанию сопротивления спирали из платиновой .проволоки, обладающей достаточно высоким значением температурного коэффициента (4 10Ом/град). Датчик устанавливается в газовой камере, которая заполняется анализируемой смесью, и подключается к регулируемому источнику питания. Выходной сигнал, выдаваемый датчиком, оценивается с помощью милливольтметра, включенного в диагональ измерительного моста, и фиксируется на осциллограмме шлейфового осциллографа. Рабочая температура начального разогрева чувствительного элемента в среде чистого воздуха при напряжении питания датчика 2 В составляет 200 С. При этом реакция окисления окиси углерода и водорода протекает в диффузионной области. Металлокерамические стенки реакционной камеры оказывают дополнительное сопротивление диффузионному переносу водорода и окиси углерода к термопреобразовательным элементам. Коэффициент передачи Кдатчика по концентрации анализируемых газов, равный отношению концентраций этих газов в реакционной камере и среде, окружающей дат чик, при установившемся режиме газообмена составляет 0,4 . Это значение определяют путем измерения выходных сигналов датчиков при наличии реакционной камеры и без 10 15 20 30 35 40 5 50 3реакционной камеры; кривая 3 - изменению выходного сигнала при выгорании СО в объеме реакционной камеры,нее в условиях одинакового содержания горючих компонентов в приготовленной газовой смеси. Для проведения селективного анализа газов,составляющих горючую примесь, пред",варительно определяют временныехарактеристики переходных процессов, обусловленных выгоранием окиси углерода и водорода в реакционной камере. Для этого датчик помещают в газовую камеру, заполненнуюводородовоздушной смесью, содержащей 1 об.7 водорода (Н) . Затем напряжение питания отключают, приэтом на рабочем элементе прекращается реакция окисления водорода,вследствие чего его концентрацияв реакционной камере выравниваетсяс концентрацией в анализируемойсреде, После восстановления рабочегонапряжения регистрируется экспоненциально протекающий процесс снижения концентрации водорода в реакционной камере, обусловленный возобновлением реакции окисления и выгоранием части водорода, содержащегося в реакционной камере. По полученной осциллограмме определяется постоянная времени (Тн ) этого процесса. 1 Аналогично определяется постоянная времени (Т ) переходного процесса выгорания окиси углерода(СО) в реакционной камере, для чего помещают датчик в воздушнуюсмесь, содержащую 1 об. Е СО. Приэтом выявлено, что Тсо/н = 3,5. После получения указанных предварительных данных приступают к непосредственному селективному анализу газа, содержащего примесьводорода и окиси углерода. Для этого, подавая импульсное напряжениепитания на датчик, снимают осциллограмму переходного процесса выгорания в реакционной камере смеси газов, составленной из воздуха спримесью Н 2 и СО. При этом длИтельность подачи на датчик рабочегонапряжения питания и длительностьснятия напряжения, обеспечивающиепрактически полное завершение переходного процесса, составляют соответственно 5 Т о и 10 Тс 0 . Получив осциллограмму переходного процесса, имеющего вид, указанный на чертеже, проводят измерения выходных сигналов датчика 5 и 521-го компо 5 5 со + с - -с к ,со ксо со со+Ссо где Тсо кта по(21 45 К ПриСО в предвариметры дакоторых КН 7мВ/гб.7 КсомВ/об .7. Тсо Н 7 2,4 О,30 4 Установлено, что выходной сигнал датчика (5) выгорания горючих примесей газа в объеме реакционной камеры описывается уравнением 11 К 5= С; - С;к, е1=4 к где С; - концентр; ция нента горючеи примеси, 1об.7 фК, - коэффициент передачи измерительного тракта по напряжению при измерении концентрации 1-го компонента горючей примеси, мВ/об.Х 1К - коэффициент передачи датчика по концентрации горючего компонента;Т. - постоянная времени переход1ного процесса, обусловленная выгоранием 1-го компонента горючей примеси, с;1 - текущее время, отсчитываемое от момента восстановления рабочего напряженияна датчике, с.При наличии 1 компонентов в горючей примеси количество замеров выходного сигнала преобразовательно- З го элемента в процессе изменения состава газовой смеси в реакционной камере равна также и, Зная величины выходных сигналов преобразовательного элемента для и замеров, составляют систему из и неравнозначных уравнений, имеющую вид: Для проведенного эксперимента при наличии в воздухе двух горючих компонентов (водорода и окиси углерода) система уравнений (2) сводится к следующему виду: г КТ-СН н Е нг+С ККк Нг Нг Нг Н 2 Нг- постоянные временипереходных процессов, обусловленныхвыгоранием соответственно окиси углерода и водорода, сф К - коэффициент передачи Нгизмерительного тракта по напряжениюпри измерении водорода, мВ/об,7 ф К - коэффициент передасочи измерительного нию при измерении окиси углерода, мВ/об.7; К - коэффициент передак чи датчика по концентрации горючей компоненты; - времена соответст 2У вующне моменту измерения выходных сигналов соответственно 5 и 57со С - концентрация соответственно водорода и окиси углерода в воздушной смесиределении концентраций Нг здушной среде испол. зуют ельно определенные пара- чика, численные значения ведены в табл. 1.Таблица 11116374, 8и 5 , измеренным соответственнов моменты времени Ф и 1 фС 0,135 В,141 5 (4)Сд 0,104 5 " 0,068 5 (5) Значения концентраций, полученные экспериментально,об.Х Погрешностьизмерения,Х Значения выходных сигналов мВСостав примеси, измеренный интерферометром ЛИР,об. 7. СО Н СО СО 180 16 5 0104 0492 4 33,7 31,6 0,094 0,995 6 38 3 34 5 0 306 0 981 2 58,6 52,5 0,509 1,48 1,8 1,6 0,5 0,1 0,52 0,1 1,9 0,3 1,3 0,5 1,5 27,2 22,5 0,4995 0,4904 0,5 0,5 1,9 0,5 Как видно из табл. 2, результаты определения погрешности измерения, полученные на основе прямого измерения концентрации СО и Н с помощью интерферометра, приня, того в качестве образцового прибора и данные полученные на основе преФ40длагаемого способа, хорошо совпадают.Предлагаемый способ дает возможность относительно простыми Подстановка в систему уравнений (3) предварительно полученных данных, соответствующих сигналам 5 и 52 , и решение этой системы относительно концентраций Сс и Сн2 приводит к простым выражениям, удобным для определения численных значений искомых концентраций по двум выходным сигналам датчика 5,Результаты анализа концентраций СО и Н 2 в воздушной среде, полученные на основе выражений (4) и (5), приведены в табл. 2,Таблица 2 средствами обеспечить непрерывныйколичественный контроль составагорючих примесей в газовых смесяхбез их предварительного разделенияна отдельные компоненты и тем самым повысить эффективность контроля на вэрывоопасиость этихпримесей при выполнении различных технологическмх операций.Тир сное ПИ Государственного делам изобретений Москва, Ж, Раушс н Ьрлиал Ш 1 П "Патент", г. Ужгород,оектная каз 6923/3ВНИИпо113035,22комитета СССи открытий