Детектор теплопроводности

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

9 А) (19) (11) Gi) 4 G 0 N 27/18

/"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И A ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2i) 3475739/24-25 (22) 26 ° 07.82 (46) 07.05.86. Бюп. № 17 (72) И.А. Арсеньев, В.С. Евстишен ков, Л.К. Неровня, Э.В. Шестернева, А.А. Шибаев и А.Н, Ширяев (53) 543.544(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 323732, кл. С 01 N 27/18, 1972.

Техническое описание и инструкция к хроматографу ЛХМ-8Щ, Л б. 1. 550, 017ТО, 1980. (54) (57) ДЕТЕКТОР ТЕПЛОПРОВОДНОСТН, содержащий корпус с расположенной в нем измерительной камерой с чувствительным элементом и подводящим и отводящим газовыми каналами, нагревательный элемент и датчик температуры корпуса, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения его чувствительности и снижения порога детектирования, корпус снабжен радиатором, излучающие элементы которого расположены симметрично относительно оси, по которой расположен проволочный чувствительный элемент, и теплоизолирующими втулками, установленными с торцов корпуса, диаметр которого D z относится к диаметру измерительной камеры Э,) как 1:(2-3), а нагревательный элемент и датчик температуры расположены между излучающими элементами радиатора.

1 2 !.9669 3

Изменение теплового потока приводит к изменению температуры и сопротивления чувствительного элемента измерительной ячейки 1, что вызывает на выходе соответствующий сигнал. 55

Так как радиатор 2 активно рассеивает тепло, создается возможность поддержания температуры Т на низком, Изобретение относится к газовому анализу, в частности к конструкциям детекторов теплопроводности.

Целью изобретения является повышение чувствительности, снижение порога детектирования и уменьшение массы детектора.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства, На схеме показаны измерительная ячейка 1, радиатор 2, подводящий и отводящий газовые "а-налы 3, излучатели 4 радиатора, нагревательный элемент 5, датчик 6 температуры, разьемы 7 и теплоизолирующие втулки 8.

Измерительная ячейка 1 размещена в центральном канале радиатора, причем наружная поверхность корпуса измерительной ячейки 1 образует плотный контакт с внутренней поверхностью центрального канала радиатора 2.

В прорезях между излучателями 4 радиатора 2 размещены нагревательный элемент 5, например, в виде высокоомного провода, равномерно уложенного в прорезях, и датчик 6 температуры, например, в виде провода с высоким ТКС, уложенного в указанных прорезях излучателя 4 вместе с проводом нагревательного элемента 5.

Концы нагревательного элемента 5, датчика 6 температуры, а также чувствительного элемента измерительной ячейки 1 выведены на разъемы 7. В канале одного радиатора 2 может быть размещено и более одной измерительной ячейки 1. Имеются теплаизолирующие втулки 8.

Газ«носитель поступает в измерительную ячейку 1 через один из каналов 3, обтекает чувствительный элемент ячейки и выходит через другой канал 3. При появлении в газе-носителе другого компонента меняется его теплопроводность и, соответственно„ изменяется тепловой поток, идущий от чувствительного элемента через газ-носитель, корпус измерительной ячейки 1 и радиатор 2 и рассеиваемый

B окружающую среду, 1О

3Q

3S близком к окружающей температуре уровне,, что приводит к повышению чувствительности детектора. Нагревательный элемент 5, который управляет сигналом датчика 6 температуры, обеспечивает подцержание температуры

Т на постоянном уровне, причем стабилизация температуры облегчается низкой тепловой инерционностью, котсрая определяется, главным образом, теплоемкостью самого нагревательного элемента 5, датчика 6 температуры и воздуха в прорезях радиатора 2:. Стабилизация температуры Т обеспечивает низкий уровень шумов детектора.

Благоприятные условия отвода тепла позволяют путем подачи большого напряжения на резистор увеличить выделяющуюся мощность и, следовательно, чувствительность, При увеличении мощности возрастают отрицательные влияния концевых потерь тепла, и с целью увеличения сопротивления осевому тепловому потоку в конструкцию вводятся втулки 8, размещенные в данной конструкции по оси радиатора, Применение измерительной ячейки с тонким корпусом (<3 диаметров измерительной камеры) в сочетании с активным радиатором, т.е. с автоматической поддерживаемой температурой, на уровне, близком к температуре окружающей среды, позволяет существенно повысить чувствительность детектора и при этом достичь снижения габаритов блока детектора в.несколько раз, массы — более чем на порядок, потребляемой мощности — приблизительно на порядок. При этом в несколько раз (2) уменьшается и время выхода детектора на режим.

При испытаниях лабораторного макета детектора получены следующие величины: чувствительность А,=

=6300 мВ при У„„ =27 В, порог чувствительности g „„ =2 tO " об,%. Одновременно производились измерения уровня шумов. Средний уровень шумов

Б =0,006 мВ = 0,6 шкалы (паспортные данные известного устройства: чувстЦ вительность А =1,25 10 см/мг/см =

=982 МВ, порог чувствительности

Q 1 10 з об.%, 8=0,5% шкалы).

Указанные данные не являются предельными данными предлагаемого устройства °

1229669 4

1 1 d„

-36OI.,1 + 2 Уп " +, ), К

Обоснование существенности признаков соотношения диаметров.

Из выражения

А +" Uïíò Я (1 У

811 L h г

+ 6,99 In - - ), 1

Составитель 3, Скорняков

Техред В.Кадар

Корректор А. Тяско

Редактор И. Николайчук

Заказ 2445/44

Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 где Ы вЂ” температурный коэффициент сопротивления терморезисторов; напряжение питания; тепловой поток; — длина рабочей части терморезистора; теплопроводность газа;

r, — радиус корпуса измерительной ячейки; г — радиус измерительной камеры; к r. — радиус терморезистора, ! видно, что Д пропорциональна Q, т.е..для повышения чувствительности нужно увеличить тепловой поток, что можно достичь, уменьшая г (тепловое сопротивление).

Для выражения теплового сопротивления цилиндрической стенки существует формула где 3,6 — коэффициент привода к размерности; — коэффициент теплопередачи

1 от внутренней среды к стенке;

Ы вЂ” коэффициент теплопередачи

2 от стенки к окружающей среде; — коэффициент теплопроводности стенки;

d — наружный диаметр стенки (в н данном случае диаметр корпуса измерительной ячейки);

d — внутренний диаметр стенки н (в данном случае диаметр измерительной камеры) .

Дифференцирование этой функции по при заданном d„ дает оптимальное

2А значение d„= для обеспечения ми4 нимального значения F откуда видна

d существенность параметра (1 к

Конкретное значение - ", выбрано

d„" экспериментальным путем ввиду значительного разброса величин в спра2 вочной литературе.