Способ измерения концентрации взрывоопасных газов

Изобретение использовано при разработке приборов контроля взрывоопасных газов в окружающей среде. В преложенном способе, включающем измерение сигнала на каталитически активном чувствительном элементе газоанализатора, включенном в мостовую измерительную схему, и последующее определение величины концентрации взрывоопасных газов по величине сигнала выходного напряжения, после каждой подачи на датчик напряжения питания, обеспечивающего нагрев чувствительного элемента до температуры возникновения термокаталитического окисления взрывоопасного газа, чувствительность термокаталитического элемента восстанавливают дополнительным разогревом его до температуры, при которой происходит сублимация продуктов горения на активной поверхности чувствительного элемента, путем увеличения питающего напряжения, при этом вводится стробирующий импульс, позволяющий прибору проводить считывание величины выходного напряжения измерительного моста в момент проведения измерения концентрации взрывоопасных газов и не учитывать выходное напряжение измерительного моста, возникающее во время дополнительного разогрева. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения концентрации газа и увеличения срока службы термокаталитических датчиков. 2 ил.

 

Изобретение относится к газовому анализу и может быть применено при разработке приборов контроля взрывоопасных газов в окружающей среде.

Известны способы измерения и контроля горючих газов, позволяющие определять довзрывные концентрации взрывоопасных газов на основе термокаталитического датчика, включенного в мостовую схему, а.с. СССР №1427276, а.с. СССР №1735755.

Известен способ измерения концентрации метана и/или водорода, патент РФ №2250455, способ реализован в измерителе концентрации газов ИКГ-6Р, Госреестр средств измерений №27643-04.

При термокаталитическом окислении взрывоопасных газов, на датчике появляется разность напряжений между чувствительным и компенсационным элементами. По величине этого напряжения судят о концентрации взрывоопасных газов.

Для увеличения чувствительности датчика используется пористый материал, позволяющий в небольшом объеме получить достаточно большую поверхность контакта катализатора с взрывоопасным газом.

Обязательным условием окисления является предварительный подогрев катализатора до необходимой температуры. Температура определяется свойствами конкретного газа и используемого катализатора.

Недостаток данных способов измерения взрывоопасных газов в горных выработках заключается в том, что при каталитическом окислении газа, особенно когда в атмосфере присутствуют серосодержащие газы, происходит выделение продуктов горения, эвакуация которых протекает естественным путем, при этом температурному воздействию подвергаются и сопутствующие газы, продукты горения которых, в связи с недостаточной температурой для их горения, осаждаются на активной поверхности чувствительного элемента, уменьшая ее эффективную площадь. Сокращение контактирующей с взрывоопасным газом поверхности катализатора ведет к снижению чувствительности датчика и, как следствие, его выходу из строя.

Целью изобретения является повышение точности измерения концентрации газа и главное - увеличение срока службы термокаталитических датчиков.

Для минимизации указанных недостатков предлагается новый способ питания подогревателя термокаталитического датчика. Для этого необходимо периодически увеличивать напряжение подогрева датчика для дожигания или сублимации продуктов горения, образовавшихся при более низкой, рабочей, температуре и осевших на поверхности катализатора. Максимальная дополнительная температура и длительность импульса будут определяться конкретными свойствами материалов катализатора (пористого вещества), на которые он нанесен, устойчивостью к перегоранию материала подогревателя, допустимых условий эксплуатации во взрывоопасной среде. Для реализации этого способа необходимо использовать импульсный режим измерения сопротивления датчика в тот момент времени, когда его температура будет однозначно определяться концентрацией измеряемого горючего газа. При использовании импульсного питания датчика потребуется дополнительный импульс на более высоком напряжении.

Принципиальное отличие предлагаемого способа заключается в периодическом повышении температуры подогревателя для удаления с поверхности катализатора продуктов горения сопутствующих газов и их производных.

Первоначально было испытано более тридцати датчиков ДТК 7/6, применяемых в газоанализаторах ИКГ-6 и вышедших из строя по причине потери чувствительности. Была собрана установка, схема которой приведена на фиг.1, где 1 - устройство для подачи ПГС 50% НКПР СН4, состоящее из баллона и регулирующего устройства расхода газа, 2 - блок питания HY-3005, 3 - датчик ДТК - 7/6,4 - вольтметр В7-38, 5 - уровень напряжения, создаваемый вольтметром, 2,5 В.

При первоначальной установке датчика ДТК - 7/6 в газоанализатор ИКГ-6, проведя корректировку прибора, мы производили считывание из параметров прибора первоначального коэффициента чувствительности датчика. После работы прибора в условиях горных выработок и корректировок прибора согласно установленного регламента (1 раз в неделю) происходило уменьшение коэффициента чувствительности ниже предела, допустимого для данного типа приборов. Сняв датчик с прибора, подключали его к установке (рис.1). На данной установке производили подачу ПГС 50% НКПР СН4 на датчик 1 и с помощью блока питания 2 подавали на датчик напряжение 5, контролируя при этом напряжение с помощью вольтметра 4, повышали напряжение питания до 2,5 В (5), после чего устанавливали датчик в прибор, проводили корректировку прибора, а затем считывали полученный коэффициент чувствительности и сравнивали с первоначальным коэффициентом. Опыты показали, что коэффициент чувствительности датчиков восстанавливается практически полностью.

При подаче на датчик напряжения 2,5 В была достигнута температура чувствительного элемента Тв≈500°С, которая явилась достаточным условием для восстановления датчиков. Напряжение, а следовательно и температура определялись опытным путем. Температура меньше 500° недостаточна для сублимации продуктов горения на активной поверхности датчика. Длительность импульса восстановления 0,5÷1,0 с.

Сущность способа поясняется чертежами, изображенными на фиг.2, где

1 - Uв, уровень напряжения, определяемый для конкретного датчика из условия достижения температуры 500°С;

2 - Uи, уровень напряжения, определяемый при корректировке прибора для каждого датчика индивидуально;

3 - Тв, температура восстановления 500°С;

4 - Ти, температура при измерении, соответствующая типу применяемого датчика и определяемого газа;

5 - Uc, стробирующий импульс (появляется тогда, когда температура датчика определяется концентрацией определяемого газа, инициирует отображение информации на индикаторе и завершается при появлении импульса восстановления);

6 - tc, реальное время;

7 - tи, период, во время которого происходит считывание показаний прибора

и осуществляется следующим образом.

После подачи на датчик напряжения питания 4, питающее напряжение увеличивается до величины 1, заведомо большее, обеспечивающее разогрев чувствительного элемента до температуры, при которой происходит сублимация продуктов горения на активной поверхности датчика. При данной температуре продукты горения сторонних газов эвакуируются с поверхности чувствительного элемента, восстанавливая тем самым эффективную поверхность термокаталитического элемента.

Данный процесс повторяется циклически при каждом измерении, следовательно, происходит циклическое восстановление эффективной поверхности и коэффициента чувствительности датчика в целом. Импульс 5 является стробирующим, он позволяет контроллеру прибора провести считывание величины выходного напряжения измерительного моста в момент проведения измерения и не учитывать выходное напряжение во время дополнительного разогрева до величины температуры, при которой происходит сублимация продуктов горения на активной поверхности датчика.

При изменении программного обеспечения прибора контроля взрывоопасных газов и учете в алгоритме измерений импульсов 5 и 1, согласно приведенным нами диаграммам, получаем эффект динамического восстановления коэффициента чувствительности датчика, а следовательно достоверность произведенных измерений и увеличение срока службы термокаталитического датчика.

Способ измерения концентрации взрывоопасных газов, включающий измерение сигнала на каталитически активном чувствительном элементе газоанализатора, включенном в мостовую измерительную схему, и последующее определение величины концентрации взрывоопасных газов по величине сигнала выходного напряжения, отличающийся тем, что после каждой подачи на датчик напряжения питания, обеспечивающего нагрев чувствительного элемента до температуры возникновения термокаталитического окисления взрывоопасного газа, чувствительность термокаталитического элемента восстанавливают дополнительным разогревом его до температуры, при которой происходит сублимация продуктов горения на активной поверхности чувствительного элемента, путем увеличения питающего напряжения; при этом вводится стробирующий импульс, позволяющий прибору проводить считывание величины выходного напряжения измерительного моста в момент проведения измерения концентрации взрывоопасных газов и не учитывать выходное напряжение измерительного моста, возникающего во время дополнительного разогрева.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области газового анализа. .

Изобретение относится к способам измерения концентрации горючих газов в окружающей среде и может быть использовано для индикации в системах взрывопредупреждения и контроля степени взрывоопасности объектов.

Изобретение относится к области анализа газовых сред и может быть использовано для определения концентрации в кислородосодержащей среде, например в рабочих помещениях нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий, предприятий тепловой энергетики, химических заводов и др.

Изобретение относится к области анализа газовых сред. .

Изобретение относится к области анализа газовых сред. .

Изобретение относится к аналитической химии, в частности к экспресс-анализу опасных ингредиентов газовой среды, и может найти применение при оперативном контроле безопасности воздуха рабочей зоны, степени алкогольного опьянения.

Изобретение относится к средствам контроля рудничной атмосферы, а именно к устройствам, сигнализирующим о достижении предельно допустимой концентрации метана в атмосфере.

Изобретение относится к аналитической технике, предназначенной для анализа газовых сред, в частности к детектированию веществ, разделяемых в хроматографических колонках для их последующего изотопного анализа, и может быть использовано в газовой и нефтяной промышленности, энергетике, геохимии, гидрологии, экологии, аналитическом приборостроении при проведении высокоточных измерений концентраций органических газов, кислорода, газообразных оксидов и для определения изотопного состава углерода, водорода и азота в смесях органических газов
Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к технологии изготовления чувствительных элементов термохимических (термокаталитических) датчиков горючих газов, и может быть использовано в газоанализаторах для контроля довзрывных концентраций взрыво- и пожароопасных газов и газовых смесей

Изобретение относится к газовому анализу и может быть использовано в газоанализаторах для определения концентрации водородсодержащих горючих газов в окружающей среде и позволяет расширить диапазон измерения концентрации водородсодержащих горючих газов до 100 об.%

Сигнализатор может быть использован для контроля довзрывоопасных концентраций газов и паров в воздухе производственных помещений и рабочих зон. Сигнализатор довзрывоопасных концентраций состоит из одинарного термокаталитического элемента, генератора стабильного тока, источников опорного напряжения, таймера, повторителя напряжения, электронных ключей, узла регистрации обрыва термокаталитического элемента, монитора питания, запоминающего каскада, компаратора превышения порога, узла отображения и передачи данных. Изобретение обеспечивает снижение стоимости, уменьшение габаритов и количества электронных компонентов, исключение из схемы сравнительного чувствительного элемента, упрощение процедуры настройки, устранение влияния совокупности изменяющихся внешних факторов, таких как: температура, давление, влажность, газовоздушные потоки, уменьшение потребляемого тока, повышение надежности, реализация функции дистанционной настройки по воздуху, возможность использования в стационарном режиме и в качестве индивидуальных, легких и удобных сигнализаторов для мониторинга воздушной среды. 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Заявленная группа изобретений относится к датчику горючих газов. Заявленная группа изобретений включает датчики горючих газов и способ действия датчика для горючих газов. Причем датчик горючих газов содержит по меньшей мере первый чувствительный элемент, содержащий первый проводящий элемент со средним диаметром менее 20 мкм, электрически связанный с электронной схемой, причем датчик горючих газов дополнительно содержит первый опорный элемент, имеющий первый и второй закрепленный конец и промежуточный участок, проходящий между первым закрепленным концом и вторым закрепленным концом, причем промежуточный участок обеспечивает опору для первого проводящего элемента, при этом первый опорный элемент характеризуется значением коэффициента, рассчитанного как отношение его прочности на разрыв, выраженной в фунт-силах на квадратный дюйм (psi), к теплопроводности, выраженной в Вт/(см⋅°С), большим или равным 250000. Технический результат заключается в уменьшении требований к энергопотреблению при работе элемента в определенном температурном диапазоне, а также в увеличении до максимума прочности/опорной способности при одновременном уменьшении теплопотерь. 3 н. и 33 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Изобретение относится к способу измерения концентрации горючих газов и паров в воздухе, основанному на использовании термокаталитических сенсоров пелисторного типа, может использоваться в газоаналитической аппаратуре на предприятиях горнодобывающей, газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности. Способ измерения концентраций горючих газов и паров в воздухе термокаталитическим сенсором диффузионного типа включает циклический режим работы сенсора с двухступенчатым импульсным питанием с заданными амплитудами напряжения, длительностью импульсов напряжения и паузами между ними. При этом первую ступень двухступенчатого импульса напряжения формируют путем кратковременной подачи напряжения на сенсор, в 2-2,5 раза превышающего номинальное рабочее напряжение сенсора, и длительностью, ограниченной моментом достижения сенсором температуры, на 15-20% превышающей ее номинальное рабочее значение. Измерение концентраций горючих газов производят в период переходного процесса охлаждения сенсора и выполняют путем измерения разницы выходных сигналов напряжений в двух строго фиксированных по времени точках в начале и конце переходного процесса охлаждения. Технический результат заключается в сокращении длительности и мощности нагревно-измерительного импульса тока при циклическом режиме работы термокаталитического сенсора, что снижает время контакта с реагирующими веществами и способствует повышению стойкости каталитически активной поверхности к отравлению каталитическими «ядами» и снижению блокирования этой поверхности отложениями кокса-углерода, образующегося в процессе окисления углеводородов и серосодержащих горючих составляющих. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.
Наверх