×
20.12.2014
216.013.131c

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА И ВОДОРОДА В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Устройство для определения концентрации кислорода и водорода в газовой среде относится к средствам измерительной техники и может быть использовано для контроля параметров газовых сред, в частности содержащих кислород и водород. Устройство состоит из канала (7), расположенного под углом к горизонту, входного сенсора водорода (2) и входного сенсора кислорода (3), расположенных во входной части полости канала (7), входного каталитически активного элемента (1), установленного в полости канала (7) над выходными сенсорами водорода (2) и кислорода (3), выходного сенсора водорода (5) и выходного сенсора кислорода (6), расположенных в полости канала (7) между входным (1) и выходным (4) каталитически активными элементами. Причем входной (2) и выходной (4) каталитически активные элементы выполнены из высокопористых ячеистых материалов с нанесенным на их поверхность платиновым покрытием. В качестве входного сенсора водорода (5) и выходного сенсора водорода (7) использованы твердоэлектролитные датчики концентрации водорода с керамическим чувствительным элементом, выполненным из кислородпроводящей керамики. Технический результат заключается в повышении быстродействия и чувствительности устройства, обеспечении защиты от ошибочных показаний устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к средствам измерительной техники и может быть использовано для контроля параметров газовых сред, в частности содержащих кислород и водород.

Известно устройство «Система контроля горючих и взрывоопасных газов на основе твердоэлектролитных керамических чувствительных элементов» авторов П.Н. Мартынова, М.Е. Чернова, А.Н. Стороженко, В.М. Шелеметьева, Р.П. Садовничего, А.С. Фомина [Известия вузов. Ядерная энергетика №4, 2011 стр.3-8], включающее два сенсора кислорода, подключенные к регистрирующим приборам, герметично соединенные с трубой, по которой осуществляется принудительная прокачка анализируемой газовой среды. Сенсоры кислорода, выполненные на основе твердоэлектролитных керамических чувствительных элементов, расположены в металлических корпусах, оборудованных нагревателями и термопреобразователями для поддержания постоянной температуры. На входе одного из сенсоров кислорода установлен входной каталитически активный элемент.

Недостатком известного устройства является сложность его использования в автономном режиме ввиду необходимости принудительной прокачки анализируемой газовой среды через канал, герметично соединенный с сенсорами кислорода, и невозможности измерения концентрации кислорода в присутствии водорода.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является газоанализатор для определения концентрации кислорода в водородосодержащей газовой среде [патент РФ на изобретение №2293972, МПК G01N 27/12, 2004], включающий газовые сенсоры, подключенные к регистрирующим приборам, канал и каталитически активный элемент, установленный в поперечном сечении средней части полости канала. В качестве газовых сенсоров используется входной сенсор водорода, установленный во входной части полости канала, выходные сенсоры водорода и кислорода, расположенные в выходной части полости канала. Входной и выходной сенсоры водорода, сенсор кислорода и каталитически активный элемент подключены, по меньшей мере, к одному источнику питания.

Недостатками указанного технического решения являются низкие быстродействие и чувствительность устройства, а также отсутствие защиты от ошибочных показаний, которые возникают при возможном изменении направления потока анализируемой газовой среды в канале, т.е. в случае, когда анализируемая газовая среда попадает в канал через выходную часть полости канала, вследствие чего определение истинной концентрации кислорода оказывается ошибочным.

Задачей технического решения является исключение указанных недостатков, а именно повышение быстродействия и чувствительности, обеспечение защиты от ошибочных показаний устройства.

Для решения поставленной задачи в устройстве, включающем канат, входной сенсор водорода, расположенный во входной части полости канала, входной каталитически активный элемент, установленный в поперечном сечении средней части полости канала, выходной сенсор водорода и выходной сенсор кислорода, расположенные в выходной части полости канала, причем сенсоры подключены к системе регистрации и управления, предлагается:

- дополнительно снабдить устройство входным сенсором кислорода, поместив его во входной части полости канала;

- дополнительно снабдить устройство выходным каталитически активным элементом, установив его в верхней части полости канала над выходными сенсорами кислорода и водорода;

- входной и выходной каталитически активные элементы выполнить из высокопористых ячеистых материалов с нанесенным на их поверхность платиновым покрытием;

- в качестве сенсоров водорода использовать твердоэлектролитный датчик концентрации водорода с керамическим чувствительным элементом, выполненным из кислородпроводящей керамики.

Принципиальная схема устройства представлена на чертеже 1, на котором приняты следующие обозначения: 1 - входной каталитически активный элемент, 2 - входной сенсор водорода, 3 - входной сенсор кислорода, 4 - выходной каталитически активный элемент, 5 - выходной сенсор водорода; 6 - выходной сенсор кислорода, 7 - канал, 8 - нагреватель, 9 - электрические связи.

Устройство содержит: канал 7, расположенный под углом к горизонту, входной сенсор водорода 2 и входной сенсор кислорода 3, расположенные во входной части полости канала 7, входной каталитически активный элемент 1, установленный в полости канала 7 над входными сенсорами водорода 2 и кислорода 3, выходной сенсора водорода 5 и выходной сенсор кислорода 6, расположенные в полости канала 7 между входным 1 и выходным 4 каталитически активными элементами. Причем входной 1 и выходной 4 каталитически активные элементы выполнены из высокопористых ячеистых материалов с нанесенным на их поверхность платиновым покрытием. В качестве входного сенсора водорода 2 и выходного сенсора водорода 5 использованы твердоэлектролитные датчики концентрации водорода с керамическим чувствительным элементом, выполненным из кислородпроводящей керамики. Входной сенсор кислорода 3 используется в качестве сигнализатора появления водорода в исследуемой газовой среде. Изменение сигнала входного датчика кислорода 3 происходит при появлении водорода в исследуемой газовой среде благодаря взаимодействию водорода и кислорода и сорбционным процессам на поверхности керамического чувствительного элемента входного датчика кислорода 3.

Такая конструкция устройства позволяет фиксировать появление сверхмалых концентраций водорода (~5×10-3% об.) в анализируемой газовой среде за интервал времени не более нескольких секунд. Установка выходного каталитически активного элемента, который производит каталитическое дожигание кислорода и водорода, обеспечивает корректную работу выходного сенсора кислорода и защиту от ошибочных показаний устройства.

Устройство работает следующим образом:

Анализируемая газовая среда входит в контакт с нагретыми до высокой температуры входным сенсором водорода 2 и входным сенсором кислорода 3, установленными во входной части полости канала 7. При этом входной сенсор кислорода 3 работает в режиме сигнализатора появления малых и сверхмалых концентраций водорода в анализируемой газовой среде. Концентрацию кислорода входным сенсором кислорода 3 в анализируемой газовой среде не определяют, так как этому измерению мешает присутствие водорода.

Далее анализируемая газовая среда за счет естественной конвекции, образуемой нагретыми до высокой температуры входными сенсорами водорода 2 и кислорода 3, и нагревателем 8, проходит в полости канала через входной каталитически активный элемент 1, выполненный, например, из высокопористых материалов с нанесенным на их поверхность платиновым покрытием и нагретый с помощью нагревателя 8 до температуры, обеспечивающей, протекание каталитической реакции окисления водорода на его поверхности до паров воды с коэффициентом рекомбинации, равным единице.

Затем анализируемая газовая среда входит в контакт с нагретыми до высокой температуры выходным сенсором водорода 5 и выходным сенсором кислорода 6, установленными в полости канала после входного каталитически активного элемента 1. При помощи электрических связей 9 сигналы с входных сенсоров водорода 2 и кислорода 3 и выходных сенсоров водорода 5 и кислорода 6 могут быть переданы на систему регистрации для определения концентрации водорода и кислорода в анализируемой газовой среде. Затем анализируемая газовая смесь покидает полость канала 7 через выходной каталитически активный элемент 4, причем выходной каталитически активный элемент 4 не оборудован нагревателем, а его нагрев осуществляется за счет нагретой газовыми сенсорами и входным каталитически активным элементом анализируемой газовой средой.

Для предотвращения проникновения анализируемой газовой среды на выходной сенсор водорода 5 и выходной сенсор кислорода 6 через верхнюю часть канала 7 в ней устанавливается выходной каталитически активный элемент 4, который производит каталитическое дожигание кислорода и водорода в случае возможного изменения направления потока анализируемой газовой среды в канале и обеспечивает, таким образом, корректную работу выходного сенсора кислорода 6 и защиту от ошибочных показаний устройства.

Истинную концентрацию кислорода в анализируемой газовой среде определяют по соотношению:

где - концентрация кислорода, фиксируемая выходным сенсором кислорода 6; - концентрация водорода, фиксируемая входным сенсором водорода 2; - концентрация водорода, фиксируемая выходным сенсором водорода 6; Кст - стехиометрический коэффициент .

Пример конкретного выполнении устройства

Канал 1 выполнен из нержавеющей коррозионно-стойкой стали и расположен таким образом, что ось канала образует угол 90° с направлением горизонта.

В качестве входного 3 и выходного 6 сенсоров кислорода используются твердоэлектролитные датчики концентрации кислорода с гальванической концентрационной ячейкой на основе кислородопроводящего твердого электролита из частично стабилизированного диоксида циркония [Патент РФ №2298176, «Твердоэлектролитный датчик концентрации кислорода и способы его изготовления»].

В качестве входного сенсора водорода 2 и выходного сенсора водорода 5 используются твердоэлектролитные датчики водорода для газовых и жидких сред с гальванической концентрационной ячейкой на основе кислородопроводящего твердого электролита из частично стабилизированного диоксида циркония, оснащенные камерой с постоянным давлением паров воды и водородопроницаемой мембраной [Патент РФ №90907, «Твердоэлектролитный датчик водорода для жидких и газовых сред»]. При поступлении на вход устройства газовой смеси, содержащей 6 об.% водорода, показания газовых сенсоров были следующими: , , . Определенная по формуле (1) истинная концентрация кислорода составила 19%.

Технический результат заключается в повышении быстродействия и чувствительности устройства, обеспечении защиты от ошибочных показаний устройства вследствие возможного изменения направления потока анализируемой газовой среды в полости канала.


УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА И ВОДОРОДА В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 42 items.
10.06.2014
№216.012.d039

Мембранный фильтрующий элемент для очистки агрессивных жидкостей

Изобретение относится к мембранному фильтрующему элементу для очистки агрессивных жидкостей. Мембранный фильтрующий элемент состоит из полого пористого цилиндра 1 из керамического материала, днища 3 и крышки 4, установленных по торцам полого пористого цилиндра 1. На наружную поверхность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519076
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.07.2014
№216.012.dd15

Раздающая камера

Изобретение относится к раздающим коллекторным системам. Раздающая камера (5) ограничена снаружи корпусом (3), днищем (2) и решеткой (6) и соединяет между собой центральную подводящую трубу (8) и боковой отводящий канал (1) через зазор между днищем (2) и торцевой частью центральной подводящей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522375
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2014
№216.012.df97

Напорная камера

Изобретение относится к теплотехнике. Напорная камера (4) содержит цилиндрический корпус (3) с днищем (2), цилиндрическую обечайку (8) и решетку (6). Цилиндрическая обечайка (8) установлена коаксиально корпусу (3) и разделяет его полость на сообщенные между собой центральный отводящий (7) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523025
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.08.2014
№216.012.ea94

Распределительная камера

Изобретение относится к гидродинамике. Распределительная камера ограничена снаружи корпусом и днищем (3) и соединяет между собой два боковых подводящих канала (1) и центральный отводящий канал (7) через зазоры между днищем (3) и торцевыми частями внутренних стенок (2). Корпус образован двумя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525860
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.eb15

Раздающая камера

Изобретение относится к раздающим коллекторным системам. Раздающая камера (5) ограничена снаружи корпусом (3), днищем (2) и решеткой (6) и соединяет между собой центральную подводящую трубу (8) и боковой отводящий канал (1) через зазор между днищем (2) и торцевой частью центральной подводящей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525989
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.08.2014
№216.012.ee5a

Распределительная камера

Изобретение относится к гидродинамике. Распределительная камера ограничена снаружи корпусом и днищем (3) и соединяет между собой два боковых подводящих канала (1) и центральный отводящий канал (7) через зазоры между днищем (3) и торцевыми частями внутренних стенок (2). Корпус образован двумя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526837
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.11.2014
№216.013.09db

Твердоэлектролитный датчик концентрации водорода в газовых средах

Изобретение может быть использовано в энергетике, металлургии, химической промышленности для определения концентрации водорода в жидких и газовых средах в широком интервале температур и давлений. Твердоэлектролитный датчик водорода в газовых средах содержит селективную мембрану (12),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533931
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0a80

Способ получения аморфного мезопористого аэрогеля гидроксида алюминия со слоисто-волокнистой ориентированной наноструктурой

Изобретение относится к способам получения аморфного мезопористого гидроксида алюминия со слоисто-волокнистой микроструктурой. Способ получения аморфного мезопористого аэрогеля гидроксида алюминия со слоисто-волокнистой ориентированной наноструктурой включает проведения реакции синтеза аэрогеля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534096
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.12.2014
№216.013.0fcd

Раздающая камера

Изобретение относится к теплотехнике. Раздающая камера (6) ограничена снаружи корпусом и днищем (3) и соединяет между собой центральный подводящий канал (9) и два боковых отводящих канала (1) через зазоры между днищем (3) и торцевыми частями внутренних стенок (2). Корпус образован двумя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535462
Дата охранного документа: 10.12.2014
20.02.2015
№216.013.2a3c

Модуль предварительной очистки жидкости

Изобретение предназначено для фильтрования. Модуль предварительной очистки жидкости включает вертикальный корпус, образованный боковой стенкой с крышкой и днищем корпуса, входной и выходной патрубки, укрепленные соответственно на крышке и днище корпуса, фильтроэлемент и дефлектор, установленный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542269
Дата охранного документа: 20.02.2015
Showing 11-20 of 41 items.
10.06.2014
№216.012.d039

Мембранный фильтрующий элемент для очистки агрессивных жидкостей

Изобретение относится к мембранному фильтрующему элементу для очистки агрессивных жидкостей. Мембранный фильтрующий элемент состоит из полого пористого цилиндра 1 из керамического материала, днища 3 и крышки 4, установленных по торцам полого пористого цилиндра 1. На наружную поверхность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519076
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.07.2014
№216.012.dd15

Раздающая камера

Изобретение относится к раздающим коллекторным системам. Раздающая камера (5) ограничена снаружи корпусом (3), днищем (2) и решеткой (6) и соединяет между собой центральную подводящую трубу (8) и боковой отводящий канал (1) через зазор между днищем (2) и торцевой частью центральной подводящей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522375
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2014
№216.012.df97

Напорная камера

Изобретение относится к теплотехнике. Напорная камера (4) содержит цилиндрический корпус (3) с днищем (2), цилиндрическую обечайку (8) и решетку (6). Цилиндрическая обечайка (8) установлена коаксиально корпусу (3) и разделяет его полость на сообщенные между собой центральный отводящий (7) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523025
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.08.2014
№216.012.ea94

Распределительная камера

Изобретение относится к гидродинамике. Распределительная камера ограничена снаружи корпусом и днищем (3) и соединяет между собой два боковых подводящих канала (1) и центральный отводящий канал (7) через зазоры между днищем (3) и торцевыми частями внутренних стенок (2). Корпус образован двумя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525860
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.08.2014
№216.012.eb15

Раздающая камера

Изобретение относится к раздающим коллекторным системам. Раздающая камера (5) ограничена снаружи корпусом (3), днищем (2) и решеткой (6) и соединяет между собой центральную подводящую трубу (8) и боковой отводящий канал (1) через зазор между днищем (2) и торцевой частью центральной подводящей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525989
Дата охранного документа: 20.08.2014
27.08.2014
№216.012.ee5a

Распределительная камера

Изобретение относится к гидродинамике. Распределительная камера ограничена снаружи корпусом и днищем (3) и соединяет между собой два боковых подводящих канала (1) и центральный отводящий канал (7) через зазоры между днищем (3) и торцевыми частями внутренних стенок (2). Корпус образован двумя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526837
Дата охранного документа: 27.08.2014
27.11.2014
№216.013.09db

Твердоэлектролитный датчик концентрации водорода в газовых средах

Изобретение может быть использовано в энергетике, металлургии, химической промышленности для определения концентрации водорода в жидких и газовых средах в широком интервале температур и давлений. Твердоэлектролитный датчик водорода в газовых средах содержит селективную мембрану (12),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533931
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0a80

Способ получения аморфного мезопористого аэрогеля гидроксида алюминия со слоисто-волокнистой ориентированной наноструктурой

Изобретение относится к способам получения аморфного мезопористого гидроксида алюминия со слоисто-волокнистой микроструктурой. Способ получения аморфного мезопористого аэрогеля гидроксида алюминия со слоисто-волокнистой ориентированной наноструктурой включает проведения реакции синтеза аэрогеля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534096
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.12.2014
№216.013.0fcd

Раздающая камера

Изобретение относится к теплотехнике. Раздающая камера (6) ограничена снаружи корпусом и днищем (3) и соединяет между собой центральный подводящий канал (9) и два боковых отводящих канала (1) через зазоры между днищем (3) и торцевыми частями внутренних стенок (2). Корпус образован двумя...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535462
Дата охранного документа: 10.12.2014
20.02.2015
№216.013.2a3c

Модуль предварительной очистки жидкости

Изобретение предназначено для фильтрования. Модуль предварительной очистки жидкости включает вертикальный корпус, образованный боковой стенкой с крышкой и днищем корпуса, входной и выходной патрубки, укрепленные соответственно на крышке и днище корпуса, фильтроэлемент и дефлектор, установленный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542269
Дата охранного документа: 20.02.2015
+ добавить свой РИД