способ измерения концентрации горючих газов

Формула изобретения

Способ измерения содержания горючего газа, включающий пропускание номинального значения электрического тока через сенсор, помещение сенсора в чистый воздух, настройку схемы в нулевое положение, помещение сенсора в среду с анализируемым газом и измерение содержания горючего газа в этой среде, отличающийся тем, что перед настройкой через сенсор пропускают постепенно увеличивающийся электрический ток от 0 до 135 % номинального тока, указанного в паспорте на прибор, в течение времени, позволяющего свести к минимуму время настройки прибора, после чего автоматически переходят на номинальное значение тока питания сенсора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в разных отраслях промышленности и медицины.

Для определения концентрации горючих газов в качестве сенсоров (датчиков) используют термопреобразовательные элементы (ТПЭ) - термокаталитические или полупроводниковые (Е.Ф.Карпов, Б.И.Басовский "Контроль проветривания и дегазации в угольных шахтах”, М., Недра, 1994, 18-20 с.).

Известен прибор и способ измерения концентрации горючих газов с применением ТПЭ, заключающийся в пропускании заданного тока через сенсор, помещении сенсора в атмосферу чистого воздуха, настройке прибора в “нулевое” положение, последующем помещении сенсора в анализируемую атмосферу. При этом различают два режима работы прибора:

- в непрерывном режиме (например, сигнализатор загазованности атмосферы);

- в эпизодическом режиме, т.е. использование прибора от случая к случаю.

В непрерывном режиме работы сенсор постоянно находится под установленным рабочим током, т.е. находится в нагретом до определенной температуры состоянии. Согласно существующих теорий поверхность твердого материала сенсора способна адсорбировать газы по-разному в зависимости от температуры. Нагретые поверхности десорбируют газы, которые на них адсорбировались при низких температурах. Поэтому, в нерабочем состоянии сенсор прибора, работающего в эпизодическом режиме, набирает на себя большее или меньшее количество различных газов, в т.ч. и горючих газов (А.А.Жуховицкий, Л.А.Шварцман “Физическая химия”, изд. Металлургия, М., 1968, с.294.; И.А.Кировская “Адсорбционные процессы”, изд. Иркутский университет, 1995, с.12-18).

При подаче на сенсор номинального рабочего тока и нагрева тела сенсора происходит частичная десорбция газов, а также выгорание горючих газов.

Только после этого сенсор приходит в нормальное состояние и возможна настройка прибора (на "нуль", по пределам измерения и т.п.). Однако в ряде случаев на настройку уходит много времени, что является большим недостатком.

Кроме того, прибор, работающий в эпизодическом режиме, может претерпевать многократные включения (в смену, в день), а каждое включение подвергает сенсор токовым нагрузкам, сокращающим срок службы сенсора. Это связано с тем, что электрическое сопротивление сенсора в момент включения резко меняется за короткий промежуток времени (0,1-0,3 с), т.к. электрическое сопротивление зависит от температуры сенсора: R=R_о(l+Lt), где: R_о - сопротивление сенсора при температуре 0°С; L - температурный коэффициент сопротивления (ТКС), 1/°С; t - температура рабочего тела сенсора (Е.Ф.Карпов, Б.И.Басовский "Контроль проветривания и дегазации в угольных шахтах", М., "Недра", 1994, с 50-51).

В ТПЭ обычно применяют нагреватели из платиновой проволоки и температура тела сенсора может изменяться в диапазоне от температуры окружающей среды (15-35)°С до максимальной температуры нагрева (550°С). Поэтому, как из расчета, так и из практики следует, что электрическое сопротивление в момент включения сенсора мало, а начальный импульс рабочего тока в момент включения превышает установившееся значение в 3-5 раз, что в ряде случаев ведет к сгоранию нагревательного элемента сенсора за счет возникновения термически напряженного участка в месте выхода провода нагревателя из тела ТПЭ. Например, при диаметре провода нагревателя 0,02 мм термическая напряженность за счет перепада температур в этом месте от минимальной до максимальной (от 15 до 550°С) будет характерна для участка длины провода, равного 60-65 диаметрам (1,2 мм) (Е.Ф.Карпов, Б.И.Басовский "Контроль проветривания и дегазации в угольных шахтах", М.: Недра, 1994, с.46-47).

Задачей изобретения является уменьшение времени стабилизации нулевого положения схемы и повышение срока службы сенсора.

Поставленная задача решается тем, что в способе измерения содержания горючего газа, включающем пропускание номинального значения электрического тока через сенсор, помещение сенсора в чистый воздух, настройку схемы в нулевое положение, помещение сенсора в среду с анализируемым газом и измерение процентного содержания горючего газа в этой среде при эпизодической работе прибора перед настройкой через сенсор пропускают постепенно увеличивающийся электрический ток от 0 до значения, превышающего ток номинального паспортного значения за время, позволяющее свести к минимуму настройку прибора, после чего автоматически переходят на номинальный ток питания сенсора.

Предлагаемый способ поясняется чертежом, где:

ТПЭ - термокаталитический или полупроводниковый элемент;

ИП - источник питания;

ГОНИ - генератор одиночных плавно нарастающих импульсов.

Для решения поставленной задачи авторы предлагают перед каждым измерением в приборах с эпизодическим режимом работы сенсор подвергать прогреву постепенно нарастающим током от 0 до значения, превышающего номинальное паспортное его значение. Для этого в конструкцию прибора вводят генератор одиночных плавно нарастающих импульсов (ГОНИ), что позволяет исключить броски тока через сенсор и исключить предпосылки сгорания нагревателя сенсора в момент включения прибора. Кроме того, предварительный прогрев сенсора прибора с небольшим перегревом производит очистку поврхности ТПЭ сенсора от адсорбирующихся на нем газов в нерабочие промежутки времени эксплуатации прибора и уменьшает время установления "нуля" прибора или уменьшает "сползание нуля". При этом сенсор перед каждым новым циклом измерений вначале питается от ГОНИ, а затем автоматически переводится на питание от обычного блока питания.

Пример 1. Ток через сенсор, %, от номинального:

От блока питания: через 0,1 с - 350%, через 0,6 с - 100%;

От ГОНИ: через 0,1 с - 0, через 0,6 с - 100%.

Пример 2. Измеряли время, необходимое для стабилизации нулевого положения прибора, в различных условиях эксплуатации после перерыва в работе прибора в помещении без изоляции сенсора от атмосферы помещения (в процентах изменения тока через сенсор от номинального паспортного значения.).

Результаты даны в таблице.