РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ |
(19)
RU
(11)
(13)
C1
|
|||||
|
||||||
| Статус: | не действует (последнее изменение статуса: 02.07.2021) |
| Пошлина: | учтена за 4 год с 13.12.2014 по 12.12.2015. Возможность восстановления: нет. |
|
(21)(22) Заявка: 2011150579/28, 12.12.2011 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 12.12.2011 (45) Опубликовано: 27.05.2013 Бюл. № 15 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1767405 A1, 07.10.1992. RU 2119663 C1, 27.09.1998. RU 2210762 C2, 20.08.2003. DE 344698 A, 11.07.1985. DE 2816104 A1, 19.07.1979. EP 0608122 A2, 27.07.1994. Адрес для переписки: |
(72) Автор(ы):
(73) Патентообладатель(и):
|
(54) ТЕРМОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК
(57) Реферат:
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.%. Термохимический датчик содержит измерительную схему из рабочего и сравнительного элемента, каждый из которых выполнен в виде резистора, изготовленного в виде нагревательной спирали, запеченной внутри пористого носителя, в рабочем элементе которого пористый носитель покрыт каталитически активным слоем, а в сравнительном элементе пористый носитель покрыт каталитически неактивным слоем, в рабочем элементе между пористым носителем и каталитически активным слоем находится промежуточный слой состава BaO(CeO)0,9(Nd2O3)0,1, а в качестве материала каталитически активного слоя используется состав (La2O3)0,6(SrO)0,4MnO2. 3 табл., 1 ил.
Изобретение относится к газовому анализу и может быть использовано в газоанализаторах для определения концентрации водородсодержащих горючих газов в окружающей среде.
Известен термохимический газоанализатор (патент RU №2119663), содержащий рабочий (чувствительный) элемент в виде спирали, запеченной внутри пористого носителя, обработанного катализатором и установленного в держателе, в качестве держателя используется диэлектрическая подложка с размещенным на ней пленочным нагревателем, выполняющим функцию компенсации изменений температуры окружающей среды. Недостатком данного технического решения является малый диапазон измерения концентрации горючих газов, максимальное значение диапазона не превышает 10 об.%. При увеличении процентного содержания горючего газа в окружающей среде проявляется нестабильность выходных характеристик.
Наиболее близким аналогом является конструкция термохимического датчика (а.с. SU №1767405), содержащего измерительную схему из резисторов, покрытого катализатором рабочего и каталитически неактивного сравнительного чувствительных элемента, выполненных из нагревательной спирали, которая запечена внутри пористого носителя. Рабочий элемент покрыт катализатором, состоящим из оксидов кобальта и алюминия, сравнительный элемент покрыт каталитически неактивным составом из оксидов кобальта, меди и хрома. Такой состав позволяет улучшить избирательность датчика по отношению к водороду в присутствии других горючих газов. К недостаткам этой конструкции можно отнести малый диапазон измерения концентрации водорода: термохимический датчик не определяет процент содержания газа, превышающий 10 об.%; а также неспособность реагировать на присутствие водорода в бескислородной среде с небольшим процентным содержанием других горючих газов.
Целью изобретения является расширение диапазона измерения концентрации водородсодержащих горючих газов до 100 об.%.
Поставленная цель достигается тем, что термохимический датчик содержит измерительную схему из рабочего и сравнительного элемента, каждый из которых выполнен в виде резистора постоянного сопротивления, изготовленного в виде нагревательной спирали, запеченной внутри пористого носителя, в рабочем элементе которого пористый носитель покрыт каталитически активным слоем, а в сравнительном элементе пористый носитель покрыт каталитически неактивным слоем, в рабочем элементе между пористым носителем и каталитически активным слоем находится промежуточный слой состава BaO(CeO)0,9(Nd2O3)0,1, а в качестве материала каталитически активного слоя используется состав (La2O3)0,6(SrO)0,4MnO2.
Особенностью термохимического датчика является то, что материал промежуточного слоя обладает протонной проводимостью, а материал каталитически активного слоя является катализатором двух типов реакций: реакции разложения водородсодержащего горючего газа на составляющие его элементы, в том числе и на ионы H2 (протоны), и реакции окисления элементов горючего газа. Ионы водорода диффундируют в промежуточный слой, повышая его проводимость.
Конструкция термохимического датчика представлена на фиг.1. На установочную платформу 1 с закрепленной на ней разделительной перегородкой из слюды 2 крепятся рабочий 3 и сравнительный 4 элементы. Элементы крепятся к проволочным выводам 5, вмонтированным в установочную платформу. Защитный колпачок 6 из пористого материала защищает датчик от механических повреждений извне, не препятствуя прохождению горючих газов.
Рабочий 3 и сравнительный 4 элементы содержат платиновые спирали 7. Спираль каждого элемента запечена внутри пористого носителя 8 из оксида алюминия Al2O3. Промежуточный слой 9 рабочего элемента состава BaO(CeO)0,9(Nd2O3)0,1 нанесен на пористый носитель. Данный состав промежуточного слоя является оптимальным с точки зрения протонной (ионной) проводимости, которая достигает 10 mSm/cm (600°C) и 20 mSm/cm (800°C) (F.Chen, O.T.Sorensen, G.Meng, D.Peng. Preparation of Nd-doped barium cerate through different routes. Solid State Ionics v.100, 1997, p.63-72). Промежуточный слой покрыт каталитически активным слоем 10 состава (La2O3)0,6(SrO)0,4MnO2. Сравнительный элемент датчика поверх пористого носителя 8 из оксида алюминия Al2O3 покрыт каталитически неактивным составом - оксидом кремния SiO2. Промежуточный слой наносится из растворов азотнокислых солей бария, церия и неодима с последующим отжигом. Слой катализатора приготавливают из растворов азотнокислых солей лантана, стронция и марганца, наносят на рабочий элемент поверх промежуточного слоя с последующим отжигом.
Датчик работает следующим образом. На выводы, соединенные с платиновой спиралью, подается рабочее напряжение, температура элемента достигает рабочей Тр (300-500°C). При наличии в окружающей среде регистрируемого газа на рабочем элементе происходит сначала реакция разложения водородсодержащего газа на образующие его элементы, включая ионы водорода, часть которых проникает в промежуточный слой, повышая его протонную проводимость, и затем идет реакция окисления элементов горючего газа с выделением тепла. После повышения температуры увеличивается сопротивление платиновой спирали, а сопротивление промежуточного слоя уменьшается.
Изменение напряжения на чувствительном элементе в зависимости от концентрации регистрируемого газа фиксируется схемой обработки сигнала. Выходной сигнал термохимического датчика является суммой двух сигналов: сигнала, обусловленного уменьшением сопротивления рабочего элемента за счет увеличения протонной проводимости промежуточного слоя, и сигнала, обусловленного увеличением сопротивления рабочего элемента за счет увеличения сопротивления платиновой спирали из-за повышения температуры вследствие окисления элементов горючего газа. Во всем диапазоне измерения концентрации водородсодержащего горючего газа от 0 до 100 об.% данные механизмы обеспечивают понижение сопротивления рабочего элемента. Включение датчика в мостовую схему обеспечивает независимость выходного сигнала датчика от температуры окружающей среды.
В таблицах 1-3 представлены зависимости выходного сигнала датчика от концентрации водородосодержащего газа (метан, водород, пропан) в диапазоне от 0 до 100 об.%
| Таблица 1 | |||||||||||||
| Чувствительность к метану (CH4) | |||||||||||||
| Концентрация анализируемого газа, об.% | 0 | 0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 3 | 5 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Выходной сигнал датчика, мВ | 0 | 8 | 12 | 17 | 21 | 28 | 37 | 51 | 71 | 129 | 182 | 224 | 277 |
| Таблица 2 | |||||||||||||
| Чувствительность к водороду (Н2) | |||||||||||||
| Концентрация анализируемого газа, об.% | 0 | 0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 3 | 5 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Выходной сигнал датчика, мВ | 0 | 11 | 15 | 21 | 24 | 30 | 39 | 58 | 79 | 142 | 192 | 238 | 296 |
| Таблица 3 | |||||||||||||
| Чувствительность к пропану (С3Н8) | |||||||||||||
| Концентрация анализируемого газа, об.% | 0 | 0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 3 | 5 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Выходной сигнал датчика, мВ | 0 | 6 | 10 | 13 | 18 | 24 | 31 | 44 | 65 | 109 | 163 | 213 | 259 |
Преимуществом заявляемой конструкции можно назвать простоту изготовления датчика, способность определения концентрации водородсодержащих горючих газов в бескислородной среде.
Формула изобретения
Термохимический датчик, содержащий измерительную схему из рабочего и сравнительного элемента, каждый из которых выполнен в виде резистора, изготовленного в виде нагревательной спирали, запеченной внутри пористого носителя, в рабочем элементе которого пористый носитель покрыт каталитически активным слоем, а в сравнительном элементе пористый носитель покрыт каталитически неактивным слоем, отличающийся тем, что в рабочем элементе между пористым носителем и каталитически активным слоем находится промежуточный слой состава BaO(CeO)0,9(Nd2O3)0,1, а в качестве материала каталитически активного слоя используется состав (La2O3)0,6(SrO)0,4MnO2.
ИЗВЕЩЕНИЯ
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 13.12.2015
Дата публикации: 27.07.2016