детектор химически активных газов (его варианты)

Формула изобретения

1. Детектор химически активных газов, содержащий помещаемую в исследуемую газовую смесь подложку с нанесенным на одну ее сторону слоем катализатора, подвешенную на измерителе силы, и регистратор силы, отличающийся тем, что параллельно подложке на расстоянии, меньшем ее ширины, расположена вторая подложна с катализатором, идентичная первой, при этом слои катализатора расположены со сторон, противоположных тем, которыми подложки обращены друг к другу.

2. Детектор по п.1, отличающийся тем, что измеритель силы выполнен в виде держателя первой подложим с осью вращения и противовесом, пьезоэлемента, расположенного между осью вращения и противовесом в контакте с держателем подложки, усилителя электрического сигнала пьезоэлемента и прибора для регистрации этого сигнала.

3. Детектор химически активных газов, содержащий помещаемые в исследуемую газовую смесь катализатор и подложку, подвешенную на измерителе силы, и регистратор силы, отличающийся тем, что на подложке закреплены теплоизолятор, на поверхности которого нанесен слой указанного катализатора, и радиатор из пластин, расположенных перпендикулярно подложке.

4. Детектор по п.3, отличающийся тем, что измеритель силы выполнен в виде держателя подложки с осью вращения и противовесом, пьезоэлемента, расположенного между осью вращения и противовесом в контакте с держателем подложки, усилителя электрического сигнала пьезоэлемента и прибора для регистрации этого сигнала.

5. Детектор по п. 3 или 4, отличающийся тем, что теплоизолятор выполнен в виде вакуумного баллона.

6. Детектор по п. 3 или 4, отличающийся тем, что теплоизолятор выполнен в виде стопки параллельных пластин, расположенных друг от друга на расстоянии, меньшем длины свободного пробега молекул газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам автоматического контроля за составом газовых потоков, скоростью гетерогенных химических реакций и состоянием поверхности катализаторов и может применяться в системах управления технологическими установками синтеза или разложения газообразных веществ.

Известны массанализаторы и хроматографы устройства для определения состава газовых смесей (см. ФЭС. Советская энциклопедия. М. 1962, т.3, с. 146; т.5, с. 381).

Их недостатками являются сложность, громоздкость и высокая стоимость оборудования.

Наиболее близким техническим решением можно считать детектор атомарного водорода, состоящий из измерителя силы в виде кварцевой пружины и подложки с нанесенным слоем катализатора, помещенной в газ (см. Хим. физика, 1990, т. 9, N 5, с.603).

Его недостатками являются низкая чувствительность (малая величина измеряемой силы), трудоемкость и сложность измерений (по данным визуальных наблюдений).

Техническая задача изобретения состоит в разработке высокочувствительного устройства для автоматического контроля за изменением состава газовых потоков, скорости гетерогенных химических реакций и состояния поверхности катализаторов.

Для решения задачи в исследуемую газовую смесь помещена подложка с нанесенным на одну ее сторону слоем катализатора, подвешенная на измерителе силы, и регистратор силы; параллельно подложке на расстоянии, меньшем ее ширины, расположена вторая подложка с катализатором, идентичная первой, при этом слои катализатора расположены со сторон, противоположных тем, которыми подложки обращены друг к другу. Измеритель силы выполнен в виде держателя первой подложки с осью вращения и противовесом, пьезоэлемента, расположенного между осью вращения и противовесом в контакте с держателем подложки, усилителя электрического сигнала пьезоэлемента и прибора для регистрации этого сигнала.

По второму варианту на подложке закреплены теплоизолятор, на поверхности которого нанесен слой указанного катализатора и радиатор из пластин, расположенных перпендикулярно подложке. Измеритель силы выполнен в виде держателя подложки с осью вращения и противовесом, пьезоэлемента, расположенного между осью вращения и противовесом в контакте с держателем, усилителя электрического сигнала пьезоэлемента и прибора для регистрации этого сигнала. Теплоизолятор выполнен в виде вакуумного баллона. По другому варианту теплоизолятор выполнен в виде стопки параллельных пластин, расположенных друг от друга на расстоянии, меньшем длины свободного пробега молекул газа.

Устройство (фиг. 1) содержит подложку 1 со слоем катализатора 2, держатель подложки 3 с осью вращения 4 и противовесом 5, выступ 6, пьезоэлемент 7, усилитель электрического сигнала пьезоэлемента 8, регистрирующий прибор 9, вторую подложку с катализатором 10 и ее держатели 11. По второму варианту (фиг. 2): радиатор 12 и теплоизолятор 13 в виде вакуумного баллона (а), стопки пластин с выступами 14 (б) или слоя материала (в).

В качестве катализатора используют металл (серебро, никель, железо и др. ) в виде спрессованного или спеченного порошка. Подложки 1 и 10, держатели 3 и 11, радиатор 12 и теплоизолятор 13 (фиг. 1 и 2) изготавливают из материалов, не являющихся катализаторами гетерогенной химической реакции, либо покрывают слоем пассивирующего вещества (стекло, тефлон и др.). В качестве материала теплоизоляции (фиг. 2в) могут быть использованы, например, перлит, аэрогель кремниевой кислоты и др. обладающие рекордно низкими значениями коэффициента теплопроводности (см. ФЭС. Советская энциклопедия. М. 1966, т.5, с. 147).

При протекании на поверхности катализатора гетерогенной химической реакции газ действует на подложку с силой, пропорциональной скорости реакции и пропорциональной объемным плотностям реагирующих молекул (см. Поверхность, 1993, N 11, с. 122). В связи с выделением на поверхности катализатора теплоты реакции и изменением его температуры возникают переносимые газом от верхней и нижней поверхностей подложки тепловые потоки; величина силы, действующей на подложку, зависит от разницы этих тепловых потоков. Благодаря ослаблению теплового потока от нижней поверхности подложки с помощью введенной второй подложки с катализатором, расположенной под первой, параллельно ей, или (по второму варианту) с помощью теплоизолятора, введенного между слоем катализатора и подложкой, и введенного радиатора, присоединенного к подложке, сила, действующая со стороны газа на подложку, резко возрастает. Применение пьезоэлектрического преобразователя для измерения этой силы обеспечивает увеличение чувствительности детектора на несколько порядков, а также автоматизацию процесса измерений.

Достоинствами предложенного устройства являются высокая чувствительность, универсальность, простота конструкции, компактность и экономичность, работа устройства в автоматическом режиме и возможность его использования в качестве датчика в автоматизированных системах управления технологическими процессами.