RU2639740C1 - Способ определения концентрации компонента в двухкомпонентной газовой смеси - Google Patents
Способ определения концентрации компонента в двухкомпонентной газовой смеси Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639740C1 RU2639740C1 RU2017105240A RU2017105240A RU2639740C1 RU 2639740 C1 RU2639740 C1 RU 2639740C1 RU 2017105240 A RU2017105240 A RU 2017105240A RU 2017105240 A RU2017105240 A RU 2017105240A RU 2639740 C1 RU2639740 C1 RU 2639740C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- component
- gas mixture
- thermal conductivity
- concentration
- controlled
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 229940125368 controlled substance Drugs 0.000 description 2
- 239000000599 controlled substance Substances 0.000 description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
- G01N27/18—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by changes in the thermal conductivity of a surrounding material to be tested
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
- G01N30/64—Electrical detectors
- G01N30/66—Thermal conductivity detectors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Предлагаемый способ относится к области информационно-измерительной техники и может быть использован для предотвращения пожаров на объектах энергетики и других отраслей промышленности. Предложен способ определения концентрации компонента в двухкомпонентной газовой смеси, помещенной в измерительной камере, основанный на использовании теплопроводности контролируемой газовой смеси, сначала вычисляют массу m контролируемого компонента в газовой смеси по формулеm=ρ v(λ+λ-λ)/λ,где ρ - плотность контролируемого компонента, v- объем камеры, λ- теплопроводность первого компонента, λ- теплопроводность второго контролируемого компонента, λ- теплопроводность газовой смеси. Затем с учетом массы одной молекулы контролируемого второго компонента, определяют концентрацию искомого параметра. Технический результат - повышение точности измерения концентрации компонента в двухкомпонентной газовой смеси. 1 ил.
Description
Предлагаемый способ относится к области информационно-измерительной техники и может быть использован для предотвращения пожаров на объектах энергетики и других отраслей промышленности.
Известна система, реализующая способ пожарного мониторинга на объектах энергетики с использованием термомагнитных газоанализаторов кислорода (см. Зыков В.И., Крупин М.В., Левчук М.С. и др. Система пожарного мониторинга на объектах энергетики с использованием термомагнитных газоанализаторов кислорода // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. - 2012. - №3. - С. 64-70). Данная система содержит рабочий (для детектирования контролируемого параметра смеси) и сравнительный (для компенсации погрешностей, вызванных неконтролируемым параметром смеси) элементы, представляющие собой полые спирали. Сравнительный чувствительный элемент размещается в том месте смеси, где нет искусственного магнитного поля, а рабочий чувствительный - там, где есть термомагнитная конвекция смеси (наличие магнитного поля). Чувствительные элементы соединяются по уравновешиваемой мостовой схеме. В рассматриваемом случае из-за термомагнитной конвекции изменяется температура рабочего чувствительного элемента, что в свою очередь приводит к изменению его сопротивления. В результате из-за разбаланса измерительного моста на его выходе возникает сигнал, по величине которого можно судить о концентрации кислорода в анализируемой газовой среде.
Недостатком этой известной системы мониторинга можно считать невысокую точность измерения из-за влияния температуры окружающей среды на вторичную цепь измерения сопротивлений спиралей.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому способу является принятый автором за прототип газоанализатор, реализующий способ определения процентного содержания компонента газовой смеси (см. Информационно-измерительная техника и электроника. Учебник. Под редакцией Г.Г. Раннева. Издательство «Академия», 2007, с. 391), принцип действия которого основан на изменении сопротивления проводника в зависимости от теплопроводности смеси двух газов. В этом способе на основе измерения теплопроводности газовой смеси сопротивлением чувствительного элемента (теплового преобразователя) с учетом известного процентного содержания одного компонента смеси и теплопроводности этого же компонента, можно вычислить процентное содержание второго компонента смеси.
Недостатком данного способа является невысокая точность измерения из-за отсутствия информации об объеме, занимаемом контролируемым компонентом в измерительной камере.
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности измерения концентрации компонента в двухкомпонентной газовой смеси.
Технический результат достигается тем, что в способе определения концентрации компонента в двухкомпонентной газовой смеси, помещенной в измерительной камере, основанный на использовании теплопроводности контролируемой газовой смеси, сначала вычисляют массу m контролируемого компонента в газовой смеси по формуле
m=ρ vк (λсм1+λсм2-λсм12)/λсм2,
где ρ - плотность контролируемого компонента, vк - объем камеры, λсм1 - теплопроводность первого компонента, λсм2 - теплопроводность второго контролируемого компонента, λсм12 - теплопроводность газовой смеси, и затем с учетом массы одной молекулы контролируемого второго компонента, определяют концентрацию искомого параметра.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что измерение объема второго компонента в двухкомпонентной газовой смеси через ее теплопроводность дает возможность определить концентрацию контролируемого компонента в газовой смеси.
Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу определения концентрации компонента в двухкомпонентной газовой смеси на основе измерения объема второго компонента через теплопроводность газовой смеси с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности измерения.
На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения концентрации.
Устройство содержит измерительную камеру 1, проволоку 2, термопару 3, усилитель 4, измеритель напряжения 5, блок преобразования 6 и блок ввода 7. Способ работает следующим образом. Наличие в измерительной камере двухкомпонентной газовой смеси и разогретой проволоки обусловливает теплообмен в камере. В рассматриваемом случае теплообмен осуществляется путем теплопроводности самой газовой среды. Как известно при теплообмене в зависимости от теплоотдачи температура проволоки изменяется. В соответствии с этим, если теплопроводность данной газовой смеси будет меняться, то будет меняться температура разогретой проволоки. Следовательно, при изменении теплопроводности газовой смеси по величине изменения температуры проволоки при постоянном значении тока, протекающего через проволоку, можно судить о теплопроводности газовой среды. Для теплопроводности двухкомпонентной газовой смеси, состоящей из двух газов, например, не вступающих в реакцию друг с другом, можно записать
где λсм12, λсм1, λсм2 - соответственно теплопроводности смеси и компонентов; a - и b - процентное содержание компонентов смеси.
Из приведенной выше формулы видно, что если измерить теплопроводность данной двухкомпонентной газовой смеси λсм12, то при известных значениях теплопроводностей компонентов можно вычислить процентное содержание одного (при известном процентном содержании второго компонента) из компонентов газовой смеси. В силу этого формулу (1) можно переписать как
Зная процентное содержание одного компонента в газовой смеси, можно вычислить объем, занимаемый этим компонентом в измерительной камере. Пусть объем измерительной камеры Vк, а объем, занимаемый искомым компонентом в измерительной камере, например кислородом, Vкис. Тогда для процентного содержания кислорода а в измерительной камере с учетом объемов Vк и Vкис можно записать, что
a=(Vкис/Vк)100.
Если значение а из последней формулы подставить в формулу (2), то получим Vкис=Vк(λсм1+λсм2-λсм12)/λсм2.
Из полученной формулы видно, что при известных значениях теплопроводностей компонентов и объема измерительной камеры измерением электропроводности газовой смеси можно вычислить объем искомого компонента в камере.
Согласно предлагаемому способу измерение объема искомого компонента через электропроводность газовой смеси дает возможность далее вычислить массу искомого компонента в газовой смеси. Для этого необходимо знать плотность контролируемого компонента. После этого по известной плотности материала (компонента) и известному объему данного материала можно вычислить массу материала. Следовательно, зная массу одной молекулы материала (из таблиц, например, для кислорода) и общую массу кислорода в объеме Vкис, можно рассчитать концентрацию материала в измерительной камере.
В данном способе определение массы материала через электропроводность газовой смеси можно осуществить измерением температуры разогретой проволоки.
Устройство, реализующий предлагаемый способ, работает следующим образом. Помещенная двухкомпонентная газовая смесь в измерительную камеру 1 посредством проволоки 2 разогревается. При теплообмене за счет электропроводности газовой смеси температура проволоки изменятся (значение тока, прошедшего через проволоку, остается постоянным) в зависимости от изменения электропроводности смеси. Так как электропроводность данной смеси напрямую зависит от концентрации (массы) одного компонента (при постоянной величине концентрации (массы) второго компонента), то измерив температуру проволоки, можно получить информацию об искомом параметре. В рассматриваемом способе для измерения температуры проволоки используется термопара 3. Выходной сигнал термопары (термоЭДС) далее усиливается в усилителе 4 и поступает на вход измерителя напряжения 5. После этого напряжение последнего подается на первый вход блока преобразования 6. Одновременно на второй вход блока преобразования с выхода блока ввода 7 подается сигнал, соответствующий массе одной молекулы, определяется концентрация контролируемого вещества (компонента) в двухкомпонентной газовой смеси.
Таким образом, согласно предлагаемому способу измерение массы одного компонента в двухкомпонентной газовой смеси с дальнейшей поправкой массы одной молекулы контролируемого вещества можно определить концентрацию искомого компонента в двухкомпонентной газовой смеси.
Предлагаемый способ успешно может быть использован для предотвращения пожаров на объектах энергетики и других отраслей промышленности.
Claims (3)
- Способ определения концентрации компонента в двухкомпонентной газовой смеси, помещенной в измерительной камере, основанный на использовании теплопроводности контролируемой газовой смеси, отличающийся тем, что сначала вычисляют массу m контролируемого компонента в газовой смеси по формуле
- m=ρVк(λсм1+λсм2-λсм12)/λсм2,
- где ρ - плотность контролируемого компонента, vк - объем камеры, λсм1 - теплопроводность первого компонента, λсм2 - теплопроводность второго контролируемого компонента, λсм12 - теплопроводность газовой смеси, и затем с учетом массы одной молекулы контролируемого второго компонента определяют концентрацию искомого параметра.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017105240A RU2639740C1 (ru) | 2017-02-17 | 2017-02-17 | Способ определения концентрации компонента в двухкомпонентной газовой смеси |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017105240A RU2639740C1 (ru) | 2017-02-17 | 2017-02-17 | Способ определения концентрации компонента в двухкомпонентной газовой смеси |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2639740C1 true RU2639740C1 (ru) | 2017-12-22 |
Family
ID=63857513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017105240A RU2639740C1 (ru) | 2017-02-17 | 2017-02-17 | Способ определения концентрации компонента в двухкомпонентной газовой смеси |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2639740C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU274482A1 (ru) * | ||||
| SU1670557A1 (ru) * | 1988-12-13 | 1991-08-15 | Rozanov German R | Способ анализа газовоздушной смеси при каротажных работах |
| WO2001027604A1 (de) * | 1999-10-13 | 2001-04-19 | Grunewald Axel Ulrich | Verfahren und einrichtung zur bestimmung der gaskonzentrationen in einem gasgemisch |
| RU2255333C1 (ru) * | 2003-11-11 | 2005-06-27 | Северо-Кавказский государственный технический университет | Способ определения объемной доли оксида азота (i) в газовых смесях |
| US20120073357A1 (en) * | 2010-09-29 | 2012-03-29 | Thermo Electron Led Gmbh | Method For Determining Gas Concentrations in a Gas Mixture Based on Thermal Conductivity Measurements With Correction of Measured Values |
| RU2568934C1 (ru) * | 2014-05-29 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" | Термокондуктометрический анализатор концентрации компонентов газовой смеси |
-
2017
- 2017-02-17 RU RU2017105240A patent/RU2639740C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU274482A1 (ru) * | ||||
| SU210466A1 (ru) * | Способ определения концентрации газа | |||
| SU1670557A1 (ru) * | 1988-12-13 | 1991-08-15 | Rozanov German R | Способ анализа газовоздушной смеси при каротажных работах |
| WO2001027604A1 (de) * | 1999-10-13 | 2001-04-19 | Grunewald Axel Ulrich | Verfahren und einrichtung zur bestimmung der gaskonzentrationen in einem gasgemisch |
| RU2255333C1 (ru) * | 2003-11-11 | 2005-06-27 | Северо-Кавказский государственный технический университет | Способ определения объемной доли оксида азота (i) в газовых смесях |
| US20120073357A1 (en) * | 2010-09-29 | 2012-03-29 | Thermo Electron Led Gmbh | Method For Determining Gas Concentrations in a Gas Mixture Based on Thermal Conductivity Measurements With Correction of Measured Values |
| RU2568934C1 (ru) * | 2014-05-29 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" | Термокондуктометрический анализатор концентрации компонентов газовой смеси |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2121839C (en) | On-line combustionless measurement of gaseous fuels fed to gas consumption devices | |
| Hammerschmidt et al. | New transient hot-bridge sensor to measure thermal conductivity, thermal diffusivity, and volumetric specific heat | |
| US6489787B1 (en) | Gas detection circuit | |
| CN102165309A (zh) | 发热量计算式制作***、发热量计算式的制作方法、发热量计算***以及发热量的计算方法 | |
| RU2013113171A (ru) | Измерение температуры технологической текучей среды | |
| CA2660896A1 (en) | Universal sensor controller for a thermal anemometer | |
| CN103675217A (zh) | 一种气体检测方法及装置 | |
| CA1316710C (en) | Combustible gas detector having temperature stabilization capability | |
| US2949765A (en) | Measuring circuit for fluid analyzers | |
| CN109564178A (zh) | 发热量测定装置以及方法 | |
| US2596992A (en) | Apparatus for gas analysis | |
| US2565230A (en) | Gas analysis apparatus | |
| RU2639740C1 (ru) | Способ определения концентрации компонента в двухкомпонентной газовой смеси | |
| de Matos et al. | Gas mass-flow meters: Principles and applications | |
| DE60328130D1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum messen der temperatur vonthermischen abstimmelementen in abstimmbaren optischen einrichtungen | |
| CN109991265A (zh) | 一种自调节热导式气体传感器和气体检测装置 | |
| CN207675682U (zh) | 自调节热导式气体传感器和气体检测装置 | |
| JP3114137B2 (ja) | 熱伝導率式ガス濃度分析計 | |
| RU2250455C1 (ru) | Способ измерения концентрации метана и/или водорода | |
| US6112576A (en) | Gas analyzer with background gas compensation | |
| Codreanu et al. | Experimental set-up for the measurement of the thermal conductivity of liquids | |
| TWI696835B (zh) | 利用氣體密度感測器對氣體混合物組成進行測量與控制之方法與裝置 | |
| RU2613596C1 (ru) | Устройство для определения концентрации кислорода | |
| Štofanik et al. | RT-Lab-the Equipment for measuring thermophysical properties by transient methods | |
| RU2608979C2 (ru) | Газоанализатор |