RU2510499C1 - Methane concentration measurement and device to this end - Google Patents
Methane concentration measurement and device to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2510499C1 RU2510499C1 RU2012146193/28A RU2012146193A RU2510499C1 RU 2510499 C1 RU2510499 C1 RU 2510499C1 RU 2012146193/28 A RU2012146193/28 A RU 2012146193/28A RU 2012146193 A RU2012146193 A RU 2012146193A RU 2510499 C1 RU2510499 C1 RU 2510499C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- working
- sensor
- comparator
- methane
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании автоматических приборов контроля концентрации метана и некоторых других горючих газов в атмосфере горных выработок и шахт.The invention relates to measuring technique and can be used to create automatic devices for monitoring the concentration of methane and some other combustible gases in the atmosphere of mine workings and mines.
Уровень техникиState of the art
Среди способов измерения концентрации метана в рудничной атмосфере наибольшее распространение получили два: термохимический (термокаталитический) для измерения малых, т.н. довзрывных концентраций (от 0 до 5%) и термокондуктометрический для измерения более высоких концентраций (до 100%). На основе этих способов реализовано большинство измерителей метана для шахт и других производств.Among the methods for measuring the concentration of methane in the mine atmosphere, two are most widely used: thermochemical (thermocatalytic) for measuring small, so-called pre-explosive concentrations (from 0 to 5%) and thermoconductometric for measuring higher concentrations (up to 100%). Based on these methods, most methane meters for mines and other industries are implemented.
Термокаталитический способ основан на беспламенном сжигании (окислении) горючего газа на поверхности каталитически активного элемента, нагретого до соответствующей температуры, и измерении выделившегося при этом тепла, пропорционального концентрации горючего газа (см. кн. Карпов Е.Ф., Басовский Б.И. Контроль проветривания и дегазации в угольных шахтах. М.: Недра, 1994 г., стр.18-26).The thermocatalytic method is based on the flameless combustion (oxidation) of combustible gas on the surface of a catalytically active element heated to the appropriate temperature, and the measurement of the heat generated in this case, proportional to the concentration of the combustible gas (see prince Karpov E.F., Basovsky B.I. Control ventilation and degassing in coal mines. M: Nedra, 1994, pp. 18-26).
Известные устройства измерения, основанные на упомянутом способе, включают мостовую измерительную схему, в одно плечо которой включен каталитически активный (иначе - рабочий) элемент. В смежное плечо моста включен компенсационный (иначе - сравнительный) элемент, который по своим характеристикам и конструктивному исполнению аналогичен рабочему и отличается от него только отсутствием каталитически активного покрытия. Сравнительный элемент служит для компенсации изменения окружающей температуры, давления и прочих неизмеряемых параметров атмосферы. Рабочий и сравнительный элемент составляют термокаталитический сенсор, питаемый от источника стабилизированного напряжения.Known measuring devices based on the aforementioned method include a bridge measuring circuit, in one arm of which a catalytically active (otherwise, working) element is included. A compensating (otherwise, comparative) element is included in the adjacent shoulder of the bridge, which in its characteristics and design is similar to the worker and differs from it only in the absence of a catalytically active coating. The comparative element serves to compensate for changes in ambient temperature, pressure and other unmeasured atmospheric parameters. The working and comparative element constitute a thermocatalytic sensor powered by a stabilized voltage source.
Окисление горючего газа на поверхности каталитически активного элемента приводит к повышению температуры последнего и, как следствие, изменению его сопротивления, что нарушает баланс моста, и в измерительной диагонали возникает ток, пропорциональный концентрации горючего газа.Oxidation of combustible gas on the surface of a catalytically active element leads to an increase in the temperature of the latter and, as a result, a change in its resistance, which disrupts the balance of the bridge, and a current proportional to the concentration of combustible gas appears in the measuring diagonal.
Недостатком упомянутых устройств и термокаталитического способа является возможность измерения только низких, от 0 до 5% по объему, концентраций метана, что обусловлено возникающим в камере с течением реакции недостатком кислорода для полного окисления метана, и погрешностью нелинейности, присущей мостовой схеме.The disadvantage of the mentioned devices and the thermocatalytic method is the ability to measure only low, from 0 to 5% by volume, methane concentrations, which is caused by the lack of oxygen in the chamber during the course of the reaction for the complete oxidation of methane, and the nonlinearity error inherent in the bridge circuit.
Термокондуктометрический способ измерения основан на зависимости теплопроводности газовой, в частности метано-воздушной, смеси от концентрации горючего компонента.The thermoconductometric measurement method is based on the dependence of the thermal conductivity of the gas, in particular methane-air, mixture on the concentration of the combustible component.
В известных термокондуктометрических газоанализаторах определение концентрации газа осуществляется путем сравнения теплопроводностей анализируемой газовой смеси, поступающей в рабочую камеру, и эталонной газовой смеси постоянного состава, заполняющей герметично закрытую сравнительную камеру. В камерах размещены рабочий и сравнительный преобразовательные элементы (терморезисторы), образующие термокондуктометрический сенсор, включенный в мостовую измерительную схему, питаемую стабильным напряжением (книга Карпов Е.Ф., Басовский Б.И. Контроль проветривания и дегазации в угольных шахтах. М.: Недра, 1994 г., стр.85-86).In known thermoconductometric gas analyzers, gas concentration is determined by comparing the thermal conductivities of the analyzed gas mixture entering the working chamber and a constant gas reference mixture filling the hermetically sealed comparative chamber. The chambers contain working and comparative converting elements (thermistors) that form a thermoconductometric sensor included in a bridge measuring circuit powered by a stable voltage (book by Karpov E.F., Basovsky B.I. Control of ventilation and degassing in coal mines. M .: Nedra 1994, pp. 85-86).
Изменение концентрации горючего газа в анализируемой газовой смеси ведет к изменению теплопроводности последней, что способствует изменению температуры нагрева терморезистора и, как следствие, его электрического сопротивления. Изменение сопротивления рабочего преобразовательного элемента приводит к разбалансу мостовой измерительной схемы, и в измерительной диагонали моста появляется выходной сигнал (по напряжению или току), пропорциональный концентрации анализируемого компонента. Однако при низких концентрациях газов теплопроводность меняется незначительно, что делает неэффективным применение термокондуктометрического способа измерения в этом диапазоне.A change in the concentration of combustible gas in the analyzed gas mixture leads to a change in the thermal conductivity of the latter, which contributes to a change in the heating temperature of the thermistor and, as a consequence, its electrical resistance. A change in the resistance of the working converter element leads to an imbalance of the bridge measuring circuit, and an output signal (voltage or current) proportional to the concentration of the analyzed component appears in the measuring diagonal of the bridge. However, at low gas concentrations the thermal conductivity changes insignificantly, which makes the use of the thermoconductometric measurement method in this range ineffective.
Известны устройства, в которых реализованы оба вышеупомянутых способа измерения. Конструкция устройств включает две мостовых схемы, в одну из которых включен термокаталитический сенсор, а в другую - термокондуктометрический (см. патент на изобретение SU 1022030, МПК G01N 27/14, опубл. 07.06.83 г, или патент DE 102006059566, МПК G01N 27/16, G01N 25/18, опубл. 19.06.2008).Devices are known in which both of the aforementioned measurement methods are implemented. The device design includes two bridge circuits, one of which includes a thermocatalytic sensor, and the other a thermoconductometric sensor (see patent for invention SU 1022030, IPC G01N 27/14, publ. 07.06.83 g, or patent DE 102006059566, IPC G01N 27 / 16, G01N 25/18, publ. 06/19/2008).
Измерения посредством схемы, включающей термокаталитический сенсор, осуществляют при низких довзрывных концентрациях метана, при превышении которых происходит автоматическое переключение прибора на вторую схему измерения с термокондуктометрическим сенсором.Measurements by means of a circuit including a thermocatalytic sensor are carried out at low pre-explosive methane concentrations, above which the device automatically switches to the second measurement circuit with a thermoconductometric sensor.
Использование двух измерительных схем обеспечивает универсальность прибора, т.к. позволяет измерять концентрацию метана в широких пределах от 0 до 100%, однако такие устройства отличаются сложностью и большим числом конструктивных элементов, что отрицательно сказывается на надежности их работы.The use of two measuring circuits provides the versatility of the device, as allows you to measure the concentration of methane over a wide range from 0 to 100%, however, such devices differ in complexity and a large number of structural elements, which negatively affects the reliability of their work.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого способа измерения концентрации метана принят способ, основанный на использовании термокаталитического сенсора, включающего рабочий и сравнительный элементы, размещенные в реакционной камере с естественным диффузионным доступом анализируемой среды (см. патент SU 174819, МПК G01N 27/16, опубл. 07.09.65 г.).As the closest analogue to the proposed method for measuring methane concentration, a method based on the use of a thermocatalytic sensor, including a working and comparative elements placed in a reaction chamber with natural diffusion access of the analyzed medium (see patent SU 174819, IPC G01N 27/16, publ. 07.09.65 g.).
Способ включает нагрев рабочего элемента пропусканием через него тока до температуры, достаточной для полного окисления метана, измерение выходного сигнала и определение концентрации горючего газа на основе измеренной величины. Недостатком способа является ограниченный довзрывными концентрациями диапазон измерений.The method includes heating the working element by passing a current through it to a temperature sufficient to completely oxidize methane, measuring the output signal and determining the concentration of combustible gas based on the measured value. The disadvantage of this method is the limited measurement range for pre-explosive concentrations.
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого устройства принят прибор для измерения концентрации метана (патент SU 174819, МПК: G01N 27/16, опубл. 07.09.65г.), содержащий источник питания и термокаталитический сенсор, включающий рабочий и сравнительный элементы, размещенные в реакционной камере с диффузионным доступом анализируемой среды, а также блок обработки и индикации выходных сигналов сенсора. К недостаткам устройства следует отнести сложность конструкции, обусловленную использованием мостовой измерительной схемы, а также ограниченный низкими концентрациями диапазон измерений.As the closest analogue for the inventive device adopted a device for measuring the concentration of methane (patent SU 174819, IPC: G01N 27/16, publ. 07.09.65), containing a power source and a thermocatalytic sensor, including working and comparative elements placed in the reaction a chamber with diffusion access of the analyzed medium, as well as a processing unit and indication of the sensor output signals. The disadvantages of the device include the design complexity due to the use of a bridge measuring circuit, as well as a limited measurement range.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение диапазона измерений от 0 до 100%.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is to expand the measurement range from 0 to 100%.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в расширении диапазона измерений при одновременном упрощении конструкции устройства и повышении точности измерений.The technical result achieved using the present invention is to expand the measurement range while simplifying the design of the device and increasing the accuracy of the measurements.
Поставленная задача решена, а технический результат достигнут благодаря тому, что в способе измерения концентрации метана, основанном на использовании термокаталитического сенсора, содержащего рабочий и сравнительный элементы, размещенные в реакционной камере с диффузионным доступом анализируемой среды, включающем нагрев рабочего элемента пропусканием через него тока и определение концентрации газа по значению выходного сигнала сенсора, согласно заявляемому изобретению рабочий и сравнительный элементы соединяют последовательно и подключают к стабилизатору постоянного тока, регулируемому внешним сигналом, при включении прибора регулированием тока цепи производят установку заданного начального значения напряжения Uc0 на сравнительном элементе, при котором температура рабочего элемента превышает температуру начала полного окисления метана, после чего значение тока в цепи фиксируют и сохраняют постоянным до выключения прибора, измеряют и запоминают начальное напряжение на рабочем элементе Up0, определение низких концентраций метана осуществляют, используя в качестве выходного сигнала напряжение на рабочем элементе, при этом контролируют напряжение на сравнительном элементе, при достижении последним заданной предельной величины измерения напряжения на рабочем элементе прекращают, а в качестве выходного сигнала для определения концентрации метана используют напряжение на сравнительном элементе до возвращения последнего к предельному значению.The problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that in the method for measuring methane concentration based on the use of a thermocatalytic sensor containing working and comparative elements placed in a reaction chamber with diffusion access of the analyzed medium, including heating the working element by passing current through it and determining gas concentration according to the value of the sensor output signal, according to the claimed invention, the working and comparative elements are connected in series connected to the stabilizer DC, regulated by an external signal, the instrument is switched circuit current regulation make installation predetermined initial voltage value Uc 0 to comparative element, wherein the operating element temperature exceeds the starting temperature of complete oxidation of methane, then fixed and remain constant current circuit until the device is turned off, the initial voltage at the working element Up 0 is measured and stored; low methane concentrations are determined using As the output signal, the voltage on the working element is monitored, the voltage on the comparative element is monitored, when the last reaches the specified limit value, the voltage measurements on the working element are stopped, and the voltage on the comparative element is used as the output signal to determine the methane concentration until the latter returns to the limit value.
В предлагаемом способе на одном термокаталитическом сенсоре реализованы сразу два известных метода измерения концентрации метана: термокаталитический для определения низких концентраций от 0 до 5% и термокондуктометрический для определения высоких концентраций от 5 до 100%.In the proposed method, on one thermocatalytic sensor, two well-known methods for measuring methane concentration are implemented immediately: thermocatalytic for determining low concentrations from 0 to 5% and thermoconductometric for determining high concentrations from 5 to 100%.
Это стало возможным благодаря следующим отличительным моментам.This was made possible thanks to the following distinctive points.
Во-первых, в способе используют принципиально иную схему включения термокаталитического сенсора, характеризующуюся последовательным соединением рабочего и сравнительного элементов и их последовательным подключением к источнику питания.Firstly, the method uses a fundamentally different circuit for switching on the thermocatalytic sensor, characterized by the serial connection of the working and comparative elements and their serial connection to the power source.
Во-вторых, питание схемы осуществляют стабилизированным током, причем источник питания выполнен с возможностью регулирования от внешнего сигнала.Secondly, the circuit is powered by a stabilized current, and the power source is configured to be controlled from an external signal.
В-третьих, изначально при включении прибора, в чистом воздухе, производят установку заданного начального значения напряжения Uc0 на сравнительном элементе. Начальное напряжение Uc0 на сравнительном элементе обеспечивает гарантированную температуру на рабочем элементе более 360°С (температура начала полного окисления метана), что обеспечивает условия протекания реакции полного окисления метана на рабочем элементе. Величина Uc0 постоянная и является базовой для работы устройства и расчетов концентраций метана.Thirdly, initially when the device is turned on, in clean air, the set initial voltage value Uc 0 is set on the comparative element. The initial voltage Uc 0 on the comparative element provides a guaranteed temperature on the working element of more than 360 ° C (the temperature at which the complete oxidation of methane begins), which provides the conditions for the complete oxidation of methane on the working element. The value of Uc 0 is constant and is the basis for the operation of the device and calculations of methane concentrations.
После нагрева сенсора начальное напряжение Up0 на рабочем элементе также измеряют и запоминают, используя его при расчетах.After heating the sensor, the initial voltage Up 0 at the working element is also measured and stored using it in the calculations.
При появлении метана в анализируемой среде на нагретой поверхности рабочего каталитически активного элемента происходит беспламенное горение метана, что вызывает дополнительный нагрев и увеличение его сопротивления. Изменение сопротивления ведет к изменению напряжения на рабочем элементе, что используют для определения концентрации метана.When methane appears in the analyzed medium, the flameless combustion of methane occurs on the heated surface of the working catalytically active element, which causes additional heating and an increase in its resistance. The change in resistance leads to a change in voltage on the working element, which is used to determine the concentration of methane.
В начальной области измерения, до нескольких объемных процентов, пока кислорода достаточно для полного окисления газа, изменение напряжения на рабочем элементе практически линейно связано с концентрацией газа. При этом отсутствуют погрешности второго порядка, являющиеся неотъемлемыми характеристиками мостовых схем, а чувствительность увеличивается в два раза.In the initial measurement region, up to several volume percent, while oxygen is enough to completely oxidize the gas, the voltage change on the working element is almost linearly related to the gas concentration. At the same time, there are no second-order errors, which are integral characteristics of bridge circuits, and the sensitivity is doubled.
Осуществляя измерения напряжения на рабочем элементе, контролируют изменение напряжения на сравнительном элементе. При низких концентрациях горючего газа изменение напряжения на сравнительном элементе практически не происходит, т.к. на его поверхности не происходит реакции окисления, а теплопроводность газовой смеси изменяется незначительно.By measuring the voltage on the working element, control the change in voltage on the comparative element. At low concentrations of combustible gas, the voltage change on the comparative element practically does not occur, because An oxidation reaction does not occur on its surface, and the thermal conductivity of the gas mixture changes insignificantly.
По мере увеличения концентрации горючего газа теплопроводность газовой смеси в камере увеличивается. Тепло быстрее отводится от сравнительного элемента, вызывая его охлаждение и, как следствие, изменение падения напряжения на нем. Как только значение напряжения на сравнительном элементе достигло заданной предельной величины, контроль за напряжением на рабочем элементе прекращают до тех пор, пока напряжение на сравнительном элементе не вернется к предельной границе. Дальнейшие измерения напряжения осуществляют только на сравнительном элементе, используя его в качестве выходного сигнала сенсора для определения высоких концентраций метана.As the concentration of combustible gas increases, the thermal conductivity of the gas mixture in the chamber increases. Heat is quickly removed from the comparative element, causing it to cool and, as a result, a change in the voltage drop across it. As soon as the voltage value on the comparative element has reached a predetermined limit value, the voltage control on the working element is stopped until the voltage on the comparative element returns to the limit boundary. Further voltage measurements are carried out only on the comparative element, using it as an output signal of the sensor to determine high concentrations of methane.
Таким образом, сравнительный элемент термокаталитического сенсора, помимо своих прямых функций компенсационного элемента, выполняет функции термокондуктометрического датчика.Thus, the comparative element of the thermocatalytic sensor, in addition to its direct functions as a compensation element, performs the functions of a thermoconductometric sensor.
Помимо способа настоящее изобретение включает устройство для измерения концентрации метана, содержащее источник питания, термокаталитический сенсор с рабочим и сравнительным элементами, размещенными в реакционной камере с диффузионным доступом анализируемой среды, и блок обработки выходных сигналов сенсора. Согласно заявляемому изобретению рабочий и сравнительный элементы сенсора соединены последовательно и подключены к источнику питания, выполненному в виде стабилизатора постоянного тока, регулируемого внешним сигналом, при этом блок обработки выходных сигналов сенсора выполнен в виде процессора, управляющего упомянутым стабилизатором и соединенного через аналого-цифровой преобразователь с термокаталитическим сенсором с возможностью измерения напряжений на рабочем и на сравнительном элементах и с возможностью выбора измеряемой величины.In addition to the method, the present invention includes a device for measuring methane concentration, containing a power source, a thermocatalytic sensor with working and comparative elements placed in the reaction chamber with diffusion access of the analyzed medium, and a sensor output signal processing unit. According to the claimed invention, the working and comparative elements of the sensor are connected in series and connected to a power source made in the form of a DC stabilizer controlled by an external signal, while the sensor output signal processing unit is made in the form of a processor controlling the said stabilizer and connected through an analog-to-digital converter with thermocatalytic sensor with the ability to measure voltages on the working and comparative elements and with the choice of the measured voltage masks.
Предлагаемое устройство представляет собой универсальный метаномер, обеспечивающий измерение концентраций метана в любом диапазоне от 0 до 100%. При этом по сравнению с известными универсальными газоанализаторами по патентам SU 1022030 и DE 102006059566, в которых также обеспечен широкий диапазон измерений и реализованы оба известных метода, значительно упрощена конструкция прибора и обеспечена простота и надежность его работы.The proposed device is a universal methanomer, providing the measurement of methane concentrations in any range from 0 to 100%. Moreover, in comparison with the well-known universal gas analyzers according to patents SU 1022030 and DE 102006059566, which also provide a wide range of measurements and implement both known methods, the design of the device is greatly simplified and its simplicity and reliability are ensured.
Использование в качестве источника питания стабилизатора постоянного тока обеспечивает стабилизированный ток питания измерительной схемы, что позволяет использовать изменение напряжения на рабочем и сравнительном элементах для расчетов концентрации. Выполнение стабилизатора с возможностью внешнего управления позволяет осуществить установку заданного значения напряжения на сравнительном элементе, что также необходимо для последующих расчетов концентрации.Using a DC stabilizer as a power source provides a stabilized power supply to the measuring circuit, which allows you to use the voltage change on the working and comparative elements for concentration calculations. The implementation of the stabilizer with the possibility of external control allows you to set the specified voltage value on the comparative element, which is also necessary for subsequent concentration calculations.
Блок обработки выходных сигналов сенсора отличается минимальным количеством компонентов. Он выполнен на базе процессора, снабженного для согласования входных и выходных сигналов блоками АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП (цифроаналоговый преобразователь). Предпочтительно, если конструктивно все упомянутые блоки размещены в одном корпусе.The sensor output signal processing unit has a minimal number of components. It is based on a processor equipped with an ADC (analog-to-digital converter) and a DAC (digital-to-analog converter) for matching input and output signals. Preferably, if structurally all of these blocks are placed in one housing.
В отличие от известных мостовых схем предлагаемая измерительная схема обеспечивает получение достаточно больших выходных сигналов, что исключает необходимость использования усилителей, являющихся неотъемлемой частью мостовых схем. При этом использование цифровой обработки информации способствует высокому быстродействию и точности расчетов.In contrast to the known bridge circuits, the proposed measuring circuit provides a sufficiently large output signals, which eliminates the need for amplifiers, which are an integral part of bridge circuits. Moreover, the use of digital information processing contributes to high speed and accuracy of calculations.
Процессор осуществляет управление источником питания и управление процессами измерения. В памяти процессора хранится информация о начальных и предельных заданных значениях. Программное обеспечение процессора обеспечивает запоминание исходных данных, выполнение заданного алгоритма измерения, обработку измерительной информации, вычисление концентрации, хранение и передачу полученных результатов измерений. Для осуществления последнего процессор выполнен с выходным интерфейсом, обеспечивающим выдачу информации на внешние устройства в необходимых форматах с заданной периодичностью.The processor manages the power source and controls the measurement processes. The processor memory stores information about the initial and limit setpoints. The processor software provides storing of initial data, execution of a given measurement algorithm, processing of measurement information, concentration calculation, storage and transmission of measurement results. To implement the latter, the processor is made with an output interface that provides information to external devices in the required formats with a given frequency.
Оба объекта изобретения, и способ, и устройство, направлены на решение одной задачи и обеспечивают получение одного и того же технического результата.Both objects of the invention, both the method and the device, are aimed at solving the same problem and provide the same technical result.
Проведенный заявителем анализ уровня техники не выявил решений, характеризующихся совокупностью признаков, эквивалентных всем отличительным признакам заявляемого технического решения, что позволяет сделать вывод о его соответствии требованиям «новизны» и «изобретательского уровня».The analysis of the prior art by the applicant did not reveal solutions characterized by a combination of features equivalent to all the distinguishing features of the claimed technical solution, which allows us to conclude that it meets the requirements of “novelty” and “inventive step”.
Сущность заявляемого способа измерения концентрации метана поясняется на примере работы предлагаемого устройства, схема которого приведена в поясняющих графических материалах.The essence of the proposed method for measuring the concentration of methane is illustrated by the example of the proposed device, a diagram of which is shown in the explanatory graphic materials.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Устройство для измерения концентрации метана содержит термокаталитический сенсор 1, состоящий из рабочего 2 и сравнительного 3 элементов, соединенных последовательно, процессор 4, соединенный с термокаталитическим сенсором 1 через многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, и источник стабилизированного постоянного тока, выполненный в виде генератора тока 6, управляемого ШИМ-сигналом процессора через фильтр 7.A device for measuring methane concentration contains a thermocatalytic sensor 1, consisting of a working 2 and comparative 3 elements connected in series, a
Рабочий 2 и сравнительный 3 элементы размещены в реакционной камере, разделенной перегородкой на две части, с диффузионным доступом анализируемой газовой среды через микропористый взрывозащитный газообменный фильтр-оболочку, выполненную из проницаемого керамического или металлокерамического материала.
В качестве рабочего элемента могут быть использованы известные низкотемпературные каталитически активные элементы, основанные на применении каталитических покрытий, наносимых на термостойкие носители с широкоразвитой поверхностью, например приведенные в источнике Карпов Е.Ф., Басовский Б.И. Контроль проветривания и дегазации в угольных шахтах. М.: Недра, 1994 г., стр.19-20.Known low-temperature catalytically active elements based on the use of catalytic coatings applied to heat-resistant carriers with a wide surface, for example, given in the source, Karpov EF, Basovsky BI, can be used as a working element. Control of ventilation and degassing in coal mines. M .: Nedra, 1994, pp. 19-20.
Сравнительный элемент аналогичен рабочему по своим характеристикам и конструктивному исполнению, за исключением каталитически активного покрытия.The comparative element is similar to the worker in its characteristics and design, with the exception of the catalytically active coating.
В конкретном примере реализации устройства использовали сенсор ТКС-11, в котором рабочий 2 и сравнительный 3 преобразовательные элементы выполнены из γ-оксида алюминия в форме шарика или полого цилиндра, в тело которого вмонтирована платиновая измерительно-нагревательная спираль. На поверхность рабочего элемента нанесено каталитически активное покрытие из платины и палладия. Сравнительный элемент сверху покрыт слоем стекла, что исключает возникновение на его поверхности каких-либо реакций окисления.In a specific example of the implementation of the device, the TKS-11 sensor was used, in which the working 2 and comparative 3 transducer elements are made of γ-alumina in the form of a ball or a hollow cylinder, in the body of which a platinum measuring and heating coil is mounted. A catalytically active coating of platinum and palladium is applied to the surface of the working element. The comparative element is covered with a layer of glass on top, which eliminates the occurrence of any oxidation reactions on its surface.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При включении устройства через последовательно включенные рабочий 2 и сравнительный 3 элементы начинает протекать начальный ток Iн. По команде процессора 4 АЦП 5 измеряет напряжение на сравнительном элементе 3 сенсора и передает эту информацию в процессор 4. В течение заданного времени прогрева сенсора процессор 4 через фильтр 7 изменяет сигнал на входе стабилизатора тока 6 так, чтобы по окончании прогрева на сравнительном элементе 3 установилось напряжение Uc0, записанное в памяти процессора. В конкретном примере реализации устройства напряжение Uc0 составляет 1,4 В, что обеспечивает температуру на рабочем элементе 2 более 360°С и гарантирует полное окисление метана на его поверхности.When you turn on the device through a series-connected working 2 and comparative 3 elements, the initial current I n begins to flow. At the command of the
При достижении Uc0 заданной величины значение сигнала на входе стабилизатора тока 4 запоминают и сохраняют постоянным на весь период работы (I=const).When Uc 0 reaches the specified value, the signal value at the input of the
Процессор 4 дает команду на измерение напряжения Up0 на рабочем элементе 2, которое также запоминается и служит опорным значением для расчета концентрации метана.The
Дальнейшая работа устройства заключается в поочередном измерении напряжений Upi и Uci на рабочем и на сравнительном элементах соответственно, расчете отклонения напряжений от начальных значений и вычислении концентрации газа через коэффициенты чувствительности для каждой половины сенсора. Порядок измерений задается процессором 4, оснащенным соответствующим программным обеспечением.Further operation of the device consists in measuring the voltages Up i and Uc i on the working and comparative elements, respectively, calculating the deviation of the voltages from the initial values and calculating the gas concentration through the sensitivity coefficients for each half of the sensor. The measurement order is set by the
Если в анализируемой газовой среде, поступающей в реакционную камеру сенсора 1, содержится метан, то на рабочем элементе 2 начинается его каталитическое окисление (беспламенное горение), что вызывает дополнительный нагрев рабочего элемента 2 и соответствующее увеличение его сопротивления и напряжения Upi (на отрезке ав, см. схему).If methane is contained in the analyzed gas medium entering the reaction chamber of the sensor 1, then its working
Процессор 4 вычисляет значение изменения напряжения на рабочем элементе 2:The
ΔUp=Upi-Up0, на основе которого определяет концентрацию метана.ΔU p = Up i -Up 0 , on the basis of which determines the concentration of methane.
При этом продолжают контролировать напряжение Uc на сравнительном элементе 3 (измерения на отрезке вс, см. схему).At the same time, the voltage U c on the
По мере увеличения концентрации метана увеличивается теплопроводность газовой смеси в камере. Тепло быстрее отводится от сравнительного элемента 3, вызывая его охлаждение и, как следствие, увеличение падения напряжения на сравнительном элементе. При достижении Uc заданного порогового значения измерения напряжения на рабочем элементе 2 прекращают до тех пор, пока напряжение на сравнительном элементе 3 не вернется к границе контроля.As the concentration of methane increases, the thermal conductivity of the gas mixture in the chamber increases. Heat is quickly removed from the
Последующие измерения напряжения осуществляют только на сравнительном элементе 3 и используют их для определения высоких концентраций горючего газа.Subsequent voltage measurements are carried out only on the
Результаты измерений выводятся через выходной интерфейс 8, например, на дисплей прибора.The measurement results are displayed via the
Возможно применение в качестве выходного интерфейса 8 радиоканала, обеспечивающего передачу результатов измерений на удаленный диспетчерский пункт.It is possible to use a radio channel as the
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012146193/28A RU2510499C1 (en) | 2012-10-29 | 2012-10-29 | Methane concentration measurement and device to this end |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012146193/28A RU2510499C1 (en) | 2012-10-29 | 2012-10-29 | Methane concentration measurement and device to this end |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2510499C1 true RU2510499C1 (en) | 2014-03-27 |
Family
ID=50343109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012146193/28A RU2510499C1 (en) | 2012-10-29 | 2012-10-29 | Methane concentration measurement and device to this end |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2510499C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109342497A (en) * | 2018-12-07 | 2019-02-15 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | Dynamic range expansion device and method for carrier-catalyzed methane gas concentration detection element |
| RU2826966C1 (en) * | 2024-04-26 | 2024-09-19 | Акционерное общество "Производственное объединение "Электроточприбор" | Method of measuring concentration of combustible gases and device for its implementation |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1022030A1 (en) * | 1982-01-11 | 1983-06-07 | Институт Геотехнической Механики Ан Усср | Multi-purpose methane tester |
| SU1694933A1 (en) * | 1989-07-12 | 1991-11-30 | Днепропетровский горный институт им.Артема | Stationary methanometer with remote transducer |
| WO1995010770A1 (en) * | 1993-10-08 | 1995-04-20 | Csir | A catalytic gas sensor |
| RU2250455C1 (en) * | 2004-02-03 | 2005-04-20 | Научно-производственное закрытое акционерное общество "ГАЛУС" | Method of measuring concentration of methane and/or hydrogen |
| DE102006059566A1 (en) * | 2006-12-16 | 2008-06-19 | Woelke Industrieelektronik Gmbh | Method for operating gas measuring device, involves measuring and monitoring concentration of gases, particularly combustible gases such as methane in ambient air |
| CN201259497Y (en) * | 2008-09-11 | 2009-06-17 | 陈书乾 | Methane detection alarm instrument |
| RU2010128980A (en) * | 2010-07-14 | 2012-01-20 | Евгений Евгеньевич Карпов (RU) | METHOD AND DEVICE FOR DETECTING EXPLOSIVE METHANE CONCENTRATIONS IN AIR |
-
2012
- 2012-10-29 RU RU2012146193/28A patent/RU2510499C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1022030A1 (en) * | 1982-01-11 | 1983-06-07 | Институт Геотехнической Механики Ан Усср | Multi-purpose methane tester |
| SU1694933A1 (en) * | 1989-07-12 | 1991-11-30 | Днепропетровский горный институт им.Артема | Stationary methanometer with remote transducer |
| WO1995010770A1 (en) * | 1993-10-08 | 1995-04-20 | Csir | A catalytic gas sensor |
| RU2250455C1 (en) * | 2004-02-03 | 2005-04-20 | Научно-производственное закрытое акционерное общество "ГАЛУС" | Method of measuring concentration of methane and/or hydrogen |
| DE102006059566A1 (en) * | 2006-12-16 | 2008-06-19 | Woelke Industrieelektronik Gmbh | Method for operating gas measuring device, involves measuring and monitoring concentration of gases, particularly combustible gases such as methane in ambient air |
| CN201259497Y (en) * | 2008-09-11 | 2009-06-17 | 陈书乾 | Methane detection alarm instrument |
| RU2010128980A (en) * | 2010-07-14 | 2012-01-20 | Евгений Евгеньевич Карпов (RU) | METHOD AND DEVICE FOR DETECTING EXPLOSIVE METHANE CONCENTRATIONS IN AIR |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109342497A (en) * | 2018-12-07 | 2019-02-15 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | Dynamic range expansion device and method for carrier-catalyzed methane gas concentration detection element |
| RU2826966C1 (en) * | 2024-04-26 | 2024-09-19 | Акционерное общество "Производственное объединение "Электроточприбор" | Method of measuring concentration of combustible gases and device for its implementation |
| RU230451U1 (en) * | 2024-10-07 | 2024-12-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Gas sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8721970B2 (en) | Temperature and humidity compensated single element pellistor | |
| US3598711A (en) | Electrochemical oxygen analyzer | |
| US20110079074A1 (en) | Hydrogen chlorine level detector | |
| WO2003102607A8 (en) | Combustible-gas measuring instrument | |
| Ivanov et al. | Methodology for estimating potential explosion hazard of hydrocarbon with hydrogen mixtures without identifying gas composition | |
| RU2709051C1 (en) | Method of measuring gas concentration by a catalytic sensor | |
| US6442994B1 (en) | Instrument for combustible gas detection | |
| CN110146575B (en) | Temperature, concentration detection and automatic control device based on three-electrode chemical system | |
| RU2510499C1 (en) | Methane concentration measurement and device to this end | |
| US4438203A (en) | Method and apparatus for determination of lubricant stability | |
| Ulanovsky et al. | The FOZAN-II fast-response chemiluminescent airborne ozone analyzer | |
| RU2762858C1 (en) | Gas analyzer for monitoring the state of environmental objects and the method for its operation | |
| CN202815630U (en) | Thermostatic control apparatus for measurement of laser gas analyzer | |
| JP2023542940A (en) | A sensor for measuring at least one property of a fluid medium in at least one measurement volume | |
| RU2761936C1 (en) | Method for determining the volume fraction of hydrogen in gases and apparatus implementing said method | |
| RU2635711C1 (en) | Device for measuring volume fraction and partial pressure of oxygen in gases | |
| JP4575788B2 (en) | Gas chromatograph apparatus and VOC measuring apparatus using the same | |
| RU2138799C1 (en) | Gas analyzer | |
| RU2698936C1 (en) | Method of measuring gas concentration by a catalytic sensor | |
| RU2279668C1 (en) | Mode of definition of concentration of catalytically oxidized gas in air | |
| RU2826966C1 (en) | Method of measuring concentration of combustible gases and device for its implementation | |
| KR20180105814A (en) | Temperature conpensation method for calibrating of gas sensor module using change of heater current | |
| RU2745082C1 (en) | Gas analyzer | |
| RU66746U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING HYDROCARBONS IN INERT OXYGEN OXIDES | |
| RU2716877C1 (en) | Method of measuring gas concentration using a thermo-catalytic sensor |