RU2639740C1 - Method for determining component concentration in two-component gas mixture - Google Patents
Method for determining component concentration in two-component gas mixture 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 By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый способ относится к области информационно-измерительной техники и может быть использован для предотвращения пожаров на объектах энергетики и других отраслей промышленности.The proposed method relates to the field of information-measuring equipment and can be used to prevent fires at energy facilities and other industries.
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.A known system that implements a method of fire monitoring at energy facilities using thermomagnetic oxygen gas analyzers (see Zykov V.I., Krupin M.V., Levchuk M.S. et al. Fire monitoring system at energy facilities using thermomagnetic oxygen gas analyzers / / Fires and emergencies: prevention, elimination. - 2012. - No. 3. - P. 64-70). This system contains working (for detecting the controlled parameter of the mixture) and comparative (for compensating for errors caused by the uncontrolled parameter of the mixture) elements that are hollow spirals. The comparative sensitive element is located in the place of the mixture where there is no artificial magnetic field, and the working sensitive element is where there is thermomagnetic convection of the mixture (the presence of a magnetic field). Sensitive elements are connected in a balanced bridge circuit. In the case under consideration, due to thermomagnetic convection, the temperature of the working sensitive element changes, which in turn leads to a change in its resistance. As a result, due to the imbalance of the measuring bridge, a signal arises at its output, the value of which can be used to judge the oxygen concentration in the analyzed gas medium.
Недостатком этой известной системы мониторинга можно считать невысокую точность измерения из-за влияния температуры окружающей среды на вторичную цепь измерения сопротивлений спиралей.The disadvantage of this known monitoring system can be considered low measurement accuracy due to the influence of ambient temperature on the secondary circuit of measuring the resistance of the spirals.
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.The closest technical solution to the proposed method is the gas analyzer adopted by the author for the prototype, which implements a method for determining the percentage of the gas mixture component (see Information-measuring equipment and electronics. Textbook. Edited by G. G. Rannev. Publishing House "Academy", 2007, p . 391), the principle of which is based on a change in the resistance of the conductor depending on the thermal conductivity of the mixture of two gases. In this method, based on measuring the thermal conductivity of the gas mixture by the resistance of the sensing element (heat converter), taking into account the known percentage of one component of the mixture and the thermal conductivity of the same component, it is possible to calculate the percentage of the second component of the mixture.
Недостатком данного способа является невысокая точность измерения из-за отсутствия информации об объеме, занимаемом контролируемым компонентом в измерительной камере.The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurement due to the lack of information about the volume occupied by the controlled component in the measuring chamber.
Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности измерения концентрации компонента в двухкомпонентной газовой смеси.The technical result of the proposed technical solution is to increase the accuracy of measuring the concentration of a component in a two-component gas mixture.
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 формулеThe technical result is achieved by the fact that in the method for determining the concentration of a component in a two-component gas mixture placed in a measuring chamber, based on the use of the thermal conductivity of the controlled gas mixture, the mass m of the controlled component in the gas mixture is first calculated by the formula
m=ρ vк (λсм1+λсм2-λсм12)/λсм2,m = ρ v k (λ cm1 + λ cm2 -λ cm12 ) / λ cm2 ,
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.where ρ is the density of the controlled component, v k is the chamber volume, λ cm1 is the thermal conductivity of the first component, λ cm2 is the thermal conductivity of the second controlled component, λ cm12 is the thermal conductivity of the gas mixture, and then, taking into account the mass of one molecule of the controlled second component, the concentration of the desired parameter is determined .
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.The essence of the claimed invention, characterized by a combination of the above features, is that the measurement of the volume of the second component in a two-component gas mixture through its thermal conductivity makes it possible to determine the concentration of the controlled component in the gas mixture.
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.The presence in the inventive method of a combination of the listed existing features allows us to solve the problem of determining the concentration of a component in a two-component gas mixture based on measuring the volume of the second component through the thermal conductivity of the gas mixture with the desired technical result, i.e. improving measurement accuracy.
На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения концентрации.The drawing shows a functional diagram of a device that implements the proposed method for determining the concentration.
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 записатьThe device comprises a
где λсм12, λсм1, λсм2 - соответственно теплопроводности смеси и компонентов; a - и b - процентное содержание компонентов смеси.where λ cm12 , λ cm1 , λ cm2 - respectively, the thermal conductivity of the mixture and components; a - and b - percentage of components of the mixture.
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 какIt can be seen from the above formula that if we measure the thermal conductivity of a given two-component gas mixture λ cm12 , then with the known values of the thermal conductivities of the components, we can calculate the percentage of one (with the known percentage of the second component) from the components of the gas mixture. By virtue of this, formula (1) can be rewritten as
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, чтоKnowing the percentage of one component in the gas mixture, you can calculate the volume occupied by this component in the measuring chamber. Let the volume of the measuring chamber be V k , and the volume occupied by the desired component in the measuring chamber, for example with oxygen, V kis . Then, for the percentage of oxygen a in the measuring chamber, taking into account the volumes V k and V kis, we can write that
a=(Vкис/Vк)100.a = (V kit / V to ) 100.
Если значение а из последней формулы подставить в формулу (2), то получим Vкис=Vк(λсм1+λсм2-λсм12)/λсм2.If we substitute the value of a from the last formula in formula (2), then we obtain V kit = V k (λ cm1 + λ cm2 -λ cm12 ) / λ cm2 .
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.From the obtained formula it can be seen that for known values of the thermal conductivity of the components and the volume of the measuring chamber, the volume of the desired component in the chamber can be calculated by measuring the electrical conductivity of the gas mixture.
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.According to the proposed method, measuring the volume of the desired component through the electrical conductivity of the gas mixture makes it possible to further calculate the mass of the desired component in the gas mixture. To do this, you need to know the density of the controlled component. After that, the mass of the material can be calculated from the known density of the material (component) and the known volume of this material. Therefore, knowing the mass of a single molecule of the material (in the tables, for example, oxygen), and total mass of oxygen in the volume V Kis, one can calculate the concentration of the material in the measuring chamber.
В данном способе определение массы материала через электропроводность газовой смеси можно осуществить измерением температуры разогретой проволоки.In this method, the determination of the mass of the material through the electrical conductivity of the gas mixture can be carried out by measuring the temperature of the heated wire.
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.A device that implements the proposed method works as follows. The placed two-component gas mixture in the
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.Thus, according to the proposed method, the measurement of the mass of one component in a two-component gas mixture with further correction of the mass of one molecule of a controlled substance, you can determine the concentration of the desired component in a two-component gas mixture.
Предлагаемый способ успешно может быть использован для предотвращения пожаров на объектах энергетики и других отраслей промышленности.The proposed method can be successfully used to prevent fires at energy facilities and other industries.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017105240A RU2639740C1 (en) | 2017-02-17 | 2017-02-17 | Method for determining component concentration in two-component gas mixture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017105240A RU2639740C1 (en) | 2017-02-17 | 2017-02-17 | Method for determining component concentration in two-component gas mixture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2639740C1 true RU2639740C1 (en) | 2017-12-22 |
Family
ID=63857513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017105240A RU2639740C1 (en) | 2017-02-17 | 2017-02-17 | Method for determining component concentration in two-component gas mixture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2639740C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU210466A1 (en) * | METHOD FOR DETERMINING GAS CONCENTRATION | |||
SU1670557A1 (en) * | 1988-12-13 | 1991-08-15 | Rozanov German R | Method of gas-air mixture analysis in well logging |
WO2001027604A1 (en) * | 1999-10-13 | 2001-04-19 | Grunewald Axel Ulrich | Method and device for determining gas concentration in a gas mixture |
RU2255333C1 (en) * | 2003-11-11 | 2005-06-27 | Северо-Кавказский государственный технический университет | Method of measuring volume fraction of nitrogen oxide in gaseous mixtures |
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 (en) * | 2014-05-29 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" | Thermoconductometric analyser for components concentration in gas mixture |
-
2017
- 2017-02-17 RU RU2017105240A patent/RU2639740C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU210466A1 (en) * | METHOD FOR DETERMINING GAS CONCENTRATION | |||
SU274482A1 (en) * | ||||
SU1670557A1 (en) * | 1988-12-13 | 1991-08-15 | Rozanov German R | Method of gas-air mixture analysis in well logging |
WO2001027604A1 (en) * | 1999-10-13 | 2001-04-19 | Grunewald Axel Ulrich | Method and device for determining gas concentration in a gas mixture |
RU2255333C1 (en) * | 2003-11-11 | 2005-06-27 | Северо-Кавказский государственный технический университет | Method of measuring volume fraction of nitrogen oxide in gaseous mixtures |
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 (en) * | 2014-05-29 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" | Thermoconductometric analyser for components concentration in gas mixture |
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 | |
CA2660896A1 (en) | Universal sensor controller for a thermal anemometer | |
CN103675217A (en) | Gas detection method and device | |
CA1316710C (en) | Combustible gas detector having temperature stabilization capability | |
CN109991265B (en) | A self-regulating thermal conductivity gas sensor and a gas detection device | |
US2596992A (en) | Apparatus for gas analysis | |
DE60328130D1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE TEMPERATURE OF THERMAL TUNING ELEMENTS IN TUNABLE OPTICAL EQUIPMENT | |
US2565230A (en) | Gas analysis apparatus | |
RU2639740C1 (en) | Method for determining component concentration in two-component gas mixture | |
CN109564178A (en) | Heating-value determination device and method | |
TWI696835B (en) | Method and apparatus for using a gas density sensor to measure and control gas mixture composition | |
US6112576A (en) | Gas analyzer with background gas compensation | |
JP3114137B2 (en) | Thermal conductivity gas concentration analyzer | |
US7031861B2 (en) | Apparatus and method for calibrating a resistance thermometer and gas analyzer employing same | |
RU2250455C1 (en) | Method of measuring concentration of methane and/or hydrogen | |
Codreanu et al. | Experimental set-up for the measurement of the thermal conductivity of liquids | |
CN114813831A (en) | Mixed insulating gas mixture ratio detector based on micro-flow thermal conductivity sensor | |
RU2613596C1 (en) | Device for determining the oxygen concentration | |
JP2515247B2 (en) | Zero shift compensation circuit | |
Štofanik et al. | RT-Lab-the Equipment for measuring thermophysical properties by transient methods | |
RU2608979C2 (en) | Gas analyzer | |
RU2603939C1 (en) | Method for determining crack growth rate in the sample and device for its implementation | |
US9121773B2 (en) | Gas sensors and methods of calibrating same |