УСТРОЙСТВО ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 1995 года по МПК B01F15/04 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для приготовления поверочных образцовых газовых смесей, используемых для метрологического обеспечения газоанализаторов.

Для приготовления газовых смесей известны устройства, принцип работы которых основан на дозированном смешивании потоков исходного газа и газа разбавителя при помощи капиллярных реометров [1] Известны также устройства приготовления газовых смесей с непрерывным регулированием концентраций [2]
Недостатки известных устройств сложность в эксплуатации, небольшой диапазон приготавливаемых смесей либо то, что для получения необходимой концентрации требуется несколько ступеней разбавления. Эти установки работают в непрерывном динамическом режиме, не имеют возможности накапливать эталонную смесь, что ведет к большому расходу исходных газов. Устройства, содержащие водяные маностаты, нельзя использовать для приготовления смеси газов, воздействующих с водой или растворимых в ней.

Известно газосмесительное устройство с калиброванным объемом, выбранное в качестве прототипа, содержащее дозаторы анализируемого газа и газа-разбавителя, пробоотборник с калиброванной дозой [3]
Недостатком известного устройства является то, что для приготовления газовой смеси малой концентрации необходимо осуществлять несколько ступеней разбавления анализируемого газа, что ведет к усложнению устройства и методики приготовления газовых смесей. Известное устройство работает в динамическом режиме, что требует большого расхода исходных газов. Применение нескольких ступеней разбавления для получения необходимой концентрации усложняет эксплуатацию устройства.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей и обеспечение удобства эксплуатации.

Указанная цель достигается тем, что устройство оснащено мембранным конденсатором в комплекте с четырехходовым краном-переключателем и клапаном сброса, расположенными после пробоотборника по ходу потока газа-разбавителя и образующими узел накопления эталонной смеси. Пробоотборник предлагаемого устройства содержит три различные калиброванные дозы, объемы которых соотносятся, как 1: 10:100, и снабжен поворотным дисковым механизмом ограничения угла поворота ро- тора и оперативного выбора рабочей дозы. Шесть отверстий поворотного ротора пробоотборника расположены равномерно по окружности под углом 60^о друг к другу. Четыре отверстия неподвижного статора пробоотборника расположены по окружности попарно под углом 30^о друг к другу. Пары размещены под углом 150^о друг к другу.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства приготовления газовых смесей; на фиг. 2, 3 функциональная схема пробоотборника.

Установка содержит дозатор 1 газа-разбавителя, мембранный конденсатор 2, пробоотборник 3, имеющий три калиброванные дозы 4, дозатор 5 анализируемого газа, четырехходовой кран-переключатель 6, клапан 7 сброса.

Принцип действия установки заключается в разбавлении известного объема (V_г) анализируемого газа (ГАЗ2) в потоке газа-разбавителя (ГАЗ1) до известного объема смеси (V_см). Стационарный поток газа-разбавителя, формируемый дозатором 1, поступает в мембранный конденсатор 2, который обеспечивает заполнение его внутреннего объема при постоянном давлении. Для приготовления эталонной смеси в поток газа-разбавителя с помощью пробоотборника 3 с известным объемом калиброванной дозы 4 вводятся порции анализируемого газа из потока формируемого дозатором 5. При этом количество введенного ГАЗа2 (V_г) определяется объемом выбранной рабочей дозы 4 (V_д) пробоотборника 3 и количеством введенных доз (n):V_г=V_д х n, см.

Концентрация компонентов бинарной эталонной смеси (при использовании индивидуальных исходных газов) равна соответственно:
для ГАЗа2: С₂=V_д ˙n/V_см ˙100, об.

для ГАЗа1: С₁=100-С₂, об.

В качестве исходных дозируемых газов (ГАЗ2) могут использоваться как индивидуальные газы, так и газовые смеси известного состава. В этом случае концентрация дозируемых с ГАЗом 2 компонентов многокомпонентных эталонных смесей (при использовании исходно газовых смесей) рассчитывается, как: С=С_о V_д ˙n/V_см, об. где С_о концентрация анализируемого компонента в исходной газовой смеси, об.

Пробоотборник представляет собой четырехходовой комбинированный двухпозиционный ручной кран поворотного типа (фиг. 2, 3). Неподвижный статор 8 пробоотборника содержит два входных 9 и 10 и два выходных 11, 12 штуцера, отверстия которых расположены по окружности попарно под углом 30^о друг к другу. Пары размещены под углом 150^о друг к другу. К входным штуцерам подсоединяются линии газа-разбавителя и анализируемого газа, к выходным соответственно линия подачи газа в мембранный конденсатор и выход в атмосферу. Поворотный ротор 13 пробоотборника содержит три различные по объему внутренние дозы 4а, 4 б, 4в, представляющие собой отрезки капилляров. Входы и выходы доз соединены по диагонали с соответствующими отверстиями ротора, которые расположены по окружности под углом 60^о друг к другу. Пробоотборник снабжен поворотным дисковым механизмом 14, ограничивающим угол поворота ротора относительно статора на 30^о, и позволяющим оперативно выбирать необходимую рабочую дозу. В положении пробоотборника "отбор пробы" (фиг. 3) выбранная рабочая доза соединяется с линией анализируемого газа, остальные дозы заглушены. Поток газа-разбавителя при этом прерывается. В положении пробоотборника "ввод дозы" (фиг. 2) ротор поворачивается на 30^о. Поток анализируемого газа прерывается, рабочая доза устанавливается так, что соединяет линию газа-разбавителя с входом мембранного конденсатора. При этом восстанавливается поток газа-разбавителя, который, захватив отобранную порцию анализируемого газа, поступает в мембранный конденсатор. Смена рабочей дозы осуществляется простым поворотом ротора относительно статора на 60^о и закреплением его в этом положении с помощью поворотного дискового механизма и штифта 15.

Устройство работает следующим образом. Исходные газы ГАЗ1 и ГАЗ2 поступают на входы дозаторов газов 1 и 5, которые формируют стационарные потоки с фиксированными расходами около 0,5 см³/с. Дозаторы 1 и 5 включают стабилизаторы давления газов типа "после себя" прямого действия, настроенные на фиксированное выходное давление около 0,01 мПа, и постоянные дроссели, ограничивающие расходы газов до указанных выше значений. С выходов дозаторов сформированные потоки газов поступают на пробоотборник 3, представляющий собой четырехходовой комбинированный двухпозиционный ручной кран поворотного типа с тремя внутренними дозами (4а, 4б, 4в, фиг. 2), имеющими постоянные калиброванные объемы, которые соотносятся, как 1:10:100. Ограничение угла поворота ротора и выбор рабочей дозы оперативно осуществляется с помощью поворотного дискового механизма 14 (фиг. 2). Пробоотборник устроен таким образом, что при смене его позиций выбранная рабочая доза становится поочередно либо в линию газа-разбавителя (фиг. 2), либо в линию анализируемого газа (фиг. 3), в то время как остальные дозы заглушены. В положении пробоотборника "отбор пробы" (фиг. 2) выбранная рабочая доза заполняется анализируемым газом, при этом поток газа-разбавителя прерывается. В положении пробоотборника "ввод пробы" (фиг. 2) поток анализируемого газа прерывается, а поток газа-разбавителя, захватив отобранную дозу анализируемого газа, через четырехходовой кран-переключатель 6 поступает в мембранный конденсатор 2, в одну из его камер калиброванного объема. Кран-переключатель соединяет в одной из позиций первую камеру мембранного конденсатора с магистралью газа-разбавителя, а вторую в это время с выходом устройства. Во второй позиции крана-переключателя, наоборот, первая камера соединена с выходом устройства, а вторая с магистралью газа-разбавителя. В третьей позиции крана-переключателя обе камеры запираются. Перед приготовлением смеси кран-переключатель ставится во вторую позицию, при этом газ-разбавитель поступает во вторую камеру мембранного конденсатора и перемещает его мембрану в сторону первой камеры, выдавливая из нее остатки газа в атмосферу до полной выборки объема этой камеры. Затем кран-переключатель ставится в первую позицию, газ-разбавитель 200 секунд. В период заполнения этой камеры в поток газа-разбавителя с помощью пробоотборника вводится необходимое количество доз анализируемого газа. По окончании заполнения камеры поток газа-разбавителя сбрасывается через клапан сброса 7, настроенный на избыточное давление эталонной смеси не более 0,0001 мПа. Для использования эталонной смеси кран-переключатель устанавливается во вторую позицию, при этом газ-разбавитель, поступая во вторую камеру и перемещая мембрану в сторону первой камеры, выдавливает приготовленную эталонную смесь на анализ.

Снабжение пробоотборника дополнительными дозами различного калиброванного объема позволяет расширить диапазон приготавливаемых смесей. Снабжение пробоотборника дисковым механизмом выбора рабочей дозы позволяет оперативно переходить с одного диапазона приготавливаемых смесей на другой и в результате этого оперативно готовить газовую смесь необходимой концентрации. Соответствующее расположение отверстий статора и ротора пробоотборника позволяет значительно сократить расходы исходных газов.

Использование: для приготовления поверочных образцовых газовых смесей, используемых для метрологического обеспечения газоанализаторов. Сущность изобретения: разбавляют известный объем анализируемого газа в потоке газа-разбавителя до известного объема смеси. Устройство для приготовления газовых смесей состоит из пробоотборника с калиброванной дозой, входы которого соединены с дозаторами газа-разбавителя и анализируемого газа и узла накопления эталонной смеси. Новым является то, что узел накопления состоит из мембранного конденсатора в комплекте с четырехходовым краном и клапаном сброса, а также то, что пробоотборник содержит три различные калиброванные дозы, объемы которых соотносятся, как 1:10:100, и снабжен поворотным дисковым механизмом оперативного выбора рабочей дозы. С целью уменьшения расходов исходных газов шесть отверстий поворотного ротора пробоотборника расположены равномерно по окружности под углом 60° друг к другу.Четыре отверстия неподвижного статора пробоотборника расположены по окружности попарно под углом 30° друг к другу. Дисковый механизм оперативного выбора рабочей дозы выполнен с поперечной прорезью, центральный угол которой составляет 30 °. Ротор пробоотборника снабжен штифтом, входящим в прорезь. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ, содержащее пробоотборник с калиброванным дозирующим объемом в его роторе, входы которого соединены с дозатором газа-разбавителя и анализируемого газа, отличающееся тем, что устройство снабжено мембранным конденсатором в комплекте с четырехходовым краном и клапаном сброса, расположенными после пробоотборника по ходу потока газа-разбавителя и образующими узел накопления эталонной смеси. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пробоотборник дополнительно содержит два различных дозирующих объема, при этом соотношение дозирующих объемов равно 1:10:100, пробоотборник снабжен поворотным типовым механизмом оперативного выбора рабочей дозы. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что шесть отверстий поворотного ротора пробоотборника расположены равномерно по окружности под углом 60^o друг к другу, четыре отверстия неподвижного статора пробоотборника расположены по окружности попарно под углом 30^o друг к другу, при этом дисковый механизм оперативного выбора рабочей дозы выполнен с поперечной прорезью, центральный угол которого составляет 30^o, а ротор пробоотборника снабжен штифтом, входящим в упомянутую прорезь.