УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ПРИМЕСИ В ПОТОК ГАЗА Российский патент 1998 года по МПК B01F15/04 

Изобретение относится к устройствам для дозирования примесей в поток газа с калиброванной регулировкой коэффициента разбавления концентрации примеси. Изобретение предназначено для поверок детекторов газовых примесей при их эксплуатации и при разработке, а также при других задачах газового анализа.

Известно устройство для дозирования примесей в газовый поток по А.С. РФ N 1664013 кл. G 01 N 15/00, 1987. Устройство содержит датчик (источник) пара примеси с насадкой для испаряемого вещества и регулятор дозирования концентрации пара за счет изменения капиллярных каналов, образованных червячной проточкой и втулкой. Недостатком этого устройства является ориентация на одну примесь с большим ресурсом ее количества для испытаний на большом газовом потоке промышленного масштаба.

Для приборных разработок и их поверок необходимо дозирование различных примесей, а ресурс их количества обычно не лимитируют. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является "Устройство для приготовления парогазовых смесей" по патенту РФ N 2035987, кл. B 01 F 15/04 1989. Это устройство снабжено сменными металлическими патронами с входным и выходным штуцерами для источников пара примесей, которые попеременно подключаются к газовому потоку с помощью крана-переключателя, в пробке которого имеется две кольцевых канавки и одна канавка-перемычка. Регулятор ответвления потока, направляемого к источникам через кран-переключатель, имеет корпус, разделенный втулкой с подвижным штоком с червячной канавкой переменного сечения. Регулируемая часть потока ответвляется перед сопротивлением в канале основного потока и соединена с корпусом регулятора перед втулкой, а выход за втулкой попадает в общий корпус регулятора с краном.

Недостатки этого устройства, принятого за прототип заявляемого, выявлены в процессе эксплуатации и в специальном исследовании. Они заключаются в следующем.

1. Металлические сменные патроны источники примесей и участки металлической поверхности в каналах крана искажают дозирование некоторых примесей за счет адсорбционных и каталитических свойств окисной пленки на поверхности металла. Искажения заключаются в адсорбционной задержке установления равновесия из-за "памяти" предшествующего дозирования. Некоторые примеси подвергаются в источниках частичному каталитическому разложению и дозируются вместе с продуктами разложения. Конструкция и технология снаряжения патронов источников с сорбентом носителем вещества примеси сложны в исполнении и плохо воспроизводимы.

2. Регулятор доли потока, направляемой в источники через кран, соединенный с корпусом регулятора, искажает дозирование на малых расходах через регулятор за счет изменения объема и давления газа между втулкой и краном при перемещении штока и при переключении крана. Последнее связано с тем, что при отключенных источниках давление в объеме между втулкой и краном повышается до равновесного с точкой ответвления, поскольку сопротивление канавки регулятора падает до нуля. В момент подключения источника избыток давления быстро сбрасывается и наблюдается толчок избыточного дозирования примеси. Толчок пропорционален отсеченному объему между втулкой и краном. В данной конструкции этот объем задан ходом штока. Влияние перемещения штока сказывается непосредственно на изменении этого объема.

Целью изобретения является создание более совершенного метрологического средства для задач газового анализа, позволяющего без искажений количественно дозировать в поток газа пары различных примесей с возможностью непрерывного регулирования дозируемых концентраций. Поставленная цель достигается устройством для дозирования примесей в поток газа, содержащим сменные источники испаряемых примесей, вставленные в гнезда крана-переключателя, имеющего патрубки входа и выхода потока газа и соединенного с ответвлением потока на источники через регулятор, корпус которого разделен втулкой с подвижным штоком, образующими канал переменного сечения, причем источники выполнены в виде дуги из фторопластовой трубки, внутри которой помещен фитиль с примесью, а ответвление потока подведено к корпусу регулятора по обе стороны втулки с выходом к крану через канал в стенке втулки. Кран-переключатель источников выполнен из фторопласта и имеет штуцер для соединения с каналом в стенке втулки регулятора.

Отличие предложенного устройства от известного (прототипа) заключается в том, что источники выполнены в виде дуги из фторопластовой трубки, внутри которой помещен фитиль с примесью, а ответвление потока подведено к корпусу регулятора по обе стороны втулки с выходом соединения к крану через канал в стенке втулки. Другое отличие состоит в том, что кран-переключатель выполнен их фторопласта и имеет штуцер для подсоединения к регулятору через канал в стенке втулки.

Использование источников примесей в виде дуги из второпластовой трубки, внутри которой помещен фитиль с примесью, позволяет исключить адсорбционные задержки установления равновесия дозируемой концентрации и избежать каталитического воздействия на состав вещества примеси при хранении источников, т. к. фторопласт является наиболее инертным химическим веществом. Технология изготовления и снаряжения источников значительно упрощаются, а воспроизводимость изделий улучшается.

Использование соединения ответвленного потока с корпусом регулятора по обе стороны втулки с выходом к крану через канал в стенке втулки исключает искажения дозирования от перемещения штока и сводит к минимуму толчки дозирования в момент включения источника. Объем отсеченного газа в канале между втулкой и источником минимален и независим от положения штока.

Использование фторопласта для изготовления крана-переключателя имеет ту же цель исключения адсорбционных искажений дозирования, а штуцер для подсоединения к регулятору уменьшает объем отсеченного газа, создающего толчки при включении источника.

Предложенное устройство позволяет дозировать в поток газа испаряемые примеси с количественным регулированием коэффициента разбавления в пределах от 0,1 до 0,0001. При этом в эксплуатации исключаются искажения, задержки и толчки, присущие устройству-прототипу, а изготовление источников существенно упрощается. При необходимости более значительных разбавлений примеси последовательно с устройством включается фильтр разбавитель с постоянным коэффициентом разбавления.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показана конструкция устройства в разрезе и в плане; на фиг. 2 конструкция источника представлена в разрезе более подробно. Устройство включает: сменные источники примеси 1, кран переключатель источников 2 и регулятор 3 ответвленной части потока. Фторопластовая трубка 4 заключена в гибкий шланг 5 и огибает опорный диск 6 с углублением для шланга. Концы трубок зафиксированы в колодке 7. Внутри трубки расположен фитиль 9 из инертного, например, хлопчатобумажного волокнистого материала. Фитиль пропитан жидкой примесью, либо содержит твердое вещество в виде порошка. Концы фторопластовой трубки выступают из шланга для вставки в гнезда 8 на кране-переключателе. Кран-переключатель на фиг. 1 имеет два штуцера для входа и выхода газового потока. Штуцер входа 10 расположен на уровне верхней кольцевой канавки в пробке 11 крана, штуцер выхода 12 на уровне нижней концевой канавки. Три пары гнезд 8 для вставки источников расположены в корпусе крана через 120 градусов между осями гнезд. Уровень верхних гнезд расположен между кольцевыми канавками, а уровень нижних гнезд ниже уровня нижней концевой канавки. Кроме кольцевых канавок в пробке крана имеется канавка-перемычка, а под ней на уровне нижних гнезд выход изогнутого канала с началом в нижнем торце пробки. Подключение источника к потоку осуществляется в положении пробки, когда перемычка и выход изогнутого канала под ней совпадают с парой гнезд данного источника. Указатель рукоятки 13 крана при этом направлен на источник. Нижний штуцер 14 крана соединен с регулятором 3 через отверстие во втулке 15. Шток 16 во втулке имеет канавку 17 переменного сечения и может перемещаться во втулке с помощью червяка 18 с рукояткой 19. Положение штока во втулке определяется по шкале 20. Регулируемая часть потока ответвляется к регулятору перед входным штуцером 10, заполненным капиллярами 21 для создания сопротивления (перепада давления) на основном потоке. Ответвление соединено с корпусом регулятора 3 по обе стороны втулки 15 через штуцеры 22. Источники 1 герметизируются в гнездах 8 с помощью эластичных манжет 23.

Устройство работает следующим образом. Работе предшествует снаряжение источников 1. На фитили 9 наносятся вещества примесей, предназначенных для дозирования в поток газа. Для этого шнур фитиля избыточной длины засасывается грушей в трубку источника. Свободная часть фитиля смачивается нужным веществом, если оно жидкое, или в нее втирается порошок твердого вещества. Для дозирования ртути применяется амальгамированная проволочка. Фитиль с нанесенным веществом втягивается в трубку, а избыточные концы его отрезаются.

Снаряженные источники маркируются и хранятся замкнутыми в гнездах фторопластовой колодки для группового или индивидуального хранения.

Перед работой устройства нужные источники вставляются в гнезда 8 и герметизируются манжетами 23. Поток чистого газа требуемого расхода подсоединяется к входному штуцеру 10 и отводится от штуцера 12 к детектору примесей. Ручка крана устанавливается в нейтральное положение (указатель между источниками), а шток регулятора устанавливается на нулевом положении шкалы 20, что соответствует минимуму расхода ответвленного потока.

Для начала дозирования ручка 13 крана устанавливается указателем на нужный источник, а шток 16 регулятора перемещается в нужное положение, задавая соответствующий коэффициент разбавления пара примеси. При известной концентрации C₀ насыщенного пара дозируемого вещества дозируемая концентрация определяется как C KC₀, где kv/V доля ответвленного потока v от общего потока V. Значение K, соответствующее положению штока по шкале устройства, определяется по градуировочному графику в аттестате устройства.

Градуировка универсальна в широком диапазоне расхода потока газа, т.к. течение газа в капиллярах сопротивления и в канале регулятора ламинарно и перепад линейно зависит от расхода. Малые расходы ответвленного потока обеспечивают его насыщение паром примеси в источниках.

Устройство позволяет поверять концентрационную зависимость показаний детекторов в пределах трех десятичных порядков непрерывного регулирования с отсчетом по шкале регулятора и, при необходимости, смещать регулируемую область в сторону меньших концентраций путем включения последовательно с устройством фильтров-разбавителей с постоянным коэффициентом разбавления.

Таким образом, предложенное устройство позволяет без искажений, присущих устройству прототипа, количественно дозировать в поток газа пары различных примесей с возможностью непрерывного регулирования дозируемых концентраций.

Эксплуатационные и технологические преимущества предложенного устройства подтверждены практикой.

Использование: устройства для дозирования примеси в поток газа, для проверок детекторов газовых примесей при их эксплуатации и других задачах газового анализа. Сущность изобретения: устройство содержит сменные источники испаряемях примесей, вставленные в гнезде крана-переключателя, который соединен с ответвлением потока на источники через регулятор. Корпус регулятора разделен втулкой с подвижным штоком, образующими канал переменного сечения. Источники выполнены в виде дуги из фторопластовой трубки, внутри которой помещен фильтр с примесью. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для дозирования примеси в поток газа, содержащее сменные источники испаряемых примесей, вставленные в гнезда крана-переключателя, имеющего патрубки входа и выхода потока газа и соединенного с ответвлением потока на источники через регулятор, корпус которого разделен втулкой с подвижным штоком, образующими канал переменного сечения, отличающееся тем, что источники выполнены в виде дуги из фторопластовой трубки, внутри которой помещен фитиль с примесью, а ответвление потока подведено к корпусу регулятора по обе стороны втулки с выходом к крану через канал в стенке втулки. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кран-переключатель выполнен из фторопласта и снабжен штуцером для соединения с каналом в стенке втулки регулятора.