ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗАТОР Российский патент 1999 года по МПК G01N30/00 G01N30/02 G01N30/78 G01N30/88 

Изобретение относится к устройствам аналитического приборостроения и может быть использована в качестве хроматографического устройства в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других областях для измерения содержания микропримесей.

Известен хроматограф (авт. св-во СССР N 1245999 МПК G 01 N 30/90), используемый для анализа компонентного состава газовых смесей, состоящий из термостата с размещенными в нем детектором и разделительной колонкой и размещенным вне термостата корректором влияния параметров окружающей среды, который поддерживает постоянной плотность анализируемого продукта или изменение температуры окружающей среды. Данный газовый хроматограф имеет змеевик, находящийся в тепловом контакте с управляющей камерой повторителя.

Недостатком данного хроматографа является его сложность, поскольку только корректор включает более десятка деталей. Работа корректора требует два источника сжатого воздуха.

Известен также хроматограф (авт. св-во СССР N 1430882 МПК G 01 N 30/88), состоящий из детектора измерительной системы, устройства повышения чувствительности в виде канала регистрации, канала коррекции, корректора дрейфа и опорного генератора, которые в свою очередь содержат значительное количество радиотехнических устройств и элементов. Данный хроматограф содержит также два усилителя, два фильтра низкой частоты, формирователь команды управления корректором базисного сигнала, фильтр низкой частоты с переключателем полосы пропускания и опорный генератор. В состав данного хроматографа входят несколько переключателей: диапазонов и полярностей, полосы пропускания.

Недостатками данного хроматографа являются его сложность и громоздкость.

Известен хроматограф ХГ-1Г [Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Москва 1988], который состоит из программатора анализа, газового блока, блока детекторов, блока программирования температуры, регистраторов, генератора водорода, силового блока.

Недостатками данного прибора является наличие пневматического привода кранов-переключателей 3 газовых потоков, что требует большого расхода воздуха. Наличие генератора водорода требует сложного обслуживания. И экологически прибор несовершенен, поскольку продукты работы генератора водорода требуют специальной утилизации. Кроме того, время анализа 130 сек не может удовлетворить качества исследований в процессе бурения скважин, поскольку недостаток информации в связи с замедленностью процесса не позволяет сделать точный и объективный вывод о продуктивности исследуемого разреза.

Наиболее близким аналогом к заявляемому решению является газовый анализатор фирмы GEOCERVICES [инструкция по эксплуатации газового анализатора CHROMATOLOGGER фирмы GEOCERVICES 1980 г.], который имеет газовую систему, детектор, термостат, блок управления и блок обработки сигналов.

Однако данный хроматограф имеет недостаточное быстродействие - цикл измерения 300 сек, что приводит, как и в предыдущем случае к неудовлетворительным результатам анализа.

Задача заявляемого устройства - устранение недостатка в быстродействии при упрощении и повышении надежности заявляемого прибора.

Сущность заявляемого решения заключается в том, что в газовом анализаторе, включающем газовую систему в виде блока подготовки воздуха, переключателей газовых потоков, и элемента отбора проб - дозы, блок колонок, блок детектирования, термостат, блок управления и обработки сигналов, блок колонок выполнен в виде поглотительной и ряда параллельно соединенных разделительных колонок, блок детектирования содержит ряд газовых детекторов, число которых соответствует числу разделительных колонок, причем блок подготовки воздуха, элемент отбора проб - доза, блоки колонок и детектирования помещены в термостат.

Кроме того, заявляются варианты модификации и усовершенствования данного газового анализатора: выполнение переключателей в виде электромагнитных клапанов, число которых равно пяти; число колонок в разделительном блоке - три.

Кроме того наилучшим выполнением заявляемого устройства является применение микропроцессорного устройства в качестве блока управления и обработки сигналов.

Газовый анализатор представлен на чертеже, где позиции 1-14 блоки и элементы:
1 - вход воздуха;
2 - блок подготовки воздуха;
3 - электромагнитный клапан;
4 - элемент отбора проб - доза;
5 - разделительная колонка;
6 - поглотительная колонка;
7 - вход газовой линии;
8 - насос;
9 - устройство ввода вручную;
10 - сброс в атмосферу;
11 - термостат;
12 - газовый детектор;
13 - блок управления и обработки сигналов;
14 - блок питания;
Стрелками обозначено соединение с блоком управления и обработки сигналов других блоков и элементов.

Работа газового анализатора осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии электромагнитные клапаны 3 обесточены. В этом случае газовая смесь из входа газовой линии 7 прокачивается насосом 8 через элемент отбора проб - дозу 4 и выбрасывается в атмосферу 10, или вводится шприцем в устройство ввода вручную 9 и содержится в элементе отбора проб - дозе 4. Газ-носитель из блока подготовки воздуха 2 подается на поглотительную колонку 6 и выходит через сброс в атмосферу 10, а также поступает в разделительные колонки 5, далее на газовые детекторы 12 и также через сброс в атмосферу 10.

По сигналу блока управления и обработки сигналов 13 на электромагнитные клапаны 3 подается напряжение и они переключаются. В данном положении газовая смесь, находящаяся в элементе отбора проб - дозе 4, подается газом-носителем через поглотительную колонку 6 на разделительные колонки 5, далее в газовые детекторы 12 и на сброс в атмосферу 10.

По истечении времени, соответствующего прохождению через поглотительную колонку 6 анализируемых компонентов газовой смеси (от 10 до 30 сек в зависимости от выбранного цикла), по сигналу блока управления и обработки сигнала 13 с электромагнитных клапанов 3 снимается напряжение и производится их переключение в исходное положение. В этом положении, соответствующем режиму "анализ", оставшиеся в поглотительной колонке компоненты выдуваются из нее газом-носителем для дальнейшего разделения в разделительные колонки 5 и далее через газовые детекторы 12 в атмосферу.

Разделенные в разделительных колонках 5 компоненты, попадая в детекторы 12 и проходя через полости чувствительных элементов газовых детекторов, взаимодействуют с их нагретой поверхностью, изменяя электрические свойства чувствительных элементов тем больше, чем больше концентрация компонентов. Электрические сигналы чувствительных элементов в виде пиков, площадь которых пропорциональна содержанию компонентов (хроматограмма), подаются на измеритель блока управления и обработки сигнала, где преобразуются в цифровые значения, которые записываются в память, обрабатываются и выводятся в ПЭВМ в виде цифрового кода.

Кроме того, блок управления и обработки сигналов управляет термостатом 11.

Управляющие настройки вводятся в блок управления и обработки сигналов с помощью ПЭВМ и хранятся в энергонезависимой памяти. Блок питания 14 формирует напряжения, необходимые для работы газового анализатора.

Пример
Заявляемое решение осуществлено в соответствии с вышеописанным. Использована в макетном образце конструкция, в которой - одна поглотительная и три разделительных колонки. Система перераспределения газовых потоков собрана на переключающих одноканальных электромагнитных клапанах. Количество последних - пять. В качестве детектора применен датчик адсорбционно-полупроводникового типа. Давление на колонках 0,8 Атм. Управление работой газового анализатора и обработка сигнала детектора осуществляется блоком управления и обработки сигналов.

Преимущества заявляемого газового анализатора демонстрирует таблица сравнения, в которой приведены технические эксплуатационные характеристики хроматографов, получивших широкое распространение.

Вывод: за короткое время выхода на рабочий режим, при времени рабочего цикла 90 сек заявляемый газовый анализатор позволяет производить анализ газовой смеси компонентов от H₂ до C₆ ⁺д

Изобретение относится к устройствам аналитического приборостроения и может быть использовано в качестве хроматографического устройства в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других областях для измерения содержания микропримесей. Газовый анализатор, включающий газовую систему, состоящую из блока подготовки воздуха, переключателей газовых потоков и элемента отбора проб, блок колонок, блок детектирования, термостат, блок управления и обработки сигналов, блок колонок выполнен в виде поглотительной и ряда параллельно включенных разделительных колонок, блок детектирования содержит ряд газовых детекторов, число которых соответствует числу разделительных колонок, причем блок подготовки воздуха, элемент отбора проб, блоки колонок и детектирования помещены в термостат. Дополнительно газовый анализатор имеет в качестве переключателей газовых потоков электроклапаны, число которых равно 5, число разделительных колонок в блоке колонок равно трем, а блок управления и обработки сигналов выполнен в виде микропроцессорного устройства. Изобретение повышает быстродействие и упрощает газовый анализатор при увеличении надежности. 4 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Газовый анализатор, включающий газовую систему в виде блока подготовки воздуха, переключателей газовых потоков и элемента отбора проб (дозы), блок колонок, блок детектирования, термостат, блок управления и обработки сигналов, отличающийся тем, что в нем блок колонок выполнен в виде поглотительной и ряда параллельно соединенных разделительных колонок, блок детектирования содержит ряд газовых детекторов, число которых соответствует числу разделительных колонок, причем блок подготовки воздуха, элемент отбора проб (доза), блоки колонок и детектирования помещены в термостат. 2. Газовый анализатор по п.1, отличающийся тем, что в нем переключатели газовых потоков выполнены в виде переключающих одноканальных электроклапанов. 3. Газовый анализатор по п.2, отличающийся тем, что число электроклапанов равно пяти. 4. Газовый анализатор по п.1, отличающийся тем, что он имеет три разделительных колонки. 5. Газовый анализатор по п.1 или 4, отличающийся тем, что блок управления и обработки сигналов выполнен в виде микропроцессорного устройства.