ИМПУЛЬСНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР Российский патент 2001 года по МПК G01N27/00 

Изобретение относится к области физико-химических измерении, а также к устройствам для автоматического анализа газов.

Известен импульсный газоанализатор (Фарзане Н. Г., Илясов Л. В. Автоматические детекторы газов. - М.: Энергия, 1972. С. 115-123), содержащий дифференциальный газовый детектор, трубку, автоматический дозатор, систему измерения сигнала детектора и командный прибор. Измерение концентрации определяемого компонента с помощью такого газоанализатора основывается на периодическом вводе в трубку с помощью дозатора постоянной по объему пробы анализируемой газовой среды, транспортировки этой пробы по трубке потоком газа-носителя в газовый детектор и измерении сигнала детектора, имеющего форму импульса, по амплитуде или площади которого судят о концентрации определяемого компонента.

Недостатком такого импульсного газоанализатора является сложность конструкции и необходимость дополнительного использования чистого газа в качестве газа-носителя.

Наиболее близким по технической сущности является импульсный газоанализатор для измерения микроконцентраций газов и паров в воздух (Исаев Ю. В. Сорбционно- потенциометрические измерительные преобразователи концентрации жидкостей и паров. Автореферат диссертации. Баку. АзИНефтехим, 1989. С. 17-18), содержащий две трубки для подключения газоанализатора к объекту контроля, измерительный газовый детектор с двумя штуцерами, фильтр, соединенный с одной из трубок, реверсивный побудитель расхода газа, включенный между второй трубкой и одним из штуцеров измерительного газового детектора, измерительное и управляющее устройства. Измерение концентрации определяемого компонента с помощью такого газоанализатора осуществляется путем периодической подачи потока анализируемой газовой среды, содержащей определяемый компонент, и потока этой же среды, очищенной от названного компонента, в измерительный газовый детектор. Причем подача каждого из потоков осуществляется с помощью реверсивного побудителя расхода в течение фиксированных отрезков времени, а по амплитуде сигнала судят о концентрации определяемого компонента.

Недостатком такого импульсного газоанализатора является нестабильность функции преобразования, связанная с существенным дрейфом начального уровня сигнала и наличием шума, что вызвано действием на анализатор влияющих физических величин.

Задачей предлагаемого изобретения является создание импульсного газоанализатора для измерения микроконцентраций газов и паров в воздухе, обладающего стабильной функцией преобразования.

Технический результат - увеличение точности определения микроконцентраций газов и паров в воздухе.

Технический результат достигается тем, что импульсный газоанализатор, содержащий две трубки для подключения газоанализатора к объекту контроля, измерительный газовый детектор с двумя штуцерами, фильтр, соединенный с одной из трубок, реверсивный побудитель расхода газа, включенный между второй трубкой и одним из штуцеров измерительного газового детектора, измерительное и управляющее устройства, дополнительно содержит сравнительный газовый детектор и дополнительный фильтр, причем сравнительный газовый детектор включен между фильтром и дополнительным фильтром, а второй штуцер измерительного газового детектора соединен с дополнительным фильтром, кроме того, измерительный и сравнительный газовые детекторы подключены к измерительному устройству дифференциально.

Такая конструкция обеспечивает возможность получения большей стабильности функции преобразования за счет применения в импульсном газоанализаторе дифференциального измерения микроконцентраций газов и паров в воздухе, обеспечивающего существенно меньшую зависимость результирующего сигнала от внешних влияющих величин. Причем газоанализатор способен функционировать без применения дополнительных громоздких устройств газоснабжения чистым воздухом, обычно включающих в свой состав баллон с воздухом, находящимся под высоким давлением, и снимает ограничения на продолжительность непрерывной работы газоанализатора, существующие при использовании дополнительных устройств газоснабжения.

По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.

Схема импульсного газоанализатора изображена на чертеже.

Импульсный газоанализатор содержит две трубки 1 и 2 для подключения газоанализатора к объекту контроля, измерительный газовый детектор 3, фильтр 4, соединенный с трубкой 1, реверсивный побудитель расхода газа 5, включенный между трубкой 2 и штуцером 6 измерительного газового детектора, измерительное 7 и управляющее 8 устройства, а также сравнительный газовый детектор 9 и дополнительный фильтр 10. Сравнительный газовый детектор 9 включен между фильтром 4 и дополнительным фильтром 10, а штуцер 11 измерительного газового детектора 3 соединен с дополнительным фильтром 10. При этом сравнительный 9 и измерительный 3 газовые детекторы подключены к измерительному устройству 7 дифференциально. Фильтр 4 и дополнительный фильтр 10 способны полностью поглощать определяемый компонент, содержащийся в анализируемом воздухе.

Работа импульсного газоанализатора осуществляется следующим образом.

Через трубки 1 и 2 газоанализатор подключают к объекту контроля. При контроле концентраций микропримесей в воздухе эти трубки сообщаются с атмосферой. Газоанализатор является измерительным устройством циклического действия и имеет два режима работы "Измерение" и "Продувка". Включение анализатора в названные режимы работы осуществляется устройством управления путем переключения направления вращения побудителя расхода газа 5. В режиме "Измерение" побудитель расхода 5 забирает анализируемый воздух из атмосферы через трубку 2 и направляет его последовательно в измерительный газовый детектор 3, дополнительный фильтр 10, сравнительный газовый детектор 9, фильтр 4 и трубку 1, из которой воздух вытекает в атмосферу.

В режиме "Измерение" через измерительный газовый детектор 3 протекает анализируемый воздух, содержащий определяемый компонент, а через сравнительный газовый детектор 9 протекает воздух, очищенный в фильтре 10 от определяемого компонента. Разность сигналов детекторов 3 и 9 запоминается в измерительном устройстве.

В режиме "Продувка" по сигналу устройства управления побудитель расхода изменяет направление вращения и прокачивает анализируемый воздух через элементы газоанализатора в противоположном направлении, а именно: анализируемый воздух забирается из атмосферы через трубку 1 и направляется последовательно в фильтр 4, сравнительный газовый детектор 9, дополнительный фильтр 10, измерительный газовый детектор 3. Затем воздух сбрасывается из побудителя расхода через трубку 2 в атмосферу. Таким образом, в режиме "Продувка" через сравнительный газовый детектор 9 протекает воздух, очищенный в фильтре 4 от определяемого компонента. Такой же воздух протекает в этом режиме работы анализатора и через измерительный газовый детектор 3.

Когда через детекторы 3 и 9 протекает очищенный воздух, сигналы этих детекторов в идеальном случае могут быть равны, и тогда их разность равна нулю. В общем случае эта разность может иметь некоторое значение, которое в измерительном устройстве вычитается из сигнала газоанализатора, полученного в режиме работы "Измерение". Полученный после этой операции сигнал и является мерой микроконцентрации определяемого компонента. В последующих циклах работы газоанализатора все операции повторяются.

Предложенное устройство и устройство, принятое за прототип, были испытаны в лабораторных условиях. В опытах использовались сорбционно-потенциометрические детекторы микроконцентраций (10^-4 - 10^-5) об.% водорода, фильтры, содержащие сорбент с палладием, ротационный побудитель расхода газа, измеритель малых токов типа ИМТ-05 и автоматический потенциометр КСП-4.

Опыты, проводимые в одинаковых условиях, показали, что в устройстве, принятом за прототип, дрейф составил 15•10^-12A/ч, а шум 2.5•10^-12А. Для предлагаемого устройства дрейф составил 2•10^-12А/ч, а шум - 1•10 А.

Преимуществом предлагаемого технического решения является:
- простота конструкции;
- малые габариты;
- стабильность функции преобразования.

Предлагаемый импульсный газоанализатор может быть реализован с использованием стандартных побудителей расхода газа, измерительных устройств и газовых детекторов, которые содержат проточную камеру с чувствительным элементом и два штуцера, например, термокондуктометрические, термохимические, сорбционно- кондуктометрические и др. Импульсный газоанализатор может найти применение в системах контроля взрывоопасных, вредных и отравляющих примесей в воздухе.

Использование: в физико-химических измерениях, а также в устройствах для автоматического анализа газов. Техническим результатом изобретения является увеличение точности определения микроконцентраций газов и паров в воздухе. Сущность: импульсный газоанализатор содержит две трубки для подключения газоанализатора к объекту контроля, измерительный газовый детектор с двумя штуцерами, фильтр, соединенный с одной из трубок, реверсивный побудитель расхода газа, включенный между второй трубкой и одним из штуцеров измерительного газового детектора, измерительное и управляющее устройства. Газоанализатор дополнительно содержит сравнительный газовый детектор и дополнительный фильтр, причем сравнительный газовый детектор включен между фильтром и дополнительным фильтром, а второй штуцер измерительного газового детектора соединен с дополнительным фильтром, кроме того, измерительный и сравнительный газовые детекторы подключены к измерительному устройству дифференциально. 1 ил.

Импульсный газоанализатор, содержащий две трубки для подключения газоанализатора к объекту контроля, измерительный газовый детектор с двумя штуцерами, фильтр, соединенный с одной из трубок, реверсивный побудитель расхода газа, включенный между второй трубкой и одним из штуцеров измерительного газового детектора, измерительное и управляющее устройства, отличающийся тем, что газоанализатор дополнительно содержит сравнительный газовый детектор и дополнительный фильтр, причем сравнительный газовый детектор включен между фильтром и дополнительным фильтром, а второй штуцер измерительного газового детектора соединен с дополнительным фильтром, кроме того, измерительный и сравнительный газовые детекторы подключены к измерительному устройству дифференциально.