ИМПУЛЬСНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР МИКРОКОНЦЕНТРАЦИЙ ВОДОРОДА В ВОЗДУХЕ Российский патент 2004 года по МПК G01N27/00 G01N25/00 

Изобретение относится к области физико-химических измерений, а именно к устройствам автоматического анализа газов.

Известен импульсный газоанализатор микроконцентраций водорода в воздухе (А.С. 1744623. Переносной газоанализатор), содержащий трубки для подключения газоанализатора к объекту контроля, газовый детектор с двумя штуцерами, фильтр, соединенный с одной из трубок, реверсивный побудитель расхода газа, включенный между второй трубкой и одним из штуцеров газового детектора, измерительное и управляющее устройства. Измерение микроконцентраций водорода в воздухе с помощью такого газоанализатора осуществляется путем периодической подачи потока анализируемого воздуха и потока этого же воздуха, очищенного от водорода, в газовый детектор. Причем подача каждого из потоков осуществляется с помощью реверсивного побудителя расхода в течение фиксированного отрезка времени, а по амплитуде сигнала детектора судят о концентрации определяемого компонента.

Недостатком такого импульсного газоанализатора является изменение режима работы газового детектора, связанного с изменением направления движения газового потока через камеру детектора, и необходимость полной герметизации побудителя расхода для исключения поступления воздуха из атмосферы.

Наиболее близким по технической сущности является импульсный газоанализатор микроконцентраций водорода в воздухе (Илясов Л.В., Анкудинова О.В. Автоматический анализатор микроконцентраций водорода. Деп. в ВИНИТИ, 29.09.97 г. , 2919-97), содержащий детектор водорода, подключенную к его входу колонку, выполненную в виде трубки, переключатель газовых потоков с приводом, стабилизатор расхода анализируемого газа, вход которого подключен к линии анализируемого газа, а выход - к входному каналу переключателя потоков, и программатор работы переключателя газовых потоков. Измерение микроконцентраций водорода в воздухе с помощью такого газоанализатора осуществляется путем периодического ввода с помощью переключателя газовых потоков в поток газа-носителя, в качестве которого используют воздух, предварительно очищенный от водорода, постоянной по объему пробы анализируемого газа (воздух с измеряемой концентрацией водорода), транспортировки этой пробы через колонку в детектор водорода и измерении амплитуды импульсного сигнала детектора, по которой судят о концентрации водорода.

Недостатком такого импульсного газоанализатора является сложность конструкции переключателя газовых потоков и необходимость использования дополнительного потока газа - газа-носителя.

Задачей предложенного изобретения является упрощение конструкции импульсного газоанализатора микроконцентраций водорода в воздухе и увеличение его надежности.

Технический результат - создание конструкции импульсного газоанализатора, не требующей использования для измерений дополнительного потока газа-носителя.

Технический результат достигается тем, что импульсный газоанализатор микроконцентраций водорода в воздухе, содержащий детектор водорода, подключенную к его входу колонку, выполненную в виде трубки, переключатель газовых потоков с приводом, стабилизатор расхода анализируемого газа, вход которого подключен к линии анализируемого газа, а выход - к входному каналу переключателя потоков, и программатор работы переключателя газовых потоков, дополнительно содержит фильтр для очистки анализируемого газа от водорода и обводную линии, причем переключатель газовых потоков выполнен с возможностью подключения посредством привода входного канала к одному из двух выходных каналов, один из которых подсоединен ко входу фильтра для очистки анализируемого газа от водорода, а второй - ко входу обводной линии, при этом выходы фильтра и обводной линии соединены между собой и подключены ко входу колонки.

Такая конструкция обеспечит возможность осуществления измерений микроконцентраций водорода в воздухе без использования дополнительного потока газа-носителя за счет включения в состав анализатора дополнительного фильтра для очистки анализируемого газа от водорода и создания тем самым эталонного газового потока, обеспечивающего возможность поверки и коррекции начального сигнала анализатора перед каждым циклом анализа, а также позволяет увеличить надежность работы анализатора и упростить его схему за счет применения простого переключателя газовых потоков для формирования проб анализируемого газа.

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

Схема импульсного газоанализатора микроконцентраций водорода в воздухе изображена на чертеже.

Импульсный газоанализатор содержит детектор водорода 1, подключенную к его входу 2 колонку 3, выполненную в виде трубки, переключатель 4 газовых потоков с приводом 5, стабилизатор 6 расхода анализируемого газа, вход 7 которого подключен к линии 8 анализируемого газа, а выход 9 - к входному каналу 10 переключателя 4 газовых потоков, программатор 11 работы переключателя 4 газовых потоков, фильтр 12 для очистки анализируемого газа от водорода и обводную линию 13. Переключатель 4 газовых потоков содержит входной канал 10 и два выходных канала 14 и 15, один из которых 14 подключен ко входу 16 фильтра 12, а второй 15 - ко входу 17 обводной линии 13. При этом выход 18 фильтра 12 для очистки анализируемого газа от водорода и выход 19 обводной линии 13 соединены между собой и подключены ко входу 20 колонки 3. Для измерения сигнала детектора водорода 1 анализатор содержит измерительную систему 21.

Фильтр 12 для очистки анализируемого газа от водорода выполнен в виде кварцевой трубки длиной 200 мм и внутренним диаметром 5 мм, заполненной гранулированным платиновым катализатором. Трубка снабжена нихромовым спиральным нагревателем 22, подключенным к стабилизированному источнику питания 23.

Работа импульсного газоанализатора осуществляется следующим образом.

По линии 8 ко входу 7 стабилизатора расхода 6 непрерывно подают анализируемый газ (воздух, содержащий водород), а с выхода 9 стабилизатора поток этого газа направляют к входному каналу 10 переключателя газовых потоков 4. Газоанализатор имеет два режима работы: "Подготовка" и "Анализ", перевод анализатора в названные режимы работы осуществляют с помощью переключателя 4, который подключает под действием привода 5 входной канал 10 к одному из выходных каналов 14 или 15. Управление приводом 5 осуществляют с помощью программатора 11. В режиме "Подготовка" по команде программатора 11 привод 5 подключает канал 10 к каналу 15. При этом поток анализируемого газа через вход 17 обводной линии 13 поступает к выходу 19 обводной линии 13, а далее через вход 20 поступает в колонка 3. Анализируемый газ, поступая в колонку 3, выталкивает из нее воздух, очищенный от водорода (газ-носитель), который остается в ней от предыдущего цикла анализа. Длительность режима работы "Подготовка" заранее выбирают так, что объем поступающего в колонку 3 анализируемого газа был меньше объема колонки 3, что необходимо для исключения попадания в этом режиме анализируемого газа в детектор водорода 1. Длительность режима "Подготовка" принимают равной 20-30 с. Затем по команде программатора 11 привод 5 подключает канал 10 переключателя 4 к каналу 14 (см. пунктирная линия на чертеже). Начинается режим работы "Анализ". В колонке 3 при этом сохраняется некоторая всегда постоянная по объему проба анализируемого газа.

При этом режиме работы поток анализируемого газа с постоянным объемным расходом поступает из входного канала 10 через переключатель потоков 4 в выходой канал 14 и далее поступает на вход 16 фильтра 12. Последний перед началом анализа нагревается и помощью нихромового спирального нагревателя 22 до температуры 250^oС за счет электрической энергии, поступающей от источника 23. Анализируемый воздух, протекая через фильтр 22, очищается от водорода за счет каталитического сгорания последнего на поверхности гранулированного платинового катализатора. В результате на выход 18 фильтра 12 поступает воздух, очищенный от водорода, который и используется в качестве газа-носителя. Поток этого газа-носителя поступает ко входу 20 и постепенно выталкивает отобранную пробу анализируемого газа, которая располагается в колонке 3, в детектор водорода 1. При транспортировке пробы анализируемого газа потоком газа-носителя через детектор формируется его выходной сигнал, имеющий форму импульса (пика) и измеряемый измерительной системой 21, амплитуда которого пропорциональна концентрации водорода в анализируемом газе. В следующих циклах работы анализатора все описанные операции повторяются. Время одного цикла работы анализатора составляет 2-3 мин, что определяется инерционными свойствами детектора водорода.

Предложенное устройство и устройство, принятое за прототип, были испытаны в лабораторных условиях. В опытах использовался радиоионизационный генераторный детектор, входящий в состав устройства прототипа. В результате испытаний было установлено, что предложенный газоанализатор способен измерять концентрацию водорода в воздухе в диапазоне (10^-7-10^-5) об.% без использования дополнительного газа-носителя, очищенного от водорода, в то время как устройство-прототип при тех же условиях обеспечивает возможное измерение концентрации водорода в воздухе только в диапазоне (5•10^-5-10^-3) об.%.

Преимуществами предлагаемого технического решения являются
- простота конструкции;
- простота эксплуатации, определяемая возможностью измерения без использования дополнительных устройств для очистки воздуха от водорода;
- надежность, определяемая малым числом переключаемых каналов.

Предлагаемый импульсный газоанализатор водорода может быть реализован с использованием стандартных переключателя потоков (например, электромагнитного}, измерительных устройств и газовых детекторов.

Импульсные газоанализаторы микроконцентраций водорода могут найти применение на предприятиях, использующих водородные технологии, и на объектах специального назначения.

Использование: изобретение относится к области физико-химических измерений, а именно к устройствам автоматического анализа газов. Импульсный газоанализатор содержит детектор водорода, подключенную к его входу колонку, выполненную в виде трубки, переключатель газовых потоков с приводом, стабилизатор расхода анализируемого газа, вход которого подключен к линии анализируемого газа, а выход - к входному каналу переключателя потоков, и программатор работы переключателя газовых потоков. Газоанализатор дополнительно содержит фильтр для очистки анализируемого газа от водорода и обводную линию. При этом переключатель газовых потоков выполнен с возможностью подключения входного канала к одному из двух выходных каналов, один из которых подсоединен ко входу фильтра для очистки анализируемого газа от водорода, а второй - ко входу обводной линии, а выходы фильтра и обводной линии соединены между собой и подключены ко входу колонки. Технический результат - создание конструкции импульсного газоанализатора, не требующей использования для измерений дополнительного потока газа-носителя. 1 ил.

Импульсный газоанализатор, содержащий детектор водорода, подключенную к его входу колонку, выполненную в виде трубки, переключатель газовых потоков с приводом, стабилизатор расхода анализируемого газа, вход которого подключен к линии анализируемого газа, а выход – к входному каналу переключателя потоков, и программатор работы переключателя газовых потоков, отличающийся тем, что газоанализатор дополнительно содержит фильтр для очистки анализируемого газа от водорода и обводную линию, причем переключатель газовых потоков выполнен с возможностью подключения посредством привода входного канала к одному из двух выходных каналов, один из которых подсоединен ко входу фильтра для очистки анализируемого газа от водорода, а второй – ко входу обводной линии, при этом выходы фильтра и обводной линии соединены между собой и подключены ко входу колонки.