ФОТОИОНИЗАЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ ГАЗОАНАЛИТИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ Российский патент 2005 года по МПК G01N27/66 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может найти применение при контроле примесей веществ в газах и, в частности, в воздухе.

Известен фотоионизационный детектор, содержащий источник излучения - УФ-лампу с окном для вывода ультрафиолетового излучения, ионизационную камеру, размещенную напротив окна лампы, канал для подвода анализируемого газа в камеру, поляризующий и коллекторный электроды, установленные в объеме ионизационной камеры и разделенные изолятором, и канал для вывода газа, образованный зазором между изолятором и окном камеры (см. авт. свид. СССР N 1444659, G 01 N 27/62, 1987). Известный детектор может быть использован в газовых хроматографах, но не применим в газоанализаторах, работающих с принудительным отбором воздуха, где требуется обеспечение герметичности ионизационной камеры.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому детектору является фотоионизационный детектор, выпускаемый предприятием ХРОМДЕТ-ЭКОЛОГИЯ в составе газоанализатора КОЛИОН-1. Детектор содержит УФ-лампу с окном для вывода УФ-излучения, ионизационную камеру, внутренний объем которой ограничен пространством между поверхностью окна и торцевой поверхностью цилиндрической втулки из электроизоляционного материала, установленной напротив окна с зазором по отношению к его поверхности, поляризующий и коллекторный электроды, установленные в центральном канале, выполненном в цилиндрической втулке из электроизоляционного материала, и линии для подвода и вывода газа, соединенные с центральным каналом втулки (см. Инструкцию по эксплуатации газоанализатора КОЛИОН-1, М.: ХРОМДЕТ-ЭКОЛОГИЯ, 1997 г.).

Недостатком известного детектора является то, что при анализе воздуха с высокой относительной влажностью (более 70%) на поверхности электроизоляционного материала втулки, разделяющего электроды, образуется тонкая пленка воды, и возникают токи утечки, приводящие к увеличению тока между электродами, т.е. к появлению ложного сигнала. Этот недостаток особенно ощутим при минимизации внутреннего объема ионизационной камеры, когда расстояние между электродами по поверхности электроизоляционного материала втулки не превышает 5 мм.

Задача изобретения состояла в исключении влияния влажности анализируемого воздуха на сигнал фотоионизационного детектора при одновременном уменьшении внутреннего объема ионизационной камеры и обеспечении ее герметичности.

Указанная задача решается тем, что предложен фотоионизационный детектор для газоаналитической аппаратуры, содержащий УФ-лампу с окном для вывода УФ-излучения, ионизационную камеру, внутренний объем которой ограничен пространством между поверхностью окна и поверхностью цилиндрической втулки из электроизоляционного материала, имеющей центральный внутренний канал и установленной напротив окна с зазором по отношению к его поверхности, поляризующий и коллекторный электроды, установленные в центральном канале втулки, и каналы для подвода и вывода анализируемого газа, соединенные с центральным каналом втулки, в котором, согласно изобретению, электроды выполнены в виде стержней, внешняя поверхность которых за исключением концов, размещенных вблизи торцевой поверхности втулки напротив окна лампы, покрыта слоем электроизоляционного материала, причем электроды установлены параллельно друг другу, а внешние поверхности слоев электроизоляционного материала, служащего покрытием электродов, отделены друг от друга зазором.

Благодаря отмеченным выше особенностям выполнения электродов, активные (не изолированные) концы электродов, между которыми протекает ионизационный ток, находятся на небольшом расстоянии друг от друга (менее 5 мм), но отделены друг от друга по поверхности изоляционного материала относительно большим по длине участком этой поверхности (более 30 мм). Это приводит к тому, что даже, если на поверхности изоляционного материала, покрывающего большую часть электродов, образуется тонкая пленка воды, токи утечки составляют ничтожно малую величину (на уровне долей пикоампера) и практически не сказывается на полезном сигнале.

Другим отличием детектора является то, что УФ-лампа со стороны окна для вывода излучения снабжена металлическим цилиндрическим цоколем, часть внутренней поверхности которого охватывает боковую поверхность лампы и герметично соединена с ней, а в средней части цоколя выполнен внутренний кольцевой выступ, одна поверхность которого плотно прижата к краям окна УФ-лампы, а другая поверхность выступа контактирует с торцевой поверхностью втулки из электроизоляционного материала, причем часть внутренней поверхности цоколя, удаленная от лампы, герметично охватывает внешнюю боковую поверхность втулки из электроизоляционного материала.

Еще одним отличием детектора является то, что в качестве электроизоляционного материала втулки использован полимерный материал, причем на внутренней поверхности цоколя, охватывающей втулку, выполнена резьба, служащая для герметичного соединения цоколя со втулкой, а на поверхности внутреннего кольцевого выступа цоколя, обращенной к втулке, выполнен кольцевой выступ, имеющий заостренную кромку и служащий для герметизации внутреннего объема ионизационной камеры.

Указанные особенности выполнения детектора обеспечивают надежную герметичность ионизационной камеры детектора при минимальном ее объеме.

При этом значительно упрощается сборка элементов детектора.

В числе отличий детектора следует отметить то, что на цоколь лампы со стороны втулки надет цилиндрический металлический кожух, окружающий внешнюю поверхность втулки и экранирующий электроды ионизационной камеры от воздействия внешних электрических полей.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен предлагаемый детектор в продольном разрезе.

На фиг.2 представлен вид детектора в разрезе А-А фиг.1.

На фиг.3 представлен вид детектора в разрезе В-В фиг.1.

Фотоионизационный детектор содержит УФ-лампу 1 с окном 2 для вывода УФ-излучения. В качестве примера выполнения на чертежах представлена газоразрядная УФ-лампа 1 с электродами 3 и 4, установленными во внутреннем объеме. Однако в данном детекторе может быть использована и безэлектродная газоразрядная УФ-лампа, в которой разряд, служащий источником УФ-излучения возбуждается с помощью высокочастотного индуктивного или емкостного генератора (не показаны). На корпусе лампы 1 со стороны окна закреплен металлический цилиндрический цоколь 5, который соединен частью своей внутренней поверхности с внешней поверхностью лампы 1 с помощью клея, например эпоксидного компаунда.

В средней части цоколя 5 имеется внутренний кольцевой выступ 6, одна поверхность которого плотно прижата к краям окна 2 для вывода УФ-излучения из лампы 1, а другая поверхность выступа 6 контактирует с торцевой поверхностью втулки 7 из электроизоляционного материала. В качестве материала втулки 7 использован эластичный полимерный материал, предпочтительно фторопласт. На внутренней поверхности цоколя 5 выполнена резьба таким образом, что втулка 7 ввинчивается в полость цоколя 5 и своим торцом прижимается к поверхности кольцевого выступа 6, имеющего заостренную кромку 8. Пространство между поверхностью окна 2 и внутренней поверхностью втулки 7 образует внутренний объем ионизационной камеры 9. В центральной части втулки 7 выполнен канал 10, в котором установлены электроды 11, один из которых служит в качестве поляризующего электрода, а другой служит в качестве коллекторного электрода. Электроды 11 выполнены в виде тонких стержней 12, внешняя поверхность которых за исключением концов 13, установленных вблизи торцевой поверхности втулки 7, покрыта слоем 14 электроизоляционного материала, например фторопласта. В теле втулки 7 выполнены канал 15 для подвода анализируемого газа (воздуха), соединенный с центральным каналом 10 втулки 7, в котором установлены электроды 11, и канал 16 для вывода анализируемого газа из объема ионизационной камеры 9. Каналы 15 и 16 соединены с соответствующими патрубками 17 и 18 для подвода и вывода анализируемого газа. Электроды 11 соединены с соответствующими кабелями 19 и 20, один из которых (19) соединен с источником питания, а второй (20) соединен с электрометрическим усилителем (не показаны). Электроды 11 установлены параллельно друг другу таким образом, что внешние поверхности слоев 14 электроизоляционного материала, служащих внешним покрытием электродов 11, отделены друг от друга зазором (см. фиг.3). Активные (неизолированные) концы 13 электродов 11, между которыми в процессе работы детектора протекает ионизационный ток, находятся на небольшом расстоянии друг от друга (менее 5 мм). При этом они отделены друг от друга по поверхности изоляционных слоев 14 достаточно большим по длине участком этой поверхности (более 30 мм), что обеспечивает высокое электрическое сопротивление и способствует существенному уменьшению токов утечки даже при высокой влажности анализируемого воздуха.

На цоколь 5 лампы 1 со стороны втулки 7 надет цилиндрический металлический кожух 21, окружающий внешнюю поверхность втулки 7 и экранирующий электроды 11 ионизационной камеры 9 от воздействия внешних электрических полей. Кожух 21 прижат к цоколю 5 с помощью хомута 22.

Детектор работает следующим образом.

Поток анализируемого газа (воздуха) поступает в ионизационную камеру 9 по каналу 15 под воздействием микрокомпрессора (не показан), соединенного с патрубком 18. Под действием УФ-излучения, поступающего в ионизационную камеру 9 из УФ-лампы 1 через окно 2, в ионизационной камере 9 осуществляется ионизация молекул компонентов анализируемого газа, имеющих энергию ионизации, меньшую энергии фотонов. Образовавшиеся при этом ионы и электроны движутся в электрическом поле к активным участкам-краям 13 электродов и создают токовый сигнал, пропорциональный концентрации молекул ионизируемых компонентов анализируемого газа. Благодаря тому, что расстояние между активными (неизолированными) участками (концами) 13 электродов 11 по поверхности изоляционным слоем 14 составляет более 30 мм, токи утечки чрезвычайно малы (на уровне долей пикоампера) даже при значительной (более 80%) относительной влажности анализируемого газа (воздуха). Это практически не искажает величину полезного сигнала детектора.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может найти применение при контроле примесей веществ в газах и, в частности, в воздухе. Сущность: детектор содержит УФ-лампу с окном для вывода УФ-излучения и ионизационную камеру. Внутренний объем камеры ограничен пространством между поверхностью окна УФ-лампы и поверхностью цилиндрической втулки из электроизоляционного материала, имеющей центральный внутренний канал. В канале установлены поляризующий и коллекторный электроды. Электроды выполнены в виде стержней. Внешняя поверхность стержней за исключением концов, размещенных вблизи торцевой поверхности втулки, покрыта слоем электроизоляционного материала. Лампа со стороны окна для вывода УФ-излучения снабжена цилиндрическим металлическим цоколем. В средней части цоколя имеется внутренний кольцевой выступ, одна поверхность которого плотно прижата к краям окна лампы, а другая поверхность контактирует с торцевой поверхностью втулки. Втулка выполнена из эластичного полимерного материала и ввинчивается в полость цоколя, удаленного от окна лампы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фотоионизационный детектор для газоаналитической аппаратуры, содержащий УФ-лампу с окном для вывода УФ-излучения, ионизационную камеру, внутренний объем которой ограничен пространством между поверхностью окна и поверхностью цилиндрической втулки из электроизоляционного материала, имеющей центральный внутренний канал и установленной напротив окна с зазором по отношению к его поверхности, поляризующий и коллекторный электроды, установленные в центральном канале втулки, и каналы для подвода и вывода анализируемого газа, соединенные с центральным каналом втулки, отличающийся тем, что электроды выполнены в виде стержней, внешняя поверхность которых за исключением концов, размещенных вблизи торцевой поверхности втулки напротив окна лампы, покрыта слоем электроизоляционного материала, причем электроды установлены параллельно друг другу и внешние поверхности слоев изоляционного материала, служащего покрытием электродов, отделены друг от друга зазором.2. Детектор по п.1, отличающийся тем, что УФ-лампа со стороны окна для вывода УФ-излучения снабжена металлическим цилиндрическим цоколем, часть внутренней поверхности которого охватывает боковую поверхность лампы и герметично соединена с ней, а в средней части цоколя выполнен внутренний кольцевой выступ, одна поверхность которого плотно прижата к краям окна УФ-лампы, а другая поверхность выступа контактирует с торцевой поверхностью втулки из электроизоляционного материала, причем часть внутренней поверхности цоколя, удаленная от лампы, герметично охватывает внешнюю боковую поверхность втулки из электроизоляционного материала.3. Детектор по п.2, отличающийся тем, что в качестве электроизоляционного материала втулки использован эластичный полимерный материал, причем на внутренней поверхности цоколя, охватывающей втулку, выполнена резьба, служащая для герметичного соединения цоколя со втулкой, а на поверхности внутреннего кольцевого выступа цоколя, обращенной к втулке, выполнен кольцевой выступ, имеющий заостренную кромку и служащий для герметизации внутреннего объема ионизационной камеры.4. Детектор по п.2 или 3, отличающийся тем, что на цоколь лампы со стороны втулки надет цилиндрический металлический корпус, окружающий внешнюю поверхность втулки и экранирующий электроды ионизационной камеры от воздействия внешних электрических полей.