АКУСТИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ГАЗОВ И ПАРОВ Российский патент 2005 года по МПК G01N30/76 

Изобретение относится к области аналитической техники, а именно к средствам измерений концентраций компонентов при газовом хроматографическом анализе.

Известен акустический детектор газов и паров (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Автоматические детекторы газов. М.: Энергия, 1972, с.168), содержащий рабочую и сравнительные камеры, в которых расположены пьезокерамические элементы (излучатель и приемник акустических колебаний), подключенные ко входу и выходу электронных усилителей. Камеры включены по дифференциальной схеме. Разность скоростей ультразвука в рабочей и сравнительной камерах пропорциональна разности частот возбуждения соответствующих усилителей. Эта разность подается на смеситель, где выделяется и усиливается частота биения. Для записи хроматограммы в схеме предусмотрен преобразователь "частота-напряжение".

Недостатком этого детектора является сложность конструкции и необходимость использования дополнительного преобразователя "частота-напряжение" для регистрации хроматограммы с помощью автоматических потенциометров, которые обычно включаются в состав хроматографа.

Наиболее близким по технической сущности является акустический детектор газов и паров (Негретов Ю.Б. Акустотермический детектор для газовой хроматографии. Баку, АзНЕФТЕХИМ, 1989, Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук), содержащий волновод с входным и выходным штуцерами и источник акустических колебаний, установленный в одном из торцов волновода и подключенный к генератору электрических гармонических колебаний. Приемником колебаний в данном детекторе служил терморезистор, расположенный в волноводе вблизи источника акустических колебаний и включенный в электрический неуравновешенный мост. Разность скоростей звука детектируемого компонента и газа-носителя вызывает изменение температуры терморезистора и сигнал электрического неуравновешенного моста, сигнал которого является функцией концентрации компонента в газе-носителе и его молекулярной массы этого компонента.

Недостатком данного детектора является необходимость использования терморезистора, размещенного в волноводе, и неуравновешенного моста со стабилизированным источником питания для измерений изменения сопротивления терморезистора, а также большая длина волновода, необходимая для подачи в него дополнительного газа, предотвращающего поступление детектируемых компонентов к терморезистору.

Задачей данного изобретения является упрощение детектора и, в частности, устранение необходимости размещения в волноводе измерительного элемента, а также уменьшение размеров детектора.

Технический результат - создание простого акустического детектора газов и паров, имеющего вдвое меньшую длину.

Технический результат достигается тем, что в акустическом детекторе газов и паров, содержащем волновод с входным и выходным штуцерами и источник акустических колебаний, установленный в одном из торцов волновода и подключенный к генератору электрических гармонических колебаний, согласно изобретению в электрическую цепь, соединяющую источник колебаний и генератор, дополнительно включен постоянный резистор, к концам которого подключен вход электронного усилителя, последовательно соединенного с входом выпрямителя, снабженного электрическим фильтром, который вместе с устройством компенсации сигнала напряжения последовательно подключены к входу электронного потенциометра.

Такая конструкция вдвое уменьшает количество элементов, необходимое для акустического детектирования газов и паров, устраняет необходимость размещения в волноводе каких-либо чувствительных элементов и уменьшает вдвое длину детектора, так как обеспечивает возможность транспортировки потока газа-носителя по всей длине волновода.

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

Схема акустического детектора газов и паров показана на чертеже. Акустический детектор содержит волновод 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами и источник акустических колебаний 4, установленный в одном из торцов 5 волновода 1 и подключенный к генератору электрических гармонических колебаний 6. В электрическую цепь, соединяющую источник акустических колебаний 4 и генератор 6, дополнительно включен постоянный резистор R, к концам которого подключен вход электронного усилителя 7, последовательно соединенного с входом выпрямителя 8, снабженного электрическим фильтром 9. Фильтр 9 и устройство компенсации 10 сигнала напряжения подключены последовательно к входу электронного потенциометра 11.

Работа акустического детектора газов и паров осуществляется следующим образом.

В волновод 1 через штуцер 2 подают поток газов из хроматографической колонки. Данный поток покидает волновод через штуцер 3. С помощью источника акустических колебаний 4, к которому поступают от генератора 7 электрические гармонические колебания, при соответствующем выборе частоты колебаний возникает акустическая стоячая волна. При этом в цепи, соединяющей источник акустических колебаний 4 и генератор 6, протекает переменный ток, который создает падение напряжения на резисторе R. Это падение напряжения воспринимается электронным усилителем, усиливается, а выходной сигнал переменного тока преобразуется в сигнал постоянного тока выпрямителем 8. При этом переменная составляющая сигнала с выхода выпрямителя 8 отделяется от постоянной составляющей электрическим фильтром 9. В результате на выходе фильтра 9 возникает сигнал напряжения постоянного тока, значение которого зависит от значения тока, протекающего через резистор R. Это напряжение компенсируется с помощью устройства компенсации 10. В результате на входе потенциометра 11 устанавливается значение сигнала, равное нулю. Такой сигнал на входе потенциометра имеет место, когда через волновод протекает чистый газ-носитель из газохроматографической колонки. Когда же вместе с потоком газа-носителя через волновод протекает какой-либо детектируемый компонент, из-за изменения акустического сопротивления газа, заполняющего волновод, изменяется режим стоячей волны в волноводе, это приводит к изменению тока, протекающего через резистор R. В результате сигнал постоянного напряжения, возникающего на выходе фильтра 9, отличается от компенсирующего сигнала, создаваемого устройством 10. Поэтому на вход потенциометра поступает сигнал, отличный от нуля. При выходе очередного компонента из газохроматографической колонки сигнал, регистрируемый потенциометром 11, имеет форму пика.

Опытным путем установлено, что площадь пика зависит от объемной концентрации паров компонента и его молекулярной массы.

Преимуществом предлагаемого технического решения является:

- простота конструкции;

- отсутствие в волноводе каких-либо дополнительных элементов;

- низкая стоимость.

Предлагаемый акустический детектор может быть реализован на базе стандартного источника колебаний, генератора, электронного потенциометра и широко распространенных электронных элементов.

Детектор может найти применение для измерения концентраций компонентов в газовой хроматографии, а также в качестве автоматического анализатора состава бинарных и псевдобинарных газовых сред.

Использование: для измерения концентрации компонентов при газовом хроматографическом анализе. Сущность: заключается в том, что акустический детектор газов и паров содержит волновод с входным и выходным штуцерами и источник акустических колебаний, установленный в одном из торцов волновода и подключенный к генератору электрических гармонических колебаний, при этом в электрическую цепь, соединяющую источник акустических колебаний и генератор, дополнительно включен постоянный резистор, к концам которого подключен вход электронного усилителя, последовательно соединенного с входом выпрямителя, снабженного электрическим фильтром, который вместе с устройством компенсации сигнала напряжения последовательно подключен к входу электронного потенциометра. Технический результат: создание простого акустического детектора газов и паров, имеющего вдвое меньшую длину. 1 ил.

Акустический детектор газов и паров, содержащий волновод с входным и выходным штуцерами и источник акустических колебаний, установленный в одном из торцов волновода и подключенный к генератору электрических гармонических колебаний, отличающийся тем, что в электрическую цепь, соединяющую источник акустических колебаний и генератор, дополнительно включен постоянный резистор, к концам которого подключен вход электронного усилителя, последовательно соединенного с входом выпрямителя, снабженного электрическим фильтром, который вместе с устройством компенсации сигнала напряжения последовательно подключен к входу электронного потенциометра.