ГАЗОАНАЛИЗАТОР Российский патент 2007 года по МПК G01N27/64 

Изобретение относится к устройствам для контроля содержания примесей веществ в газе с использованием преимущественно фотоионизационного детектора. Оно может найти применение для контроля содержания примесей вредных веществ в воздухе.

Известен газоанализатор для контроля содержания примесей вредных веществ в воздухе, содержащий фотоионизационный детектор с УФ-лампой, газовую линию, соединенную с источником анализируемого газа (воздуха), в которой установлен детектор, связанный с этой линией патрубками для входа и выхода газа, и побудитель расхода, установленный в газовой линии на выходе детектора (см. Instruction Manual Photoionization Detector VX-500, Industrial Scientific Corp.).

Недостатком известного газоанализатора является то, что в процессе работы фотоионизационного детектора часть веществ, содержащихся в анализируемом воздухе, сорбируется и откладывается на поверхности оптического окна, через которое в измерительную камеру детектора поступает УФ-излучение. Под воздействием излучения происходит образование полимерной пленки на окне. Это приводит к тому, что чувствительность детектора к контролируемым веществам постепенно уменьшается. С целью восстановления чувствительности работу детектора периодически приостанавливают, отключая от источника питания, детектор разбирают и очищают поверхность оптического окна с помощью мелкодисперсного порошка, например корунда. Такая процедура очистки требует периодической калибровки детектора и резко снижает время активной работы газоанализатора. Кроме того, после нескольких протирок происходит ухудшение пропускания окна, что приводит к необходимости частой замены УФ-ламп.

Известен газоанализатор на основе фотоионизационного детектора, в котором очистка поверхности окна УФ-лампы осуществляется путем прерывания потока анализируемого воздуха через камеру детектора, дозированной подачи в камеру порции кислорода от отдельного источника кислорода и восстановления подачи потока анализируемого воздуха через камеру детектора. Часть кислорода, введенного в камеру детектора в период очистки под действием УФ-излучения, поступающего в камеру детектора через оптическое окно, преобразуется в озон, который окисляет отложившиеся на внутренних поверхностях камеры детектора вещества, приводит к их деструкции, восстанавливая рабочие характеристики детектора (см. ЕРА 1262770 А2).

Недостатком такого газоанализатора является чрезмерная сложность конструкции, обусловленная наличием баллонного источника кислорода.

Задача изобретения состояла в разработке такого газоанализатора на основе фотоионизационного детектора, в котором периодическая очистка оптического окна УФ-лампы обеспечивалась бы без привлечения дополнительного источника кислорода.

Указанная задача решается тем, что предложен газоанализатор, содержащий фотоионизационный детектор с УФ-лампой, основную газовую линию, соединенную с источником анализируемого газа, в которой установлен детектор, связанный с этой линией патрубками для входа и выхода газа, побудитель расхода, установленный в основной газовой линии на выходе детектора, в который согласно изобретению введена дополнительная газовая линия, подключенная параллельно детектору и соединенная с патрубками детектора для входа и выхода газа, причем в дополнительной газовой линии установлен адсорбер-поглотитель для поглощения сорбируемых примесей веществ из анализируемого газа и газоанализатор снабжен приспособлением для циркуляции газа в контуре, образованном основной и дополнительной газовыми линиями.

В предпочтительном варианте выполнения газоанализатора приспособление для циркуляции газа в контуре, образованном основной и дополнительной газовыми линиями, выполнено в виде дополнительного побудителя расхода, установленного в дополнительной газовой линии таким образом, что создаваемый им поток газа, протекающего через детектор, имеет то же направление, что и поток газа, создаваемый побудителем расхода, установленным в основной газовой линии. Предусмотрен также вариант выполнения газоанализатора, в котором приспособление для циркуляции газа в контуре, образованном основной и дополнительной газовыми линиями, выполнено в виде дополнительного побудителя расхода, установленного в дополнительной газовой линии таким образом, что создаваемый им поток газа, протекающий через детектор, противоположен по направлению потоку, создаваемому побудителем расхода, установленным в основной газовой линии, причем в дополнительной газовой линии установлен запорный клапан.

В другом возможном варианте выполнения газоанализатора приспособление для циркуляции газа в контуре, образованном основным и дополнительным газовыми каналами, включает побудитель расхода газа, установленный в основной газовой линии, и два управляемых запорных клапана, один из которых установлен в дополнительной газовой линии, а другой установлен в основной газовой линии на выходе побудителя расхода, причем дополнительная газовая линия одним своим концом соединена с патрубком для выхода газа из детектора через побудитель расхода.

Благодаря отмеченным выше особенностям выполнения газоанализатора, очистка поверхности оптического окна УФ-лампы фотоионизационного детектора от загрязнений производится периодически потоком анализируемого газа, освобожденного от сорбируемых примесей в адсорбере-поглотителе.

Технический результат изобретения заключается в исключении необходимости использования дополнительного источника кислорода для осуществления очистки оптического окна УФ-лампы. Это упрощает конструкцию газоанализатора и увеличивает срок службы лампы.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 и 2 изображены принципиальные схемы двух возможных вариантов выполнения газоанализатора, в которых роль приспособления для циркуляции газа в контуре, образованном основной и дополнительной газовыми линиями, выполняет дополнительный побудитель расхода, установленный в дополнительной газовой линии.

На фиг.3 изображена принципиальная схема такого варианта выполнения газоанализатора, в котором роль приспособления для циркуляции газа в контуре, образованном основной и дополнительной газовыми линиями выполняет побудитель расхода, установленный в основной газовой линии.

Предпочтительный вариант выполнения газоанализатора, изображенный на фиг.1, содержит фотоионизационный детектор 1 с УФ-лампой (не показана), основную газовую линию 2, соединенную с источником анализируемого газа (окружающим воздухом), в которой установлен фотоионизационный детектор 1, связанный с этой линией 2 патрубками 3 и 4 для входа и выхода анализируемого газа. В основной газовой линии 2 установлен также побудитель 5 расхода, размещенный на выходе фотоионизационного детектора. В газоанализатор введена дополнительная газовая линия 6, подключенная параллельно основной газовой линии 2 и соединенная с детектором 1 патрубками 3 и 4 для входа и выхода газа. В дополнительной газовой линии 6 установлен адсорбер-поглотитель 7, представляющий собой трубку, заполненную частицами 8 адсорбента, например, активированного угля. Газоанализатор снабжен приспособлением для циркуляции газа в контуре, образованном основной газовой линией 2 и дополнительной газовой линией 6, которое выполнено в виде дополнительного побудителя 9 расхода, установленного в дополнительной газовой линии 6 таким образом, что создаваемый им поток газа, протекающего через детектор 1, имеет тоже направление, что и поток газа, создаваемый побудителем расхода 5, установленным в основной газовой линии 2. Газоанализатор снабжен микропроцессором 10, осуществляющим обработку результатов измерения и управление работой газоанализатора. Газоанализатор работает в двух сменяющих друг друга режимах: режиме измерения и режиме очистки. При работе в режиме измерения побудитель 5 расхода, установленный в основной газовой линии 2, включен, а побудитель 9 расхода, установленный в дополнительной газовой линии 6, выключен.

При этом режиме работы поток анализируемого газа поступает в фотоионизационный детектор 1 по основной газовой линии 2 через входной патрубок 3 и выходит из детектора 1 через выходной патрубок 4. Затем газ поступает на вход побудителя 5 расхода, с выхода которого он выбрасывается в атмосферу.

При этом фотоионизационный детектор 1 вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный концентрации измеряемых веществ в анализируемом газе, который обрабатывается в микропроцессорном блоке 10 и регистрируется.

Периодически через установленное время газоанализатор переводится с помощью микропроцессорного блока 10 в режиме очистки, при котором отключается побудитель 5 расхода и включается побудитель 9 расхода. При работе в этом режиме прекращается отбор анализируемого газа. Газ, находящийся в объеме детектора 1 и прилегающих к нему участках основной газовой линии 2, начинает циркулировать в контуре, образованном основной газовой линией 2 и дополнительной газовой линией 6, проходя через адсорбер-поглотитель 7, где он освобождается от сорбирующихся примесей. Очищенный газ в процессе циркуляции проходит через внутренний объем камеры детектора 1 и освобождает поверхность оптического окна УФ-лампы от отложений, которые, десорбируясь, поступают в газовый поток и поглощаются в адсорбере-поглотителе 7. При этом детектор 1 работает и выдает сигнал, соответствующий чистому (освобожденному от сорбирующихся примесей) анализируемому газу (воздуху). Этот сигнал запоминается в микропроцессорном блоке 10 и в дальнейшем используется в качестве "нулевого" сигнала при работе газоанализатора в режиме "измерение".

Необходимо отметить, что поскольку внутренние объемы камеры детектора 1, адсорбера-поглотителя 7 и дополнительной газовой линии 6 чрезвычайно малы (в сумме всего 3-5 мл), то освобождение газа от примесей происходит в течение нескольких секунд при расходе 200-300 мл/мин. Для обеспечения полной очистки окна достаточно, чтобы режим очистки составлял 10-20 секунд. Остальное время газоанализатор работает в режиме измерения. При этом адсорбер-поглотитель 7 лишь в незначительной степени пополняется сорбирующимися примесями, чем обеспечивается значительный временной ресурс его работы при чередующихся режимах измерения и очистки. Это является дополнительным достоинством предлагаемого газоанализатора.

Описанный выше вариант выполнения газоанализатора может работать и в таком режиме, когда включены оба побудителя расходов 5 и 9. При этом режиме поступающий в детектор 1 анализируемый газ разбавляется в определенной степени потоком очищенного от примесей газа, что дает возможность расширения диапазона измерений концентрации измеряемых компонентов в сторону его повышения. Это является еще одним достоинством описанного выше варианта выполнения газоанализатора. Изображенный на фиг.2 вариант выполнения газоанализатора отличается от описанного выше (фиг.1) варианта тем, что побудитель 9 расхода своим входом соединен с адсорбером-поглотителем 7, а выходом соединен с выходом детектора 1, что обеспечивает протекание газового потока через детектор 1 в противоположном направлении. При этом в газоанализатор введен управляемый запорный клапан 11, установленный между побудителем 9 расхода и адсорбером-поглотителем 7.

Особенность работы этого варианта выполнения газоанализатора состоит в том, что в режиме измерения включен побудитель 5 расхода, а побудитель 9 расхода выключен и клапан 11 закрыт. Поток анализируемого газа под действием побудителя 5 расхода непрерывно пропускается по основной газовой линии 2 через детектор 1, который вырабатывает сигнал, пропорциональный концентрации измеряемых компонентов в газе. Этот сигнал обрабатывается и регистрируется с помощью микропроцессорного блока 10. Через заданный промежуток времени газоанализатор переводится в режим очистки, при котором побудитель 5 расхода выключен, побудитель 9 расхода включен и клапан 11 открыт. При этом режиме работы осуществляется циркуляция газа в контуре, образованном основной газовой линией 2 и дополнительной газовой линией 6, в процессе которой газ освобождается от сорбирующихся примесей и очищает поверхность оптического окна УФ-лампы. При этом, если анализируемым газом является воздух, то происходит дополнительная очистка под действием озона, генерируемого из кислорода воздуха под действием УФ-излучения. Вынос молекул десорбированных загрязняющих веществ из камеры детектора 1 в этом варианте выполнения газоанализатора производится циркулирующим потоком воздуха в обратном направлении: от выходного патрубка 4 к входному патрубку 3 детектора 1 и из него в адсорбер-поглотитель 7. Вырабатываемый при этом "нулевой" сигнал детектора 1 запоминается в микропроцессорном блоке 10 и используется в качестве сигнала сравнения при работе газоанализатора в режиме измерения.

Изображенный на фиг.3 вариант выполнения газоанализатора отличается от описанного выше (фиг.1) тем, что приспособление для циркуляции газа в контуре, образованном основной газовой линией 2 и дополнительной газовой линией 6 осуществляется с помощью одного побудителя 5 расхода, установленного в основной газовой линии 2 на выходе детектора 1. Для обеспечения циркуляции газоанализатор дополнен двумя управляемыми от микропроцессорного блока 10 запорными клапанами 12 и 13, один из которых (12) установлен в основной газовой линии 2 на выходе побудителя 5 расхода, а другой (13) установлен в дополнительной газовой линии 6. При этом дополнительная газовая линия 6 одним своим концом связана с выходом детектора 1 через побудитель 5 расхода.

При работе в режиме измерения клапан 12 открыт, клапан 13 закрыт и включен побудитель расхода 5. При этом анализируемый газ под действием побудителя 5 расхода протекает через камеру детектора 1, который вырабатывает сигнал, пропорциональный концентрации измеряемых веществ. При работе в режиме очистки побудитель 5 расхода не отключается, а продолжает работать, но запирается клапан 12 и открывается клапан 13. Под действием побудителя 5 расхода газ, содержащийся в камере детектора 1 и прилегающих к нему участках основной газовой линии 2, начинает циркулировать в контуре, образованном основной газовой линией 2 и дополнительной газовой линией 6, освобождаясь от сорбирующихся примесей в адсорбере-поглотителе 7 и очищая поверхность оптического окна УФ-лампы.

Таким образом, во всех возможных вариантах выполнения предлагаемого газоанализатора очистка загрязненной поверхности окна УФ-лампы обеспечивается очищенным от сорбирующихся в адсорбере-поглотителе 7 примесей анализируемый газом (воздухом) без использования каких-либо дополнительных источников чистых газов.

Это значительно упрощает конструкцию газоанализатора. Кроме того, благодаря тому, что при работе в режиме очистки от сорбирующихся примесей подвергается лишь небольшой объем газа (менее 5 мл), время очистки составляет лишь несколько секунд и, самое главное, это не приводит к существенному загрязнению адсорбера-поглотителя, что увеличивает временной ресурс его работы. Так, при измерениях содержания углеводородов в воздухе с концентрациями ˜50 мг/м³ и общем объеме контура, образованного основной и дополнительной газовыми линиями, адсорбер-поглотитель объемом 30 мл может работать без замены несколько месяцев.

Изобретение относится к устройствам для контроля примесей в газе с использованием фотоионизационного детектора. Устройство содержит фотоионизационный детектор, основную газовую линию, в который установлен детектор и побудитель расхода, установленный в основной газовой линии на выходе детектора, дополнительную газовую линию, подключенную параллельно детектору и соединенную с патрубками детектора для входа и выхода газа, причем в дополнительной газовой линии установлен адсорбер-поглотитель для поглощения сорбируемых веществ из анализируемого газа, а также приспособление для циркуляции газа в контуре, образованном основной и дополнительной газовыми линиями. Роль приспособления для циркуляции может выполнять дополнительный побудитель расхода, установленный в дополнительной газовой линии, или побудитель расхода, установленный в основной газовой линии и дополненный двумя управляемыми запорными клапанами, один из которых установлен в дополнительной газовой линии, а другой установлен в основной газовой линии на выходе побудителя расхода. Технический результат заключается в том, что в газоанализаторе обеспечивается периодическая очистка поверхности окна УФ-лампы фотоионизационного детектора от загрязнения без использования дополнительных источников чистых газов, что значительно упрощает эксплуатацию газоанализатора, устраняя необходимость периодической очистки лампы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Газоанализатор, содержащий детектор, преимущественно фотоионизационный детектор, основную газовую линию, соединенную с источником анализируемого газа, в которой установлен детектор, связанный с этой линией патрубками для входа и выхода газа, побудитель расхода, установленный в основной газовой линии на выходе детектора, отличающийся тем, что в него введена дополнительная газовая линия, подключенная параллельно детектору и соединенная с патрубками детектора для входа и выхода газа, причем в дополнительной газовой линии установлен адсорбер-поглотитель для поглощения сорбируемых веществ из анализируемого газа, и газоанализатор снабжен приспособлением для циркуляции газа в контуре, образованном основной и дополнительной газовыми линиями.2. Газоанализатор по п.1, отличающийся тем, что приспособление для циркуляции газа в контуре, образованном основной и дополнительной газовыми линиями, выполнено в виде дополнительного побудителя расхода, установленного в дополнительной газовой линии таким образом, что создаваемый им поток газа, протекающего через детектор, имеет то же направление, что и поток газа, создаваемый побудителем расхода, установленным в основной газовой линии.3. Газоанализатор по п.1, отличающийся тем, что приспособление для циркуляции газа в контуре, образованном основной и дополнительной газовыми линиями выполнено в виде дополнительного побудителя расхода, установленного в дополнительной газовой линии таким образом, что создаваемый им поток газа, протекающий через детектор, противоположен по направлению потоку, создаваемому побудителем расхода, установленным в основной газовой линии, причем в дополнительной газовой линии установлен запорный клапан.4. Газоанализатор по п.1, отличающийся тем, что приспособление для циркуляции газа в контуре, образованном основной и дополнительной газовыми линиями, включает побудитель расхода газа, установленный в основной газовой линии, и два управляемых запорных клапана, один из которых установлен в дополнительной газовой линии, а другой установлен в основной газовой линии на выходе побудителя расхода, причем дополнительная газовая линия одним своим концом соединена с патрубком для выхода газа из детектора через побудитель расхода.