УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПОТОКА ПАРОГАЗОВОЙ СМЕСИ С ЗАДАННОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ПАРА Российский патент 2008 года по МПК G01N1/22 G01N30/04 G01N30/12 

Изобретение относится к средствам метрологического обеспечения газоаналитической аппаратуры, а именно к устройствам для создания потока парогазовой смеси с заданной концентрацией пара.

Известно устройство для создания потока парогазовой смеси заданной концентрации, содержащее сосуд с легколетучим веществом, растворенным в растворителе, температура кипения которого выше температуры кипения легколетучего вещества. Сосуд имеет проницаемую для легколетучего вещества мембрану и установлен в термостатируемом канале, через который продувают газовый поток. Пары легколетучего вещества диффундируют через мембрану в газовый поток. Концентрацию пара в получаемой парогазовой смеси определяют химическим способом или по расходу газа-разбавителя и количеству перенесенного в газовый поток вещества путем периодического взвешивания сосуда (см. авт.свид. СССР 934298, кл. G01N 1/00, 1980).

Недостатками такого устройства являются сложность изготовления и необходимость использования высокоточного и дорогого оборудования для взвешивания сосуда и контроля расхода газа-разбавителя.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство для создания потока парогазовой смеси с заданной концентрацией пара, содержащее сосуд, частично заполненный жидкостью, второй сосуд, снабженный патрубками для подвода и вывода газа, один из которых соединен с побудителем расхода газа, и трубопровод-натекатель паров жидкости, соединяющий эти сосуды (см. Другов Ю.С., Родин А.А. Газохроматографический анализ газов. Из-во Анатолия, С-Петербург, 2001 г., с.27).

Недостатком известного устройства является необходимость в специальном термостате, в котором устанавливается сосуд, частично заполненный жидкостью. Это существенно усложняет конструкцию устройства.

Задача изобретения состояла в разработке такого устройства для создания потока парогазовой смеси, в котором точность поддержания заданной концентрации пара обеспечивается простыми техническими средствами, позволяющими также осуществлять регулирование и контроль концентрации пара.

Указанная задача решается тем, что предложено устройство для создания потока парогазовой смеси с заданной концентрацией пара, содержащее сосуд, частично заполненный жидкостью, второй сосуд, снабженный патрубками для подвода и вывода газа, один из которых соединен с побудителем расхода газа, трубопровод-натекатель паров жидкости, соединяющий оба сосуда, в котором согласно изобретению сосуд, частично заполненный жидкостью, устанавливается внутри второго сосуда, а трубопровод-натекатель, соединяющий эти сосуды, целиком расположен внутри второго сосуда.

При таком расположении сосудов второй сосуд выполняет функцию термостата по отношению к сосуду, частично заполненному жидкостью, и трубопроводу-натекателю паров жидкости. Благодаря этому обеспечивается стабильность температуры сосуда, частично заполненного жидкостью, постоянство концентрации пара, диффундирующего через трубопровод-натекатель во второй сосуд, и постоянство концентрации пара во втором сосуде без использования дополнительных термостатирующих устройств.

Другим отличием устройства является то, что оно снабжено дополнительным побудителем расхода газа, предназначенным для регулирования концентрации пара жидкости во втором сосуде и соединенным со вторым сосудом посредством патрубка.

В другом варианте выполнения устройства дополнительный побудитель расхода газа снабжен датчиком расхода газа, установленным на его входе или выходе.

Дополнительный побудитель расхода может быть соединен со вторым сосудом посредством патрубка, через который газ выходит из побудителя расхода, или посредством патрубка, через который газ входит в побудитель расхода. В обоих вариантах выполнения обеспечивается возможность регулирования концентрации пара жидкости в объеме второго сосуда.

Еще одним отличием устройства является то, что в него введен фильтр-поглотитель паров, соединенный с входом или выходом дополнительного побудителя расхода газа.

В предпочтительном варианте выполнения устройства сосуд, частично заполненный жидкостью, снабжен патрубком для заполнения его жидкостью, входное отверстие которого расположено вне второго сосуда, и образующим гидравлический затвор для сосуда, частично заполненного жидкостью. Это обеспечивает возможность заполнения этого сосуда жидкостью без его извлечения из второго сосуда.

Другим отличием устройства является то, что в сосуд, частично заполненный жидкостью, введен гранулированный наполнитель, смачиваемый жидкостью и имеющий плотность больше плотности жидкости. Это предотвращает пролив жидкости, например, при транспортировании.

Другим отличием устройства является то, что оно снабжено газоанализатором для контроля концентрации пара в объеме второго сосуда, снабженным побудителем расхода и соединенным со вторым сосудом посредством двух патрубков. Это обеспечивает возможность не только регулировать концентрацию пара в объеме второго сосуда, но и измерять ее.

Возможен также вариант устройства, в котором вместо газоанализатора для контроля концентрации пара в объеме второго сосуда используется датчик температуры, установленный внутри второго сосуда.

В числе отличий следует отметить то, что устройство может иметь несколько трубопроводов-натекателей паров жидкости, соединяющих оба сосуда, причем все трубопроводы-натекатели паров жидкости непосредственно присоединены к сосуду, частично заполненному жидкостью. Это обеспечивает возможность создания потока парогазовой смеси с более высокой концентрацией пара.

Еще одним отличием устройства является то, что внутри второго сосуда могут быть установлены два или более сосудов, частично заполненных различными жидкостями или их смесями. Это позволяет получать потоки многокомпонентных парогазовых смесей или парогазовых смесей с заданной влажностью.

Устройство может быть снабжено микропроцессорным блоком для контроля параметров и регулирования работы в автоматическом режиме без участия оператора.

При использовании микропроцессорного блока один из его входов может быть соединен с датчиком температуры или с электрическим выходом газоанализатора, а один из управляющих выходов - с приводом дополнительного побудителя расхода газа.

И, наконец, в устройстве может быть установлено приспособление для размешивания парогазовой смеси во втором сосуде.

Таким образом, техническими результатами изобретения являются поддержание заданной концентрации пара в парогазовом потоке с использованием простых технических средств и возможность контроля и регулирования концентрации пара в парогазовой смеси.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема простейшего варианта устройства.

На фиг.2 - схема устройства с дополнительным побудителем расхода газа, регулирующим концентрацию пара в парогазовой смеси.

На фиг.3 - вариант выполнения устройства с патрубком для введения жидкости в сосуд, частично заполненный жидкостью.

На фиг.4 - вариант выполнения устройства с использованием гранулированного наполнителя.

На фиг.5 - вариант выполнения устройства с микропроцессорным блоком, соединенным с газоанализатором.

На фиг.6 - вариант выполнения устройства с микропроцессорным блоком, соединенным с датчиком температуры.

На фиг.7 - вариант выполнения устройства для создания повышенной концентрации пара в парогазовой смеси.

На фиг.8 - вариант выполнения устройства с дополнительным сосудом, частично заполненным жидкостью, и вентилятором для размешивания парогазовой смеси.

В простейшем варианте (фиг.1) устройство содержит сосуд 1, частично заполненный жидкостью 2, который установлен внутри второго сосуда 3, снабженного патрубками 4 и 5 для подвода и вывода газа (воздуха), один из которых соединен с побудителем 6 расхода. Сосуды 1 и 3 соединены между собой с помощью трубопровода-натекателя 7 паров жидкости. Второй сосуд 3 снабжен съемной крышкой 8, на которой установлены патрубки 4 и 5.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы снимают крышку 8 и извлекают из сосуда 3 сосуд 1 для заполнения части его жидкостью. Затем сосуд 1, частично заполненный жидкостью 2, устанавливают внутри сосуда 3 и герметизируют внутренний объем сосуда 3 с помощью крышки 8. Далее включают побудитель 6 расхода, обеспечивающий отбор паровоздушной смеси из сосуда 3 через патрубок 5 и поступление воздуха в сосуд 3 через патрубок 4. При этом пары жидкости 2 из внутреннего объема сосуда 1 диффундируют по трубопроводу-натекателю 7 во внутренний объем сосуда 3. Величина потока пара зависит от температуры, длины и внутреннего диаметра трубопровода-натекателя 7. Через некоторое время во внутреннем объеме сосуда 1 устанавливается динамическое равновесие, при котором количество паров жидкости, поступающих во внутренний объем сосуда 3 из сосуда 1, частично заполненного жидкостью, становится равным количеству паров жидкости, выводимых из сосуда 3 в потоке парогазовой смеси через патрубок 5. Через патрубок 4 в сосуд 3 поступает газ (воздух), расход которого равен расходу газа (воздуха), выводимого через патрубок 5. При этом концентрация паров во внутреннем объеме сосуда 3 стабилизируется. Содержание паров жидкости в потоке парогазовой смеси, выводимой из сосуда 3 по патрубку 5, определяется летучестью и температурой жидкости 2 в объеме сосуда 1, а также объемным расходом воздуха. Регулирование концентрации пара в парогазовой смеси, находящейся во внутреннем объеме сосуда 3 и в потоке парогазовой смеси, выводимой по патрубку 5, осуществляет побудитель 6 расхода газа. Сосуд 3 выполняет две функции: резервуара для парогазовой смеси и термостата по отношению к сосуду 1 и трубопровода-натекателя 7. Если устройство размещено в лабораторном помещении, температура жидкости 2 в сосуде 1 поддерживается примерно постоянной. При этом небольшие скачки температуры и давления, вызванные, например, включением вентиляции или открыванием дверей, в лабораторном помещении практически не оказывают влияния на концентрацию пара в парогазовой смеси.

Для градуировки может использоваться как парогазовая смесь, находящаяся в сосуде 3, так и поток парогазовой смеси, выводимой по патрубку 5. По первому способу могут градуироваться электрохимические и полупроводниковые сенсоры, например электрохимический сенсор аммиака. В этом случае в качестве жидкости 2 используется водный раствор аммиака. С помощью потока парогазовой смеси могут градуироваться, например, фотоионизационные и инфракрасные детекторы (газоанализаторы).

Изображенный на фиг.2 вариант выполнения устройства отличается от описанного на фиг.1 тем, что содержит дополнительный побудитель 9 расхода, соединенный со вторым сосудом посредством патрубка 10, датчик 11 расхода и фильтр-поглотитель 12. Дополнительный побудитель 9 расхода имеет регулируемый привод 13. На фиг.2 изображен вариант выполнения устройства, в котором дополнительный побудитель 9 расхода соединен с сосудом 3 со стороны выхода газа из побудителя 9 расхода. Возможен также вариант выполнения устройства, в котором дополнительный побудитель 9 расхода соединен с сосудом 3 со стороны входа газа в побудитель 9 расхода. Для предотвращения попадания посторонних веществ внутрь второго сосуда 3 вход патрубка 4 соединен с фильтром-поглотителем 12.

Отличительной особенностью работы этого варианта выполнения устройства является использование дополнительного побудителя 9 расхода для регулирования концентрации пара внутри сосуда 3. При включении побудителя 9 расхода концентрация пара в сосуде 3 и в потоке, выводимом из сосуда 3 по патрубку 5, уменьшается. Степень уменьшения определяется величиной расхода газа, подаваемого дополнительным побудителем 9 расхода газа. При этом в зависимости от соотношения расходов, создаваемых побудителями 6 и 9 расхода, газ (воздух) через патрубок может как поступать во второй сосуд 3, так и вытекать из него.

Данное устройство целесообразно использовать в тех случаях, когда требуется производить градуировку сенсора (газоанализатора) при постоянном расходе. Расход парогазовой смеси, выводимой по патрубку 5, остается постоянным, изменяется расход газа, вводимого в сосуд 3 по патрубку 10.

Вариант выполнения устройства, изображенный на фиг.3, отличается от описанного выше (см. фиг 1) тем, что сосуд 1, частично заполненный жидкостью 2, снабжен патрубком 14 для заполнения его жидкостью, входное отверстие которого расположено вне второго сосуда 3, и образующим гидравлический затвор 15 для сосуда 1, частично заполненного жидкостью.

Наличие патрубка 14 упрощает процедуру заполнения сосуда 1 жидкостью, поскольку не требует разборки сосуда 3 путем снятия крышки 8 и извлечения сосуда 1, частично заполненного жидкостью. Кроме того, исключается попадание жидкости на внешние стенки сосуда 3. И, наконец, наличие гидравлического затвора 15 исключает влияние испарения капель жидкости на внутренней поверхности патрубка 14 на концентрацию пара в парогазовой смеси, находящейся во внутреннем объеме сосуда 1.

В варианте выполнения устройства, представленного на фиг.4, сосуд 1, частично заполненный жидкостью, содержит гранулированный наполнитель 16, смачиваемый жидкостью, плотность которого выше плотности жидкости. Для удержания наполнителя 16 в объеме сосуда и предотвращения его попадания в патрубок 14 в последний введена пробка 17, выполненная из пористого или волокнистого материала, например стекловаты.

Особенностью работы этого устройства является то, что при его заполнении жидкостью последняя находится в пространстве между гранулированными частицами. Поток пара формируется при испарении жидкости с поверхности частиц. При этом исключается расплескивание жидкости при перемещении устройства, что обеспечивает удобство при эксплуатации.

Изображенный на фиг.5 вариант выполнения устройства отличается от описанного выше (см. фиг.2) тем, что он снабжен газоанализатором 18 для контроля содержания пара в объеме второго сосуда 3, имеющим встроенный побудитель расхода (на фиг.5 не показан) и соединенным с сосудом 3 посредством патрубков 19 и 20. Кроме того, в этом варианте устройство снабжено микропроцессорным блоком 21, один из входов 22 которого соединен с электрическим выходом газоанализатора 18, а один из управляющих его выходов 23 соединен с приводом 13 дополнительного побудителя 9 расхода газа.

Особенность работы этого варианта выполнения устройства состоит в том, что для регулирования концентрации пара в парогазовой смеси используется значение концентрации пара, измеренное с помощью газоанализатора 18, отбирающего парогазовую смесь из сосуда 3 через патрубок 19 и возвращающего ее в сосуд через патрубок 20. Для того, чтобы не вносить искажений в состав парогазовой смеси газоанализатор должен быть герметичным и иметь детектор неразрушающего типа. Кроме того, детектор газоанализатора должен иметь малое время отклика. Таким требованиям отвечает, например, фотоионизационный газоанализатор. Выходной сигнал газоанализатора 18 после обработки сравнивается в микропроцессорном блоке 21 с заданной концентрацией (уставкой). Если измеренное значение превышает заданное, через один из управляющих выходов 23 на привод 13 дополнительного побудителя 9 расхода газа поступает сигнал об увеличении расхода и наоборот.

Вариант выполнения устройства, изображенный на фиг.6, отличается от описанного выше тем, что вместо газоанализатора 18 в нем использован датчик 24 температуры, установленный внутри объема сосуда 3, например, на стенке сосуда 1, частично заполненного жидкостью. В этом варианте также имеется микропроцессорный блок 21, один из входов 25 которого соединен с выходом датчика 24 температуры, другой вход 26 соединен с выходом датчика 11 расхода, а один из управляющих выходов 23 соединен с приводом 13 дополнительного побудителя 9 расхода газа.

В этом варианте выполнения газоанализатора также обеспечивается возможность контроля и регулирования содержания пара в парогазовой смеси.

При работе этого варианта устройства предварительно снимаются экспериментальные зависимости концентрации пара в выходном потоке парогазовой смеси от расхода газа, отбираемого через дополнительный побудитель 9 расхода газа для разных значений температуры. Эти зависимости заносятся в память микропроцессорного блока 21. Каждому конкретному значению температуры соответствует определенное значение расхода. Регулирование расхода производится на основании показаний датчика 11 расхода, сигнал которого с его выхода подается на вход 26 микропроцессорного блока.

Вариант выполнения устройства, изображенного на фиг.7, отличается от описанного выше (см. фиг.1) тем, что он содержит несколько трубопроводов-натекателей 7 паров жидкости, причем все трубопроводы-натекатели паров жидкости непосредственно присоединены к сосуду 3, частично заполненному жидкостью.

Особенностью работы этого варианта устройства является то, то диффузия паров жидкости из внутреннего объема сосуда 1, частично заполненного жидкостью, во внутренний объем сосуда 3 осуществляется сразу через несколько трубопроводов-натекателей 7, что увеличивает концентрацию паров жидкости во внутреннем объеме сосуда 3. Изменяя число трубопроводов-натекателей, можно варьировать максимальную концентрацию паров, достигаемую в сосуде 3 при каждом конкретном значении расхода парогазовой смеси, выводимой из сосуда 3.

Вариант выполнения устройства, в котором установлен дополнительный сосуд, частично заполненный жидкостью, а также приспособление 28 для перемешивания парогазовой смеси в объеме второго сосуда приведен на фиг.8. В этом варианте выполнения устройства можно создавать двух-, а при использовании более одного дополнительного сосуда и многокомпонентные смеси. При заполнении дополнительного сосуда 27 водой можно создавать парогазовые смеси с различной влажностью. Приспособление 28 для перемешивания парогазовой смеси, например вентилятор, питаемый от источника питания 29, позволяет получить однородную парогазовую смесь.

Устройство предназначено для создания потока парогазовой смеси с заданной концентрацией пара. Оно содержит сосуд, частично заполненный жидкостью, второй сосуд, снабженный патрубками для подвода и вывода газа, и трубопровод-натекатель паров жидкости. При этом один из сосудов соединен с побудителем расхода газа, а трубопровод-натекатель паров жидкости соединяет оба сосуда. Причем сосуд, частично заполненный жидкостью, устанавливается внутри второго сосуда, а трубопровод-натекатель, соединяющий эти сосуды, целиком расположен внутри второго сосуда. Оно также снабжено дополнительным побудителем расхода для регулирования концентрации пара жидкости во втором сосуде. В сосуд, частично заполненный жидкостью, введен гранулированный наполнитель. Устройство снабжено также газоанализатором для концентрации пара в объеме второго сосуда. Технический результат, который достигается в данном устройстве, заключается в том, что обеспечивается точность поддержания заданной концентрации пара за счет простых технических средств, позволяющих также осуществлять регулирование и контроль концентрации пара. 12 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для создания потока парогазовой смеси с заданной концентрацией пара, содержащее сосуд, частично заполненный жидкостью, второй сосуд, снабженный патрубком для подвода и вывода газа, один из которых соединен с побудителем расхода газа, трубопровод-натекатель паров жидкости, соединяющий оба сосуда, отличающееся тем, что сосуд, частично заполненный жидкостью, установлен внутри второго сосуда, а трубопровод-натекатель, соединяющий эти сосуды, целиком расположен внутри второго сосуда.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным побудителем расхода, предназначенным для регулирования концентрации пара жидкости во втором сосуде и соединенным со вторым сосудом посредством патрубка.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дополнительный побудитель расхода газа снабжен датчиком расхода газа, установленным на его входе или выходе.4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что дополнительный побудитель расхода соединен со вторым сосудом своим входом или выходом по ходу прокачки газа.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в него введен фильтр-поглотитель паров, соединенный со входом или выходом дополнительного побудителя расхода газа.6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сосуд, частично заполненный жидкостью, снабжен патрубком для заполнения его жидкостью, входное отверстие которого расположено вне второго сосуда, и образующим гидравлический затвор для сосуда, частично заполненного жидкостью.7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в сосуд, частично заполненный жидкостью, введен гранулированный наполнитель, смачиваемый жидкостью и имеющий плотность, большую, чем плотность жидкости.8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным газоанализатором для контроля концентрации пара в объеме второго сосуда, который снабжен побудителем расхода и соединен со вторым сосудом посредством двух патрубков.9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком температуры, установленным внутри второго сосуда.10. Устройство по п.1, или 2, или 3, или 7, отличающееся тем, что оно имеет несколько трубопроводов-натекателей, соединяющих оба сосуда, причем все трубопроводы-натекатели паров жидкости непосредственно присоединены к сосуду, частично заполненному жидкостью.11. Устройство по п.1, или 2, или 3, или 7, отличающееся тем, что внутри второго сосуда установлены один или более дополнительных сосудов, частично заполненных различными жидкостями или их смесями.12. Устройство по п.1, или 2, или 6, или 7, или 8, или 9, отличающееся тем, что оно снабжено микропроцессорным блоком, один из входов которого соединен с электрическим входом газоанализатора или датчиком температуры, а один из управляющих выходов микропроцессорного блока соединен с приводом дополнительного побудителя расхода.13. Устройство по п.1, или 2, или 3, или 7, отличающееся тем, что второй сосуд снабжен приспособлением для перемешивания парогазовой смеси во втором сосуде.