ГАЗОАНАЛИЗАТОР И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ Российский патент 2009 года по МПК G01N27/64 

Изобретение относится к устройствам для измерения содержания примесей химических соединений в газах с использованием преимущественно фотоионизационного детектора и способам работы таких устройств. Оно может найти применение для контроля содержания вредных веществ в воздухе, а также примесей в технологических газах и защитных атмосферах.

Известен газоанализатор для измерения 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 измеряемым веществам постепенно уменьшается. С целью восстановления чувствительности работу газоанализатора периодически останавливают, извлекают УФ-лампу и очищают поверхность оптического окна с помощью мелкодисперсного порошка, например, корунда. После очистки поверхность окна промывают чистыми растворителями, сушат, а лампу кондиционируют (подают на нее напряжение питания без помещения ее в детектор). После этого вновь производят установку лампы. После очистки необходима новая калибровка газоанализатора. Все эти процедуры резко снижают время использования прибора по назначению. Кроме того, в результате 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 газа, протекающего через ионизационную камеру детектора, подачи в камеру кислорода, получаемого от баллона, и восстановлении подачи анализируемого воздуха через камеру детектора. Часть кислорода, введенного в ионизационную камеру детектора, под действием УФ-излучения преобразуется в озон, который окисляет отложившиеся на внутренних поверхностях камеры вещества, что приводит к их деструкции. При восстановлении подачи анализируемого воздуха вещества, образовавшиеся в результате окисления, уносятся из ионизационной камеры, рабочие характеристики детектора восстанавливаются (см. ЕРА 1262770 А2).

Недостатком такого газоанализатора является сложность конструкции, включающей баллон с кислородом, делающая практически невозможной применение ее в переносных газоанализаторах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому газоанализатору является газоанализатор, содержащий детектор, побудитель расхода, установленный на выходе детектора, адсорбер-поглотитель для поглощения измеряемых компонентов анализируемого газа и устройство для управления работой газоанализатора (см. патент РФ2293311, G-01N 27/64, 2007 г.).

Недостатком известного газоанализатора, принятого за прототип, является относительная сложность конструкции, обусловленная наличием дополнительной газовой линии для циркуляции потока анализируемого газа, освобожденного от измеряемых компонентов, и дополнительного побудителя расхода, установленного в этой линии.

Задача изобретения состояла в упрощении конструкции за счет исключения из состава газоанализатора дополнительного побудителя расхода, упрощении эксплуатации газоанализатора и повышения надежности его работы.

Указанная задача решается тем, что предложен газоанализатор, содержащий детектор, побудитель расхода, адсорбер-поглотитель для поглощения измеряемых компонентов анализируемого газа и устройство для управления работой газоанализатора, а котором, согласно изобретению, адсорбер-поглотитель установлен в газовой линии между детектором и побудителем расхода, причем побудитель расхода выполнен в виде емкости переменного объема, в которой установлен поршень с приводом для его возвратно-поступательного перемещения.

Другим отличием газоанализатора является то, что привод для возвратно-поступательного движения поршня выполнен в виде шагового двигателя, соединенного с устройством для управления работой газоанализатора.

Еще одним отличием газоанализатора является то, что фильтр-поглотитель содержит последовательно расположенные слои активированного угля и силикагеля.

Задача решается также тем, что предложен способ работы газоанализатора, включающего детектор, побудитель расхода и адсорбер-поглотитель, в котором, согласно изобретению, заданный объем анализируемого газа пропускают через измерительную камеру детектора с помощью побудителя расхода в одном направлении при одновременном поглощении выходящих из камеры измеряемых компонентов и влаги в адсорбере-поглотителе, а затем с помощью побудителя расхода анализируемый газ, освобожденный от измеряемых компонентов и влаги, пропускают через измерительную камеру детектора в обратном направлении.

Другим отличием способа является то, что после пропускания через измерительную камеру детектора анализируемого газа, освобожденного от измеряемых компонентов и влаги, в измерительную камеру детектора вводят с помощью побудителя расхода заданный объем анализируемого воздуха, меньший объема измерительной камеры, и измеряют концентрацию измеряемых компонентов в образовавшейся в камере смеси анализируемого воздуха, освобожденного от измеряемых компонентов и влаги, и анализируемого воздуха.

Технический результат изобретения состоит в упрощении конструкции газоанализатора и увеличении надежности его работы за счет исключения из его состава переключателей потока и дополнительного побудителя расхода. Кроме того, исключение дополнительного побудителя расхода позволяет снять ограничения, связанные с низкой температурой, поскольку в предлагаемом устройстве нет клапанов, выполненных из резины.

Очистка внутренних поверхностей ионизационной камеры, включая окно УФ-лампы, осуществляется при обратном движении воздуха в ионизационной камере, что происходит автоматически перед каждым новым забором пробы. Поэтому даже при высоких концентрациях загрязняющих веществ в воздухе не происходит их накопления на элементах измерительной камеры, что обеспечивает постоянство метрологических характеристик детектора.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена принципиальная схема газоанализатора при протекании анализируемого воздуха через измерительную камеру детектора (прямое направление потока, режим измерения концентрации).

На фиг.2 изображена принципиальная схема газоанализатора при протекании воздуха, освобожденного от измеряемых компонентов и влаги, через измерительную камеру детектора (обратное направление потока, режим очистки).

Газоанализатор содержит газовый детектор 1, например фотоионизационный детектор, который включает измерительную камеру 2, УФ-лампу 3, имеющую окно 4 для вывода УФ-излучения, измерительный электрод 5, соединенный с электрометром 6, и поляризующий электрод 7, соединенный с источником питания 8. На выходе газового детектора 1 установлен адсорбер-поглотитель 9 измеряемых компонентов и влаги из анализируемого воздуха, представляющий собой емкость, заполненную последовательно расположенными слоями активированного угля и силикагеля. На выходе адсорбера-поглотителя 5 установлен побудитель 10 расхода, выполненный в виде емкости переменного объема, внутри которой установлен поршень 11, снабженный приводом 12 для его возвратно-поступательного перемещения. В предпочтительном варианте осуществления изобретения привод 12 поршня 11 выполнен в виде шагового двигателя, соединенного с устройством 13 (микропроцессорным блоком) для управления работой газоанализатора, который также соединен с электрометром 6.

В соответствии с предложенным способом газоанализатор работает следующим образом. В режиме измерения по команде от устройства 13 управления работой газоанализатора привод 12 осуществляет перемещение поршня 11 побудителя 10 расхода в прямом направлении (фиг.1), при котором в объеме побудителя 10 расхода создается разряжение. В результате этого анализируемый газ (воздух) начинает поступать в измерительную камеру 2 детектора 1 и далее, следуя за перемещением поршня 11, анализируемый газ проходит через адсорбер-поглотитель 9, где осуществляется очистка газа от измеряемых компонентов и влаги, и очищенный газ поступает в побудитель 10 расхода. Объем газа, прошедшего через детектор 1, должен в несколько раз превосходить объем измерительной камеры 2 детектора, для того, чтобы полностью вытеснить газ, находившийся в ее объеме. Когда объем измерительной камеры полностью заполнен анализируемым газом, и поршень находится в конечном положении, сигнал детектора 1, отражающий концентрацию измеряемых компонентов, усиливается электрометром 6 и отображается на дисплее газоанализатора (на фиг.1 не показан).

Режим очистки осуществляется после остановки поршня. По команде устройства 13 для управления работой газоанализатора поршень 11, приводимый в действие приводом 12, начинает двигаться в обратном направлении (см. фиг.2), создавая в объеме побудителя 10 расхода избыточное давление, под действием которого анализируемый газ, очищенный от измеряемых компонентов и влаги в адсорбере-поглотителе 9 поступает в измерительную камеру 2 детектора, очищая ее внутреннюю поверхность от остатков измеряемых компонентов и влаги. При этом, в частности, происходит очистка внешней поверхности окна УФ-лампы. Удаленные со стенок вещества уносятся потоком газа и выбрасываются из газоанализатора. В результате процесса очистки измерительная камера 2 заполняется контролируемым газом, очищенным от измеряемых компонентов и влаги. Сигнал детектора 1, усиленный электрометром 6, поступает в устройство 13 для управления работой газоанализатора, где сравнивается с хранящейся в памяти устройства 13 величиной заданного сигнала (уставки), соответствующего правильно очищенному газу. Если величина сигнала меньше заданного, функционирование газоанализатора продолжается в прежнем режиме. Если величина сигнала превышает эталонный, устройство 13 сигнализирует об этом и на дисплее газоанализатора появляется указание замены адсорбера-поглотителя 9.

Таким образом, благодаря установке адсорбера-поглотителя 9 между измерительной камерой 2 детектора 1 и побудителем 10 расхода, а также особой форме выполнения побудителя 10 расхода (в виде шприца с поршнем, совершающим возвратно-поступательные движения) простым способом в газоанализаторе осуществляется два режима работы: режим измерения, в котором в измерительную камеру поступает анализируемый газ, содержащий измеряемые компоненты, и режим очистки, в котором в измерительную камеру поступает анализируемый газ, освобожденный от измеряемых компонентов и влаги.

Отмеченным выше особенности выполнения газоанализатора позволяют реализовать и третий режим - режим измерения, при котором осуществляется контролируемое разбавление анализируемого газа, содержащего измеряемые компоненты, анализируемым газом, освобожденным от измеряемых компонентов.

Этот необходимо, когда значение концентрации измеряемого компонента превышает верхний предел диапазона измерений газоанализатора.

Этот режим работы характеризуется тем, что после пропускания через измерительную камеру 2 детектора 1 анализируемого газа, освобожденного от измеряемых компонентов, и влаги (см. фиг.2), в измерительную камеру 2 детектора 1 вводят заданный объем анализируемого газа, содержащего измеряемые компоненты, меньший внутреннего объема измерительной камеры. В результате в измерительной камере 2 детектора 1 образуется смесь анализируемого газа и газа, освобожденного от измеряемых компонентов, поэтому концентрация измеряемых компонентов в этой смеси меньше их концентрации в анализируемом газе. Степень уменьшения концентрации (разбавления) равна отношению внутреннего объема измерительной камеры 2 к объему анализируемого газа, введенного в камеру. Эта величина может регулироваться с большой точностью за счет контролируемого перемещения поршня 11 в побудителе 10 расхода. После того как поршень достигает контролируемого положения, его перемещение на время прекращается. В этот момент происходит измерение концентрации измеряемых компонентов в детекторе, отражаемое на дисплее. Затем поршень продолжает свое движение, доходит до конечного положения и начинает обратное движение в соответствии с режимом очистки. Измерение концентрации при нахождении поршня в крайнем положении не осуществляется.

Изобретение относится к устройствам для контроля содержания примесей веществ в газе с использованием преимущественно фотоионизационного детектора и способу его работы. Технический результат изобретения состоит в упрощении конструкции газоанализатора и повышении надежности работы. Существенно упрощаются также процедуры анализа и очистки внутренних поверхностей. Газоанализатор содержит газовый детектор, адсорбер-поглотитель и побудитель расхода, выполненный в виде емкости переменного объема, в которой установлен поршень, приводимый в движение приводом, обеспечивающим его возвратно-поступательное движение. Способ работы газоанализатора характеризуется тем, что заданный объем анализируемого газа пропускается через измерительную камеру детектора с помощью побудителя расхода в одном направлении, при одновременном поглощении измеряемых компонентов и влаги из анализируемого газа в адсорбере-поглотителе, а затем с помощью побудителя расхода анализируемый газ, освобожденный от измеряемых компонентов и влаги, пропускают через измерительную камеру детектора в обратном направлении. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газоанализатор, содержащий газовый детектор, побудитель расхода, адсорбер-поглотитель для поглощения измеряемых компонентов анализируемого газа и устройство для управления работой газоанализатора, отличающийся тем, что адсорбер-поглотитель установлен в газовой линии между детектором и побудителем расхода, причем побудитель расхода выполнен в виде емкости переменного объема, в которой установлен поршень с приводом для его возвратно-поступательного движения.2. Газоанализатор по п.1, отличающийся тем, что адсорбер-поглотитель содержит последовательно расположенные слои частиц активированного угля и силикагеля.3. Газоанализатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что привод поршня побудителя расхода выполнен в виде шагового двигателя, соединенного с устройством для управления работой газоанализатора.4. Способ работы газоанализатора, включающего детектор, побудитель расхода и адсорбер-поглотитель, отличающийся тем, что заданный объем анализируемого газа пропускают через измерительную камеру детектора с помощью побудителя расхода в одном направлении, при одновременном поглощении измеряемых компонентов и влаги из анализируемого газа в адсорбере-поглотителе, а затем с помощью побудителя расхода анализируемый газ, освобожденный от измеряемых компонентов и влаги, пропускают через измерительную камеру детектора в обратном направлении.5. Способ работы по 4, отличающийся тем, что после пропускания через измерительную камеру детектора анализируемого газа, освобожденного от измеряемых компонентов и влаги, в измерительную камеру детектора с помощью побудителя расхода вводят заданный объем анализируемого газа, меньший объема измерительной камеры, и измеряют концентрацию измеряемых компонентов в образовавшейся в камере смеси анализируемого газа, содержащего измеряемые компоненты, и анализируемого газа, освобожденного от измеряемых компонентов.