Дозатор Советский патент 1983 года по МПК G01F13/00 G01N31/08 

.

о

4

DO Изобретение относится к дозирова нию веществ и может быть использова но, Б частности, в хроматографии. Известны дозаторы, представляющие собой пластинчатый кран, имеющий две притертые металлические пла тины, между которь 4И размещена скользящая прокладка из тефлона. Эта прокладка перемещается между ме таллическими пластинами под де.йстви ем пневматического привода, В прокладке выполнены различные отверстия и каналы, по которым потоки отводятся в нужном направлении. Объем вводимой пробы задается отверстием в скользящей прокладке или мерной трубкой, в которых отсекается проходящий продукт и направляется в анализатор. Уплотнение достигается с помощью нажимных пружин, обеспечивающих плотное прижатие пластин друг к другу l . Недостатком подобных дозаторов является то, что отсутствие смазки вызывает их повышенный износ при обеспечении достаточной герметич- . ности. При отборе пробы, т.е. при перетекании исследуемого газа из ме ной трубки в анализатор, наиболее в роятна ситуация, когда давление исс ледуемого газа в мерной трубке прев шает на некоторую величину атмосфер ное давление. За счет образующегося перепада давления возникает изменен нулевого сигнала хроматографа, в ре зультате чего образуется ошибка в измерениях. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, к предлагаемому является дозатор, содержащий неподвижный корпус с каналами для подвода и аывода несущего газа и дозируемого вещества, золотник, соединенный с приводом и герметично поджатый к золотниковой поверх ности корпуса, мерную емкость, соединительные каналы, выполнены в золотнике и сообщающиеся с соответству ющими каналами в корпусе и мерной емкостью 2 . Этот кран для отбора проб в газовом хроматографе обеспечивает автоматическое выравнивание давления исследуемого газа в мерной трубке от носительно атмосферного давления непосредственно перед поступлением это го исследуемого газа в анализатор. Однако в этом устройстве точность дозирования зависит от колебания барометрического давления, и оно не га рантирует от утечки газа-носителя, к нарушению работы хрочто приводит матографа Целью изобретения является повыше ние надежности и точности дозирования за счет автоматического выравнивания ланления дозируемого вещества в мерной емкости с давлением несущего газа. Поставленная цель достигается тем, что в дозатор, содержащий неподвижный корпус с каналами для подвода и вывода несущего газа и дозируемого вещества, золотник, соединенный с приводом и герметично поджатый к золотниковой поверхности корпуса, мерную емкость, соединительные каналы, выполненные в золотнике и сообщающиеся с соответствующими каналами в корпусе и мерной емкостью, введен пневмоповторйтель; а золотник размещен в герметичном объеме, который соединен с каналом для подвода несущего газа и с управляющим входом пневмоповторителя, проточная камера которого соединена с выходом мерной емкости. Привод соединен с зрлотником через feплoвoe-сопротивление, вокруг которого размещен холодильник. Известно, что в хроматографе давление несущего газа поддерживается с точностью не ниже 1%. В предлагаемом дозаторе давление газа в дозе поддерживается пневмоповторителем таким же, как и давление несущего газа. Следовательно, изменение массы дозируемого газа от давления в предлагаемом дозаторе не ниже 1% и не зависит от атмосферного давления. В результате этого в предлагаемом дозаторе точность дозирования выше, чем в известных устройствах. Корпус и золотник дозатора образуют щелевое уплотнение. Утечки из полости высокого давления в полость низкого давления ограничены малой величиной зазора между ними. Объем расхода газа (утечки) на единицу длины зазора при параллельных поверхностях определяют из уравнения (Po-Pi)bo 12.М-Ь е PQ и Р - давления в полости несущего и дозируемого потоков или в полостях несущего, дозируемого потоков и внутренней полости герметичного корпусаj высота щели) М - вязкость продукта; LI - длина канала утечки. Перепад давлений между полостью есущего потока и полостью дозируемо о потока, а также перепад давлений ежду полостью корпуса и каждой поостью несущего и дозируемого потоов в известных дозаторах достигает начений 0,1 МПа и выше,.-а в предлааемом дозаторе эти перепады менее ,005 МПа. Поэтому в предлагаемом очаторе утечки л двадцать раз менъше, чем в известных. Высота щелевого уплотнения зависит от давления прижимного устройства и,-в основном, от качества выполнения золотниковых поверхностей. Так как утачки в предлагаемом дозаторе значительно меньше, чем в дозаторе, принятом за прототип то достаточно небольших усилий для обеспечения герметичности предлагаемого дозатора. В результате этого сила трения золотника о корпус в предлагаемом дозаторе меньше, чем в базовом, а следовательно, он будет меньше изнашиваться. Надежность дозатора определяется точностью дозирования и е.го герметичностью. Таким образом, в предлагаемом дозаторе точность дозирования не зависит от давления условий эксплуатации и выше чегл в прототипе, а герметичность обеспечивается при меньших усилиях прижимного устройства. На фиг. 1 изображен дозатор с золотником вращательного типаJ на фиг. 2 - дозатор с золотником пбступательного типа- на фиг. 3 - газовая схема дозатора с золотником поступательного типа; на фиг.4 - газовая схема дозатора с золотником вращательного типа; на фиг. 5 - газрвая схема дозатора с двумя корпусами и одним золотником поступательного типа. - / Дозатор содержит неподвижный корпус 1, золотник 2, связанный штоком 3 через тепловое сопротивление 4 и трубку 5 с силовым приводом, состоящим из мембраны 6, пружины 7, штока и kopnyca привода 9. Часть трубки 5 и тепловое сопротивление 4 охлаждаjOTCH водой или другим хладагентом, поступающим по трубке 10 и выходящим по трубке 11. Неподвижный корпус 1 имеет золотниковую поверхность 12, на которую выходят отверстия каналов входа 13 и выхода 14 несущего газа, входа 15 и выхода 16 исследуемого га за, для подключения мерной трубки 17 В золотнике 2 имеются каналы 18-21 или отверстия 22, 23, предназначенны для соединения каналов в неподвижном корпусе 1 при соответствующих перемещениях золотника 2. Золотник 2 со штоком 3 подают пружиной 24 или маг-г нитом 25 к золотниковой поверхности 12. Золотник 2 размещен в герметич-. ном объеме 26, образованном неподвижным корпусом 1, трубкой 5 и уплот нительными кольцами 27, 28. Герметич ный объем 26 связан трубкой 29 с управляющим входом 30 пневмоповторителя, а трубкой 31 - со входом 13 несущего гаэ«. Вход 32 пневмоповтори теля соединен с выходом 16 исследуемого газа. Силовой привод отделен от горячей зоны перегородкой 33. В силовом приводе (фиг. 1) поступательно /(вижение мембраны б преобразуется во вращательное движение золотника винтовой парой, состоящей из штока8 с винтовой канавкой, шарика 34 и сепаратора 35. Воздух управления ijocTyпает в привод по штуцеру 36. Дозатор работает следующим образом. Под воздействием пружины 7 и перемещения элементов связи 6, 8, 4, 3 золотник 2 занимает исходное положение, в котором осуществляется отбор пробы. При этом происходит поступление исследуемого газа со входа 15 по каналау 18 в мерную трубку 17 и i в канал 20 или со входа 15 по отверстию 17, и из них через выход 16, постоянный дроссель Др к сбросу 1 и через вход 32 повторителя и его управляемое сечение к сбросу 2. Одновременно несущей газ со входа 13 через канал 21 или отверстие 23 (фиг.5) поступает в выхода 14 в анализатор, а также в герметичный объем 26 по каналу 31 и по каналу 20 на управляющий вход 30 повторителя. При вероятной ситуации, когда давление исследуемого газа на входе 32 пневмоповторителя больше, чем давление исследуемого газа на его управляющем входе 30, то под действием перепада давления управляющее сечение пневмоповторителя увеличивается, тем самым уменьшается давление исследуемого газа на входе 32. до значения, при котором давления на входах 30 и 32 равны. В этом случае давление исследуемого газа в каналах 18 и 20 золотника, в мерной трубке 17 или в мерном отверстии 17 равно давлению несущего газа в канале 21 золотника или отверстии 23 и герметичном объеме 26, что позволяет прикладывать небольшие усилия пружины 24 или магнита 25 для обеспечения надежного уплотнения. Поскольку давление несу- . щего потока в хроматографе постоянно, то и давление исследуемого газа в мерной трубке или отверстия 17 постоянно и не зависит от атмосферного давления. Для ввода пробы в анализатор подают воздух управления через штуцер 36 и путем перемещения элементов 6, 8, 4, 3 золотник занимает другое положение. При этом несущий поток со входа 13 через канал 18 пе-ремещает объём исследуемого газа из мерной трубки 17 по каналу 20 или из мерного отверстия 17 и выход 14 в анализатор. Одновременно исследуемый газ со входа 15 через канал 19 или отверстие 22 по выходу 16 поступает к сбросу 1 через дроссель Др и через вход 32 повторителя и его управляемое сечение к сбросу 2. При . этом повторитель аналогичным образом выравнивает давление исследуемого газа относительно давления несущего газа. Давление исследуемого газа в канале 19 или отверстии 22 также равно давлению несущего газа с пробой в каналах 18, 20 и мерной трубке 17 или отверстии 17 и в герметичном об еме 26, что позволяет, как и в первом случае, прикладывать небольшое усилие пружины 124 или магнита 25 дл обеспечения надежного уплотнения. При ЭГ0Я отсутствует перепад давлен в мернбй трубк по отношению к давл нию в несущем потоке, за счет чего исключа.ется ошибка в показании хроматографа и отсутствует движущая сила для утечки газов. Для дозирования исследуемого газ при высокой температуре неподвижный корпус 1 размещают втермостате и отделяют перегородкой 33, а привод размещают при температуре окружающей среды. Для исключения выхода из строя привода за счет тепла, поступающего от неподвижного корпуса 1 и золотника 2 к резин.овой мембране через трубку 5 и шток 3, последний соединен с мембраной б через шток 8 и тепловое сопротивление 4, вокруг которого пропускают воду для снятия тепла поступающего по трубке 10 и выходящего по трубке 11. Отсутствие перепада давлений в переключающих линиях позволяет,выполнить золотник 2 и корпус 1 из металлов, а для надежного уплотнени приложить небольшие усилия. Во всех вариантах рассмотренной конструкции предложенного дозатора золотниковые поверхности неподвижного корпуса и подвижного золотника выполняются плоскими, однако успешно может использоваться принцип .сопряжения двух золотниковых поверх ностей по цилиндрической поверхност Золотник может иметь три фиксирован ных положения переключения, при которых может обеспечиваться дозирова ние двух несвязанных объемов исследуемого газа. Дозатор позволяет надежно и точно дозировать газ при рабочей темпера- туре 300°С. Это достигается тем, что истирание золотника о неподвижный корпус незначительрно вследствие малых усилий его притяжения, а также автоматическим выравниванием давления дозируемого потока относительно давления несущего потока. Технические преимущества изобретения в сравнении с базовым дозатором промышленного хроматографа Нефтехим-200 заключается в том, iTO он может надежно дозировать продукт с большей точностью и надежностью при температуре 20(°С, так как масса дозируемого продукта не зависит от атмосферного давления, а герметичность дозатора обеспечивается при меньших усилиях прижимного устройства. Дозатор хроматографа Нефтехим200 работает до температуры 200 С, так как герметичность обеспечивается поджатием золотника, выполненного из фторопластового материала, который не может работать при больших температурах, В предлагаемом дозаторе герметичность обеспечивается за счет малых перепадов давления и при Меньших усилиях поджатия золотника, выполненного из металла,-Уплотнение в предлагаемом дозаторе обеспечивать ется металлической парой, поэтому оно может работать при температурах больше 200С, В предлагаемом; дозатр.ре привод размещен влё высокой температуры, чтобы тепло от золотника 1O штоку 3 не поступало к мембране 6, она связана с ним 4ej)e3 тепловое сопротивление 4, охлаждаемое холодильником, ра.сположенным вокруг него. В результате этого предлагаемый дозатор работает более надежно и точно при больщих температурах, чем дозатор хроматографа Нефте -; хим-200. Фиг.2 7

3f

23 fknJ

/ /2 /

J/

/ff