Устройство для получения контрольных газовых смесей Советский патент 1987 года по МПК G01N1/22 

1 2

Фильтр 8 через побудитель 9 расхода, регулятор lOj расходомер подключен к патрубку 12, соединяющему емкость 2 со смесителем 13, укитьтр 15 через осушитель 16, побудитель 17 расхода; регулятор 18 потока и расходомер 19 подключен к смесителю 13, На одном выходе, последнего установлена камерг. 25 задержки, связанная с разбавите™

Изобретение относится к устройствам для получения искусственньпс газовых смесей и может быть использовано в метрологических центрах и заводских лабораториях для градуировки газоаналитических приборов, например фотоколометрических, термскондуктоме рических, электрохимических и т.п. газоанализаторов.

Цель изобретения - повьшение ка- честна газовых смесей за счет утлетлъ- шения времени запаздывания коррекции состава готовой смеси.

На чертеже представлено устройство для получения контрольньк газовых смесей.

Устройство содержит дозатор 1 , включающий заполненную раствором дозируемого газа в жидкости емкость 2 капиллярную трубку 3 один конец которой установлен в емкости 2, а ДРУ гой соединен кинематически с выходом исполнительного механизма 4, Распылитель 5 патрубком 6 соединен с линией 7 подвода сжатого воздуха, включающей последовательно соединенные первый фильтр 8s первый побудитель 9 расхода, первый регулятор 10 потока и первый расходомер 11, Распылитель 5 патрубком 12 соединен с первы входом смесителя 13, второй вход которого соединен с линией 14 подачи потока газа-носителя, включающий последовательно соединенные второй фильтр 15, осушитель 16, второй по- будитель 17 расхода, второй регулятор 18 потока и второй расходомер 19 На выходе смесителя 13 установлен делитель 20 потока газовой смеси. Один выход делителя 20 соединен с реакционной камерой 21, на выходе которой установлен измеритель 22 концентра

8534

лем 26J подключенным к расходомеру 30„ Другой вьжод смесителя 13 через реакционную камеру 21 и измеритель 22 подключен к блоку 23 сравнения, связанному входом с задатчиком 24 концентраци-и, а выходом - с фильтром 29 низких частот и исполнитель- ньм механизмом 28, соединенным с регулятором 27 потока. 1 ил„

f5

О

5

0

-

25

30

0

дни.дисперсной фазы аэрозоля, присоединенный к первому входу блока 23 сравнения, к второму входу которого подключен задатчик 24 концентрации. Второй выход делителя 20 потока подключен к камере 25 задержки, выход которого соединен с первым входом разбавителя 26.

Линия 14 подачи газа-носителя через регулируемый запорный элемент, в качестве которого может быть использован регулятор 27 потока с исполнительным механизмом 28, подключена к второму входу разбавителя 26. Выход блока 23 сравнения соединен с фильтром 29 нижних частот и с исполнительным механизмом 28. Б линии подачи газа-носителя к разбавителю 26 установлен расходомер 30.

В качестве первого расходомера 11 может бьггь использован ротаметр РС-ЗА, в качестве второго расходомера 19 и третьего расходомера 30 могут быть использованы ротаметры РС-5. В качестве измерителя 22 концент- ,рации дисперсной фазы аэрозоля может быть использовано, например, устройство, основанное на электроиндукционном методе и позволяющее с высокой чувствительностью непрерывно определять мгновенные значения концентрации дисперсной фазы аэрозоля.

Блок 23 сравнения может быть выполнен на операционном усилителе в д 1фференциальном включении. Он выполняет операцию вычитания. Задатчик 24 концентрации - источник регулируемого постоянного напряжения. Первый 4 и второй 28 исполнительные механизмы - двигатели постоянного тока с редуктором. Б качестве фильтра 29

нижних частот может быть использован активный RC-фильтр.

Объем камеры 25 задержки выбран из условия обеспечения задержки части потока газовой смеси, получаемой на выходе смесителя 13, на время, необходимое для измерения концентрации дозируемого газа в смесили обусловленное временем пребывания газовой смеси в реакционной камере 21. Следо- вательно, можно записать

V W-t, (1)

где

V W

t объем камеры задержки; расход потока газовой смеси, поступающего в камеру задержки ;

время пребьгоания газовой сме си в реакционной камере. Время пребывания газовой смеси в реакционной камере 21 определяется скоростью химического взаимодействия дозируемого газа и реагента, приводящего к образованию дисперсной фазы аэрозоля. Это время должно быть достаточным для эффективного преобразования дозируемого газа в дисперсную фазу аэрозоля, но не должно превышать величины, при которой происходи коагуляция образующихся частиц, приводящая к нарушению линейной зависимости счетной концентрации образую- частиц от концентрации дозируемого газа.

Концентрацию N дозируемого газа

смеси можно рассчитать по

q.d-N

IOO(VT

(2)

v

где q d

N,

W,

-производительность распылителя ;

-плотность раствора;

-концентрация приготовленного раствора дозируемого газа в жидкости;

-расход сжатого воздуха,подаваемого на распыление;

-расход основного потока газа-носителя, подаваемого на испарение раствора.

Контрольную газовую смесь с требуемой концентрацией N дозируемого газа рассчитывают по формуле

W.

q.d-N

lOOCW +W +Wj)

(3)

О

5

5

0

5

0

0

5

0

d - N W, W« W , где q - производительность распылителя;

плотность раствора; концентрация приготовленного раствора дозируемого газа в жидкости;

расход сжатого воздуха, подаваемого на распыление; расход основного потока газа-носителя, подаваемого на испарение раствора; расход дополнительного потока газа-носителя.

Устройство работает следующим образом.

Готовят контрольные амниачно-воз- душные газовые смеси.

Из исходного 25%-ного раствора аммиака в воде, приготавливают разбавлением водой раствор концентрацией 0,25 %. Приготовленным раствором (NO 0,25%) заполняют емкость 2 дозатора 1. Капиллярная трубка 3 в дозаторе 1 опущена на глубину, обеспечивающую заданное расстояние между ее нижним концом и патрубком 12 распылителя 5, что определяет расход раствора из дозатора 1 в патрубок 12.

В распылитель 5 через патрубок 6 подают по линии 7 после очистки в первом фильтре 8 с помощью первого побудителя 9 расхода поток сжатого воздуха, который эжектирует через патрубок 12 раствор аммиака в воде. Для контроля и регулирования расхода W( потока сжатого воздуха, подаваемого на распыление раствора, предусмотрены первый расходомер 11 и первый регулятор 10 потока. При постоянном расходе VI потока сжатого воздуха, равном 4 л/мин, скорость его истечения из распылителя 5 постоянна, а следовательно, и эжекция раствора при заданном положении капиллярной трубки 3 постоянна и определяет производительность) -распылителя 5, равную 0,26-10 л/мин.

Струя воздуха, выходящая из рас- пьшителя 5. взаимодействует с истекающим раствором и распьшяет его. Образующиеся капли раствора поступают на первый вход смесителя 13. Через второй фильтр 15 и осушитель 16 5 с помощью второго побудителя 17 расхода на второй вход смесителя 13 по линии.14 подается очищенный и осушенный основной поток газа-носителя.

512

Для контроля и регулировки его расхода W 2 предусмотрены вторые расходомер 19 и регулятор 18 потока. В смесителе 13 происходит смешение капель раствора с основным потоком газа-носителя, в результате чего происходит испарение капель раствора, и на выходе смесителя 13 получают поток -азовой сме

си с концентрацией N, аммиака, равной 10,1 мг/м- , рассчитанный по формуле (2). Поток газовой смеси, полученный на, выходе смесителя 13, с помощью делителя 20 потока газовой смеси делится на два потока, один из которых пропускает через реакгщонную камеру 21 объемом 0,00025 м с объемной ско ростью 15 л/мин. Б качестве реагента используют кристаллогидрат азотнокислого железа Ге(ЫОз).

Ю

J5

временному поступлению в разбавитель 26 газовой смеси и измененно дополнительного потока газа-носит на выходе разбавителя 28 непрерыв получают стабильную контрольную г зовую смесь с требуемой концентра ей N аммиака, равной 7,7 мг/м .

Допустим, при длительном распы лении раствора его концентрация N уменьшается, на 10%. Это вызывает стоянно увеличивающееся во времени рассогласование между концентраци N аммиака в смеси на выходе смес

25

появляется сигнал рассогласования имеющий как высокочастотную, так и низкочастотную составляющие. На выходе фильтра 29 нижних частот п

30

35

За время t пребьшания газовой сме- теля 13 и заданной величиной. При си в реакционной камере 21, равное этом на выходе блока 23 сравнения 1,0 с, в результате химического взаимодействия аммиака с кристаллогидратом азотно-кислого железа образуется аэрозоль NH N0, который направляют в измеритель 22 концентрации дисперсной фазы аэрозоля, с выхода которого электрический сигнал, пропорциональный концентраций N аммиака, поступает на первый вход блока 23 сравнения , на второй вход которого подается электрический сигнал от задатчи- ка 24 концентрации. Второй поток (49 л/мин) газовой смеси сначала поступает в камеру 25 задержки объемом 0,00082 м, в которой осуществляется задержка потока на время, обусловленное временем пребьшания газовой смеси в реакционной камере 21 и равное 1,0 с, а затем на первый вход разбавителя 26. На второй вход разбавителя 26 с помощью второго побудителя 17 расхода подают дополнительный поток газа-носителя с расходом 15 л/мин. Для его контроля и регулировки предусмотрены третий расходомер 30 и регулятор 27 потока. На выходе разбавителя 26 получают контрольную газовую смесь с требуемой концентрацией аммиака в воздухе, равной 7,7 мг/м , определяемой по формуле (3).

При кратковременных отклонениях концентрации аммиака в смеси, получаемой на выходе смесителя 13, от заданного значения 10,1 мг/к на ±2% на выходе блока 23 сравнения появляется ригнал рассогласования, кото40

ветствующии низкочастотной составл ющей, и срабатывает исполнительный механизм 4, перемещающий капилляр ную трубку 3 дозатора 1 . Это в ыды вает изменение расхода раствора пр эжектировании (q О,28910 л/ми и следовательно, возвращение концентрации N J, к заданной величине 10,1 мг/м. Но коррекция состава зовой смеси на выходе смесителя 1 осуществляется с запаздыванием, к торое определяется временем t. транспортного запаздывания, необхо мым для прохождения паровоздушной смеси через смеситель 13, и време нем t пребывания газовой смеси в реакционной камере 21.

Исполнительный механизм 28 рабо тает одновременно с исполнительным механизмом 4 и отрабатьтает поступающий на его вход сигнал рассогла сования, изменяя с помощью регулятора 27 потока расход W дополнительного потока газа-носителя на величину -дУ - 6,18 л/мин. Благодаря одновременному поступлению в разбавитель 26 газовой смеси и изм ненного дополнительного потока газа 55 носителя (W 8,82 л/мин) на выходе разбавителя 26 непрерьшно получается контрольная газовая смесь с требуемой концентрацией N аммиа

45

50

рыи поступает на второй исполнительный механизм 28, осуществляющий с помощью регулятора 27 потока регулирование расхода W дополнительного потока газа-носителя на величину

±дУ 2,15 л/мин. Благодаря одно

временному поступлению в разбавитель 26 газовой смеси и измененного дополнительного потока газа-носителя на выходе разбавителя 28 непрерывно получают стабильную контрольную газовую смесь с требуемой концентрацией N аммиака, равной 7,7 мг/м .

Допустим, при длительном распылении раствора его концентрация N уменьшается, на 10%. Это вызывает постоянно увеличивающееся во времени рассогласование между концентрацией N аммиака в смеси на выходе смесителя 13 и заданной величиной. При этом на выходе блока 23 сравнения

появляется сигнал рассогласования, имеющий как высокочастотную, так и низкочастотную составляющие. На выходе фильтра 29 нижних частот потеля 13 и заданной величиной. При этом на выходе блока 23 сравнения

теля 13 и заданной величиной. При этом на выходе блока 23 сравнения

ветствующии низкочастотной составляющей, и срабатывает исполнительный механизм 4, перемещающий капиллярную трубку 3 дозатора 1 . Это в ыды- вает изменение расхода раствора при эжектировании (q О,28910 л/мин), и следовательно, возвращение концентрации N J, к заданной величине 10,1 мг/м. Но коррекция состава газовой смеси на выходе смесителя 13 осуществляется с запаздыванием, которое определяется временем t. транспортного запаздывания, необходимым для прохождения паровоздушной смеси через смеситель 13, и временем t пребывания газовой смеси в реакционной камере 21.

Исполнительный механизм 28 работает одновременно с исполнительным механизмом 4 и отрабатьтает поступающий на его вход сигнал рассогласования, изменяя с помощью регулятора 27 потока расход W дополнительного потока газа-носителя на величину -дУ - 6,18 л/мин. Благодаря одновременному поступлению в разбавитель 26 газовой смеси и измененного дополнительного потока газа- носителя (W 8,82 л/мин) на выходе разбавителя 26 непрерьшно получается контрольная газовая смесь с требуемой концентрацией N аммиа

7 мг/м

ка, равной 7,7 мг/м . По истечении времени (t + t ), когда коррекция состава газовой смеси на выходе смесителя 13 уже осуществилась и концентрация NJJ равна заданному значению 10,1 мг/м, исполнительный механизм 28 возвращает регулятор 27 потока в исходное положение, при котором расход W дополнительного потока газа-носителя равен W,, 15 л/мин. Это позволяет получать на выходе разбавителя 26 требуемую концентрацию N аммиака в контрольной аммиачно-воз- душной смеси, нестабильность которой не превьшает ±0,5 %.

Ф о р мула изобретения

12

У стройство для получения контрольных газовых смесей, содержащее дозатор, состоящий из заполненной раствором дозируемого газа в жидкости емкости, в которой установлена с возможностью вертикального перемещения при помощи исполнительного

15 ненной с вторым выходом делителя потока, разбавителем, один вход которо го связан с выходом камеры задержки, фильтром нижних частот и регулируемым запорным элементом, через кото20 рьй линия подачи газа-носителя подключена к другому входу разбавителя, при этом выход блока сравнения соединен с управляющим входом регулируемого запорного элемента и через

механизма капиллярная трубка, распы- фильтр нижних частот - с исполни- литель, подключенный к линии сжато- тельным механизмом перемещения ка- ро воздуха и соединяющий дозатор с пиллярной трубки.

Редактор А. Шишкина

Составитель Н. Романникова

Техред Л.Олейник Корректор В. Бутяга

Заказ 7798/39 Тираж 799Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 11-3035, Москва, Ж-35, Раущская наб.,. д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

88534 .8

одним из входов смесителя, подключенного другим входом к линии подачи газа-носителя, размещенный на выходе смесителя делитель потока,

5 :вязанный одним выходом с реакционной камерой, на выходе которой установлен измеритель концентрации дисперсной фазы аэрозоля, соединенный с первым входом блока сравнения, к

Ш второму входу которого подключен за- датчик концентрации, отличающееся тем, что, с целью повышения качества газовой смеси, оно снабжено камерой задержки, соеди15 ненной с вторым выходом делителя потока, разбавителем, один вход которого связан с выходом камеры задержки, фильтром нижних частот и регулируемым запорным элементом, через кото20 рьй линия подачи газа-носителя подключена к другому входу разбавителя, при этом выход блока сравнения соединен с управляющим входом регулируемого запорного элемента и через

фильтр нижних частот - с исполни- тельным механизмом перемещения ка- пиллярной трубки.

Изобретение относится к устройствам для получения искусственных газовых смесей и может быть использовано в метрологических центрах и заводских лабораториях для продувки газоаналитических приборов и позволяет повысить качество газовых смесей за счет Ь меньшения времени запазды- вання коррекции состава готовой.сме-. си. Устройство содержит дозатор 1, включающий заполненную раствором дозируемого газа в жидкости емкость 2 и капиллярн то трубку 3, один конец которой установлен в емкости 2, а другой кинематически соединен с выходом исполнительного механизма 4. (Л /JiiHus газа - Hocumefff ГС 00 00 СП СА itii CSpac easa