Газоаналитическая система Советский патент 1991 года по МПК G01N1/22 H01J49/26 

Изобретение относится к газовому анализу, а именно к автоматическим системам для непрерывного измерения объемной концентрации составляющих многокомпонентного газового потока, например, для определения объемной концентрации водорода, оксида углерода, азота, кислорода, аргона, диоксида углерода в конвертерных газах многоканальным масс- спектрометром, и может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическими процессами на предприятиях черной металлургии.

Цель изобретения - повышение точности анализа и расширение функциональных возможностей системы.

На чертеже представлена блок-схема газоаналитической системы.

Газоаналитическая система состоит из электрообогреваемых пробоотборников 1 и 2 устройства первичной пробоподготовки 3, которое состоит из фильтров 4 и 5 измерителей давления 6 и 7 и 8 и 9 блока электроклапанов 10, управляемого регулятора расхода 11, измерителя расхода 12, холодильника 13, датчика температуры 14 и электронагревателя 15, устройства вторичной пробоподготовки 16, которое состоит из побудителя расхода 17, холодильника 18, блока электроклапанов 19, измерителя давления 20, стабилизатора давления 21, измерителя расхода 22, датчика температуры 23 и электронагревателя 24. Устройство газового анализа 25 состоит из блока электроклапанов 26, управляемого регулятора давления (после себя) 27 дифференциального измерителя давления 28, измерителя давления 29, многоканального масс-спектрометра 30, управляемого регулятора давления (до себя) 31, датчика температуры 32 и электронагревателя 33, устройство управления и обработки информации 34, которое состоит из блока входных преобразователей 35, устройства ввода данных 36, микропроцессора 37, устройства вывода данных 38, устройства связи 39 и блока выходных преобразователей 40, устройства поверочных смесей 41, которое состоит из генераторов поверочных газовых смесей 42 и 43 с измерителями давления 44 и 45, блока регуляторов давления 46, блока электроклапанов 47, измерителя давления 48, управляемого регулятора давления 49, датчика температуры 50 и электронагревателя 51, устройства подготовки вспомогательных газов 52, которое состоит из фильтров 53 и 54, редукторов давления 55 и 56, измерителей давления 57 и 58, блока электроклапанов 59, а также выхода блока выходных преобразователей 60, атмосферного сброса 61, входов очищенного воздуха 62, азота 63, паспортных значений поверочных газовых смесей 64. Электрообогревае- мые пробоотборники соединены линиями транспортирования с устройством первичной пробоподготовки, все датчики температуры соединены с входами блока входных преобразователей, выходы устройства связи соединены электронагревателями, устройство поверочных смесей соединено с устройством газового анализа, устройство подготовки вспомогательных газов соединено с устройствами первичной и вторичной

пробоподготовки, измерители давления соединены со входами и выходами блока элек- троклапанов устройства первичной пробоподготовки, выход блока электроклапанов через холодильник и управляемый регулятор расхода соединен со входом измерителя расхода, выход которого является выходом устройства первичной пробоподготовки и соединен с входом устройства

0 вторичной пробоподготовки, где через побудитель расхода и холодильник соединен с одним из входов блока электроклапанов, выход которого через стабилизатор давления соединен со входом измерителя расхо5 да, выход которого с подключенным к нему измерителем давления является выходом устройства газового анализа, где через блок электроклапанов и управляемый регулятор давления соединен со входами многока0 нального масс-спектрометра, измерителя давления и дифференциального измерителя давления, включенного между входом и выходом многоканального масс-спектрометра, газовый выход многоканального

5 масс-спектрометра соединен с атмосферой через управляемый регулятор давления, а информационный выход соединен с одним из входов блока входных преобразователей, С другими входами которого соединены вы0 ходы измерителей давления и расхода устройства первичной пробоподготовки, измерителя давления устройства вторичной пробоподготовки, измерителя давления и дифференциального измерителя давления

5 устройства газового анализа и измерителя давления устройства поверочных смесей, соответствующие выходы устройства связи соединены с управляющими входами управляемых регуляторов давления и расхода ус0 тройств первичной пробоподготовки, газового анализа, поверочных смесей и всех блоков электроклапанов, выход управляемого регулятора давления устройства поверочных смесей, являющийся выходом

5 устройства поверочных смесей, соединен с одним из входов блоков электроклапанов устройств первичной пробоподготовки и газового анализа и входом измерителя давления устройства поверочных смесей, выход уст0 ройства подготовки вспомогательных газов, являющийся выходом его блока электроклапанов, соединены с одним из входов блоков электроклапанов устройств первичной и вторичной пробоподготовки и газового ана5 лиза, причем эти блоки электроклапанов имеют дополнительные входы.

Система работает следующим образом. При включении системы включается подпрограмма Прогрев, по которой в системе с помощью электронагревателей 15,

24,33,51 устанавливается рабочая температура. Контроль температуры осуществляется датчиками температуры 14,23,32,50. Одновременно выводятся на рабочий режим электрообогреваемые пробоотборники 1, 2 и холодильники 13 и 18.

При достижении заданного температурного режима, дальнейший контроль и поддержание которого осуществляется постоянно, производится установка необходимых давлений регуляторами 55, 56, 46 по измерителям давления 57,58,44,45. При этом на вход системы подается очищенный воздух через вход 62, фильтр 53, редуктор 55, блоки клапанов 59 и 10 или азот через вход 63.

Затем осуществляется переход к подпрограмме Градуировка. На первом этапе градуировки производится включение системы на анализ для предварительной настройки. При этом измеряются и заносятся в память ЭВМ показания измерителей давления 6, 7 и 8,9,20, а также показания измерителя расхода 12 при положении управляемого регулятора расхода 11, соответствующем минимальному расходу газа, при котором обеспечиваются технические характеристики системы по быстродействию. Установка управляемого регулятора расхода 11 в нужное положение осуществляется автоматически с помощью ЭВМ. Стабилизатор давления 21 устанавливают вручную в положение, обеспечивающее подачу газовой пробы на вход устройства газового анализа с требуемым значением давления.

Регуляторы давления 27 и 31 устанавливаются автоматически с помощью ЭВМ в положения, обеспечивающие необходимый перепад давления на входе и выходе многоканального масс-спектрометра 30. Перепад давления контролируется дифференциальным измерителем давления 28 и поддерживается на заданном уровне автоматически путем изменения давления регуляторами 27 и31.

На втором этапе, с помощью управляемого регулятора давления 19 и блоков электроклапанов 47 и 26 поверочные газовые смеси (ПГС) подаются поочередно на многоканальный масс-спектрометр 30. При этом управляемым регулятором давления 49 давление поверочных газовых смесей устанавливается автоматически с помощью ЭВМ, равным показателю измерт еля давления 20, хранящемуся в памяти ЭВМ. Результаты анализа поступают с выхода многоканального масс- спектрометра 30 на вход блока входных преобразозателей 35 и микропроцессор 37, сравнивая их с введенными ранее через

вход 64 паспортными значениями ПГС, определяют градуировочную характеристику многоканального масс-спектрометра 30.

На третьем этапе градуировки ПГС подаются через блоки злектроклапанов 47 и 10 нэ вход гэзоаналитической системы. При этом давление ПГС устанавливается автоматически управляемым регулятором дав0 ления 49 равным показаниям измерителей давления 6 или 8. По времени от подачи ПГС на вход системы до установления показаний на выходе многоканального масс-спектрометра 30 определяется быстродействие га5 зоаналитической системы.

По окончании градуировки осуществляется переход к подпрограмме Анализ.

В режиме Анализ на вход системы через обогреваемый пробоотборник 1 (или 2)

0 газовая проба поступает через фильтр 4 (или 5) блок электроклапанов 10, холодильник 13, измеритель расхода 12, управляемый регулятор расхода 11. побудитель расхода 17, холодильник 18 , блок электроклапанов 19,

5 регулятор давления 21, измеритель расхода 22, блок клапанов 26, управляемый регулятор давления 27 на многоканальный масс-спектрометр 30, с выхода которого через управляемый регулятор давления 31 по0 ступает на сброс 61. Результаты анализа поступают в виде электрических сигналов на вход устройства управления и обработки информации, где преобразуются, обрабатываются с учетом градуировочной характери5 стики и поступают через блок выходных преобразователей 40 на выходы 60 в необходимом для дальнейшего использования виде.

В процессе анализа свободный от отбо0 ра пробы фильтр 5 (или 4) продувается инертным газом через вход 63, фильтр 54. регулятор давления 56, блоки электроклапанов 59 и 10 и газ с пылью сбрасываются через обогреваемый пробоотборник 2

5 (или 1).

Газопроницаемость (забивка) фильтра 4 контролируется измерителями давления 6 ч 7 и при изменении разности их показаний, изменяется положение управляемого регу0 лятора расхода 11 до компенсации потери быстродействия. При достижении уровня газопроницаемости фильтра, затрудняющего компенсацию регулятором расхода 11, или заранее заданного значения происхо5 дит переключение на другую линию отбора пробы (обогреваемый пробоотборник 2, фильтр 5). При этом фильтр 4 переключается на очистку инертным газом. Степень очистки контролируется по показаниям измерителей давления 7 и 6. При забивке фильтра

5 происходит обратное переключение. Степень забивки фильтров имеет случайный характер, а требования технологии контролируемого процесса не всегда позволяют производить замену фильтров А и 5,что приводит к снижению точности анализа из-за увеличения запаздывания. В газоаналитической системе предусмотрена компенсация запаздывания поступления пробы на многоканальный масс-спектрометр 30 автоматическим изменением положения управляемых регуляторов расхода 11 и давления 27 и 31, в зависимости от показаний измерителей давления 6, 7 (или 8, 9). Стабильность быстродействия газоаналитической системы повышает точность анализа.

Формула изобретения

Газоаналитическая система, содержащая электрообогреваемые пробоотборники, линии транспортирования, устройство первичной пробоподготовки, включающее холодильник, фильтры, датчик температуры и электронагреватель, блок клапанов, устройство вторичной пробоподготовки, включающее холодильник, датчик температуры, электронагреватель, стабилизатор давления, измеритель давления и побудитель расхода, блок клапанов, устройство газового анализа, включающее многоканальный масс-спектрометр, датчик температуры и электронагреватель, устройство управления и обработки информации, включающее блок входных преобразователей, устройся во ввода данных, микропроцессор, устройство вывода данных, устройство связи и блок выходных преобразователей, устройство поверочных смесей, включающее генераторы поверочных газовых смесей, измерители давления, блок регуляторов давления, датчик температуры и электронагреватель, блок клапанов и устройство подготовки вспомогательных газов, включающее фильтры, блоки редуктора и измерителя давления, блок клапанов, причем электрообогреваемые пробоотборники соединены линиями транспортирования с устройством первичной пробоподготовки, все датчики температуры соединены с входами блока входных преобразователей, выходы устройства связи соединены электронагревателями, устройство поверочных смесей соединено с устройством газового анализа, устройство подготовки вспомогательных газов соединено с устройствами первичной и вторичной пробоподготовки, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, она снабжена измерителями расхода и давления, управляемыми регуляторами расхода и давления в устройствах первичной и вторичной пробоподготовки, газового анализа, поверочных смесей и подготовки вспомогательных газов, причем измерител и давления соединены с входами и выходами фильтров, которые включены между электрообогрева- емыми пробоотборниками и входами бло0 ка клапанов устройства первичной пробоподготовки, выход блока клапанов через холодильник и управляемый регуля тор расхода соединен с входом измерителя расхода, выход которого является

5 выходом устройства первичной пробоподготовки и соединен с входом устройства вторичной пробоподготовки, где через побудитель расхода и холодильник соединен с одним из входов клапанов, выход которо0 го через стабилизатор давления соединен с входом измерителя расхода, выход которого с подключенным к нему измерителем давления является выходом устройства вторичной пробоподготовки и соединен с вхо5 дом устройства газового анализа, где через блок клапанов и управляемый регулятор давления соединен с входом многоканального масс-спектрометра, дифференциальный измеритель давления включен между вхо0 дом и выходом многоканального масс-спектрометра .газовый выход многоканального масс-спектрометра соединен с атмосферой через управляемый регулятор давления, а информационный выход соединен с одним

5, из входом блока входных преобразователей, с другими входами которого соединены выходы измерителей давления и расхода устройства первичной пробоподготовки, выход измерителя давления устройства

0 вторичной пробоподготовки, выходы измерителя давления и дифференциального измерителя давления устройства газового анализа и выход измерителя давления устройства поверочных смесей, соответствую5 щие выходы устройства связи соединены с управляющими входами управляемых регуляторов давления и расхода устройств первичной пробоподготовки, газового анализа, первичных смесей и всех

0 блоков клапанов, выход управляемого регулятора давления устройства поверочных смесей, являющийся выходом устройства поверочных смесей, соединен с одним из входов блоков клапанов уст5 ройств первичной пробоподготовки и газового анализа и входом измерителя давления устройства поверочных смесей, выход устройства подготовки вспомогательных газов, являющийся выходом его блока клапанов, соединен с одним из входов

блоков клапанов устройств первичной и вторичной пробоподготовки и газового анализа, причем эти блоки клапанов имеют дополнительные входы.

Изобретение относится к газовому анализу, а именно к автоматическим системам для непрерывного измерения объемной концентрации составляющих многокомпонентного газового потока с помощью много- канального масс-спектрометра. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Устройство снабжено электрообогреваемыми пробоотборниками, измерителями расхода и давления. Термо- стабилизированные устройства первичной, вторичной пробоподготовки, газового анализа, поверочных смесей и подготовки вспомогательных газов снабжены управляемыми регуляторами расхода и давления. В режиме Прогрев устанавливается заданный температурный режим, который в дальнейшем автоматически контролируется и поддерживается. Производится установка необходимых давлений, для чего на вход системы подается вспомогательный газ. В режиме Градуировка измеряются и запоминаются показания измерителей давления и измерителя расхода. Установка управляемого регулятора расхода и регуляторов давления осуществляется автоматически с помощью встроенной ЭВМ. Поверочные газовые смеси подаются на многоканальный масс-спектрометр через блоки электроклапанов для определения градуировочной характеристики, затем через блоки электроклапанов на вход газоаналитической системы для определения быстродействия. В режиме Анализ на вход системы поступает газовая проба через один из пробоотборников и, проходя по газовому тракту, подается на масс-спектрометр для анализа. Газопроницаемость фильтра контролируется измерителями давления и при изменении разности их показаний изменяется положение управляемого регулятора расхода до компенсации потери быстродействия. При невозможности компенсации происходит переключение на другой пробоотборник, а фильтр 4 переключается на очистку. 1 ил. (Л с о ел чэ Х| XI о