Устройство для измерения коэффициентов диффузии Советский патент 1991 года по МПК G01N21/05 

Изобретение относится к области физики, в частности к измерительным приборам, и предназначено для измерения коэффициентов диффузии газов.

Целью изобретения является обеспечение возможности измерений непосредственно в ходе процесса диффузии и укрепление устройства.

На чертеже представлено устройство для измерения коэффициентов диффузии.

В корпусе устройства 1. например интерферометра, расположена диффузионная ячейка. Она представляет собой диффузионную трубку 2 и проточный канал 3 прямоугольного сечения с патрубками 4 и 5. Диффузионная трубка 2 с одного конца закрыта двумя окнами 6 и 7, а другим соединена с проточным каналом 3. Диффузионная ячейка имеет дополнительную трубку 8 с патрубком 9, закрытую с обоих концов окнами 7 и 10. Проточный канал имеет оптическое окно 11, расположенное над диффузионной трубкой и трубкой сравнения.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом эксперимента выставляют нуль прибора. Для этого необходимо, чтобы оптическая разность хода лучей, проходящих по трубкам 2 и 8, была равна нулю. Это выполняется следующим образом: через патрубки 5 и 9 производят откачку форвакуумным насосом. Затем через них в трубку подают газ сравнения до атмосферного давления. При этом патрубок 4 закрыт.

Заполняют диффузионную трубку 2 исследуемым газом. Для этого через патрубок 5 производят откачку газа сравнения форвс: куумным насосом, после чего через него же трубка заполняется исследуемым газом до давления несколько большего атмосферного. Это необходимо для избежания возможного проникновения воздуха из комнаты в диффузионную трубку. Во время этой операции патрубок 4 закрыт. Установка готова к работе.

Открывают патрубок 5 и приводят исследуемый газ в диффузионной трубке к атмосферному давлению. Через патрубок 4 с определенной скоростью подают непульси рующий поток другого исследуемого газа. Через патрубки 5 смесь газов выходит в атмосферу. Момент начала диффузионного процесса фиксируется (с учетом времени запаздывания, которое можно вычислить) по началу движения подвижных интерференционных полос.

Продувание второго компонента (газа носителя или газа сравнения) по проточному каналу над капилляром (диффузионной трубкой) позволяет строго соблюдать постоянство граничных условий в течение всего эксперимента и обеспечивает возможность непрерывного анализа диффузионного процесса.

Измерение концентрации производят следующим образом.

Лучи интерферометра проходят по трубкам 2 и 8 и попадают в глаз экспериментатору. Экспериментатор видит интерференционную картину, меняющуюся со временем (движение подвижной интерференционной картины). Интерферометр типа ИТР-1 позволяет измерять концентрацию в определенные моменты времени. Это можно выполнить следующим образом. На шкале компенсатора интерферометра устанавливают определенное значение показателя преломления. Момент времени, когда показатели преломления исследуемой смеси и системы компенсации будут равны, фиксируется секундомером. Такая операция производится 10-50 раз. По полученным данным в полулогарифмических координатах строится зависимость средней концентрации С от времени т. Для больших промежутков времени в расчетной формуле метода всеми членами ряда, кроме первого, можно пренебречь (регулярный режим). Этому состоянию на графике 1пС т(т) будет соответствовать прямолинейный участок. Определив тангенс наклона m этого участка по экспериментальным данным, найдет коэффициент диффузии D по формуле

4L2 .

где L - длина диффузионного пути (длина диффузионной трубки).

Применение оптического метода регистрации концентрации позволяет проследить всю динамику процесса диффузии, не прерывая сам процесс, получая при этом как качественную, так и количественную информацию для любых систем газов.

Упрощение конструктивных элементов

установки, применение доступных и дешевых материалов позволяет создавать ее практически в любой лаборатории. Прохождение через диффузионную ячейку

одного из интерферирующих лучей интерферометра дает возможность избавиться от дополнительных приборов и устройств, производящих перекачивание смеси и ее анализ. Методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных проста. Это позволяет снизить по грешность в определении коэффициентов диффузии до 2%.

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициентов диффузии, содержащее диффузионную ячейку, состоящую из диффузионной трубки, закрытой с одного торца, входного и

- выходного патрубков и устройства анализа, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности измерений непосредственно в ходе процесса диффузии и упрощения устройства, в него введены проточный канал прямоугольного сечения и до- полнительная трубка, установленная параллельно диффузионной трубке, в торцах дополнительной трубки и одном из торцов диффузионной трубки выполнены

прозрачные окна, а другой торец диффузионной трубки соединен с проточным каналом, при этом одно из окон дополнительной трубки вмонтировано в стенку проточного канала, а другое окно расположено за окном

Q диффузионной трубки и установлено в контакте с ним, в другую стенку проточного канала, противолежащую вышеуказанной, напротив диффузионной трубки и окна дополнительной трубки вмонтировано четверс- тое окно, причем входной и выходной торцы проточного канала соединены соответственно с входным и выходным патрубками.

Изобретение относится к области физики и используется для измерения коэффициентов диффузии газов. Целью изобретения является обеспечение возможности измерений непрерывно в ходе процесса диффузии и упрощение устройства. Устройство содержит диффузионную ячейку, состоящую из диффузионной трубки, соединенной с проточным каналом для продува газа, и дополнительной трубки, необходимой для получения количественной информации о процессе диффузии. Проточный канал имеет оптическое окно, расположенное над трубками, а торцы трубок закрыты окнами, обеспечивающими прохождение излучения через обе трубки. Это позволят разместить диффузионную ячейку в устройстве анализа, например, интерферометра. Равное число окон вдоль направления прохождения излучения через каждую трубку обеспечивает равные оптические длины в измерительном и сравнительном каналах средства анализа. 1 ил,