Поверхностно-ионизационный детектор для анализа газовых смесей Советский патент 1991 года по МПК G01N27/62 

Изобретение относится к газовому анализу и предназначено для высокочувствительного селективного детектирования аминов, гидразинов и их производных в газовых смесях.

Изобретение может быть использовано в различных газоаналитических устройствах, использующих явление поверхностной ионизации и предназначенных главным образом для работы в условиях с повышенной степенью электро- и взрывоопасности.

Цель изобретения - повышение надежности и безопасности экспл атации.

На фиг.1 представлена общая схема расположения электродов детектора; на фиг.2 - расположение ионизирующих элементов термоэмиттера и электрическая схема; на фиг.З вольт- амперные характеристики устройства.

Поверхностно-ионизационный детектор для анализа газовых смесей содержит корпус 1, который моче г быть выполнен из металла или из диэлектрика, В корпусе 1 у входного патрубка 2 разг-ещен, перпенд купярно направлению /-шипения в детекторе

ГС

лизируемого газа, накаливаемый термоэмиттер 3. Направление движения анализируемого газа в детекторе, задаваемое побудителем k расхода газа, показано стрелкой. Побудитель расхода газа установлен у съемного выхоного патрубка 5. Термоэмиттер 3 выполнен из набора протяженных ионизирующих элементов За, % , Ь , 1 , , рас положенных регулярно относительно друг друга. На фиг.1 показан вариант регулярного расположения ионизирующих элементов 3 в одной плоскости. К каждому ионизирующему элементу 3 предусмотрены самостоятельные токо- подводы6(а, б, в, г, д соответственно) для обеспечения независимого накала каждого элемента. Ионизирующие накальные элементы 3d тановлены в корпусе 1 и изолированы от него в случае выполнения корпуса металлическим посредством изоляторов например, керамических шайб 7. Натяжение каждого протяженного ионизирую щего элемента обеспечивается подпружиненным креплением 8 одного из концов элемента 3 к токоподводу 6. Ве- |личина проекции зазора между ионизирующими элементами на плоскость, пер пендикулярную направлению движения потока анализируемой смеси, должна быть в пределах величины проекции на ту же плоскость поперечного размера отдельного ионизирующего элемента термоэмиттера 3« Исходя из этого, количество ионизирующих элементов термоэмиттера 3 определяется линейными размерами, корпуса 1 детектора, которые в свою очередь, выбирают из условия обеспечения максимальной про изводительности анализа, т.е. максимального объема попадающей в детектор анализируемой смеси в единицу времени.

Коллектор ионов 9 расположен в корпусе 1 за термоэмиттером 3, перпендикулярно направлению движения в детекторе анализируемого газа. Коллектор ионов 9 выполнен из металлической озтки с мелкими ячейками. Коллектор ионов 9 соединен с электрометрическим выводом 10. Разность потенциалов между термоэмиттером 3 и коллектором 9 создают подачей на каждый ионизирующий элемент термоэмиттера 3 напряжения от источника напряжения через токоподводящие вводы 6

0$ 0 5

5

0

0

5

На этапе настройки детектора подбирают накальные напряжения каждого из ионизирующих элементов , & tfy термоэмиттера 3. Для этого отсоединяют выходной патрубок 5 от корпуса 1 и каким-либо средством, например,подключив побудитель расхода газа на вход детектора 3 создают направленное движение газа, составляющего основу смеси, подлежащей анализу, в направлении от термоэмиттера к коллектору. Расход газа задают соответствующим рабочему расходу смеси. Подбором накальных напряжений UH( -UH5 добиваются наиболее равномерного распределения температур по всей плоскости составного термоэмиттера Контроль температуры осуществляется по яркостной температуре накаливаемых элементов при помощи микропирометра со стороны коллектора . Распределение мощности на накальных элементах будет характерным для данной конструкции детектора и скорости расхода данной анализируемой смеси. Подобранные накальные напряжения UH)-UM5 должны поддерживаться постоянными в процессе работы детектора, По окончании настройки патрубок соединяют с корпусом 5.

Устройство работает следующим образом.

Побудителем расхода газа создают направленное движение анализируемой смеси через детектор. На элементы термоэмиттера при помощи накальных источников напряжения UH,-UHS подают подобранные напряжения питания. Включают источник 11 напряжения yi по показаниям электрометрического усил ителя осуществляют анализ смеси. Возникновение электрического тока между эмиттером и коллектором свидетельствует о наличии в анализируемой смеси ионизирующихся путем поверхностной ионизации веществ (аминов, гидразинов и их производных). Величина ионного тока в смеси характеризует содержание органических соединений.

Пример, Термоэмиттер состоит из 5 независимо накаливаемых ионизирующих элементов, В качестве материала термоэмиттера использована молибденовая проволока 1,2 мм. Дли на рабочей части каждого ионизирующего элемента 25 мм. Элементы расположены в одной плоскости с зазором между ними 1 мм, укреплены к корпусу детектора через электроизолирующие шайбы. Общая площадь апертуры детектора, в которой рас- полэгаются ионизирующие элементы, составляет 300 мм2. Ионизирующие элементы предварительно отжигают в вакууме для снижения уровня фоновог тока. В рабочем режиме температуру ионизирующих1 элементов поддерживают 650 К, В динамическом режиме к каждому термоэмиттеру подводят мощность 5-6 Вт, Коллектор ионов изготовляется из металлической сет- ки, натянутой на рамку, которая жестко крепится к корпусу при помощи электроизолирующих шайб, Одновремен через эти же шайбы изолируется от корпуса электрометрический вывод. Коллектор отстоит из термоэмиттера на расстоянии 5 мм. Измеряются характеристики устройства на калиброванных смесях гриэтиламин - воздух,

подготовленных в газодинамической

установке. Газодинамическая установка содержит в себе два канала формирования газовых потоков, которые можно перемешивать в нужных соотношениях, В первом канале подготавли- 30 вается воздушная смесь триэтиламина с концентрацией 2,5 1(Г5/л -с расходом 66 мл/мин. Из второго ка- нала подается чистый воздух с регулируемым расходом, Поэтому, смешивая 35 эти два потока, направляют в детектор одно и то же количество ионизирующих веществ в единицу времени, при этом меняют скорость прохождения смеси через детектор. На фиг.З 40 представлены вольт-амперные характеристики устройства на котором кривая а получена, когда в детектор направляется поток воздушной смеси триэтиламина с расходом 66 мл/мин 45 (без разбавления воздухом), кривая Ј с расходом А65 мл/мин и кривая fee расходом 1500 мл/мин. Смеси при получении кривых S Ь готовят перемешиванием первоначальной смеси с CQ чистым воздухом, как описано выше.

0

5

0 5 0 5 Q

Видно, что в устройстве эффективный сбор образующихся ионов наступает уже при разности потенциалов между термоэмиттером и коллектором 10 - 15 В, а ионизационная эффективность не меняется при увеличении производительности анализа до величин 1500 мл/мин. Из-за незначительного влияния потока газа на температуру элементов термоэмиттера прерывание потока анализируемой смеси при включенных накальных ионизирующих элементах не нарушает работоспособность детектора, что указывает на повышение надежности поверхностно-ионизационного детектора,

Таким образом, предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами: повышается надежность работы, расширяется производительность анализа путем увеличения апертуры детектора и соответствующим увеличением числа ионизирующих элементов| повышается безопасность эксплуатации детектора из-за понижения величины ускоряющего напряжения не менее чем в 10 раз, при этом реализуется высокая ионизационная эффективность детектора .

Формула изобретения

Поверхностно-ионизационный детектор для анализа газовых смесей, содержащий размещенные в корпусе коллектор ионов, накаливаемый термоэмиттер, токоподводящие выводы, патрубки для ввода и вывода анализируемой смеси, отличающий- с я тем, что, с целью повышения надежности и безопасности эксплуатации , коллектор выполнен сетчатым и расположен за термоэмиттером перпендикулярно направлению движения анализируемого газа, а термоэмиттер выполнен в виде набора протяженных, независимо накаливаемых ионизирующих элементов, расположенных параллельно и на равном расстоянии друг от друга.

Изобретение относится к газовому анализу и предназначено для высоко- кочувствительного селективного детектирования зминов гидразинов и их производных в газовых смесях. Цель изобретения - повышение надежности и безопасности эксплуатацми. Детектор содержит установленные з корпусе термоэмиттер и коллектор ионов. Термоэмиттер выполнен в виде набора протяженных ионизирующих эпементов, расположенных регулярно относительно ДРУГ друга. Каждый элемент имеет независимый канал, Коллектор установлен за термоэмиттером и выполнен из мелкоячеистой сетки, 3 ил.

Фиг./

«ЧЧчЛИч 1 I

I

ш б

2

а

LgJ+//