Резонансный акустический газоанализатор Советский патент 1975 года по МПК G01N29/00 

1

Изобретение относится к области газового анализа и может использоваться по составу газовых смесей процессов химической технологии, связанных с переработкой продуктов в газовой фазе.

Известны акустические газоанализаторы, основанные на изменении резонансной частоты звуковой камеры, заполненной контролируемым газом, при изменении состава этого газа. Звуковая камера выполняется либо в виде отрезка трубы, либо в виде сосуда специальной формы, например резонаторы Гельмгольца. Возбуждение и прием колебаний производятся электроакустическими преобразователями.

Измеряемой величиной, зависящей от состава газа, является либо резонансная частота, определяемая при ручной настройке возбуждающего генератора, либо частота колебаний генератора, в обратную связь которого включена звуковая камера, либо амплитуда колебаний электроакустического приемника при неизменной частоте возбуждения колебаний. На частотную характеристику резонансной камеры накладываются частотные характеристики преобразователей и особенно мембран, отделяющих пространство звуковой камеры от преобразователей. Это приводит к сужению диапазона изменения резонансных частот, в котором можно работать, т. е. к уменьшению

диапазона измеряемых концентраций газовой смеси. Кроме того, возникают трудности при выборе материала и толщины мембран.

К другой группе известных акустических

газоанализаторов относятся такие, у которых возбуждение колебаний в резонансной камере происходит за счет струи контролируемого пли вспомогательного газа, т. е. по принципу свистка.

Акустические газоанализаторы, построенные по принципу свистка, проще и надежнее газоанализаторов с электроакустическими преобразователями. Однако и они имеют ряд недостатков. Для возбуждения колебаний необходимо создавать поток (струю) контролируемого или вспомогательного газа, что требует дополнительного оборудования. Скорость газовой струи и расход газа должны быть постоянными, так как изменение скорости влияет на частоту колебаний Приемные устройства устанавливаются обычно внутри резонансных камер или в полостях, сообщающихся с ними. В этом случае при повыщенных температурах и давлениях возникают дополнительные трудности выбора приемника колебаний. Малые размеры резонансных камер и прорезей требуют тщательной очистки газа от механических примесей. Существенные преимущества при построеНИИ акустических газоанализаторов по поин 37 .. . , ципу свистка дает одновременное использование в качестве излучателя звука резонатора типа «поющей юлы. Резонатор в этом случае представляет собой полое тело вращения с отверстиями. Резонатор насаживается на вращающийся вал двигателя. При вращении резонатора за счет взаимодействия окружающего газа с кромками отверстий происходит возбуждение резонатора на определенной частоте, определяемой размерами резонатора и составом газа в нем. Акустический газоанализатор с резонатором типа «поющая юла отличается простотой, падежностью и применяется для анализа газов как в трубопроводах, так и в резервуарах с неподвижным газом. При использовании описанного газоанализатора не требуется создавать струю контролируемого или вспомогательного газа. Приемник звуковых колебаний располагается вне резонатора. За счет интенсивности звуковых колебаний, создаваемых резонатором, он может располагаться вне сосуда с контролируемым газом. Однако экспериментальная проверка выявила недостаток газоанализатора, а именно: обмен газа внутри резонатора происходит медленно. При использовании резонатора типа «поющая юла в качестве газоанализатора необходимо, чтобы состав газа внутри резонатора в любой момент соответствовал составу контролируемого газа, т. е. быть интенсивная циркуляция контролируемого газа через резонатор. С целью расширения дианазона измеряемых концентраций и дианазона давления контролируемого газа, увеличения быстродействия при изменении состава контролируемого газа, повыщения точности и стабильности работы газоанализатора на передней части резонатора выполнены по образующим щелевые отверстия, передние по нанравлению вращения кромки которых отогнуты внутрь резонатора, а задние - наружу; на задней части резонатора выполнены аналогичные отверстия с противоположным отгибом кромок. Кромки щелевых отверстий отогнуты так, что при вращении резонатора с одной стороны создается эффект всасывания газа внутрь резонатора, а с другой стороны газ выбрасывается из резонатора, т. е. через резонатор создается поток газа, что и увеличивает быстродействие. На чертеже приведена блок-схема резонаторного акустического газоанализатора. В резервуаре или участке трубопровода 1 расположен резонатор 2 с рядом отверстий 3 для возбуждения колебаний резонатора и рядом щелевых отверстий 4 для прокачки газа через резонатор. Резонатор насажен на ось двигателя 5. Ось вращения проходит через стенку сосуда через уплотнение (например, сальниковое) или вращение может быть передано через электромагнитную муфту, поскольку вращающийся момент для приведения в движение резонатором мал. Звуковые колебания резонатора воспринимаются приемником, например микрофоном 6, который может быть расположен вне сосуда с контролируемым газом. Частота колебаний измеряется измерительным прибором, например частотомером 7, шкала которого может быть отградуирована в единицах концентрации газовой смеси. Резонансный акустический газоанализатор работает следующим образом. При вращении двигателя резонатор также вращается. Благодаря взаимодействию набегающего потока газа с отверстиями 3, он возбуждается и становится источником звуковых колебаний, частота колебаний (при неизменном размере резонатора) зависит от состава газа внутри резонатора. Возбуждение резонатора происходит при определенной скорости вращения его. Эта скорость зависит от радиуса, на котором находятся возбуждающие отверстия от оси резонатора, поскольку возбуждение колебаний происходит при определенной линейной скорости кромок отверстий относительно окружающего газа. Прокачка газа через резонатор начинается сразу же с вращение.ч резонатора, и интенсивность ее увеличивается с увеличением числа оборотов резонатора. Благодаря этой прокачке состав газа внутри резонатора такой же, как и в сосуде, в котором находится резонатор. Звуковые колебания резонатора воспринимаются приемником и регистрируются частотомером. Резонатор может использоваться как устройство для перекачки газа через сосуд или по трубопроводу, выполняя одновременно и анализ перекачиваемого газа. Предмет изобретения Резонансный акустический газоанализатор, содержащий установленный на оси привода резонатор в виде полого тела вращения с отверстиями для возбуждения, приемник звуковых колебаний и измерительный прибор, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, на передней части резонатора выполнены по образующим щелевые отверстия, передние по направлению вращения кромки которых отогнуты внутрь резонатора, а задние - наружу, на задней части резонаора выполнены аналогичные щелевые отвертия с противоположным отгибом кромок.

( )