Газоанализатор Советский патент 1979 года по МПК G01N21/12 

Газоанализатор относится к средствам аналитического контроля для определения ультрамикроконцентраций газов в воздухе. В частности, он может быть применен для анализа ультрамикрокоицентраций аминов.

В основе действия газоанализатора лежит принцип фотоэлектрической регистряцин ядер коидеисации, получаемых в результате физико-хими 1еского превращения контролируемого компонента и укрупняемых при адиабатическом расширении увлажненной пробы.

Уровень избирательной чувствительности газоанализатора; например, по аммиаку составляет 10 - мг/л.

Известны газоанализаторы, основанные на фотоэлектрической регистрации ядер конденсации, предназначенные для анализа газов в воздухе IIj.

Известный газоанализатор состоит из оптической kювeты с фотоэлектрическим преобразоватеЛем, узла реагента, увлажиителя и фильтра очистки и осушки воздуха, соединенных газовым каналом, в.ходного и выходного управляемых клапанов, соединенных газовыми каналами с оптической кюветой.

блока программирования, вакуум-насоса, ресивера и индикатора результатов измерения.

Ближайшим техническим решением к изобретению является газоанализатор, который содержит оптическую кювету с фотоэлектрическим преобразователем, клапан предельного расхода, увлажнитель и узел . реагента, соединенные газовым каналом, входной и выходной управляемые клапаны, соединенные газовым каналом с оптической

кюветой и индикатор результатов измерений (21.

Однако избирательная чувствительность известного газоанализатора ограничена избирательностью фильтра воздушной очистки к мелкодисперсным частицам пыли. Так, для обеспечения избирательной чувствительности на уровнях Ю - 10 мг/л фильтр очистки воздуха должен избирательно задерживать частицы пыли диаметром 10 - 10 см, не сорбируя при этом контролируемых газов, что ни практически, ни теоретически недостижимо.

Цель предлагаемого изобретения - повышение избирательной чувствительности

газоанализатора при определении ультрамикроконцентраций газа ввоздухе, содержащем мелкодисперсную пыль.

Она достигается тем, что газоанализатор снабжен блоками синхронизации и дополнительными оптической кюветой с фотоэлект рическим преобразователем, клапаном предельного расхода и увлажнителем, соединенными газовым каналом, причем оптичес-. кие кюветы соединены между собой двумя газовыми каналами, один из которых подключен к входному, а другой - к выходному управляемым клапанам, при этом входной и выходной клапаны соединены через концевые выключатели с блоком синхронизации. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого газоанализатора; на фиг. 2 - цикл его работы.

Газоанализатор содержит источники и 2 света, оптическую кювету 3 с фотоэлектрическим преобразователем ,4, клапан 5 предельного расхода, увлажнитель 6, узел 7 реагента, ontHMecKyro кювету 8 с фотоэлектрическим преобразователем 9, клапан 10 предельного расхода, увлажнитель 1, входной управляемый клапан 12 с концевым выключателем 13, выходисл управляемый клапан 14 с концевым выключателем 15, фильтр 16 осушки воздуха, ресивер 17, редуктор 8, вакуум-насос 19, блок 20 синхронизации, блок 21 сравнения, блок 22 программирования и индикатор 23 результатов измерения.

На фиг. 2 изображены графики: А - график работы выходного управляемого клапана 14, В - график работы входного управляемого клапана 12, С - график работы клапанов S и 10 предельного расхода, D - график сигналов, формируемых фотоэлектрическими преобразователями 4 и 9. Горизонтальные оси графиков - оси времени t. На графиках: «а-в - интервал времени открытого СОСТОЯНИЙ выходного управляемого клапана 4; «с-d -- интервал времени открытого ;остояния входного управляемого клапана 12; «е-а - интервал времени открытого состояния клапанов 5 и 10 предельного расхода; «а-с - интервал времени формирования переднего фронта импульса; «с-в - интервал времени формирования заднего фронта импульса.

Газоанализатор работает циклически. Цикл состоит из следующих этапов: напуска новой пробы, расширения пробы, промывки кювета сухим воздухом и уравнения давления в кюветах с дав.лением окружающей среды. Смена эталон обеспечивается открытием и закрытием управляемых клапанов 12 и 14, по команде блока 22 программирования и клапанов 5 и 10 предельного расхода, в последовательности, определяемой циклом работы газоанализатора (сч- фиг. 2).

Напуск новой пробы анализируемого воздуха в оптические кюветы 3 и 8 производится

в интервал времени «d-а (см. фиг. 2) при закрытых управляемых клапанах 12 и 14, под влиянием небольшого разрежения, передаваемого в оптические кюветы 3 и-8

через редуктор 18 из ресивера 17 и создаваемого с помощью вакуум-насоса 19. Проба анализируемого воздуха поступает в оптические кюветы 3 и 8 соответственно по двум параллельным цепям, первой - узел 7 реагента, увлажнитель 6, клапан 5 предельного

расхода и оптическая кювета 3 и второй - увлажнитель 11, клапан 10 предельного расхода « оптическая кювета 8. В узле 7 реагента происходит физико-химическая реакция между контролируемым компонентом пробы

и паром реагента, в результате которой контролируемый компонент конвертируется в высокодисперсные аэрозоли. В увлажнителях 6 и 11 пробы насыщаются влагой.

Напуск пробы заканчивается при открытии выходного управляемого клапана 14,

в результате чего оптические кюветы 3 и 8 непосредственно соединяются с ресивером 17 При этом закрываются клапаны 5 и 10 предельного расхода, ввиду увеличения разрежения в оптических кюветах 3 и 8, так как

давление между ними и ресивером 17 выравнивается из-за перетока в него части пробы. Проба, находящаяся в оптических кюветах 3 и 8, расширяется, в результате чего происходит укрупнение дисперсных частиц за счет конденсации на них паров влаги. .

В результате укрупнения дисперсНых частиц увеличивается интенсивность рассеиваемого частицами света, поступающего в оптическ{1е кюветы 3 и 8 от источников I н 2 света. Описанные процессы заканчиваются открытием входного управляемого клапана 12, через который и фильтр-осушитель 16 воздуха в оптические кюветы 3 и 8 поступает очищенный от крупных частиц пыли и механических примесей сухой воздух. Проходя через оптические кюветы 3 и 8, сухой воздух

очищает их от укрупненных дисперснцх частиц. Интенсивность света, рассеиваемого укрупненными частицами, падает до минимума.

Далее закрывается выходной управляемый клапан 14 и происходит уравнивание давлений в оптических кюветах 3 и 8 с давлением окружающей среды (фактически в оптических кюветах 3 и 8 устанавливается .небольшое разрежение, необходимое для напуска новой пробы). Открываются клапаны 5 и 10 предельного расхода (из-за уменьшения разрежения в оптических кюветах 3 н 8), а затем закрывается входной управляемый клапан 12. Начинается напуск новой пробы. Изменение интенсивности рассеивания света регистрируется фотоэлектрическими преобразователями 4 и 9. Сигнал, формируемый фотоэлектрическим преобразователем 4, несет в себе информацию о количестве контролируемого газа и мелкодисперсных

частиц пыли в анализируемом воздухе, а сигнал, формируемый фотоэлектрическим преобразователем 9, - ииформацию о количестве мелкодисперсных частиц пыли.

С фотоэлектрических преобр чзователей 4 и 9 сигналы поступают на блок 21 сравнения, где производится их сравнение. Результирующий разностный сигнал подается на индикатор 23 результатов измерения, где фиксируется фактическое содержание контролируемого компонента в анализируемом воздухе.

Сигналы, формируемые фотоэлектрическими преобразователями 4 н 9, являются импульсами, передний .фронт которых связан с увеличением светорассеяния на частицах при их укрупнении, вызванном адиабатическим расширением увлажненной пробы при открытии выходного управляемого клапана 14. После мгновенного расширения пробы в оптических кюветах 3 и 8 частицы вырастают до своего максимального размера примерно за 25 мсек. На первом этапе, ограниченном 15 и 17 мсек, после расширеиия пробы наблюдается линейное нарастание интенсивности рассеянного света. На втором атапе вплоть до амплитудного значения интенсивности светорассеяния происходит замедление роста частиц как вследствие их нагрева при конденсации на них пара, так и вследствие проникновения тепла от стенок в высвечиваемую зону оптических кювет 3 и 8. Оба эти явления зависимы от температуры, а второе также и от геометрии оптической кюветы.

Задний фронт может быть сформирован двумя путями:, либо самопроизвольным испарением частиц яри Дальнейшем нагревании пробы теплыми стенками оптических кювет, либо путем открытия входного управляемого клапана 12 с целью вытеснения рассеивающей среды сухим чистым воздухом. В обоих случаях характер заднего фронта определяется геометрией оптической кюветы, а в первом н температурой среды.

Поскольку изготовить абсолютно идентичные оптические кюветы практически невозможно, как невозможно создать в них и абсолютно одинаковый аэродинамический режим, н поскольку изменение температуры анализируемой среды значительно влияет на параметры сигнала, непосредственное сопоставленне сигналов, формируемых фотоэлектрическими преобразователями, дает в значительной степени искаженную информацию о концентрации контролируемого компонента. I

Ввиду этого в схеме предлагаемого газоанализатора управляемые клапаны 12 и 14 снабжены соответственно концевыми выключателями 13 и 15, которые фиксируют момент окончательного открытия выходного управляемого клапана 14 и момент начала открытия входного управляемого клапана 12,

выдавая соответствующую информацию в блок 20 синхронизации, сигнал разрешения из которого поступает в блок 21 сравнения, открывая его лишь на время действия передних фронтов импульсов, поступающих от фотоэлектрических преобразователей 4 и 9.

Установка входного и выходногр управляемых клапанов 12 и 14 на общих газовых каналах оптических кювет 3 и 8 также служит цели обеспечения синхронизации работы обоих каналов измерения.

Повышение избирательной чувствительности газоанализатора при определении ульграмикроконцентраций газа в воздухе, содержашее мелкодисперсную пыль, достигнутое благодаря включению в его схему блоков синхронизации и сравнения и дополнительных оптической кюветы 8 с фотоэлектрическим преобразователем 9, увлажнителя 11 и клапана 10 предельного расхода, позволнло

увеличить избирательную чувствительность газоанализатора по коитролируемому компоненту до величины 10 мг/л в условиях наличия в воздухе мелкодисперсной пыли и ее флуктуации, сопоставимых с величиной

полезного сигнала. Макет предлагаемого газоанализатора изготовлен и испытан.

Формула изобретения

30 Газоанализатор, содержащий оптическую кювету с фотоэлектрическим преобразователем, клапан предельного расхода, увлажннтель и узел реагента, соед 5 €НН1ие газовые; каналом, входной и выходной управляемые клапаны, соединенные газовыми каналами с оптической кюветой, н кядикатор результатов измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения избирательной чувствительности при определении ультрамикроконцентрацнй газа в воздухе, содержащем

0 мелкодисперсную пыль, он снабжен блоками синхронизации и дополнительными оптической кюветой с фотоэлектрическим преобразователем, клапаном предельного расхода и увлажннтелеЧ, соединеннымн газовым каналом, причем оптические кюветы соедииеиы

5 между собой двумя газовыми каналами, один их которых подключен к входному, а другой - к выходному управляемым клапанам, при этом входной и выходной клапаны соединены через концевые выключатели с

. блоком синхронизации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Патент США № 3.503.711, кл. 23-232, 1970.

2.Патент США № 3.117.841, кл. 23-232, 1%4.

ciiMr Tut-s

LQ ®r hiSji-1Г

Pib