Пламенно-ионизационный детектор Советский патент 1979 года по МПК G01N27/66 

Изобретение относится к газоанализаторам, используемым для непрерывного определения примесей углеводородав в атмосферном воздухе, в воздухе производ ственных помещений и для других полей, где требуется высокая чyвcтвиfeльнocть к микро- и ультрамикроконцентрациям углеводородов. Известен пламенно-ионизационный дет тор, в котором одним из электродов служит цилиндр, расположенный соосно соплу горелки и находящийся вне пламени, а вторым электродом - металлическое сопло горелки l, При этом поток воздуха для горения концентрируется в области пламени, Отчего использование его уменьшается и гарантируется лучшее его сгорание. Цилиндрическая форма электрода играет также роль защитного кожуха, так как она защищает пйамя от ос тального воздуха, находящегося в детекторе, и при этом уменьшается влияние, помех и улучшается пороговая чувствительность. Однако в детекторах такой конструкции заметно сок|эащается лИЕгейный диапазон, и низкие концентрации неМогут быть определены с удовлетворительной точностью. Наиболее близким техническим решением к изобретению является пла(енноиониэационный детектор, содержащий корпус, основание с вводами для газов, два электрода, одним из которых является сопло горелки и находящийся под тем же потенциалом цилиндр, расположенный со осно соплу горелки, а второй электрод (коллекторный) располагается над пламенем на ypoBHef верхнего сечения цилиндра 2 J . При такой конструкции сохраняется линейность характеристики и в области низких конце нтраций. Однако этот детектор не устраняет недостатки, присущие детекторам анэлогичных КбнЬтрукций, имеющих коллектор цилиндрчтческой формы. Открытый в верхней пузей части цилиндрический кожух лишь чж тичгто преЛохрлняег пламя от вовдействия рецир- кулирующих внутри детектора гя;юв и образующихся пяров воды. Не исключена Возможность случайного гашения пламени. Кроме того, такая конструкция не ясключаот частичную потерю чувствител1 ности за счет ягмтений рекомбинации ионов вследствие удаления коллектор него электрода от горелки, что существенно при опре делении микрокояцентраций углеводородов Все эти факторы ..делают такие детекторы недостаточно надежными для использования их в автоматических газоанализаторах, предназначенных, например для работы при непрерывно изменяющихся атмосферных условиях. Мелью изобретння является повышение чувствительности и надежности детектора Для этого система электродов выполпенав виде двух коаксиальных цилиндров расположенных соосно горопке, а между электродами-цилиндрами уст-чювлено плотн Kont.ao из изоляционного мате()1).1ля 2,Одни из электродов является внешний цилиндр, элект)нчески соединенный с соплом го елкиГ а вторьш электродо -1-коллектором является внутренний цилинд |, расположенный вблизи сопла горелки. Fla чертеже изображен пламенно-иониз ционный детектор в разрезе. Пламенно-ионизационный детектор содержит легкосъемный корпус 1, основание 2 с вводами для водорода, воздуха и анализируемого и боковую планку 3, с выводами 4 и 5 для электродов и выводом 6 для термопары и поджигаю- шей спирали. В основании пламенно-ионизационного детектора установлены горелка 7 на изоляторе 8 и внешний дилиндр 9 на изоляторе 1 О. Цилиндр 9, окружающий горелку, имеет внутреннее отверстие 11, по центру которото располагается сопло горелки, воздух для горения поступает через образующееся кольцевое отверстие вокруг сопла горелки. Цилиндр 9 и сопло горелки электрически соединены при помощи пружины. Напряжение на внешний цилиндр-электрод подается при помощи плотно скользящего контакта и электрического вывода 4. Над горелкой вблизи пламени коаксиально внешнему цилиндру установлен цилиндрический электродколлектор 12 с nepeMetiHHM внутренним сечением (внутренний диаметр нижнего сечения равен 6 мм, виутрег1ний диаметр верхнего сечения - 3 мм). Коллекторный эпектрод укреплен вп фторопластовом кольце 13, Которое плотно нпсаживнется Fin ,вношинй цилиндр, образуя При этом замюгутое Уабочее пространство. Ноджиг 14 устанавливается в верхней части детектора. Там же над коллекторным электродом установлена термопара 15 для контроля горения пламени. Пламенно-ионизационный детектор работает по известному принципу ионизации молекул органических веществ в пламени водорода. Водород и анализируемый газ подаются в детектор по соответствующим каналам и затем в сопло горелки 7, Воздух для поддержания горения поступает через соответствующий вход в пространство вокруг сопла горелки и проходит через отверстие 11. Между электродами приложено постоянное поляризующее напряжение 150 В. Примеси органических веществ, содержащиеся в анализируемом воздухе, при сгорании в пламени водорода вызывают заметное увеличение тока ионизации, который затем усиливается и регистрируется. Предлагаемая конструкция позволяет повысить чувствительность детектора не менее, чем в два раза, при значительном уменьщении флуктуационных шумов. . Повышение чувствительности происходит за счет создания условий максимального сбора на электордах образующихся ионов, а также улучшения условий диффузии kufcлорода воздуха в водородное пламя. При такой конструкции может быть значительно уменьшено количество воздуха (более, чем в 2 раза), необходимое для устойчивого и стабильного горения пламени. Уменьщение количества воздуха позволяет уменьшить величину фонового тока и уровень флуктуационных щумов, становит ся возможным определение более низких концентраций углеводородов. Уменьшение шумов происходит также за счет того, что при такой конструкции полностью устраняется неблагоприятное влияние на tmsMH рециркулирующих внутри детектора газов. Практически достижимый порог чувствительности составляет О,ОО7 ч. На млн. по метану (5 х 10 мг/с). Замкнутая/система электродов создает условия для устойчивого и стабильного горения пламени и исключает возможность его случайного гашения. Кроме того, строго направленный поток газов обеспечивает легкое и быстрое зажигание ламени.