Способ определения концентрации газов и жидкостей Советский патент 1980 года по МПК G01N25/32 G01N27/02 

Изобретение относится к анализу газовых смесей.

По основному авт. св. № 534678 известен способ определения концентрации газов и жидкостей, заключающийся в том, что чувствительный элемент, выполненный в виде терморезистора, покрытого слоем сорбента, помещают в анализируемую газовую смесь. После сорбции определяемых компонентов температуру терморезистора повышают с определенной скоростью от начального значения до полной десорбции компонентов из сорбента, а затем понижают с Той же скоростью дО начального значения. О концентрации определяемых компонентов в смеси судят по разности энергий, затраченных на повышение и понижение температуры, терморезистора 1 .

Измеряемая по этому способу разность энергий пропорциональна массе поглощенных сорбентом компонентов, которая определяется сорбционной емкостью сорбента и зависит от их-концентрации в анализируемой смеси. Фактически эта разность представляет собой энергию термодесорбции компонентов из сорбента. Описанный в основном изобретении способ значительно снижает влиянием температуры и теплопроводности газовой смеси на результат определения концентрации компонентов по сравнению с другими термодесорбционными способами.

Однако точность и достоверность полуJ ченного результата недостаточно высоки.

Этот недостаток обусловлен неоднозначной зависимостью между концентрацией определяемых компонентов в анализируемой смеси и тем их количеством, которое набирает сорбент. Такая неоднозначность определяется в основном гистерезисом сорбента, наличием в смеси возможных примесей посторонних газов, а также изменением механического состояния сорбента-загрязнение, уменьшение массы и т.д., которое может иметь место при длительной эксплуатации

15 чувствительного элемента.

Цель изобретения - повышение точности определения и одновременное диагностирование механического состояния сорбента.

Это достигается тем, что в известном способе определения концентрации газов и жидкостей по авт. св. № 534678 непосредственно после достижения температуры терморезистора, соответствующей полной десорбции определяемых компонентов, дополнительно разогревают и охлаждают чувствитбльный элемент по циклическому закону, поддержи-. вая постоянной скорость повышения и понижения температуры терморезистора, измеряют затраченную при этом мощность в функции температуры терморезистора и текущего времени, по измеренной мощности вычисляют теплопроводность газовой смеси в функции температуры и времени и теплоемкость чувствительного элемента, по вычисленным значениям корректируют результат измерения концентрации определяемых компонентов. Кроме того, с целью обнаружения дополнительных газов, температуру терморезистора в первую половину цикла повышают до значения, при котором обнаруживаемый газ имеет теплопроводность, отличающуюся от теплопроводности остальных составляющих газовой смеси. Дополнительный цикл повышения и понижения температуры терморезистора, равномерный во времени, дает возможность проследить по затраченной мощности изйенение теплопроводности газовой смеси в функции температуры терморезистора за время этого цикла и тем самым оценить состав смеси и его изменение в функции времени. При этом одновременно можно оценить теплоемкость чувствительного элемента. Теплопроводность газовой смеси в течеиие первой и второй половин цикла, при линейных нарастании и убывании температуры терморезистора, вычисляют соответственно по формулам: .хле) Рх(е)ск wA),Ai(e) теплопроводность газбвой смеси в течение первой и втоprgx р,. рой половин цикла; - мощности, затраченные в течение первой и второй половин : цикла соответственно для повы щения температуры терморезис тора по линейному закону; С - теплоемкость чувствительного элемента ;г:эт const; 0 Kt - перегрев терморезистора относительно температуры газовой смеси. Здесь величииыви К задаются (известны), Р,(6)и Рг,(9) измеряются, а С, практически неизменная в течение одиого цикла, вычисляется по формуле: |: IirtP.®maO-a ei«OJ при условии, что переход от равномерного разогрева, при достижении максимальной температуры терморезистора, к равномерному его охлаждению происходит скачко образно, в силу чего можно считать, что Я({&п1ак) Лг.(9т11ои ). Уравнения (I-3) получены по известным уравнениям теплового баланса термо-. резистора, нагреваемого электрическим током по заданному закону, Р,()-в СК-при линейном повышении температуры терморезистора, 1(в)Аг(в)-в-СК-при линейном положении, температуры терморезистора. Таким образом, измеряя затраченную мощность в течение дополнительного цикла, получаем информацию о массе чувствительного элемента, о составе газовой смеси и, учитывая, чтоб Kt и1К| const, о скорости изменения концентрации в ней компонентов. В некоторых случаях температуру8п)Чх о которой равномерно нагревают терморезистор, выбирают из учета того,что некоторые газы на повышенных температурах имеют одинаковую теплопроводность и не создают помех для обнаружения другого газа.,° Этот способ был применен, в частности, для измерения относительной влажности воздуха. Температура терморезистора повышалась со скоростью 3 град/с до 180°С и понижалась с той же скоростью (3 град/с). Полученная при этом зависимость затраченной мощности от температуры терморезистора в течение - цикла позволила снизить погрешность от гистерезиса сорбента, в качестве которой использовалась вискоза, в 3 раза, и при изменении влажности от 95 до 40% ее значение не превышало 1,5-2%. При этом попутно оценивалась теплоемкость чувствительного элемента, значение которой соответствовало нормальной массе сорбента. Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет: повысить точность и достоверность определения концентрации газов; диагностировать механическое состояние сорбента и тем самым точно определять момент действительной выработки ресурса чувствительного элемента; обнаруживать дополнительные газы в смеси, что расширяет функциональные возможsxs r;;: - ---Формула изобретения Способ определения концентрации газов и жидкостей по авт. св. М 534678, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и одновременного диагностиравания механического состояния сорбента, непосдерственно после достижения температуры термореэистора, соответствующей полной десорбции определяемых компонентов, дополнительно разогревают и охлаждают чувстщлтельный элемент по цик,лическому закону, поддерживая постоянной скорость повышения и понижения температуры терморезистора, измеряют затраченную 3о

при этом мощность в функции температурыректируют результат измерения концонтратерморезистора и текущего времени, по из-ции определяемых компонентов, меренной мощности вычисляют теплопровод-Источники информации,

ность газовой смеси в функции температурыпринятые во внимание при экспертизе

и времени и теплоемкость чувствительного1. Авторское свидетельство СССР

элементами по вычисленным значениям кор-№ 534678. кл. G 01 N 25/32, (прототип).

763758