Устройство для определения составагАзА или жидКОСТи Советский патент 1981 года по МПК G01N27/60 

1

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и служит для измерения концентрации полярного вещества, присутствующего в качестве примеси в газе или жидкости. Оно может быть использовано также в качестве детектора для газовой или жидкостной хроматографии.

Известно устройство для детектирования, например, газов путем ионизации газовой смеси с последующим измерением ее диэлектрической проницаемости, пропорциональной концентрации полярного вещества 1.

Однако это устройство не позволяет измерять концентрации в количественном выражении, так как способ измерений не обеспечивает их точность. Кроме того, устройство является сложным по конструкции и с его помощью нельзя измерить концентрацию полярного вещества в жидкости.

Известно также устройство для определения состава газа или жидкости, содержащее проточную емкость для анализируемой среды, подсоединенный к этой емкости канал подвода сравнительной среды, на котором между местом подсоединения канала к емкости и побудителем расхода сравнительной среды установлена камера манометра 2.

Недостатком данного устройства является его низкая чувствительность.

Цель изобретения - повыщение чувствительности и точности при определении концентрации полярного вещества.

Указанная цель достигается тем, что в месте подсоединения канала подвода сравнительной среды к емкости установлены

электроды с зазором, соединенные с источником переменного напряжения, а побудитель расхода подсоединен к камере манометра через капилляр.

Предлагаемое устройство является реализацией способа, при котором концентрация полярных веществ в газе или жидкости измеряется посредством создания в анализируемой среде области с электрическим полем, измерения разности давлений в этой

области и вне ее и определения по этой разности концентрации полярного вещества. Поле не должно превыщать величины, при которой наступает электрический пробой газа или л идкости. Усоверщенствование способа - использование периодически меняющегося во времени электрического поля и измерение переменной составляющей разности давлений.

На чертеже изобралсено предлагаемое

устройство.

В корпусе 1 из диэлектрического материала, например пластмассы, размещены электроды 2 с зазором 3 между ними. Этот зазор является частью канала подвода сравнительной среды, который подсоединен к снабженной входным штуцером 4 проточной емкости 5 для анализируемой среды. В корпусе 1 расположен емкостный манометр, содержащий мембрану 6 и обкладку 7. Камера 8 манометра установлена между местом подсоединения канала подвода сравнительной среды к емкости 5 (место установки электродов) и побудителем расхода 9. Мембрана 6 и обкладка 7 включены в емкостный мост, образованный конденсатором 10 и резисторами И. Питание моста осуществляется от источника 12 переменного напряжения, концентрация полярного вещества измеряется с помощью усилителя 13, детектора 14 и регистрирующего прибора 15, включенных в диагональ емкостного моста. Электроды 2 соединены с источником 16 переменного напряжения.

Устройство содержит также емкость 17 с эталонным газом. Побудитель расхода 9 подсоединен к камере 8 манометра через капилляр 18.

Устройство работает следующим образом.

Эталонный газ, не содержащий молекул полярного вещества, например азот, из емкости 17 с помощью побудителя расхода 9 через капилляр 18 подается в камеру 8 манометра и через зазор 3 выходит в емкость 5. Одновременно внешним побудителем расхода не показан) .анализируемый газ подается в штуцер 4 и течет далее в емкость 5 мимо зазора 3. Расход анализируемого газа выбирают на порядок больше, чем расход эталонного газа. При этом сохраняется точность измерений, так как анализируемый газ практически не разбавляется эталонным.

Поскольку эталонный газ под действием побудителя расхода 9 заполняет зазор 3, этот зазор и камера 8 оказываются все время заполненными эталонным газом. В то же время один конец зазора 3, противоположный камере 8, подключен к емкости 5, заполненный анализируемым газом. При увеличении напряжения между электродами 2, подаваемого от источника 16, между ними в зазоре 3 возникает электрическое поле, под действием которого анализируемый газ втягивается из емкости 5 в зазор 3. Так как это связано с действием электрических сил на полярные молекулы, сила, втягивающая в зазор 3 эталонный газ, отсутствует.

Таким образом, анализируемый газ, втягивающийся в зазор 3, выталкивает эталонный газ в камеру 8. Давление эталонного газа в камере 8 быстро возрастает, но он не может выйти из камеры через капилляр

18. Последний, имея малое поперечное сечение, создает динамическое сопротивление потоку газа. Поэтому результатом роста давления в камере 8 является прогиб мембраны в сторону от обкладки 7. Величина прогиба мембраны 6 увеличивается до тех пор, пока напряжение на электродах 2 не достигнет максимума. Затем это напряжение, давление в камере 8 и прогиб мембраны 6 уменьшаются до нуля. При этом втянутый в зазор 3 анализируемый газ выталкивается обратно в емкость 5. Напряжение на электродах 2 меняет знак и опять начинает увеличиваться. Процесс увеличения

и уменьшения давления в камере 8 повторяется. Мембрана 6 колеблется с частотой 2/, в два раза превышающей частоту / напряжения источника 16. Поскольку втягивание анализируемого газа в зазор 3 обусловлено наличием в газе молекул полярного вещества, давление в камере 8 и прогиб мембраны 6 оказываются пропорциональными концентрации полярного вещества.

Амплитуда колебаний мембраны 6 измеряется следующим образом.

При колебании мембраны 6 электрическая емкость между ней и обкладкой 7 меняется. Это приводит к разбалансу мостовой схемы, в результате чего напряжение источника 12, снимаемое с диагонали моста, оказывается модулированным с частотой 2f. Амплитуда модуляции пропорциональна амплитуде колебаний мембраны 6

и концентрации полярного вещества. Модулированное напряжение усиливается усилителем 13 и с помощью детектора 14 из него выделяется низкочастотная составляющая и поступает на регистрирующий прибор 15,

шкала которого может быть проградуирована в единицах концентрации полярного вещества. Для эффективной работы мостовой схемы с модуляцией напряжения источника 12 его частота должна, по крайней

мере, на порядок превышать частоту источника 16.

Измерение концентрации полярного вещества, растворенного в жидкости, производится аналогичным образом с использованием эталонного вещества в виде неполярной жидкости.

Чувствительность устройства повышается с увеличением амплитудного значения

напряжения и соответствующего ему электрического поля между электродами 2, так как при этом при прочих равных условиях увеличивается сила, действующая на молекулы полярного вещества, а следовательно,

и давление в камере 8. Для повышения чувствительности напряжение между электродами 2 должно быть выбрано максимально большим по амплитуде при том условии, что электрический пробой анализируемого газа или жидкости не наступает.

Предлагаемое устройство улучшает контроль состава текучих сред простыми средствами.

Формула изобретения

Устройство для определения состава газа или жидкости, содержащее проточную емкость для анализируемой среды, подсоединенный к этой емкости канал подвода сравнительной среды, на котором между местом подсоединения канала к емкости и побудителем расхода сравнительной среды установлена камера манометра, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности определения содержания полярных веществ, в месте подсоединения канала подвода сравнительной среды к емкости установлены электроды с зазором, соединенные с источником переменного напряжения, при этом побудитель расхода подсоединен к камере манометра через капилляр.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 363906, кл. G 01 N 27/22, 1967.

2. А. Д. Магнитные газоанализаторы. М.-Л., Госэнергоиздат, 1963, с. 24-25 (прототип).