Диффузионный газоанализатор Советский патент 1981 года по МПК G01N13/00 

(54) ДИФФУЗР ОННЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к диффузионным анализаторам состава, и может быть использовано для автоматического контроля состава трех и более компонентных газовых смесей в промышленных и лабораторных условиях.

Известен анализатор состава газовых смесей, основанный на явлении диффузии, который содержит две камеры: камеру анализируемого газа и камеру чистого газа, разделенные диффузионным барьером, представляющим собой либо тонкую пленку из материала, проницаемого для какого-либо одного газа, либо пористую пластину. Для получения информации о концентрации определяемого компонента к камере чистого газа подключают манометр или вакуумметр 1 .

Недостаток известного газоанализатора состоит в невозможности определения состава газовых смесей с числом компонентов боЛее двух, что ограничивает область его применения.,

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является диффузионный газоанализатор, содержащий камеру

анализируемого газа и камеру чистого газа, в которой установлены терморезисторы 2.

Недостатки данного газоанализатора заключаются в дискретном характере действия, связанном с необходимостью периодического разобщения камер с помощью заслонки и промывки их анализируемым и чистым газом, а также трудоемкости настройки газоанализатора, связанной с установкой терморезисторов в соответствующих сечениях камеры чистого газа.

Цель изобретения - повышение быстро10действия газоанализатора.

Указанная цель достигается тем, что камеры диффузионного газоанализатора выполнены в виде параллёльньа проточных каналов с общей стенкой между ними, в которой выполнено окно, вдоль которого на одинаковом расстоянии от него расположены терморезисторы.

На чертеже представлена принципиальная ,схема автоматического газоанализатора.

Автоматический газоанализатор содер20жит два канала 1 и 2 прямоугольного сечения, разделенные друг от друга общей стенкой 3. В каналах установлены успокоители 4 из пористого стекла, служащие для предотврящсния вихревых движений газов. Каналы сообщаются между собой через окно 5, виполненное в стенке 3. В канале 1 расположены измерительные 6 и 7 и сравнительные 8 и 9 терморезисторы. В качестве примера рассматривается анализатор состава трехкомпонентных газовых смесей. Измерительные терморезисторы расположены вдоль окна 5 на одинаковых расстояниях от него. Сравнительные терморезисторы установлены в начале канала 1, где всегда протекает чистый газ-носитель. Число пар измерительных и сравнительных терморезисторов всегда на единицу меньще числа компонентов анализируемой газовой смеси. Указанные терморезисторы попарно включены в электрические неравновесные .мосты 10 и 11. Измерительные диагонали неравновесных мостов соединены с вычислительным устройством 12, в качестве которого могут быть использованы аналоговые вычислительные устройства от стандартных многопараметрических газоанализаторов. Выход вычислительного устройства подключен к самопишущему многоточечному потенциометру 13. Анализируемый газ поступает через регулятор 14 расхода в тройник 15, где смешивается с газом-носителем, поступающим через дроссель 16, причем анализируемый газ разбавляется в тройнике 15 в 10-20 раз газом-носителем, что необходимо для исключения влияния на результат измерения изменений состава анализируемой смеси. В канал 1 газ-носитель поступает через регулятор 17 расхода с измеряемой настройкой, с помощью которого задается требуемое значение расхода газаносителя. Это позволяет подбирать значение расхода газа-носителя при изменении компонентного состава анализируемой газовой смеси при настройке прибора. В качестве газа-носителя могут служить воздух, азот, водород, углекислый газ и др. Камера газоанализатора, дроссель и регуляторы расхода расположены в термостате 18, температура в котором поддерживается постоянной и равной 40°С системой регулирования. Автоматический газоанализатор работает следующим образом. К дросселю 16 и регулятору 17 расхода непрерывно подводится газ-носитель, а в тройник 15 непрерывно поступает анализируемый газ. Потоки чистого газа-носителя и смеси газа-носителя с анализируемым газом поступают соответственно в каналы 1 и 2, причем по каналу 2 газовая смесь прокачивается с постоянным объемным расходом, равным, например, расходу газа-носителя в канале 1. В период времени, когда потоки движутся около окна 5, происходит диффузия компонентов анализируемой смеси из канала 2 в канал 1, а в обратном направлении через, окно диффундирует газноситель. При этом в канале в направлении X, начиная от плоскости окна, в каждом сечении создаются объемные концентрации каждого из компонентов, которые зависят от величины коэффициентов диффузии, времени соприкосновения потоков и расстояния от окна. При постоянной скорости движения газовых потоков, одинаковых расстояниях терморезисторов 6 и 7 от плоскости окна 5 и расстояниях Г| и I j от начала окна время диффузии компонентов к каждому из терморезисторов различно. Поэтому различны и количества компонентов, диффундирующих к терморезисторам. Количество каждого компнента, диффундирующего к каждому, из измерительных терморезисторов, определяется начальной концентрацией компонента в канале 2, соответствующим времени диффузии и коэффициентом диффузии. Время диффузии компонентов к i-му терморезистору определяется скоростью газового потока W и расстоянием и.При малых объемных концентрациях (в несколько процентов) компонентов в смеси газов, поступающих в канал 2, каждый компонент диффундирует из окна канала 1 независимо от других, т. е. его коэффициент диффузии является величиной постоянной. Для получения такого диффузионного процесса в газоанализаторе ,и предусмотрено разбавление в тройнике 15 анализируемой газовой смеси всегда постоянным объемом газа-носителя {достаточным является даже 5-кратное разбавление). Постоянство расходов газа-носителя и анализируемого газа, подводимых к тройнику, обеспечивает однозначную связь между объемными концентрациями компонентов в исходной анализируемой смеси и в смеси газов, поступающей в канал 2. В указанных условиях объемная концентрация каждого компонента в точках размещения терморезисторов- однозначно определяется объемной концентрацией его в исходной анализируемой смеси. Причем для каждой из этих точек объемные концентрации всех компонентов различны и для одинаковых компонентов некратны. Таким образом, при диффузии компонентов из канала 2 в канал 1 происходит их частичное разделение за счет различия в коэффициентах диффузии.-Это позволяет, осуществляя измерение разности теплопроводности газовых смесей, окружающих измерительные терморезисторы, и теплопроводности газаносителя, все время окружающего сравнительные терморезисторы, получить, например, для случая анализа трехкомпонентной газовой смеси систему из трех независимых уравнений. Рещение указанной системы уравнений осуществляется с помощью вычислительного устройства 12, а результаты измерения регистрируются потенциометром 13. Аналогично анализатору 3-компонентной газовой смеси работают анализаторы 4- и более компонентных смесей.