Способ калибровки измерителя массопотоков газовых смесей на основе гелия через селективную мембрану

 

Сущность изобретения: калибровку осуществляют путем последовательной подачи на селективную кварцевую мембрану чередующихся в измерительном цикле газовых смесей: фоновой, эталонной фоновой, измеряемой , фоновой, эталонной и фоновой; причем в измерительных циклах, кроме первого и последнего, вместо эталонной подают фоновую смесь под давлением, отличным на известную величину от давления остальных смесей.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 481 6048/04 (22) 27.02.90 (46) 23.10.92. Бюл,¹ 39 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт минерального сырья им.Н.M,Ôåдоровского (72) Э.В.Бородзич (56) Яницкий И.Н.Гелиевая съемка. M.:Недра, 1979, с.62-65. (54) СГ!ОСОБ КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЯ

МАССОПОТОКОВ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ НА

Изобретение относится к метрологии, а именно к способам калибровки (эталонировки) измерений массопотоков, диффундирующих через мембрану, селективно (избирательно) пропускающую определенный газ из газовой смеси, например, гелий через кварцевую мембрану из газовых смесей техно- или эндогенного происхождения, взятых на исследование из лито-, гидро-. и атмосферы Земли.

Известен способ калибровки гелиевого потока через кварцевую мембрану датчика гелиевого индикатора (1). Согласно этому способу, выбранному за прототип, калибровку измерений осуществляют путем последовательной подачи (продувке под постоянным избыточным давлением в измерительном тракте) в индикатор фоновой, эталонной, фоновой, измеряемой, фоновой, эталонной и фоновой газовых смесей, которым соответствуют показания индикатора аф, а,, аф, а,, аф, а,, аф и концентрации

Сф,Сэ,Сф,Cx,Ñô.С,Сф, Такая последовательность подачи смесей в измерительных циклах является метрологически оптимальной и

ЫЛ „, 1770818 А1 (si)s 6 01 N 7/10, G 05 0 11/00

ОСНОВЕ ГЕЛИЯ ЧЕРЕЗ СЕЛЕКТИВНУ10

МЕМБРАНУ (57) Сущность изобретения: калибровку осу- ществляют путем последовательной подачи на селективную кварцевую мембрану чередующихся в измерительном цикле газовых смесей: фоновой, эталонной, фоновой, измеряемой, фоновой, эталонной и фоновой; причем в измерительных циклах, кроме первого и последнего, вместо эталонной подают фоновую смесь под давлением, отличным на известную величину от давления остальных смесей. позволяет весьма оптимально производить калибровку измерения. Действительно, считая приращение показаний индикатора про- порциональным приращению концентрации газа в смеси (линейный случай) нетрудно on- . Я ределить основные характеристики индикатора:

da =КdC; Jd а =КС+В; а =КС+В, (1).

«4 где К вЂ” крутизна характеристики индикатора (коэффициент усиления),  — показания индикатора при С = 0 нулевой концентрации исследуемого газа в смеси, следовательно B = а — есть "аппаратурный нуль" индикатора, который выбором уровня отсчета может быть приравнен к нулю, и выражение(1) перепишется в виде: а= К С (2).

Поскольку крутизна характеристики К в линейном случае определяется из соотношения

К = ос"- /Лс = — (3) аа -Ла 4 -Щ

С. -Сф

1770818

45

55 то используя значение измеряемой (неизвестной} концентрации:

ЬС=Да/К =С, — Сф — " x аэ аф х (С -Сф), (4) откуда Сх = " (C3-Сф)+Сф (5) а, — аф

Значение Сф и 5.10 об.ф для природных газовых смесей характеризует фоновую концентрацию гелия в атмосфере, слабо зависящую от времени года и места отбора.

По крайней мере, известные измерения. фоновой концентрации ее вариабельности не обнаружили. Переход от концентрации в газовых смесях через селективную мембрану к массопротокам через нее осуществляют из соотношения: пп.W,=D ас/at d S ., (6) где Р— коэффициент диффузии газа через мембрану толщиной d и площадью S . ДС G(Со =о1

3 C/3 l=<< =,„.т.к. в рассматриваемом случае мембрана отделяет вакуумную полость С-О датчика от газовой смеси с концентрацией С . D определяют либо экспериментально, либо берут из таблиц,d 40 м, S 106м2.

S выражении (6),и — молярный вес (для гелия,и =4), mo — атомная единица массы, При анализе гелиевых газовых смесей эндогенного происхождения(внутриземного) четко различаются два класса концентраций. 1) С»> Сф. и 2) Сх =Сф. Второй случай, Сх- Сф представляет собой особый интерес, т.к. связан со смесями, отбираемыми с площадей, предназначенных для размещения объектов атомной энергетики захоронения промотходов, а также при поиске утечек и аварий подземных.трубопроводов, характеризуется массовым количеством подлежащих измерению газовых смесей в слабопроницаемых коровых блоках (вне разломов).

Именно в этом случае проявляются недостатки способа, выбранного за прототип — sblcoKBA стоимость и опасность потери требуемой точности калибровки измерений, Действительно, количество требуемых порций сопоставимо с количеством измеряемых проб (на единицу вследствие

"перекрытия" измерительных циклов); число которых исчисляется сотнями. Вследствие этого, эталонную смесь необходимо запасать с избытком, хранить и транспортировать в баллонах под давлением 10 Па, а это требует высококачественных вентилей и прецизионных редукторов, понижающих хранение давления продувки, т.е. близкого к атмосферному (10 Па). Кроме того, при каждом отборе эталонной смеси из баллона эталонная смесь разубоживается (С,t>

>Сэ,i+1 ) вследствие высокой текучести гелия, в т.ч. через вентили, редуктор и тракт подачи смеси. Возникающая при этом ошибка, малая при калибровке единичных смесей, естественно, стократно, возрастает, 10 .Создавать же. смесь в пункте измерения. черезвычайно дорого, т.к. для этого требуется уникальное оборудование и квалифицированный персонал.

Целью изобретения является уменьшение стоимости и погрешности калибровки при массовых измерениях для газовых смесей Сх=Сф. При этом 0< Сх< 10Сф.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительных циклах вместо эталонной смеси подают фоновую смесь под давлЕнием как правило большим на известную величину от давления остальных смесей в цикле.

При этом, например, в первом или (и) последнем цикле используют эталонную смесь, что в случае надобности позволяет исключить сомнения в правильности эталонировки, вследствие возможного локального отличия фоновой концентрации от принятого стандарта (Сф м 5 10 об.g).

Таким образом, согласно заявленному способу калибровки измерений осуществляют следующим образом.

В первом цикле измерений, как и в прототипе, в измерительный тракт к селективной (кварцевой) мембране подают путем продувки фоновую смесь, взятую в атмосфере в пункт измерения). Продувку осуществляют, как правило в течение ht = Зт чтобы получить стационарное значение аф, т.к.. — Ь /х а(Ь|) =аф(1 — e ), (7) где z — постоянная времени индикатора;

Ь t — время измерений (продувки).

Давление смеси при продувке, как правило, выше атмосферного (на доли процента), эа счет аэродинамического сопротивления тракта, если фоновую смесь вдувают (например микрокомпрессором) или ниже на такую же величину, если смесь откачивают при том же расходе смеси. Постоянство давления контролируют измерителем давления и в случае необходимости регулируют, управляя мощностью микрокомпрессора. Затем, как и в прототипе, подают эталонную смесь под тем же давлением (регулируя его редуктором на баллоне хранения эталонной смеси). Эталонную смесь приготавливают заранее с концентрацией

1770818 (просто те же атомы заняли меньший обьeM): с г,+д„— — С . (s)

Поток же диффундирующих.через мембрану атомов гелия в вакуумную камерудатчика возрастает, т.к. возрастает величина градиента, определяемого (6): дС/д1 Дс/ — Р -Др С -о (1+ Д Р/Р ) Сф/д= Сф/а, — Р с1 (10) Сф, Сэ. Сф.Сх,. Сф, Сэ, Сф, Сх Сф Сэ Сф Схэ""" " Сф, Схк Сф Сэ Сф

k-й,лосле ний цикл

ЭНЦИКЛ

1ЦИКЛ

It ЦИКЛ и согласно заявленному способу:

% + * 1

Сф1 Сэ Сфе Сф| Сф, Сэ1 Сфс Cxl ф Сф Сф Сф1 Cx с Сф ф Сф 1 Сф 1 Cxу ° ° ° ° Сф,Сккп Сф 1 Сф Сэ,Сф, 1ПЦИКЛ k-Й,ЙОСЛЙДИИИ ЦИКЛ

ПЦИКЛ

Реализация заявляемого способа особенно эффективна при калибровке измерений многих десятков или-сотен проб. Такие

50 количества проб отбираются при изучении площадей, где предполагается размещение крупных промышленных сооружений, объектов атомной энергетики, скоростных магистралей, захоронения опасных отходов и

55 т.п. В этих случаях отбор проб осуществляют по всей площади до регулярной или дифI-ЦИКЛ

Заметим, однако, что подача эталонной смеси в конце измерений приносит скорее психологическое облегчение оператору, поскольку фоновая смесь для данного пункта измерений достаточно стабильна, Тем не менее, во всех тех случаях, когда у оператора возникают даже необоснованные сомнения, он всегда может воспользоваться эталонной смесью.

Сф < С, < 10Сф т,е. для ранее упомянутого второго типа проб (Сф < Сх < 10 Сф), для которых и предназначен заявленный способ.

Затем сйова подают фоновую, потом, в 5 отличие от прототипа, вместо измеряемой подают ту же фоновую смесь, но под давлением в тракте (у мембраны) большим, чем давление подачи предыдущих смесей. Этот избыток давления (О < Д Р< 0,1.Р) удобнее 10 всего создавать, увеличивая, например, аэродинамическое сопротивление тракта на его выходе, например, уменьшая выходное сечение тракта, например, перекрывая вентиль), При этом полученное избыточное 15 давление контролируют теми же техническими средствами, что и по прототипу. Заметим, что класс точности манометров выше класса точности технических средств, 20 используемых при изготовлении этаllîííblx смесей, вследствие чего привносимая ошибка при замене эталонной смеси на фоновую под дополнительным давлением может оказаться меньшей в силу ранее 25 указаных причин.

Оценим величину потока через селективную мембрану из фоновой смеси при повышенном в Р (1+ ДР/Р)=1, 1 раз давлении (на 10%), По определению концентрация 30 любого i-го компонента газовой смеси при заданном давлении P определяется выражением;

С;(Р)= n;/m, (8) 35 где п — число атомов данного сорта, m — число атомов других сортов.

При повышении давления в единице обьема число атомов всех сортов возрастает пропорционально их числу, и концентра- 40 ция компонентов смеси не изменяется откуда Сф = 1,1 Сф, для выбранного (Р +

+ДР/Р)/Р =1,1.

Найденное таким образом значение

Сф* (и соответствующее ему показание прибора афх ) позволяет использовать фоновую концентрацию газовой смеси (воздух в пункте измерений) вместо эталонной, причем не только экономить эту смесь, но и сохранять ее состав(по существу точность калибровки), используя баллоны для хранения и редукторы на более низкое (10 Па) давление. Как уже отмечалось точность измерений P и ЬР существенно выше точности измерений компонентов эталонной смеси. В заявленном способе (как и в прототипе) для уменьшения погрешности калибровки и измерений температуру газовых смесей поддерживают известными приемами постоянно (например, термостатированием).

После измерения Сф* s тракт снова подают фоновую смесь под нормальным давлением, затем измеряемую и т.д, С учетом того, что измерительные циклы перекрываются, приводим для наглядности последовательности подач газовых смесей согласно прототипу;

1770618 аварий на эксплуатируемых и построенных сооружениях.

Составитель Э.Бородич

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор С.Пекарь

Редактор Г. Бельская

Заказ 3736 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101. ференциальной сети в приземном (до 10 2 м) слое атмосферы, в котором наряду с фоновой концентрацией гелия, содержится гелии (до нескольких фоновых концентраций), вышедший через проницаемые зоны коры

Земли, т.е. активные тектонические разломы. Именно тектоническая активность последних требует тщательности их картиравания. HG решение именно этой задачи и направлен заявленный способ, вследст- "0 вие чего его реализация неизбежно принесет значительный эффект. его величина определяется. следовательно, не только экономией эталонной смеси, транспортных и иных расходов, но и снизит вероятность ущерба от15

Формула изобретения

Способ калибровки измерителя массопотоков газовых смесей на основе гелия через селективную мембрану путем подачи на селективную мембрану под атмосферным давлением в заданной последовательности фоновых, эталонных и измеряемых смесей, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности калибровки, вместо эталонных смесей, кроме первой и последней, подают фоновую смесь под давлением, отличным от атмосферного.

Способ калибровки измерителя массопотоков газовых смесей на основе гелия через селективную мембрану Способ калибровки измерителя массопотоков газовых смесей на основе гелия через селективную мембрану Способ калибровки измерителя массопотоков газовых смесей на основе гелия через селективную мембрану Способ калибровки измерителя массопотоков газовых смесей на основе гелия через селективную мембрану 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может использоваться в химической, пищевой и других отраслях промышленности

Изобретение относится к автоматическому регулированиюи может быть использовано на газовых и газоконденсаторных промыслах и объектах транспорта газа

Изобретение относится к автоматическому регулированию неэлектрических величин и может быть использовано для приготовления, регулирования и поддержания заданной концентрации электролита

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, является дополнительным изобретением к изобретению по авт

Изобретение относится к устройствам для создания дозированного пересыщения пара жидких веществ, к технике аэрозольных методов газового анализа

Изобретение относится к технике газового анализа по методу молекулярных ядер конденсации и позволяет исключить накопление конденсата и предотвратить помехи в работе устройства, стабилизировать температурный режим

Изобретение относится к строительству , в частности к устройствам для определен .; ния физико-механических характеристик i образцов грунтов, почв, строительных мате- j риалов, и может быть использовано в инженерно-строительных изысканиях, агротехнической , керамической и пищевой промышленности

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу измеренияконцентрации^ водорода в смесях, содержащих кислород, и позволяет повысить точность анализа газовых и жидких сред на содержание водорода в присутствии кислорода

Изобретение относится к коллоидной химии и позволяет расширить функциональные возможности за счет определения агрегативной устойчивости наряду с кинетической

Изобретение относится к устройствам для испытания текстильных фильтровальных материалов на вымываемость волокон

Изобретение относится к коллоидной химии, а именно к способам определения устойчивости магнитннх жидкостей в неоднородных магнитных полях, и позволяет повысить точность определения устойчивости магнитных жидкостей за счет уменьшения количества измеряемых параметров Способ определения устойчивости магнитных /кидкостей заключается в том, что магнитную жидкость помещают в неоднородное поле с образованием из нее пробки в измерительном канале, а в разделенных пробкой полостях создают перепад давлений и измеряют его величину,

Изобретение относится к коллоидной химии, а именно к способам оценки устойчивости магнитных коллоидов

Изобретение относится к физике полимеров, а именно к устройствам для измерения констант сорбционного равновесия и коэффициентов диффузии газообразных веществ в полимерные сыпучие или волокнистые материалы Цель изобретения - повышение достоверности и точности результатов измерений и расширение информативных возмоЯГ7Л костей за счет измерения вклада диффузии в несорбировапной фазе , Колонку 1 заполняют исследуемым материалом и при открытых кранах 4, 5 и 10 и закрытом кране 6 производят предварительную откачку всей установки форвакуумными насосами 9 и 13, остаточное давление не более 5-10 торр

Изобретение относится к стендам для испытания фильтрующих элементов

Изобретение относится к ферментационной технике ,в частности, к устройствам для определения содержания растворенных газов в жидкости непосредственно в технологических аппаратах
Наверх