Устройство для приготовления калибровочной газопаровой смеси

 

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение при градуировке и поверке газоанализаторов. Предложено устройство для приготовления калибровочной газопаровой смеси, содержащее сосуд для насыщения газа парами вещества, газовую линию для подвода газа в сосуд, газовую линию для вывода газопаровой смеси из сосуда, приспособление для разбавления газопаровой смеси, газовую линию для подвода потока разбавляющего газа в приспособление для разбавления, газовую линию для вывода разбавленной газопаровой смеси из приспособления для разбавления в градуируемый газоанализатор и побудитель расхода газа. В устройство введен адсорбер, установленный в газовой линии для вывода разбавленной газопаровой смеси на выходе градуируемого газоанализатора или параллельно ему. Изобретение расширяет круг веществ, пригодных для приготовления калибровочных газопаровых смесей. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для приготовления калибровочных (градуировочных) и поверочных газопаровых смесей, используемых при градуировке газоанализаторов.

Известно устройство для приготовления градуировочной смеси веществ, содержащее сосуд, заполненный предварительно профторированным углеродом, между слоями которого интеркалировано исходное вещество, приспособление для нагрева сосуда, газовую линию для вывода газообразного вещества из сосуда и приспособление для разбавления потока исходного вещества газом-разбавителем (см., например, заявку ЕВП N 05000938A1, G 01 N 30/04 1992 г.).

Недостатком известного устройства для приготовления калибровочной смеси является ограниченный круг веществ, которые могут быть использованы в качестве исходных для приготовления градуировочной смеси веществ, так как только для весьма ограниченного круга веществ отработаны условия интеркалирования во фторированном углероде.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для приготовления газопаровой градуировочной смеси, содержащее сосуд для насыщения газа парами вещества, частично заполненный жидким веществом, газовую линию для подвода газа в сосуд, в которой установлен поглотитель мешающих механических примесей и примесей веществ, газовую линию для вывода газопаровой смеси из сосуда, приспособление для разбавления газопаровой смеси, установленное в газовой линии для вывода газопаровой смеси из сосуда, газовую линию для подвода потока газа в приспособление для разбавления, газовую линию для вывода разбавленной газопаровой смеси в градуируемый газоанализатор и побудитель расхода (см., например, Руководство по эксплуатации генераторов контролируемых концентраций веществ в воздухе фирмы CAVKIT Ltd, Великобритания, 1997).

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является ограниченный круг веществ, которые могут быть использованы в качестве исходных для приготовления градуировочных смесей, так как только для весьма ограниченного круга веществ известны точные значения упругости пара при различных рабочих температурах сосуда для насыщения, по которым осуществляется расчет концентрации вещества в газе-разбавителе (воздухе). Этот недостаток усугубляется тем, что в известном устройстве газ (воздух) нагнетается в сосуд для насыщения с помощью насоса, который создает в паровом пространстве сосуда неконтролируемое избыточное (превышающее атмосферное) давление, величина которого не учитывается при расчете концентрации вещества в газе.

Задача изобретения состояла в расширении круга веществ, пригодных для приготовления калибровочных газопаровых смесей.

Указанная задача решается тем, что предложено устройство для приготовления газопаровой калибровочной смеси, содержащее сосуд для насыщения газа парами вещества, газовую линию для подвода газа в сосуд, в которой установлен поглотитель мешающих механических примесей и примесей веществ, газовую линию для вывода газопаровой смеси из сосуда, приспособление для разбавления газопаровой смеси, установленное в газовой линии для вывода газопаровой смеси из сосуда, газовую линию для подвода потока газа в приспособление для разбавления, газовую линию для вывода разбавленной газопаровой смеси из приспособления для разбавления в градуируемый газоанализатор и побудитель расхода газа, в которое согласно изобретению введен адсорбер, установленный в газовой линии для вывода разбавленной газопаровой смеси из приспособления для разбавления.

Другим отличием предлагаемого устройства является то, что в него введен делитель потока газа, установленный в газовой линии для вывода разбавленной газопаровой смеси из приспособления для разбавления, один из газовых выходов которого соединен с калибруемым газоанализатором, а другой газовый выход соединен с адсорбером, причем газовые выходы газоанализатора и адсорбера соединены со входом побудителя расхода.

Еще одним отличием предлагаемого устройства является то, что в него введен детектор неразрушающего типа, установленный в одном из газовых выходов делителя потока перед адсорбером.

В числе отличий устройства следует отметить то, что в него введено дополнительное приспособление для разбавления газопаровой смеси, установленное на входе детектора неразрушающего типа.

Другим отличием устройства является то, что сосуд для насыщения газа парами вещества снабжен термоэлектрическим преобразователем для задания температуры и поддержания заданной температуры.

Благодаря отмеченным выше особенностям выполнения предлагаемое устройство обеспечивает возможность получения стандартных газопаровых смесей с практически любыми жидкими при нормальных условиях веществами, так как концентрация вещества в газе стандартной смеси в предлагаемом устройстве определяется с высокой точностью путем определения изменения веса адсорбера за определенный промежуток времени.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема одного из возможных наиболее простых вариантов выполнения устройства.

На фиг. 2 представлена принципиальная схема предпочтительного варианта выполнения устройства.

На фиг. 3 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства, снабженного поверочным детектором неразрушающего типа.

В наиболее простом возможном варианте выполнения предлагаемое устройство включает сосуд 1 для насыщения газа парами вещества, частично заполненный этим жидким веществом 2, предназначенным для приготовления калибровочной газопаровой смеси. Сосуд 1 установлен на основании 3 из теплопроводного материала, которое контактирует с термоэлектрическим преобразователем 4, предназначенным для задания температуры и поддержания заданной температуры сосуда 1. Сосуд 1 снабжен также теплозащитным кожухом 5, предназначенным для устранения влияния колебания температуры окружающей среды на температуру внутреннего объема сосуда 1. Сосуд 1 снабжен также патрубком 6, перекрытым мембраной 7 из самоуплотняющего материала, например, силиконовой резины, прижимаемой к торцу патрубка 6 с помощью накидной гайки 8. Сосуд имеет патрубки 9 и 10, предназначенные соответственно для ввода и вывода газового потока. Патрубок 9 соединен с газовой линией 11 для подвода газа (воздуха) в сосуд 1, в которой установлен поглотитель 12 мешающих механических примесей и примесей веществ. Поглотитель 12 представляет собой трубку (на фиг. не показана), на входе которой установлен фильтр для улавливания механических примесей из потока воздуха (пыль, дым и т.п.) и последовательно размещенные по ходу движения потока газа слои частиц сорбента для поглощения паров воды (например, силикагеля) и других примесей веществ (например, активированный уголь). Патрубок 10 соединен с газовой линией 13 для вывода газопаровой смеси из сосуда 1, в которой установлено приспособление 14 для разбавления газопаровой смеси, выводимой из сосуда 1, дополнительным потоком газа (воздуха), поступающим в приспособление 14 по газовой линии 15. Газовая линия 15 непосредственно соединена с окружающим воздухом и в ней последовательно установлены поглотитель 16 мешающих механических примесей и примесей веществ и регулятор 17 расхода газа. Поглотитель 16 выполнен аналогично поглотителю 12. На выходе приспособления 14 для разбавления газопаровой смеси установлен калибруемый газоанализатор 18, например, газоанализатор по теплопроводности. Выход газоанализатора 18 соединен с адсорбером 19, выход которого в свою очередь соединен с побудителем 20 расхода газа. Адсорбер 19 выполнен в виде трубки (на фиг. не показана), заполненной частицами сорбента, например, активированным углем, предназначенным для поглощения вещества, используемого для приготовления калибровочной газопаровой смеси. Побудитель 20 расхода газа представляет собой насос мембранного или центробежного типа.

В комплект предлагаемого устройства входит также измеритель расхода газа (на фиг. не показан), например, пузырькового типа, обычно используемый в газовых хроматографах для периодического контроля объемного расхода газа, или ротаметр.

Устройство работает следующим образом. Сосуд 1 перед началом работы заполняют дозированным количеством жидкого вещества, например, гексана. Заполнение сосуда 1 жидким веществом осуществляют с помощью шприца (на фиг. не показан), иглу которого через патрубок 6, проколов предварительно мембрану 7 из самоуплотняющего материала, вводят во внутренний объем сосуда 1. Затем содержимое шприца переводят в сосуд. В сосуде 1 устанавливают заданную температуру с помощью термоэлектрического преобразователя 4 и терморегулятора (на фиг. не показан). Затем приводят в действие побудитель 20 расхода и калибруемый газоанализатор 18. Поток газа (воздуха), засасываемый в устройство через входное отверстие газовой линии 11, проходит через поглотитель 12, где он освобождается от механических примесей (пыли, дыма и т.п.), паров воды и других примесей веществ, обычно содержащихся в воздухе.

Очищенный от примесей поток газа поступает во внутренний объем сосуда 1, где он насыщается парами вещества, находящимися в равновесии с жидкостью 2. Поток образующейся в сосуде 1 газопаровой смеси, выходящий из сосуда 1, через патрубок 10 по газовой линии 13 поступает в приспособление 14 для смешения, где он разбавляется дополнительным потоком газа (воздуха), поступающим по газовой линии 15. При этом дополнительный поток газа (воздуха), засасываемый из окружающего воздуха через входное отверстие газовой линии 15 освобождается от механических примесей и примесей веществ в поглотителе 16. Скорость дополнительного потока газа (воздуха) в газовой линии 15 регулируется с помощью регулятора расхода 17. Разбавленный поток газопаровой смеси из приспособления 14 поступает в калибруемый газоанализатор 18, выходной сигнал которого фиксируется на самописце (на фиг. не показан) или на соответствующей шкале газоанализатора 18. Выходящий из газоанализатора поток газопаровой смеси поступает в адсорбер 19, где осуществляется поглощение вещества, используемого для приготовления газопаровой смеси. Освобожденный от вещества поток газа из адсорбера 19 поступает на вход побудителя 20 расхода и из него выбрасывается в атмосферу. Расчет концентрации вещества в разбавленной газопаровой смеси, поступающей в калибруемый газоанализатор 18, осуществляется по изменению веса адсорбера, который периодически отсоединяют от соответствующих газовых линий и взвешивают, за определенный промежуток времени и данным об объемном расходе газа в газовых линиях 11 и 15. Переход к новому значению концентрации пара вещества в газе на выходе приспособления 14 для разбавления осуществляется путем изменения расхода газа в газовой линии 15 с помощью регулятора 17 расхода газа. Изменение концентрации пара вещества в газе может осуществляться также путем изменения рабочей температуры сосуда 1 для насыщения газа парами вещества.

Описанный выше вариант выполнения устройства может быть эффективно использован для градуировки таких типов газоанализаторов, в которых не происходит изменения (разрушения) или потери вещества, например, газоанализатора по теплопроводности, газоанализаторов оптического типа и т. п. Однако он не применим для градуировки таких газоанализаторов, в которых имеют место разрушение вещества или потери, например, газоанализаторов термохимического типа, газоанализаторов, основанных на ионизации веществ в пламени и т.п.

Представленная на фиг. 2 принципиальная схема другого возможного варианта выполнения предлагаемого устройства отличается от описанного выше (фиг. 1) тем, что в него введен делитель 21 потока, установленный в газовой линии для вывода разбавленной газопаровой смеси из приспособления 14 для разбавления. При этом один из выходов 22 делителя 21 потока соединен со входом адсорбера 19, а другой выход 23 делителя 21 потока соединен со входом градуируемого газоанализатора 18, на выходе газоанализатора 18 установлено пневмосопротивление 24, сопротивление газового потока которому примерно равно сопротивлению газовому потоку адсорбера. Выход адсорбера 19 и выход газоанализатора 18 с пневмосопротивлением 24 соединены со входом побудителя 20 расхода.

Особенностью работы данного варианта выполнения устройства является то, что разбавленная газопаровая смесь с выхода приспособления 14 для разбавления поступает в делитель 21 потока, где газовый поток делится на две части. Одна часть потока с выхода 23 делителя 21 потока поступает в градуируемый газоанализатор 18 и из него через пневмосопротивление 24 поступает на вход побудителя 20 расхода. Другая часть потока газопаровой смеси с выхода 22 делителя 21 потока поступает в адсорбер 19, где осуществляется поглощение вещества. С выхода адсорбера 19 освобожденный от вещества газ (воздух) поступает на вход побудителя 20 расхода. Коэффициент деления делителя 21 потока устанавливают, предварительно измеряя расход газа на входе делителя 21 и на выходах адсорбера 19 и пневмосопротивления 24. Путем периодического взвешивания адсорбера 19 определяют количество вещества, прошедшего через выход 22 делителя 21 потока за определенный промежуток времени и через коэффициент деления делителя 21 определяют количество вещества, прошедшего за этот же промежуток времени через газоанализатор 18. Измеряя расходы газа в газовых линиях 11 и 15 и зная коэффициент деления делителя 21 и количество вещества, прошедшего через газоанализатор 18 за определенный промежуток времени, с высокой точностью рассчитывают концентрацию вещества в газе, проходящем через газоанализатор в контролируемый промежуток времени.

Устройство, изображенное на фиг. 2, позволяет калибровать газоанализаторы, в которых происходят разрушение или потеря вещества, например, пламенно-ионизационные.

Представленная на фиг. 3 принципиальная схема еще одного возможного варианта выполнения предлагаемого устройства отличается от описанного выше (фиг. 2) тем, что в него введен высокочувствительный детектор 25 неразрушающего типа, например, фотоионизационный, установленный на выходе 22 делителя 21 потока перед адсорбером 19. При этом на входе детектора 25 установлено дополнительное приспособление 26 для разбавления газопаровой смеси, снабженное дополнительной газовой линией 27 для подвода разбавляющего газа (воздуха). В газовой линии 27 последовательно установлены поглотитель 28 мешающих механических примесей веществ и регулятор 29 расхода газа. Детектор 25 снабжен микрокомпьютером 30, который управляет работой детектора и фиксирует его показания. Особенностью работы этого варианта выполнения устройства (фиг. 3) является то, что в нем обеспечивается дополнительная возможность контроля показаний градуируемого газоанализатора 18 по показаниям предварительно отградуированного детектора 25, преимущественно фотоионизационного детектора.

Формула изобретения

1. Устройство для приготовления газопаровой калибровочной смеси, содержащее сосуд для насыщения газа парами вещества, частично заполненный жидким веществом, газовую линию для подвода газа в сосуд, в которой установлен поглотитель мешающих механических примесей и примесей веществ, газовую линию для вывода газопаровой смеси из сосуда, приспособление для разбавления газопаровой смеси, установленное в газовой линии для вывода газопаровой смеси из сосуда, газовую линию для подвода потока газа в приспособление для разбавления газопаровой смеси, газовую линию для вывода разбавленной газопаровой смеси в калибруемый газоанализатор и побудитель расхода газа, отличающееся тем, что в него введен адсорбер, установленный в газовой линии для вывода разбавленной газопаровой смеси.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введен делитель потока газа, установленный в газовой линии для вывода газопаровой смеси на выходе приспособления для разбавления, один из газовых выходов которого соединен с калибруемым анализатором состава, а другой газовый выход соединен с адсорбером, причем газовые выходы газоанализатора и адсорбера соединены с входом побудителя расхода.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в него введен детектор неразрушающего типа, установленный в одном из газовых выходов делителя потока перед адсорбером.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в него введено дополнительное приспособление для разбавления газопаровой смеси, установленное на входе детектора неразрушающего типа.

5. Устройство по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающееся тем, что сосуд для насыщения газа парами вещества снабжен термоэлектрическим преобразователем для задания и поддержания заданной температуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3