Устройство для отбора пробы газа с примесью

 

Изобретение относится к технике исследования материалов для определения их свойств и может быть использовано для получения средних по времени данных по содержанию примеси газа в экоаналитике. Устройство содержит герметичную рабочую емкость, выполненную в виде прозрачной трубки с помещенным внутри поглотителем примеси. Трубка снабжена входным патрубком забора газа и выходным патрубком. Устройство имеет средство принудительной прокачки газа, выполненное в виде мерного герметичного сосуда, заполненного жидкостью, входной патрубок которого соединен с выходным патрубком рабочей емкости. Средство принудительной прокачки газа имеет регулятор расхода жидкости, входной патрубок которого соединен с выходным патрубком мерного сосуда, а выходной патрубок - с атмосферой. Регулятор расхода жидкости выполнен в виде капиллярной трубки. Внутренний диаметр капиллярной трубки выбран пропорциональным объему отбираемой пробы и обратно пропорциональным времени пробоотбора. Длина капиллярной трубки выполнена пропорциональной объему отбираемой пробы и пропорциональной времени пробоотбора. Устройство позволяет снизить погрешность при отборе пробы газа и энергопотребление отбора пробы в процессе эксплуатации. 2 ил.

Изобретение относится к технике исследований материалов для определения их свойств и может быть использовано для получения средних по времени данных по содержанию примеси в газе в экоаналитике, в частности, в природоохране и рациональном природопользовании, охране труда и технике безопасности.

Известно устройство [1] для отбора пробы газа с примесью, содержащее рабочую емкость, в которой размещен поглотитель примеси и диффузионный барьер между поглотителем примеси и анализируемым газом. Известное устройство позволяет отбирать пробу газа с примесью, но имеет высокую погрешность. Высокие значения погрешности обусловлены тем, что используемый принцип диффузии в газе, содержащем примесь, подвержен значительному влиянию изменения параметров окружающей пробоотборник среды (скорость перемещения газа и перепады температуры) и малыми скоростями отбора пробы, свойственной процессу диффузии примеси в газе.

Известно устройство [2] для отбора пробы газа с примесью, содержащее герметичную рабочую емкость, в которой размещен поглотитель примеси, средство принудительной прокачки газа, выполненное в виде элемента создания разрежения с электроприводом. Данное устройство позволяет отбирать пробы газа с примесью со значительной погрешностью. Погрешность определяется принципом работы элементов разрежения с электроприводом, создающих разрежение для принудительной прокачки газа. Кроме того, в процессе работы задействовано несколько составных блоков устройства: источник энергии, преобразователь электроэнергии в механическое движение, преобразователь механической энергии в движение газа. Погрешность при отборе пробы данным устройством зависит от погрешности каждого блока. Кроме того, известное устройство характеризуется высокой себестоимостью и энергопотреблением в процессе эксплуатации.

Известно устройство для извлечения примесей из воздуха [3], наиболее близкое к предлагаемому изобретению, содержащее рабочую емкость с двумя гидрофобными мембранами, между которыми расположена жидкость для экстракции примеси. Емкость подключена к воздушному насосу, который обеспечивает принудительную прокачку воздуха. Наряду с проблемами, отмеченными при описании устройства (2), применимость устройства (3) ограничена тем, что нужно тщательно подбирать состав жидкости-экстрагента и мембраны. К тому же перевозка и хранение жидких проб (особенно в полевых условиях) менее удобна и эффективна, нежели твердых сорбентов.

Задача, решаемая изобретением, состоит в унификации процедуры отбора и хранения средних по времени проб, снижении погрешности при отборе пробы газа, себестоимости и энергопотребления отбора пробы в процессе эксплуатации.

Техническим результатом заявляемого изобретения, приводящим к унификации процедуры отбора пробы газа, снижению погрешности, себестоимости и энергопотребления отбора пробы газа с примесью, является устройство для отбора пробы газа с примесью, содержащее герметичную рабочую емкость, в которой размещен поглотитель примеси, с входным патрубком забора газа и выходным патрубком, и средство принудительной прокачки газа с примесью, отличающееся тем, что средство принудительной прокачки газа выполнено в виде мерного герметичного сосуда, заполненного жидкостью, входной патрубок которого соединен с выходным патрубком рабочей емкости, и регулятора расхода жидкости, входной патрубок которого соединен с выходным патрубком мерного сосуда, а выходной соединен с атмосферой.

Техническим результатом заявляемого изобретения является то, что регулятор расхода жидкости выполнен в виде капиллярной трубки, внутренний диаметр которой выбран пропорциональным объему отбираемой пробы и обратно пропорциональным времени пробоотбора, а длина - обратно пропорциональной объему отбираемой пробы и пропорциональной времени пробоотбора.

В частном конкретном случае мерный герметичный сосуд выполнен в виде прозрачной бутыли с герметичной пробкой, в которой выполнены отверстия для входного и выходного патрубков, а объем мерного сосуда превышает предельный объем пробы газа.

В частном конкретном случае герметичная рабочая емкость выполнена в виде прозрачной трубки с помещенным внутри поглотителем примеси, который с обеих сторон зафиксирован проницаемым для газа средством предотвращения его высыпания Техническое решение обеспечивает возможность длительного равномерного отбора пробы газа с примесью, что обеспечивает самопроизвольное и дозированное истечения жидкости из мерного сосуда. В результате происходит прокачивание газа с примесью через герметичный сосуд с поглотителем примеси. Этот процесс продолжается в течении заданного времени. Далее герметичную рабочую емкость с поглотителем отделяют от патрубка мерного сосуда. Объем отобранной пробы определяют по разности первоначального и конечного объемов жидкости в мерном сосуде. Количество отобранной примеси определяют одним из стандартных методов химического анализа, например методом газовой хроматографии. Среднее содержание примеси в пробе определяют как отношение количества примеси к объему отобранной пробы.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, где схематически изображена одна из возможных реализации устройства, и фиг.2, где схематически изображены: а) герметичная рабочая емкость, б) средство принудительной прокачки газа и в) регулятор расхода жидкости.

В одной из возможных реализаций герметичная рабочая емкость (фиг.2а) выполнена в виде прозрачной трубки, в которой размещен поглотитель примеси (2) и проницаемое для газа средство, предотвращающее высыпание поглотителя примеси (12), с входным патрубком забора газа (3) и выходным патрубком (4).

В одной из возможных реализаций средство принудительной прокачки газа (фиг. 2б) выполнено в виде мерного герметичного сосуда, заполненного жидкостью (6) и закрытого винтовой пробкой (13) с двумя отверстиями для входного и выходного патрубков (7) и (8), входной патрубок которого (7) соединен с выходным патрубком рабочей емкости (4), и регулятора расхода жидкости (10), оснащенного входным патрубком (9), который соединен с выходным патрубком (8) средства принудительной прокачки (5), и выходным патрубком (11), который соединен с атмосферой; стрелками обозначены входящие и выходящие потоки.

В одной из возможных реализаций регулятор расхода жидкости (фиг.2в) выполнен в виде капиллярной трубки, внутренний диаметр которой (d) выбран пропорциональным объему отбираемой пробы и обратно пропорциональным времени пробоотбора, а длина (l) - обратно пропорциональной объему отбираемой пробы и пропорциональной времени пробоотбора.

Устройство для отбора пробы газа с примесью работает следующим образом. Из герметичного сосуда (5) через регулятор расхода жидкости (10) жидкость (6) истекает равномерно и с заданной регулятором скоростью, что обеспечивается малой величиной изменения гидростатического давления на уровне истечения жидкости из регулятора в ходе пробоотбора.

Время пробоотбора можно задавать от нескольких минут до нескольких суток и даже месяцев. Скорость истечения жидкости рассчитывают, исходя из свойств применяемой жидкости геометрических размеров регулятора расхода жидкости и гидростатического исходного давления, создаваемого столбом истекающей жидкости на уровне выходного патрубка регулятора расхода жидкости. В процессе истечения из герметичного сосуда (5) жидкости в нем создается разрежение, под действием которого в него через герметичную рабочую емкость, содержащую поглотитель примеси, поступает газ, содержащий примесь. Проходя через поглотитель, примесь поглощается на поглотителе и этот процесс продолжается в течение заданного времени. Далее герметичная рабочая емкость отделяется от патрубка (7) сосуда (5). Объем отобранной пробы определяют по разности первоначального и конечного объемов жидкости в мерном сосуде. Количество отобранной примеси определяют одним из стандартных методов химического анализа, например методом газовой хроматографии. Среднее содержание примеси в пробе определяют как отношение количества примеси к объему отобранной пробы.

Под средним по времени содержанием примеси понимают отношение количества примеси в пробе к объему пробы газа, равномерно отобранной за период времени, в течение которого производится отбор пробы газа.

Низкая погрешность отбора пробы обусловлена тем, что количество вытекшей жидкости, объем которой равен объему отобранной пробы, можно измерить с помощью весовых или объемных методов, погрешность которых очень мала. Кроме того, неравномерность отбора пробы можно свести к весьма малой величине путем уменьшения перепада мениска жидкости в мерном сосуде и увеличением длины патрубков (8) и (9).

Таким образом, в результате использования гидродинамического метода принудительной прокачки газа через поглотитель устройство для отбора средних по времени проб газа с примесью обеспечивает возможность измерения содержания примеси в газе среднее по времени, с высокой точностью и без существенных энергозатрат.

Предварительные испытания экспериментальных образцов, изготовленных на химическом факультете Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ), подтвердили возможность отбора пробы газа средней по времени, с высокой точностью с целью измерения среднего содержания примеси в газе по времени.

Проведенные полевые испытания также подтвердили возможность использования устройств для отбора средних по времени проб газа с примесью в условиях окружающей среды.

Источники информации 1. Вольберг Н.Ш. Пассивный пробоотбор при определении загрязнения атмосферного воздуха. Журнал Экологическая Химия, 1995, 4, с.129-140.

2. Hoffmann T. Adsorptive preconcentration technique including oxidant scavending for the measurement of reactive natural hudrocarbons in ambient air. Journal of Analytical Chemistry, 1995, 351, 41-47.

3. US patent N 4208912, G 01 N 1/22, 24.06.1980 - прототип.

Формула изобретения

Устройство для отбора пробы газа с примесью, содержащее герметичную рабочую емкость, выполненную в виде прозрачной трубки с помещенным внутри поглотителем примеси, снабженную входным патрубком забора газа и выходным патрубком и средством принудительной прокачки газа, отличающееся тем, что средство принудительной прокачки газа с примесью выполнено в виде мерного герметичного сосуда, заполненного жидкостью, входной патрубок которого соединен с выходным патрубком рабочей емкости, и регулятора расхода жидкости, входной патрубок которого соединен с выходным патрубком мерного сосуда, а выходной - с атмосферой, регулятор расхода жидкости выполнен в виде капиллярной трубки, внутренний диаметр которой выбран пропорциональным объему отбираемой пробы и обратно пропорциональным времени пробоотбора, а длина - обратной пропорциональной объему отбираемой пробы и пропорциональной времени пробоотбора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2