Способ обнаружения примеси в газах

Изобретение относится к индикаторам примесей в газовой среде, прежде всего к течеискателям. Способ обнаружения примеси в газах осуществляется по изменению электрического тока, проходящего через среду. С этой целью ячейку, состоящую из металлического катода и анода, между которыми приложено электрическое напряжение, помещают в анализируемую среду. Ячейка облучается вакуумным ультрафиолетовым излучением, выбивающим с поверхности катода фотоэлектроны, а также ионизующим примесный газ, что является причинами дополнительной электропроводности среды. Приложенное к межэлектродному промежутку напряжение создает в этом промежутке ток свободных электронов, а также положительных и отрицательных ионов, образовавшихся при фотоионизации газа и при прилипании электронов к электроотрицательному газу. При изменении состава газовой среды происходит изменение электрического тока в межэлектродном промежутке. Чувствительность метода можно изменять, изменяя такие параметры, как напряжение на межэлектродном промежутке, расстояние между облучаемой поверхностью катода и окном лампы, спектральный состав излучения лампы. Использование данного способа позволяет получать информацию об изменении состава газовой среды (о появлении в ней малой примеси), свидетельствующей о существовании источника примеси. 1 ил.

 

Изобретение относится к индикаторам примесей в газовой среде, прежде всего к течеискателям, регистрирующим появление электроотрицательного газа в атмосфере азота или воздуха, чувствительным ячейкам в хроматографах, индикаторам элегаза в энергетике.

В современном производстве все больше используются приборы и устройства измерительной и технологической аппаратуры для контроля качества вакуума, контроля примесей в хроматографии, контроля утечек элегазовых переключателей электротехнической аппаратуры.

Известен способ, использующийся в электронозахватном течеискателе. (Течеискатель ГЭТЭ-9-001. Техническое описание и инструкция течеискателя).

В данном способе измеряется электрическая проводимость газоразрядного промежутка при заборе воздуха в межэлектродный промежуток. Наличие в воздухе электроотрицательного газа, свидетельствующего о наличии течи, приводит к уменьшению проводимости плазмы.

Недостатком данного способа является необходимость поджигать разряд при атмосферном давлении, что связано с использованием экологически вредного предионизатора и требующего высокого энергопотребления (Потребляемая мощность 20 ВА, вес прибора 4.4 кг).

Наиболее близким к заявляемому является способ определения примесей в газовой среде (Патент №2248563 Способ определения примеси в газовой среде, приоритет изобретения от 12 мая 2003 года. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 20 марта 2005 года).

В патенте способ обнаружения примеси в газовой среде основан на измерении изменения электрического тока, проходящего в ячейке, находящейся в газовой среде и включающей в себя катод и анод, между которыми приложено электрическое напряжение, отличается тем, что ячейку облучают ультрафиолетовым излучением, способным вызвать фотоэффект, обеспечивающий электрическую проводимость газовой среды, находящейся в ячейке, при этом расстояние между катодом и источником ультрафиолетового потока излучения на поверхность катода может меняться, что приводит соответственно к изменению чувствительности обнаружения примеси.

Недостатком данного способа является отсутствие возможности регистрировать появление газовой примеси по изменению тока в ячейке датчика за счет фотоионизации этой примеси.

Целью данного изобретения является увеличение ассортимента контролируемых газовых примесей. Предлагаемый способ обнаружения примеси в газовой среде основан на измерении изменения электрического тока, проходящего в ячейке, находящейся в газовой среде и включающей в себя катод и анод, между которыми приложено электрическое напряжение, отличается тем, что ячейку облучают вакуумным ультрафиолетовым излучением, которое способно не только вызвать фотоэффект с поверхности катода, но ионизовать примесь в несущем газе, обеспечивая дополнительную электрическую проводимость газовой среды, находящейся в ячейке.

Преимущество заявляемого метода, прежде всего, состоит в том, что он позволяет регистрировать не только наличие электроотрицательных газовых примесей в анализируемой среде, но и примесей, фотоионизуемых под действием жесткого ультрафиолета, что существенно расширяет возможности способа по сравнению с прототипом.

Другим важным преимуществом предлагаемого метода является возможность варьировать чувствительность к электроотрицательным примесям и примесям, подверженным фотоионизации, за счет изменения расстояния до катода и заменяя излучатели с разным спектральным распределением излучения.

В качестве источника излучения используются лампы барьерного разряда, обладающие высокой светоотдачей и малым энергопотреблением. Использование ламп с различным газовым наполнением позволяет в одной и той же конструкции использовать поочередно, либо одновременно два метода регистрации примеси в газе.

Пример. Алюминиевый катод, освещавшийся ультрафиолетовым излучением, и анод, выполненный в виде тонких металлических нитей, расположенных в одной плоскости на расстоянии 2 мм от поверхности катода, помещались в герметичный объем (1 см³), сквозь который прокачивался чистый азот (марки 49) со скоростью прокачки 2-5 см^-3/с. Фототок датчика был равен 19.5 нА. Непосредственно перед ячейкой датчика, в газовой магистрали, находилась емкость величиной 100 мл. Через резиновое уплотнение, медицинским шприцом на вход этой емкости впрыскивалась смесь азота с насыщенными парами ацетона в количестве 1 мл. Ток датчика при этом поднимался за счет фотоионизации ацетона до уровня 405 нА, а затем медленно спадал с постоянной времени примерно 100 с (см. чертеж). Учитывая упругость насыщенных паров ацетона при комнатной температуре (20 кПа), возможности регистрации предельно низких токов (на уровне 10^-13-10^-15 А), оценка чувствительности к ацетону в описываемом эксперименте лежит в пределах 10^-6-10^-8%.

Способ обнаружения примеси в газах, основанный на измерении изменения величины электрического тока, проходящего в ячейке, находящейся в газовой среде и включающей в себя катод и анод, между которыми приложено электрическое напряжение, отличающийся тем, что ячейку облучают вакуумным ультрафиолетовым излучением, способным вызвать фотоэффект с поверхности фотокатода и ионизовать примеси в газе, обеспечивающих электрическую проводимость газовой среды, находящейся в ячейке, при этом расстояние между катодом и источником излучения может изменяться, что приводит к изменению ультрафиолетового потока излучения на поверхность катода и вероятности фотоионизации примеси, а следовательно, к изменению чувствительности обнаружения примеси.