Способ анализа состава газовых смесей и газоанализатор для его реализации

Изобретение может быть использовано для определения качественного состава и количественного содержания различных газов в многокомпонентных газовых смесях различного состава. Способ, согласно изобретению, заключается в том, что анализируемые газовые смеси пропускают через газоанализатор с установленными в нем сенсорами, измеряют при помощи сенсоров электрические сигналы, с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях известного состава, определяют значения концентраций индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором, проводят дополнительное измерение электрических сигналов от сенсоров, при осуществлении которых устанавливают на входы сенсоров химические фильтры, отделяющие от газовой смеси, поступающей в каждый сенсор, индивидуальный компонент газовой смеси, определяемый этим сенсором, пропускают через сенсоры газовые смеси без индивидуальных компонентов, измеряют при помощи сенсоров электрические сигналы, соответствующие газовым смесям в отсутствие этих индивидуальных компонентов, а затем определяют разность между электрическими сигналами, полученными от сенсоров в присутствии индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором, и при их отсутствии, с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях известного состава, определяют по величинам этих разностей электрических сигналов истинные значения концентраций индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором. Также предложен газоанализатор для осуществления описанного выше способа. Изобретение обеспечивает повышение достоверности анализа за счет исключения искажающего влияния присутствующих в газовой смеси компонентов, не являющихся индивидуальными определяемыми каждым сенсором, на точность определения газового состава. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технике анализа состава газовых смесей и может быть использовано для определения качественного состава и количественного содержания различных газов в многокомпонентных газовых смесях различного состава.

Известен способ анализа состава газовых смесей, заключающийся в том, что анализируемые газовые смеси пропускают через газоанализатор с установленными в нем сенсорами, пропускают анализируемые газовые смеси через сенсоры, измеряют при помощи сенсоров электрические сигналы, с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях известного состава, определяют значения концентраций индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором (см. патент РФ №2171468, МПК G01N 27/12, 2001). К недостаткам известного способа можно отнести его недостаточную достоверность в виду негативного влияния на величину измеряемых сенсорами, каждый из которых предназначен для определения конкретного индивидуального компонента, электрических сигналов, обусловленных наличием в смеси газов, которые не являются индивидуальными определяемыми компонентами для каждого сенсора. Обычно с целью повышения избирательности устанавливают на входы сенсоров химические фильтры, отделяющие от газовой смеси, поступающей в каждый сенсор, компоненты газовой смеси, не являющиеся индивидуальными и определяемыми каждым сенсором. Однако в этом случае необходимо удалять из газовой смеси, которая может иметь и неизвестный качественный состав, целый ряд таких, в том числе, и неизвестных заранее компонентов, что является сложной и не всегда решаемой проблемой.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению в части способа является способ анализа состава газовых смесей, заключающийся в том, что анализируемые газовые смеси пропускают через газоанализатор с установленными в нем сенсорами, пропускают анализируемые газовые смеси через сенсоры, измеряют при помощи сенсоров электрические сигналы, с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях известного состава, определяют значения концентраций индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором (см. патент РФ №2274855, МПК G01N 27/416, 2004). К недостаткам известного способа также можно отнести его недостаточную достоверность в виду негативного искажающего влияния на величину измеряемых сенсорами, каждый из которых предназначен для определения конкретного индивидуального компонента, электрических сигналов, обусловленных наличием в смеси газов, которые не являются индивидуальными определяемыми компонентами для каждого сенсора. Обычно с целью повышения избирательности устанавливают на входы сенсоров химические фильтры, отделяющие от газовой смеси, поступающей в каждый сенсор, компоненты газовой смеси, не являющиеся индивидуальными и определяемыми каждым сенсором. Однако в этом случае необходимо удалять из газовой смеси, которая может иметь и неизвестный качественный состав, целый ряд таких, в том числе, и неизвестных заранее компонентов, что является сложной и не всегда решаемой проблемой.

Известен газоанализатор для анализа состава газовых смесей, включающий установленные в нем сенсоры, электронный блок обработки измеренных электрических сигналов и определения информативных параметров газовой смеси (см. патент РФ №2171468, МПК G01N 27/12, 2001). К недостаткам известного устройства можно отнести недостаточную достоверность определения качественного состава и количественного содержания различных газов в многокомпонентных газовых смесях различного состава в виду негативного искажающего влияния на величину измеряемых сенсорами, каждый из которых предназначен для определения конкретного индивидуального компонента, электрических сигналов, обусловленных наличием в смеси газов, которые не являются индивидуальными определяемыми компонентами для каждого сенсора. Обычно с целью повышения избирательности устанавливают на входы сенсоров химические фильтры, отделяющие от газовой смеси, поступающей в каждый сенсор, компоненты газовой смеси, не являющиеся индивидуальными и определяемыми каждым сенсором. Однако в этом случае необходимо удалять из газовой смеси, которая может иметь и неизвестный качественный состав, целый ряд таких, в том числе, и неизвестных заранее компонентов, что является сложной и не всегда решаемой проблемой.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению в части устройства является газоанализатор для анализа состава газовых смесей, включающий установленные в нем сенсоры, электронный блок обработки измеренных электрических сигналов и определения информативных параметров газовой смеси (см. патент РФ №2274855, МПК G01N 27/416, 2004). К недостаткам известного устройства также можно отнести недостаточную достоверность определения качественного состава и количественного содержания различных газов в многокомпонентных газовых смесях различного состава в виду негативного искажающего влияния на величину измеряемых сенсорами, каждый из которых предназначен для определения конкретного индивидуального компонента, электрических сигналов, обусловленных наличием в смеси газов, которые не являются индивидуальными определяемыми компонентами для каждого сенсора. Обычно с целью повышения избирательности устанавливают на входы сенсоров химические фильтры, отделяющие от газовой смеси, поступающей в каждый сенсор, компоненты газовой смеси, не являющиеся индивидуальными и определяемыми каждым сенсором. Однако в этом случае необходимо удалять из газовой смеси, которая может иметь и неизвестный качественный состав, целый ряд таких, в том числе, и неизвестных заранее компонентов, что является сложной и не всегда решаемой проблемой.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи, состоящей как в части способа, так и устройства, в повышении достоверности анализа за счет исключения искажающего влияния присутствующих в газовой смеси компонентов, не являющихся индивидуальными определяемыми каждым сенсором, на точность определения газового состава.

Данная задача в части способа решается тем, что способ анализа состава газовых смесей заключается в том, что анализируемые газовые смеси пропускают через газоанализатор с установленными в нем сенсорами, пропускают анализируемые газовые смеси через сенсоры, измеряют при помощи сенсоров электрические сигналы, с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях известного состава, определяют значения концентраций индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором, проводят дополнительное измерение электрических сигналов от сенсоров, при осуществлении которых устанавливают на входы сенсоров химические фильтры, отделяющие от газовой смеси, поступающей в каждый сенсор, индивидуальный компонент газовой смеси, определяемый этим сенсором, пропускают через сенсоры газовые смеси с отсутствующими в них этими индивидуальными компонентами, измеряют при помощи сенсоров электрические сигналы, соответствующие газовым смесям в отсутствие этих индивидуальных компонентов, затем определяют разность между электрическими сигналами, полученными от сенсоров в присутствии индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором, и при их отсутствии, с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях известного состава, определяют по величинам этих разностей электрических сигналов истинные значения концентраций индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором.

При этом целесообразно осуществлять измерение электрических сигналов при помощи, по меньшей мере, двух электрических химических сенсоров на основе SnO и, по меньшей мере, одного фотоионизационного сенсора.

В части устройства данная задача решается тем, что в газоанализаторе для анализа состава газовых смесей, включающем установленные в нем сенсоры, электронный блок обработки измеренных электрических сигналов и определения информативных параметров газовой смеси, каждый сенсор снабжен химическим фильтром, отделяющим от газовой смеси, поступающей в каждый сенсор, индивидуальный компонент газовой смеси, определяемый этим сенсором, выполненным с возможностью установки его на вход сенсора и удаления от входа сенсора.

При этом целесообразно, чтобы газонализатор включал в себя, по меньшей мере, два электрических химических сенсора на основе SnO₂ и, по меньшей мере, один фотоионизационный сенсор.

Проведение дополнительного измерения электрических сигналов от сенсоров, при осуществлении которых устанавливают на входы сенсоров химические фильтры, отделяющие от газовой смеси, поступающей в каждый сенсор, индивидуальный компонент газовой смеси, определяемый этим сенсором, пропускают через сенсоры газовые смеси с отсутствующими в них этими индивидуальными компонентами, измеряют при помощи сенсоров электрические сигналы, соответствующие газовым смесям в отсутствии этих индивидуальных компонентов, затем определяют разность между электрическими сигналами, полученными от сенсоров в присутствии индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором, и при их отсутствии, и с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях известного состава, определяют по величинам этих разностей электрических сигналов истинные значения концентраций индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором, позволяет повысить достоверность анализа по следующим причинам.

Каждый сенсор предназначен для определения концентрации какого-либо конкретного компонента в составе многокомпонентной газовой смеси. Однако в этой смеси практически всегда имеются сопутствующие компоненты, наличие которых оказывает искажающее влияние на аналитический результат, что, соответственно, снижает его достоверность, так как определяют значения концентраций индивидуальных компонентов газовой смеси с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях известного состава, на основе таких искаженных электрических сигналов, полученных от каждого сенсора. Обычно с целью повышения избирательности устанавливают на входы сенсоров химические фильтры, отделяющие от газовой смеси, поступающей в каждый сенсор, компоненты газовой смеси, не являющиеся индивидуальными и определяемыми каждым сенсором. Однако в этом случае необходимо удалять из газовой смеси, которая может иметь и неизвестный качественный состав, целый ряд таких, в том числе, и неизвестных заранее компонентов, что является сложной и не всегда решаемой проблемой. Намного проще и дешевле отделить на входах в каждый сенсор только один, а именно, тот заранее известный компонент, для определения которого и предназначен соответствующий сенсор, и получить электрический сигнал от сенсора, соответствующий искажающему влиянию сопутствующих газов. Зная величину этого искажающего сигнала и сигнала от сенсора, полученного непосредственно при наличии всей анализируемой газовой смеси, очевидно, легко определить разность величин этих сигналов, которая и будет информативной для определения истинных значений концентраций индивидуальных компонентов газовой смеси с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях известного состава. Таким образом устраняется искажающее влияние сопутствующих компонентов на величину электрических сигналов от сенсоров, что повышает достоверность аналитического результата.

Осуществление измерение электрических сигналов при помощи, по меньшей мере, двух электрических химических сенсоров на основе SnO₂ и, по меньшей мере, одного фотоионизационного сенсора наиболее целесообразно так как подобного типа газоанализаторы предпочтительно использовать для определения, по меньшей мере, трех компонентов, а наибольшая достоверность аналитического результата, как показали наши эксперименты, достигается при наличии сенсоров различного типа, а именно, по меньшей мере, двух электрических химических сенсоров на основе SnO и, по меньшей мере, одного фотоионизационного сенсора.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого газоанализатора для анализа состава газовых смесей.

Газоанализатор содержит корпус 1, в котором установлены по меньшей мере, два электрических химических сенсора 2, 3 на основе SnO₂ и, по меньшей мере, один фотоионизационный сенсор 4, выходы которых соединены с электронным блоком 5 обработки измеренных электрических сигналов и определения информативных параметров газовой смеси. Электронный блок 5 обработки измеренных электрических сигналов и определения информативных параметров газовой смеси представляет собой микропроцессорный блок, в память которого записаны градуировочные функции, полученные на газовых смесях известного состава, что является известным и широко используемым техническим решением в технике анализа состава многокомпонентных газовых смесей. Каждый сенсор 2, 3, 4 снабжен химическим фильтром, соответственно, 6, 7, 8, отделяющим от газовой смеси, поступающей в каждый сенсор, индивидуальный компонент газовой смеси, определяемый этим сенсором. Каждый фильтр 6, 7, 8 выполнен с возможностью установки его на вход сенсора и удаления от входа сенсора, например, посредством исполнительного механизма 9 любого известного типа, например, электромагнитного привода, связанного с ними при помощи тяг 10. Конструктивное оформление установки и удаления фильтров 6, 7, 8 может быть любым из числа известных, например, как показано на чертеже, электромагнитный привод при получении соответствующего управляющего сигнала втягивает или выталкивает сердечник, взаимодействующий с тягами 10, что не является предметом изобретения.

Предлагаемый способ анализа состава газовой смеси заранее известного состава с использованием предлагаемого газоанализатора осуществляется следующим образом.

Предварительно для каждого из сенсоров 2, 3, 4 определяются градуировочные функции, то есть определяется значения их чувствительности относительно каждого конкретного компонента газовой смеси, который предположительно может присутствовать в газовой смеси. Эти градуировочные функции вносятся в память электронного блока 4 обработки измеренных электрических сигналов и определения информативных параметров газовой смеси.

Отбираемую на анализ многокомпонентную газовую смесь пропускают через газоанализатор, в котором измеряют электрические сигналы при помощи сенсоров 2, 3, 4, на входах которых отсутствуют химические фильтры 6, 7, 8. Эти сигналы фиксируются в электронном блоке 5 обработки измеренных электрических сигналов и определения информативных параметров газовой смеси. Затем при помощи исполнительного механизма 9 устанавливают на входы сенсоров 2, 3, 4 химические фильтры 6, 7, 8 и измеряют электрические сигналы от сенсоров, которые получены в условиях отсутствия в газовой смеси индивидуального компонента газовой смеси, определяемого каждым из сенсоров 2, 3, 4. То есть, по существу измеряют сигналы, которые учитывают искажающее влияние сопутствующих газов. Затем с использованием электронного блока 5 определяют разность между электрическими сигналами, полученными от сенсоров в присутствии индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором, и при их отсутствии, и с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях известного состава, определяют по величинам этих разностей электрических сигналов истинные значения концентраций индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором.

Очевидно, что последовательность измерений, сначала без фильтров 6, 7, 8 и затем с фильтрами 6, 7, 8, или наоборот, может быть любой, и это никак не влияет на существо способа или функционирование газоанализатора.

Предлагаемое техническое решение позволяет достаточно просто с высокой достоверностью определить качественного состава и количественного содержания различных газов в многокомпонентных газовых смесях различного состава. Опытный образец, выполненный на основе предлагаемого технического решения, уже изготовлен и прошел пробные испытания, что подтверждает возможность реализации как предлагаемого способа, так и устройства с получением указанного выше технического результата.

1. Способ анализа состава газовых смесей, заключающийся в том, что анализируемые газовые смеси пропускают через газоанализатор с установленными в нем сенсорами, пропускают анализируемые газовые смеси через сенсоры, измеряют при помощи сенсоров электрические сигналы, с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях известного состава, определяют значения концентраций индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором, отличающийся тем, что проводят дополнительное измерение электрических сигналов от сенсоров, при осуществлении которых устанавливают на входы сенсоров химические фильтры, отделяющие от газовой смеси, поступающей в каждый сенсор, индивидуальный компонент газовой смеси, определяемый этим сенсором, пропускают через сенсоры газовые смеси с отсутствующими в них этими индивидуальными компонентами, измеряют при помощи сенсоров электрические сигналы, соответствующие газовым смесям в отсутствие этих индивидуальных компонентов, затем определяют разность между электрическими сигналами, полученными от сенсоров в присутствии индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором, и при их отсутствии, и с использованием градуировочных функций, полученных на газовых смесях известного состава, определяют по величинам этих разностей электрических сигналов истинные значения концентраций индивидуальных компонентов газовой смеси, определяемых каждым сенсором.

2. Способ анализа состава газовых смесей по п.1, отличающийся тем, что осуществляют измерение электрических сигналов при помощи, по меньшей мере, двух электрических химических сенсоров на основе SnO₂ и, по меньшей мере, одного фотоионизационного сенсора.

3. Газоанализатор для реализации способа анализа состава газовых смесей, включающий установленные в нем сенсоры, электронный блок обработки измеренных электрических сигналов и определения информативных параметров газовой смеси, отличающийся тем, что каждый сенсор снабжен химическим фильтром, отделяющим от газовой смеси, поступающей в каждый сенсор, индивидуальный компонент газовой смеси, определяемый этим сенсором, выполненным с возможностью установки его на вход сенсора и удаления от входа сенсора.

4. Газоанализатор для осуществления способа анализа состава газовых смесей по п.3, отличающийся тем, что включает в себя, по меньшей мере, два электрических химических сенсора на основе SnO₂ и, по меньшей мере, один фотоионизационный сенсор.