Способ калибровки газоанализаторов

Авторы патента:

Шумихин Александр Георгиевич (RU)

Орехов Михаил Сергеевич (RU)

G01N30/04 - подготовка или ввод образца, подлежащего анализу

G01C15/02 - средства для маркировки пунктов измерения

Владельцы патента RU 2775793:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к газоаналитическим измерениям и может быть использовано для калибровки газоанализаторов. Способ калибровки газоанализаторов в динамическом режиме включает подачу поверочной газовой смеси (ПГС) на газоанализатор поочередно с пробами в автоматическом режиме, формирование опорной газовой смеси (ОГС), контроль и поддержание заданных значений давления и расхода осуществляют на входе газоанализаторов. Опорную газовую смесь (ОГС) формируют с использованием двух ПГС, причем эти ПГС подают последовательно. Аппарат-смеситель с интенсивным перемешиванием первоначально заполняется газом-носителем с известной концентрацией в нем анализируемого компонента (ПГС-1), далее аппарат-смеситель продувается газом-носителем с известным постоянным расходом или импульсным вводом в продуваемый аппарат известного количества анализируемого компонента (ПГС-2), при этом ОГС пропускают через расходомер на вход газоанализатора, далее определяют изменение концентрации веществ в ОГС во времени, затем по полученному отклику газоанализатора получают градуировочную характеристику газоанализатора. Достигается экономия поверочных газовых смесей (ПГС) и снижение их номенклатуры, сокращение времени и трудоемкости процесса калибровки газоанализатора. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к газоаналитическим измерениям и может быть использовано для калибровки газоанализаторов.

Известен способ калибровки детекторов газоанализаторов, включающий подготовку калибровочного раствора, использование калибровочной смеси, в том числе растворов различной концентрации, разбавление дозы образцового раствора растворителем (патент №2359267, кл. G01N30/04, опубликовано 20.06.2009, Бюл. №17).

Недостатком известного способа является его высокая трудоемкость и продолжительность, связанные с необходимостью стабилизации температуры сосуда, жидких сред и изделий, термостатированием в устройстве термостатирования сосуда и жидких сред, участвующих в калибровке.

Известен способ калибровки полупроводниковых сенсоров газа, включающий измерение электрического сигнала на выходе сенсора и определение по его значению величины проводимости сенсора (патент №2523089, кл. G01N27/12 опубликовано 20.07.2014, Бюл. №20).

Недостатком известного способа является применение дорогостоящего специального программного обеспечения, что ограничивает универсальность его применения.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ калибровки газоанализаторов с применением эталонных газовых смесей. Способ автоматической калибровки газоанализаторов включает подачу стандартной поверочной газовой смеси (ПГС) на газоанализатор поочередно с пробами атмосферного воздуха и формирование еще одной поверочной смеси перед процессом измерения - опорной газовой смеси (ОГС), в качестве которой используют атмосферный воздух, и ее подачу на газоанализатор в дальнейшем в процессе измерения поочередно с пробами атмосферного воздуха в качестве поверочной газовой смеси (ПГС). При этом в процессе калибровки и измерения контроль и поддержание заданных значений давления и расхода опорной газовой смеси (ОГС), поверочной газовой смеси (ПГС) и проб атмосферного воздуха осуществляют непосредственно на входе газоанализаторов (патент №2610947, кл. G01C15/02 опубликовано 17.02.2017, Бюл. №5). Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, являющиеся общими заявленным изобретением, – подача стандартной поверочной газовой смеси (ПГС) на газоанализатор поочередно с пробами в автоматическом режиме с использованием клапанов; формирование еще одной поверочной смеси (опорной газовой смеси ОГС) перед процессом измерения с использованием поверочной газовой смеси (ПГС); в процессе калибровки и измерения контроль и поддержание заданных значений давления и расхода опорной газовой смеси (ОГС), поверочной газовой смеси (ПГС) и проб осуществляют на входе газоанализаторов.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является необходимость применения большой номенклатуры ПГС, что приводит к большой длительности процесса калибровки, сложности алгоритма приготовления ОГС и необходимости ее хранения. Поэтому данный способ калибровки невозможно применять для других газоанализаторов, реализующих иные методы измерения.

Задачей изобретения является экономия поверочных газовых смесей (ПГС) и снижение их номенклатуры, сокращение времени и трудоемкости процесса калибровки газоанализатора, универсализация способа калибровки газоанализатора.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе, включающем подачу стандартной поверочной газовой смеси (ПГС) на газоанализатор поочередно с пробами в автоматическом режиме с использованием клапанов; формирование еще одной поверочной смеси - опорной газовой смеси ОГС перед процессом измерения с использованием поверочной газовой смеси (ПГС); в процессе калибровки и измерения контроль и поддержание заданных значений давления и расхода опорной газовой смеси (ОГС), поверочной газовой смеси (ПГС) и проб осуществляют на входе газоанализаторов, согласно изобретению калибровку газоанализатора осуществляют в динамическом режиме; закон изменения концентрации формируется естественным образом в аппарате-смесителе с интенсивным перемешиванием; опорную газовую смесь (ОГС) формируют с использованием двух ПГС; при этом эти ПГС подают последовательно; при этом аппарат-смеситель с интенсивным перемешиванием первоначально заполняется газом-носителем с известной концентрацией в нем анализируемого компонента (ПГС-1); далее аппарат-смеситель продувается газом-носителем с известным постоянным расходом или импульсным вводом в продуваемый аппарат известного количества анализируемого компонента (ПГС-2); при этом ОГС пропускают через расходомер на вход газоанализатора; далее определяют изменение концентрации веществ в ОГС во времени; затем по полученному отклику газоанализатора получают градуировочную характеристику газоанализатора.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, – калибровку газоанализатора осуществляют в динамическом режиме; закон изменения концентрации формируется естественным образом в аппарате-смесителе с интенсивным перемешиванием; опорную газовую смесь (ОГС) формируют с использованием двух ПГС; ПГС подают последовательно; при этом аппарат-смеситель с интенсивным перемешиванием первоначально заполняется газом-носителем с известной концентрацией в нем анализируемого компонента (ПГС-1); далее аппарат-смеситель продувается газом-носителем с известным постоянным расходом или импульсным вводом в продуваемый аппарат известного количества анализируемого компонента (ПГС-2); при этом ОГС пропускают через расходомер на вход газоанализатора; далее определяют изменение концентрации веществ в ОГС во времени; затем по полученному отклику газоанализатора получают градуировочную характеристику газоанализатора.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют обеспечить экономию поверочных газовых смесей (ПГС) и снижение их номенклатуры, сокращение времени и трудоемкости процесса калибровки газоанализатора, универсализацию способа калибровки газоанализатора.

Последовательная подача ПГС-1 и ПГС-2 в аппарат-смеситель с целью формирования естественным образом опорной газовой смеси, концентрация которой изменяется непрерывно, позволяет снизить номенклатуру применяемых поверочных газовых смесей. Согласно изобретению за один эксперимент можно провести калибровку газоанализатора для всего диапазона измерения, что обеспечивает зкономию поверочных газовых смесей.

Первоначально в аппарат-смеситель подается газ-носитель с известной концентрацией в нем анализируемого компонента (ПГС-1), таким образом, газовая система заполняется газовой смесью с известной концентрацией, соответствующей, например, верхнему пределу измерения. Далее аппарат-смеситель продувается газом-носителем с известным постоянным расходом, контролируемым по расходомеру, или импульсным вводом в продуваемый аппарат известного количества анализируемого компонента (ПГС-2) с концентрацией, соответствующей, например, верхнему пределу измерения. В результате этого получается опорная газовая смесь (ОГС), подаваемая на вход газоанализатора, расход которой контролируется расходомером. Концентрация искомого компонента в ОГС изменяется во времени так, что в любой момент времени ее можно определить по известным уравнениям. Таким образом, нет необходимости подключать и отключать баллоны с различными ПГС, с промежуточными опрессовками всей газовой системы, что обеспечивает сокращение трудоемкости процесса калибровки газоанализатора.

Согласно изобретению нет необходимости воспроизводить множество точек из диапазона измерения газоанализатора. На вход газоанализатора нужно подавать только ОГС, концентрация которой изменяется непрерывно от начальной концентрации, соответствующей ПГС-2, до конечной, соответствующей ПГС-1, что обеспечивает сокращение времени проведения эксперимента по определению градуировочной характеристики газоанализатора.

Так как изменение концентрации формируется естественным образом в аппарате-смесителе с интенсивным перемешиванием, то закон изменения известен и подчиняется вполне определенным законам, по которым можно определить изменение концентрации вещества в ОГС во времени. Затем по полученному отклику газоанализатора получить градуировочную характеристику газоанализатора, что обеспечивает универсализацию способа калибровки различных типов газоанализаторов.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 представлена функциональная схема системы калибровки газоанализаторов в динамическом режиме.

На фиг.2 – График изменения концентрации ОГС на входе газоанализатора во времени.

На фиг.3 – График изменения выходного сигнала газоанализатора во времени.

На фиг.4 – Статическая характеристика газоанализатора.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Проточный аппарат-смеситель 1 с интенсивным перемешиванием заполняют газом-носителем с известной концентрацией в нем анализируемого компонента (ПГС-1). Для этого открывают клапан 2 и подают в аппарат-смеситель ПГС-1 из баллона 3. Закрывают клапан 2. После этого открывают клапан 4 и из баллона 5 с постоянным расходом, контролируемым при помощи расходомера 6, в аппарат-смеситель 1 подают ПГС-2.

Таким образом концентрация анализируемого компонента на входе газоанализатора 9, подаваемого через клапан 7 и расходомер 8, начинает изменяться естественным образом. Это изменение концентрации позволяет получить ОГС, концентрация анализируемого компонента в которой известна в каждый момент времени. При этом получают зависимость изменения концентрации анализируемого компонента в ОГС на входе газоанализатора в динамическом режиме.

Такое изменение концентрации анализируемого компонента позволяет получить изменение сигнала на выходе газоанализатора также в динамическом режиме.

После этого сопоставляют полученные значения сигналов на входе и выходе газоанализатора и получают его статическую характеристику.

Возможность осуществления способа подтверждается следующим примером.

Использован лабораторный проточный аппарат-смеситель с интенсивным перемешиванием для получения бинарной смеси, математическое описание которого при условии квазистационарности процесса смешения (время выравнивания концентрации по объему много меньше времени среднего пребывания элементов потока в аппарате) соответствует модели идеального смешения.

Результаты вычислительного эксперимента по варьированию среднего времени пребывания элементов потока в смесителе подтверждаются натурным экспериментом при среднем времени пребывания в смесителе равном 20 минутам. В эксперименте рассмотренный способ калибровки газоанализатора в динамическом режиме реализован для трехканального газоанализатора ГАММА-100 по каналу измерения концентрации кислорода.

Результаты градуировки измерительного канала газоанализатора с применением лабораторного аппарата-смесителя иллюстрируют фиг. 2 и 3, где представлены график изменения концентрации кислорода на входе измерительного канала (на выходе смесителя) и соответствующая ему кривая изменения во времени выходного сигнала газоанализатора.

Исключив время, как параметр, в этих зависимостях, получена зависимость изменения сигнала на выходе газоанализатора от концентрации на его входе, т.е. статическая характеристика, представленная на фиг. 4.

Полученная зависимость практически линейна в большей части диапазона изменения концентрации. Отклонение от линейной зависимости не превышает значение основной погрешности измерительного канала. Экспериментальная характеристика может быть аппроксимирована зависимостью со сколь угодно высокой точностью.

Предлагаемый способ применим как непосредственно для калибровки газоанализаторов в лабораторных условиях, так и для проведения различных испытаний газоанализаторов в составе систем АСУ ТП и ПАЗ, в том числе и метрологической экспресс-поверки в «полевых» условиях.

Способ калибровки газоанализаторов в динамическом режиме, включающий подачу стандартной поверочной газовой смеси (ПГС) на газоанализатор поочередно с пробами в автоматическом режиме с использованием клапанов, формирование еще одной поверочной смеси - опорной газовой смеси (ОГС), перед процессом измерения с использованием поверочной газовой смеси (ПГС), в процессе калибровки и измерения контроль и поддержание заданных значений давления и расхода опорной газовой смеси (ОГС), поверочной газовой смеси (ПГС) и проб осуществляют на входе газоанализаторов, отличающийся тем, что калибровку газоанализатора осуществляют в динамическом режиме, закон изменения концентрации формируется естественным образом в аппарате-смесителе с интенсивным перемешиванием, опорную газовую смесь (ОГС) формируют с использованием двух ПГС, причем эти ПГС подают последовательно, при этом аппарат-смеситель с интенсивным перемешиванием первоначально заполняется газом-носителем с известной концентрацией в нем анализируемого компонента (ПГС-1), далее аппарат-смеситель продувается газом-носителем с известным постоянным расходом или импульсным вводом в продуваемый аппарат известного количества анализируемого компонента (ПГС-2), при этом ОГС пропускают через расходомер на вход газоанализатора, далее определяют изменение концентрации веществ в ОГС во времени, затем по полученному отклику газоанализатора получают градуировочную характеристику газоанализатора.

Изобретение относится к лабораторной диагностике и может быть использовано для получения сухих образцов крови человека и последующего проведения лабораторного анализа для скринингового полуколичественного определения 11 аминокислот и/или токсичных микроэлементов, таких как свинец, кадмий, мышьяк, таллий, ртуть.

Способ подготовки пробы для газохроматографического определения хлорорганических соединений в биоматериале // 2741368

Изобретение относится к биологии, экологии, медицине. Способ подготовки пробы для газохроматографического определения хлорорганических соединений в биоматериале включает отбор биоматериала, в качестве которого используют биологические жидкости или придатки кожи, из которых получают измельченные гомогенизированные образцы, увлажненные бидистиллированной водой до влажности не менее 80% и двукратно криоденатурированные, отбирают пробу образца в количестве, достаточном для получения не более 0,5 г сухого липофильного экстракта, при этом в навеску пробы образца, которую принимают за 5 частей по массе, вносят 3 см3 1%-ного раствора бикарбоната натрия, и после интенсивного встряхивания добавляют экстрагент, в качестве которого используют смесь трихлорметан : метиловый спирт : гексан, причем на 5 частей навески пробы образца в г берут 6 частей трихлорметана в см3, 3 части метилового спирта в см3 и 5 частей n-гексана в см3, интенсивно встряхивают 5 минут и проводят экстракцию в течение 25 мин, липофильный экстракт хлорорганического соединения отстаивают до разделения фаз, после чего водно-спиртовой слой удаляют, а экстракт фильтруют через безводный сульфат натрия, выпаривают и затем очищают концентрированной серной кислотой.

Способ подготовки пробы для газохроматографического определения хлорорганических соединений в биоматериале // 2741367

Изобретение относится к биологии, экологии, медицине. Способ подготовки пробы для газохроматографического определения хлорорганических соединений в биоматериале заключается в том, что отбирают пробы из внутренних органов и тканей многоклеточного животного, гомогенизируют и полученный гомогенизированный образец помещают в ацетон и после интенсивного встряхивания добавляют n-гексан при соотношении: навеска образца в г:ацетон в см3:n-гексан в см3, равном 2:4:3, закрывают посуду парафиновой пленкой и оставляют экстрагироваться на лабораторном шейкере со скоростью не более 1 Гц на 25 минут, после чего жидкую фазу декантируют в делительную воронку, содержимое которой двукратно промывают порциями n-гексана по 2-3 см3, после чего в нее вносят 50 см3 1%-ного раствора KCl или NaCl, встряхивают и отстаивают до разделения фаз, после чего водно-ацетоновый слой удаляют, затем осуществляют полное выпаривание n-гексана, для очистки полученного липофильного экстракта от соэкстративных веществ в содержащую его посуду вносят 20-25 см3 n-гексана, тщательно перемешивают и вносят 10 см3 H2SO4 конц., повторно перемешивают содержимое и оставляют на 24 часа, затем отделяют кислоту, а n-гексановый слой переносят в делительную воронку, далее промывают липофильный экстракт в n-гексане порцией 20 см3 1%-ного бикарбоната натрия, а затем порциями бидистиллированной воды объемом 20-30 см3 до нейтральной реакции универсального бумажного индикатора, полученный раствор фильтруют через безводный сульфат натрия и осуществляют полное выпаривание n-гексана.

Способ подготовки пробы для газохроматографического определения хлорорганических соединений в биоматериале // 2727589

Изобретение относится к области пробподготовки. Способ подготовки пробы для газохроматографического определения хлорорганических пестицидов и полихлорированных бифенилов в биоматериале включает отбор пробы, ее измельчение, последующую экстракцию хлорорганических соединений n-гексаном, очистку от соэкстрактивных веществ концентрированной серной кислотой и получение концентрата n-гексанового экстракта хлорорганических пестицидов и полихлорированных бифенилов.

Способ количественного определения хлорида 2-[(z)-1-(3,5-дифенил-1,3,4-тиадиазол-2(3н)-илиден)метил]-3,5-дифенил-1,3,4-тиадиазол-3-ия в биологических объектах // 2702330

Изобретение относится к аналитической и фармацевтической отрасли, а именно к определению остаточных количеств хлорида 2-[(Z)-1-(3,5-дифенил-1,3,4-тиадиазол-2(3Н)-илиден)метил]-3,5-дифенил-1,3,4-тиадиазол-3-ия (ТДЗ) в биологических жидкостях при установлении фармакокинетических параметров и определении терапевтической дозы препарата.

Устройство подготовки пробы для анализа примесей малолетучих полярных веществ в жидких средах // 2697575

Изобретение относится к газовой хроматографии и может быть использовано для концентрирования примесей методом твердофазной экстракции с последующей термодесорбцией в хроматографическую колонку для анализа примесей в нефтяной, газовой, нефтехимической отраслях промышленности, медицине, экологии и др. Заявлено устройство подготовки пробы для анализа примесей малолетучих полярных веществ в жидких средах.

Устройство ввода пробы в анализатор состава // 2697572

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для ввода пробы в анализаторы состава объектов окружающей среды, пищевых продуктов, парфюмерных изделий и строительных материалов. Устройство ввода пробы в анализатор состава содержит сорбционную трубку с нагревателем, фокусирующую ловушку с системой охлаждения и нагрева, кран-переключатель, газовые регуляторы и клапаны для задания направления потоков газов, отличающееся тем, что на выходе ловушки установлен тройник для деления потока пробы в анализатор и на сброс.

Способ количественного определения изопропанола, пропанола и трет-бутанола в пластовой воде // 2692105

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности для количественного определения пропанола, изопропанола и трет-бутанола в пластовых водах. Способ количественного определения изопропанола, пропанола и трет-бутанола в пластовой воде включает очистку от механических примесей исследуемой пробы от нефти фильтрованием через бумажный фильтр «белая лента» и осветление пробы фильтрацией через мембранный фильтр, затем очищенную пробу пластовой воды пропускают через гидрофобизированный силикагель с привитыми октадецильными группами, в элюат добавляют высаливатель и проводят анализ паровой фазы методом газовой хроматографии по предварительно построенной градуировочной зависимости.

Способ определения водорастворимых летучих компонентов и устройство для его осуществления // 2685431

Изобретение относится к газохроматографическим методам анализа водорастворимых летучих компонентов и может быть использовано для качественного и количественного анализа сложных смесей веществ природного и техногенного происхождения в различных отраслях промышленности. Способ определения водорастворимых летучих компонентов включает экстракцию летучих компонентов из исходного раствора потоком инертного газа путем барботажного контакта газового потока с раствором летучих компонентов, а поток инертного газа, насыщенный летучими компонентами, барботируют через небольшой объем дистиллированной воды, который дозируют в газовый хроматограф для анализа, раствор летучих компонентов в дистиллированной воде выдерживается при меньшей температуре, чем температура исходного раствора, и перед анализом в него вводят фиксированное количество внутреннего стандарта.

Способ изготовления смесей для калибровки газоаналитического оборудования с использованием твердотельного электролизера // 2661074

Изобретение относится к исследованию и анализу газов. Способ изготовления смесей для калибровки газоаналитического оборудования, включает: электролиз поступающих в электролизер газовых компонентов с контролируемым выходом продуктов, их смешивание с известным потоком инертного газа и получение смеси с известной концентрацией анализируемого компонента.

Способ определения кривизны гнутых отводов подземных трубопроводов // 2671293

Изобретение относится к области определения фактических геометрических характеристик гнутых отводов подземных стальных трубопроводов и может быть использовано в нефтегазодобывающей, нефтегазотранспортной промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и других отраслях, связанных с эксплуатацией подземных трубопроводов.