Способ и прибор для анализа газов

 

СССР

Х 5753I

Класс 42 I, 4„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро иэобретений Госплана при СКК СССР

А. П. Соловов.

Способ и прибор для анализа га

Заявлено 19 апреля 1936 года в НКОМаш за №

Опубликовано 31 июля 1940 года.

1> с вольт

1 1,5

18,8

15,!

15,5

6,9

25,6

1 4,4

12,8

10,4

14,3

Наименование газа

Ксенон Х

Водород Н

Аргон А

Кислород Ог

Азот N

Гелий Н

Метан СНв

Этан СзНв .

Сероводород H>S

Углекислота СО, Предлагаемый способ анализа газов заключается в том, что качественный состав исследуемого газа определяют по значению потенциалов ионизации компонентов газа, а количественное содержание каждого компонента газа определяют по величине скачка ионизационного тока при достижении потенциала ионизации данного компонента газа, Для осуществления предлагаемого способа предлагается применять прибор, выполненный в виде наполняемого исследуемым газом баллона с введенными в него нитью накала, анодом (в цепь которого включен электроизмерительный прибор) и помещенной между нитью и анодом сеткой, присоединенной к положительному полюсу источника тока регулируемого напряжения.

В прилагаемой таблице приведены значения потенциалов ионизации для целого ряда газов. Как видно из этих данных, значение V; может служить средством качественной характеристики газа.

Как известно, значение потенциала ионизации подвержено некоторым колебаниям. Однако, приведенные цифры вполне однозначно характеризуют исследуемый газ. Очевидно, в ряде случаев для анализа смесей предлагаемый способ следует сочетать с применением простейших разделений. Так, например, для анализа на метан (СН,) из смеси следует удалить углекислоту, что легко осуществляется и т. п.

Количественный анализ, согласно предлагаемому способу, осуществляется путем сравнения полных значений ионизационного тока (тока насыщения) при скоростях электронов, соответствующих ионизации каждого из компонентов газовой смеси.

Известно, что вероятность ионизации газа при столкновении с электронами, достигшими скоростей V;, вообще невелика и растет с увеличением скорости до 100 V. При этой скорости вероятность ионизации для всех газов максимальна и достигает значений 10 — 20 — 30%, оставаясь затем почти постоянной и снижаясь при дальнейшем увеличении скорости.

Таким образом, максимальные значения ионизационного тока, вообще говоря, для всех газоз лежат в области скоростей электронов, близких к 100 V, т. е. все они сливаются.

Для избежания этого следует достигнуть полной ионизации данного компонента смеси К„уже при

V= V, затем полной ионизация компонента R при Ь = 1 ; и т.

Потенциалы ионизации для газов в значительном интервале скорос сей вполне однозначны. Хотя для каждого газа возможны условия, при которых наступает отрывание двух, трех и т. д. электронов внешней оболочки, это явление имеет место при скоростях электронов, значительно превосходящих потенциалы ионизации нейтральных молекул и атомов, В результате анализа, при воздействии на газовую смесь электронным потоком, кривая зависимости ионн ° зационного тока через газ от величины ускоряющего поля примет вид, изображенный на фиг. 1. Здесь по оси абсцисс отложены скорости электронов V в вольтах, по оси ординат величины ионизационного тока 1.

Значения потенциалов ионизации 11,", V„ " и т. д. составляют качественную характеристику компонентов смеси. Величины I, I., I пропорциональны количественному содержанию отдельных компонентов в смеси.

Основной деталью прибора для осуществления предлагаемого способа является аналитическая трубка, в которой анализируемый газ t:îäâåðгается воздействию электронного потока. Источником для получения электронного потока могут служить различные средства, например, раскаленный катод, подобно применяемым в радиотехнике. Баллон, в который помещается исследуемый газ, снабжен двумя кранами Р„Р, (фиг. 2) для впуска и откачки газа и манометрической трубкой P для отсчета давления.

Раскаленная нить R является источником потока медленных электронов.

В зависимости от величины положительного потенциала V на сеточном электроде 0, электроны получают скорости, при которых возможна ионизация того или иного газа, Ионизированные молекулы (атомы) газа, потерявшие электрон внешней оболочки (катионы газа), являются переносчиками зарядов на анод К, в цепи которого с возможной точностью замеряется ионизационный ток электроизмерительным прибором I.

Возможен целый ряд вариантов этой же схемы, однако принципиальная сущность их неизменна.

Схема предлагаемого прибора в сущности совпадает с обычной конструкцией усилительной радиолампы. В связи с этим простейшие наблюдения ионизационного тока могут быть осуществлены по общеизвестной схеме испытания вакуума усилительных ламп.

Очевидно, каждая аналитическая трубка нуждается в калибровке; в зависимости от параметров, ей присущих, значения потенциалов ионизации будут эквивалентны тем или иным значениям потенциала V на сет ке.

Конструктивно прибор оформляется в виде автоматически действующего механизма. Подача ускоряющего напряжения V на сеточный электрод осуществляется плавным изменением его от 0 до величины порядка 100 V, посредством врашающегося потенциометра 1 (фиг. 3).

Положение скользящего контакта

2 в каждый момент времени определяет значение потенциала U . Значение ионизационного тока регистрируется на фотобумаге синхронно вращающейся фотокамеры 3 посредством „зайчика" от зеркала гальванометра 4. Полное изменение потенциала U, от 0 до 100 отвечает одному обороту фотобарабана, Лампочка

5 служит для маркировки значений напряжения, подаваемого на сеточный электрод, лампочка б освещает зеркальце гальванометра. Весь прибор приводится в действие от электромотора мощностью 5 — 6 ватт или оr часового механизма, Предмет изобр етения.

1. Способ анализа газов, отличающийся тем, что качественный состав исследуемого газа определяют по значению потенциалов ионизации компонентов газа, а количественное содержание каждого компонента газа определяют по величине скачка ионизационного тока при достижении ионизаци данного компонента газа.

2. Прибор для осуществления способа по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде наполняемого исследуемым газом баллона, в который введены нить накала R, анод К со включенным в его цепь электроизмерительным прибором I и помещенная между нитью и анодом сетка 6, присоединенная к положительному полюсу источника тока регулируемого напряжения.

3. В приборе по п. 2 применение потенциометра 1 в виде приводимого во вращение барабана, с целью изменения напряжения, подаваемого на сетку б от нуля до максимального значения.

4. В приборе по пп. 2 и 3 применение в цепи анода электроизмерительного прибора с автоматической регистрацией силы ионизационногс тока.

И авторскому свидетельству А. П. Соловова

_#_ 57531 стиг.3

Фи .Е

Отв. редактор П. В. Никитин

Тип.,Сов. печ.", М 2834б. Зак. М 7152 — 575

Гасплавиадат

Техред А. й, Хрош