Диффузионный статический газоанализатор
1св ь«аа в па< ен Гне тъ ни+есмал е, ет
Союз Советских
Социалистических
Реслублик
ОП-И вЂ” С Е
< >661301
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.03.76 (21) 2328960/18-25 (51) М. Кл 2.
С(01 N 13/ООФ
В 01 D 53/22 с присоединением заявки №вЂ”
Государствек((ь!й кюитет
СССР по делам изобретений и аткрытнй (23) Приоритет—
Опубликовано 05.05.79. Б!01летень № 17
j,»Tà опубликования описания 07.05.79. (53) УДК 843.271..08 (088.8) (72) Автор изобретения
Л. В. И !sic(>B (71) Заявитель (54) ДИФФУЗИОННЫИ СТАТИ(1ЕСКИИ ГАЗОА1-1АЛИЗАТОР
С 1((II
Изобретение относите(1 к <>о,(л Tlf III»ëiiтичсского конт)толя тс хнолоп! и ских пр<н(сссов и предназнлч(но для автоматического
liзх!(j)cпия сОст»В» трех и оолс(ком пои<: нтHhfx газовых смесей. Оно может также найти применение В лабораторных заводских анализах.
ИЗБ(СТ(II <»30» н», 11(3I II
Н Л Я В 1 (I f I f I f:(I I <)> ()) X 3 И И, 1, Я j)» 3, ((, 1(I I I I » КО ((1(l0ll(IlTOB, К»К II P»1311. 10,, t(. Гf(II X Г<130B --- ВОЛОРОДЛ 11,111 Хи(ТЛ НТО РОХ! It<. П01ЬЗУ(ТСЯ
lII())())i3Ii<)IIIII IIf () lpl ср 11. !срс!Нlс к0,1и !сот-1р
Ва продифуlflffpof„iííf>lx (срез диффузионный б»рьср лсп(их ком!н>н IIT<)B о(ун(сствлясТс» II0;l»В.1 IIIII0 с tlo)IOIIII>!О м
НсдОс! ЯткОi! этоГО»н(!Лиз lто()»»(31»còñ»
ll(об)хо1ичо TI> !н>доор» III()>())73if<>f lifo(блрь(р;»f огp;»Iffчсппо(Ifpfixfcffc»ffc, <и>ус1овлсн- 15 (к>(во:31!О)кно(г! !о анализ» только концснтр » н и л с г к и х г л:30 В l I <) I f I (lf p f f I I x с ч с сей.
Ij;II!00,ис близкич текин !сск!1х! решением к I!3<>()pEò(lliffO (н(. (я<тся Г»30»н».1изатор, <)сн<»3»нный tt;! (Воб»дной диффузии и не трсбчlOtllllll нрп (((ll(IIII» < 11(I!if»,1ьнОГО диффуill<>IllI0l б(!р(,(р(!.. -) OT газо»!(ализатор вклю(лст B с(<>» доз(кOp ..1озирусмым обьемом, (3 Ы П О, Н (Н (I f >I (I В В Н:(С T P (<) f(f f, К» )1(Р У Д 1 Я, (If())()», 3II0If IIOR) p»3дС 1(ни >1 к<) )НIОНСНТОВ ан »в, I II3HP > С>кlой (.>(СCII ll (. ИСТ(. МЧ;!(>Т(
11сдолГ;!тfOif этого г»золнл !ifç»тор» являсг » то, что он снособсн определять !(лfill Ill(l3 ьч)здухе только 1cãêff>: газов, таких к»к Водород, метан, гелий и другllx и нс
СПОСОО(>и OC× I I((.(ТВЛ»ТЬ» Н»,1 ИЗ CO(Ò» » .(f(IOЬх>КОМППН IITIII>IX ГЛЗОВЫХ (МСС II.
1(,(лl>lo Il»(то>!11(cГО 1130(lacòñïèÿ яВ. !»стся
1)<13Pil <)Oткл;113TO)1» и I((I(0(О !»3(><3 ll», illçДI(ОГО OT ЧК<13Л ННЫХ Н(.10СТЛТКОВ, f1 Р I! <. X !! (I I X И 3 и С СТ If!>l ) Г Л 3 0 Л I (Л, 1!! 3
661301 го г5 зо
55 чистого газа на различных расстояниях от заслонки.
Принципиальная схема диффузионного статического газоанализатора приведена на чертеже.
Диффузионная камера статического газоанализатора состоит из двух металлических емкостей 1 и 2 (диаметром 15 мм и длиной 100 мм), размещенных друг над другом, из которых емкость 1 всегда заполняется анализируемым газом, а емкость 2— каким-либо чистым газом (дополнительный газ), в качестве которого можно использовать воздух, водород, азот, углекислый газ и др. Причем, если плотность анализируемой смеси больше плотности принятого дополнительного газа, емкость 2 размещается над емкостью 1, в противоположном случае емкость 1 размешается над емкостью 2. Это предотвращает гравитационное смешивание газов.
Емкости 1 и 2 разделены подвижной тонкой заслонкой 3, в которой имеется окно 4, имеющее в сечении форму окружности с диаметром, равным внутреннему диаметру емкости. Заслонка перемещается с помощью мембранного привода 5, управляемого сжатым воздухом, поступающим от командного прибора 6. Привод устанавливает заслонку в одно из двух положений — когда образующая окна 4 совмещается с образующими емкостей 1 и 2 и последние сообщаются друг с другом, и когда заслонка полностью разобщает емкости 1 и 2 (это положение изображено на чертеже).
Управляемые клапаны 7 и 8 служат для сообщения емкостей 1 и 2 с атмосферой, а через клапан 9 поступает анализируемый или дополнительный газы (в зависимости от режима работы газоанализатора). Клапаны 10 и 1 служат для управления потоками дополнительного и анализируемого газов, а регуляторы 12 — для поддержания постоянного объемного расхода анализируемого и дополнительного газов.
Все указанные элементы газоанализатора размещены в термостате 13, температура которых поддерживается равной 40 С. Для нагрева газов до температуры термостатирования служит змеевик 14, также расположенный в термостате.
Для измерения теплопроводности газовых смесей, образовавшихся в результате взаимных диффузий анализируемого и дополнительного газов, в емкости 2 на разных расстояниях от заслонки 3, вдоль направления «х» диффузии расположены измерительные терморезисторы 15 и 16, число которых на единицу меньше числа компонентов анализируемой газовой смеси.
Сравнительные терморезисторы 17 и 18 расположены в емкости 19, заполненной дополнительным газом, которая размещена в термостате.
Терморезисторы 15 и 16, 17 и 18 попарно включены в схемы неравновесных мостов 20 и 21, разбалансы которых запоминаются устройствами памяти 22 по сигналу командного прибора 6. Вычислительное устройство 23 реализует операции умножения сигнала каж- дого из мостов на постоянный коэффициент и алгебраическое сложение результатов. Регистратор 24 записывает сигналы вычислительного устройства.
10 Управление работой привода 5, клапанов 7 — 11, устройств памяти 22 и вычислительного устройства 23 осуществляет командный прибор 6 (соединения командного прибора 6 с перечисленными устройствами на чертеже не показаны).
Диффузионный статический газоанализатор имеет два режима работы — анализ и подготовка анализа (коротко — подготовка) .
Режим прдготовка следует после осуществления режима анализ в предыдущем цикле работы газоанализатора. После завершения очередного цикла работы прибора заслонка 3 остается в положении, при котором емкости 1 и 2 сообщаются через окно. Режим подготовка последующего цикла работы прибора начинается с того, что по сигналу командного прибора открываются клапаны 7, 8, 9, 10 и 11 емкости I и 2 в течение определенного отрезка времени промываются дополнительным газом. После этого по сигналу командного прибора привод передвигает заслонку вправо и разобщает емкости 1 и 2.
Одновременно закрывается клапан 8 и емкость 2 оказывается заполненной дополнительным газом. После этого по сигналу командного прибора открывается клапан 1! и в емкость 1 начинает поступать уже газовая смесь, состоящая из дополнительного и анализируемого газа. Причем расход анализируемого газа должен быть в 10 — 20 раз меньше расхода дополнительного газа, что необходимо для того, чтобы диффузия каждого компонента анализируемой смеси происходила независимо от других.
Наличие регуляторов 12 обеспечивает постоянство концентрации анализируемого газа в потоке газа, поступающего в емкость 1. После промывки емкости указанной газовой смесью по сигналу командного прибора 6 последовательно закрываются клапаны 9, 7, 10 и 11. Емкость I оказывается заполненной газовой смесью, имеющей всегда одинаковую концентрацию анализируемой газовой смеси.
На этом заканчивается режим подготов.ка.
В течение рассматриваемого периода работы в запоминающих устройствах и на выходе вычислительного устройства сохраняется информация, полученная в предыдущем цикле работы газоанализатора..
661301
Режим анализ начинается с момента времени, когда рп сигналу командного прибора привод перемещает заслонку в левое крайнее положение и емкости 1 и 2 сообщаются через окно. При этом компоненты анализируемой газовой смеси начинают диффундировать из емкости 1 в емкость 2, а в обратном направлении происходит диффузия дополнительного газа. В емкости 2 вдоль направления х диффузии, начиная от плоскости заслонки, создаются определенные концент- О рации компонентов анализируемой газовой смеси. Объемная концентрация каждого компонента вдоль направления диффузии при прочих равных условиях однозначно определяются его коэффициентом диффузии в до- 15 полнительный газ.
Как показали исследования, при малых концентрациях (несколько процентов) компонентов в дополнительном газе каждый компонент диффундирует из емкости 1 в емкость 2 независимо от других. Поэтому при 20 изменениях концентраций компонентов в анализируемой газовой смеси относительное распределение концентрации одного и того же компонента, взятое в фиксированный момент времени, начиная с момента сопри25 косновения газов, остается постояннои. Малая концентрация в дополнительном газе является основным условием, определяющим возможность осуществления анализа, и для выполнения этого условия в газоанализаторе предусмотрено предварительное 10 †: 20-крат- зв ное разбавление анализируемого газа дополнительным.
В режиме анализ за определенное время вдоль направления х диффузии происходит разделение компонентов, а именно компоненты, обладающие большим коэффициентом диффузии, за этот период проникают на большее расстояние.
Определенных сечений емкости 2 в направлении диффузии достигают за это время один, два, три и т. д. компонента. 40
Измерительные терморезисторы непрерывно измеряют теплопроводности газовых смесей в выбранных сечениях, а так как сравнительные терморезисторы находятся всегда в атмосфере дополнительного газа, имеющего постоянную теплопроводность, то 45 возникают разбалансы неравновесных мостов. Через заданный период времени с момента начала режима анализ по сигналу командного прибора запоминающие устройства запоминают сигналы измерительных
50 мостов, а вычислительное устройство осуществляет обработку этих сигналов.
Это позволяет получить информацию о концентрации любого или всех компонентов анализируемой газовой смеси.
В следующем цикле работы прибора все описанные выше операции повторяются.
Газоанализатор способен .осуществлять анализ состава 3-х компонентной смеси. Число измерительных терморезисторов, установленных в емкости 2 вдоль направления диффузии равно двум, т. е. на единицу меньше числа компонентов анализируемой смеси.
Если необходимо измерять состав 4-х, 5-ти и более компонентной газовой смеси, то в емкости 2 необходимо расположить соответственно три, четыре и более измерительных терморезисторов.
Описанный диффузионный статический газоанализатор прост по конструкции, включает в свой состав одинаковые по принципу действия первичйые измерительные преобразователи и свободен от недостатков существующих газоанализаторов, раелизующих диффузионный метод анализа. Он может перенастраиваться для анализа различных многокомпонентных газовых смес.й,— для чего достаточно изменить соответствующим образом число и расположение чувствительных элементов и выбрать продолжительность анализа.
Прибор позволяет осуществлять анализ состава газовых смесей экспрессно за 30—
60 секунд.
Указанные преимущества определяют возможность широкого применения предлагаемого газоанализатора для автоматических измерений состава газа на технологических потоках и в заводских лабораториях.
Формула изобретения
Диффузионный статический газоанализатор, содержащий камеру для диффузионного разделения компонентов анализируемой смеси и систему детектирования с чувствительными элементами, отличающийся тем, что, с целью анализа многокомпонентных смесей, камера для диффузионного разделения содержит емкость анализируемого газа и емкость чистого газа, между которыми расположена подвижная заслонка, а чувствительные элементы системы детектирования расположены в емкости чистого газа на разных расстояниях от заслонки.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Ваня Я. Анализаторы газов и жидкостей. М., 1970, с. 83 — 89.
2. Патент США № 3617734, кл. 250-43, 197! .
Корректор М. Пожо
Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открйтий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Редактор А. Абрамов
Заказ 2428 38
Составитель В. Екаев
Техр ед О. Лу го в ая
Тираж 1089
