Диффузионный газоанализатор

 

Союз Советски к

Социалистическик

Реслублик

ОП ИСАН ИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«»851194 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 07.07.78 (21) 2638634/18-25 (51),Ц Кл з с присоединением заявки №вЂ”

Ci 0 I М 13/00

Государственный комитет (23) Приоритет— по делам иэвбретеиий и открытий

Опубликовано 30.07.81. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 05.08.81 (53) УДК 543.271..08 (088.8) (72) Автор изобретен ия

Л. В. Илясов (71) Заявитель (54) ДИФФУЗИОННЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к диффузионным анализаторам состава, и может быть использовано для автоматического контроля состава трех и более компонентных газовых смесей в промышленных и лабораторных условиях.

Известен анализатор состава газовых смесей, основанный на явлении диффузии, который содержит две камеры: камеру анализируемого газа и камеру чистого газа, разделенные диффузионным барьером, представляющим собой либо тонкую пленку из материала, проницаемого для какого-либо одного газа, либо пористую пластину. Для получения информации о концентрации определяемого компонента к камере чистого газа подключают манометр или вакуумметр (1).

Недостаток известного газоанализатора состоит в невозможности определения состава газовых смесей с числом компонентов боЛее: двух, что ограничивает область его применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является диффузионный газоанализатор, содержащий камеру анализируемого газа и камеру чистого газа, в которой установлены терморезисторы (2).

Недостатки данного газоанализатора заключаются в дискретном характере действия, связанном с необходимостью периодического разобщения камер с помощью заслонки и промывки их анализируемым и чистым газом, а также трудоемкости настройки газоанализатора, связанной с установкой терморезисторов в соответствующих сечениях камеры чистого газа.

1О Цель изобретения — повышение быстродействия газоанализатора.

Указанная цель достигается тем, что камеры диффузионного газоанализатора выполнены в виде параллельных проточных каналов с общей стенкой между ними, в код торой выполнено окно, вдоль которого на одинаковом расстоянии от него расположены терм орезисторы.

На чертеже представлена принципиальная,схема автоматического газоанализатора.

20 Автоматический газоанализатор содержит два канала 1 и 2 прямоугольного сечения, разделенные друг от друга общей стенкой 3. В каналах установлены успокоители 4

851194 из пористого стекла, служащие для предотвра.нсння вихревых движений газов. Каналы сообщаются между собой через окно 5, вншолненное в стенке 3. В канале 1 расположены измерительные 6 и 7 и сравнительные

8 н 9 терморезисторы.

В качестве примера рассматривается анализатор состава трехкомпонентных газовых смесей. Измерительные терморезисторы расположены вдоль окна 5 на одинаковых расстояниях от него. Сравнительные терморезисторы установлены в начале канала 1, где всегда протекает чистый газ-носитель.

Число пар измерительных и сравнительных терморезисторов всегда на единицу меньше числа компонентов анализируемой газовой смеси.

Указанные терморезисторы попарно включены в электрические неравновесные мосты

10 и 11. Измерительные диагонали неравновесных мостов соединены с вычислительным устройством 12, в качестве которого могут быть использованы аналоговые вычислительные устройства от стандартных многопараметрических газоанализаторов.

Выход вычислительного устройства подключен к самопишущему многоточечному потенциометру 13. Анализируемый газ поступает через регулятор 14 расхода в тройник 15, где смешивается с газом-носителем, поступающим через дроссель 16, причем анализируемый газ разбавляется в тройнике 15 в 0 — 20 раз газом-носителем, что необходимо для исключения влияния на результат измерения изменений состава анализируемой смеси. В канал 1 газ-носитель поступает через регулятор 17 расхода с измеряемой настройкой, с помощью которого задается требуемое значение расхода газаносителя. Это позволяет подбирать значение расхода газа-носителя при изменении компонентного состава анализируемой газовой смеси при настройке прибора.

В качестве газа-носителя могут служить воздух, азот, водород, углекислый газ и др.

Камера газоанализатора, дроссель и регуляторы расхода расположены в термостате 18, температура в котором поддерживается постоянной и равной 40 С системой регулированияя.

Автоматический газоанализатор работает следующим образом.

К дросселю 16 и регулятору 17 расхода непрерывно подводится газ-носитель, а в тройник 15 непрерывно поступает анализируемый газ. Потоки чистого газа-носителя и смеси газа-носителя с анализируемым газом поступают соответственно в каналы 1 и 2, причем по каналу 2 газовая смесь прокачивается с постоянным объемным расходом, равным, например, расходу газа-носителя в канале !. В период времени, когда потоки движутся около окна 5, происходит диффузия компонентов анализируемой смеси из канала 2 в канал 1, а в обратном направлении через окно диффундирует газ5

)o !

25 зо

4О

4S

55 носитель. 11ри этом в канале l в направлении х, начиная от плоскости окна, в каждом сечении создаются объемные концентрации каждого из компонентов, которые зависят от величины коэффициентов диффузии, времени соприкосновения потоков и расстояния от окна. При постоянной скорости движения газовых потоков, одинаковых расстояниях терморезисторов 6 и 7 от плоскости окна 5 и расстояниях и от начала окна время диффузии компонентов к каждому из терморезисторов различно. Поэтому различны и количества компонентов, диффундирующих к терморезисторам.

Количество каждого компнента, диффундирующего к каждому из измерительных терморезисторов, определяется начальной концентрацией компонента в канале 2, соответствующим времени диффузии и коэффициентом диффузии. Время диффузии компонентов к i-му терморезистору определяется скоростью газового потока W и расстоянием ! .Ïðè малых объемных концентрациях (в несколько процентов) компонентов в смеси газов, поступающих в канал 2, каждый компонент диффундирует из окна канала 1 независимо от других, т. е. его коэффициент диффузии является величиной постоянной.

Для получения такого диффузионного процесса в газоанализэторе и предусмотрено разбавление в тройнике 15 анализируемой газовой смеси всегда постоянным объемом газа-носителя (достаточным является даже

5-кратное разбавление). Постоянство расходов газа-носителя и анализируемого газа, подводимых к тройнику, обеспечивает однозначную связь между объемными концентрациями компонентов в исходной анализируемой смеси и в смеси газов, поступающей в канал 2. В указанных условиях объемная концентрация каждого компонента в точках размещения терморезисторов однозначно определяется объемной концентрацией его в исходной анализируемой смеси. Причем для каждой из этих точек объемные концентрации всех компонентов различны и для одинаковых компонентов некратны. Таким образом, при диффузии компонентов из канала 2 в канал 1 происходит их частичное разделение за счет различия в коэффициентах диффузии.-Это позволяет, осуществляя измерение разности теплопроводности газовых смесей, окружающих измерительные терморезисторы, и теплопроводности газаносителя, все время окружающего сравнительные терморезисторы, получить, например, для случая анализа трехкомпонентной газовой смеси систему из трех независимых уравнений.

Решение указанной системы уравнений осуществляется с помощью вычислительного устройства 12, а результаты измерения регистрируются потенциометром 13.

Аналогично анализатору 3-компонентной газовой смеси работают анализаторы 4- и более компонентных смесей.

851194

Фириула азооретения

Г

Составитель Л. Дикая

Редактор И.Михеева Техред А. Бойкас Корректор Г. Решетник

Заказ 6340/59 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Предлагаемый автоматический газоанализатор прост по конструкции, включает в свой состав одинаковые по принципу действия первичные измерительные преобразователи. Используемое в его работе явление диффузии газов позволяет в значительных пределах за счет пространственно-временного разделения компонентов изменять коэффициенты в систему уравнения, чем добиваться большой точности измерения состава по сравнению с известными газоанализаторами, реализующими многопараметрический метод анализа состава. Это обеспечивает возможность широкого применения предлагаемого газоанализатора для автоматического измерения состава газов на технологических потоках. Так, при работе газоанализатора на трехкомпонентных газовых смесях, составленных, например, из углекислого газа пропилена, бутилена, азота, с изменением состава компонентов в диапазоне 30 — 80 об.уо относительная погрешность определения концентРаций составлЯет +-3- -4о/о, вРемЯ анализа не превышает 3 мин.

Диффузионный газоанализатор, содержащий камеру анализируемого газа и камеру чистого газа, в которой установлены терморезисторы, отличающий1сч тем, что, с целью повышения быстродействия, камеры газоанализатора выполнены в виде параллельных проточных каналов с общей стенкой между ними, в которой выполнено окно, вдоль которого на одинаковом расстоянии от него расположены терморезисторы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Ваня Я. Анализаторы газов и жидкостей. М., 1970, с. 84 — 86.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2328960/25, кл. G 01 N 13/00, 1976 (прототип).