Способ определения состава бинарных поверочных газовых смесей

Способ определения состава бинарных поверочных газовых смесей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к метрологическому обеспечению газоаналитических приборов , а именно к настройке, градуировке и поверке средств измерения состава компонентов в газовых смесях, работающих при давлениях до 10 МПа и более, которые используются для контроля состава дыхательных сред, связанных с жизнеобеспечением человека в замкнутых пространствах. Целью изобретения является определение состава газовой смеси в широком диапазоне давлений и повышение точности определения состава газовой смеси. Суть изобретения заключается в следующем. В способе определения состава бинарных поверочных газовых смесей на основе гелия, заключающемся в приготовлении газовой смеси в баллоне под давлением путем смешения исходных чистых газов, выдержке и определении состава смеси на выходе из баллона в объемных долях при условиях окружающей среды аналитическим методом, дополнительно измеряют давление смеси в баллоне, выбирают коэффициенты сжимаемости гелия при барометрическом давлении и давлении газовой смеси в баллоне и определяют массовую концентрацию смеси по соотношению коэффициентов сжимаемости гелия по формуле рср Рем Zi Ф| di Ре 7-г - где рср - массовая концентрация 1-го компонента при повышенном давлении, кг/м3; Ремдавление газовой смеси в баллоне, кгс/см ; Ре - барометрическое давление, кгс/см ; Zi, 7.1 - коэффициенты сжимаемости гелия при Рб и Рем соответственно и температуре окружающего воздуха; di - плотность 1-го компонента при Рб и температуре окружающего воздуха, кг/м3;ф - объемная доля 1-го компонента при Рб, доли единицы. 2 табл. И VI О к к Os

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s 6 01 N 77//0000, F 17 С 5/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4607077/26 (22) 17.10.88 (46) 30.12.91. Бюл. ¹ 48 (71) Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения Научнотехнического объединения АН СССР (72) Ю.А.Николаев, 3.М.Сасин, Л.А.Одоева, В.Г.Гуревич и А.В.Пак (53) 543.845(088.8) (56) Методика M— - 50, Определение концентрации водорода, предельных углеводородов (С вЂ” и С4) кислорода, двуокиси. углерода в бинарных газовых смесях. Л.: СКБ АННТО

АН СССР, 1975. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА

БИНАРНЫХ ПОВЕРОЧНЫХ ГАЗОВЫХ

СМЕСЕЙ (57) Изобретение относится к метрологическому обеспечению газоаналитических приборов, а именно к настройке, градуировке и поверке средств измерения состава компонентов в газовых смесях, работающих при давлениях до 10 МПа и более, которые используются для контроля состава дыхательных сред, связанных с жизнеобеспечением человека в замкнутых пространствах.

Целью изобретения является определение состава газовой смеси в широком диапазоИзобретение относится к метрологическому обеспечению газоаналитических приборов, а именно к настройке, градуировке и поверке средств измерения состава компонентов в газовых смесях на основе гелия, работающих при давлениях до 10 мПа и более, связанных с жизнеобеспечением человека в замкнутых пространствах., . Ц <.> 1 702246 А1 не давлений и повышение точности определения состава газовой смеси. Суть изобретения заключается в следующем. В способе определения состава бинарных поверочных газовых смесей на основе гелия, заключающемся в приготовлении газовой смеси в баллоне под давлением путем смешения исходных чистых газов, выдержке и определении состава смеси на выходе из баллона в объемных долях при условиях окружающей среды аналитическим методом, дополнительно измеряют давление смеси в баллоне, выбирают коэффициенты сжимаемости гелия при барометрическом давлении и давлении газовой смеси в баллоне и определяют массовую концентрацию смеси по соотношению коэффициентов сжимаемости гелия по формуле

Pcp = Рсм Z1 Ф Ф Рб 22 - ГДе Рср массовая концентрация 1-го компонента при повышенном давлении, кг/м; Pc — 2давлез. ние газовой смеси в баллоне, кгс/см; РБ— барометрическое давление, кгс/см; Z1, Z2—

2, коэффициенты сжимаемости гелия при РБ и

Pcv соответственно и температуре окружающего воздуха; 4 — плотность 1-го компонента при РБ и температуре окружающего воздуха, кг/м;Ф вЂ” объемная доля 1-го ком3. понента при РБ, доли единицы. 2 табл.

Целью изобретения является определение состава газовой смеси на основе гелия в широком диапазоне давлений с высокой точностью.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе определения состава бинарной поверочной газовой смеси на основе гелия, заключающемся в приготовлении

1702246 Рсм см Р = см г",йр, 0Т (6) гп;р -. Р °

Z, Йр. Т

10 (7) 25 тогда р,= п (3) 40

1 (рсм р Р.с Рсм -(p

2 5 (12) газовой смеси в баллоне под давлением путем смешения исходных чистых газов, выдержке и определении состава газовой смеси в обьемных долях при условиях окружающей среды аналитическим методом, дополнительно измеряют давление смеси в баллоне, выбирают коэффициенты сжимаемости гелия и ри барометрическом давлении и давлении газовой смеси в баллоне и определяют массовую концентрацию смеси по соотношению коэффициентов сжимаемости гелия по формуле см < А (1) б 2 где/ — массовая концентрация i-го компоP з, нента при повышенном давлении, кг!м;

P« — давление газовой смеси в баллоне (камере), кг/см ;

Рб — барометрическое давление, кгс/см;

Z<, Zz — коэффициенты сжимаемости reЛИЯ ПРИ Рб И Рс((СООтВЕтСтВЕННО И тЕМПЕРатуре окружающего воздуха;

Ф(— обьемная доля i-го компонента при

Рб дОли единицы;

do — плотность i-го компонента при Рб и температуре окружающего воздуха, кг/м;

Массовая концентрация, выраженная через массу f-ro компонента, и вместимость сосуда (баллона) имеет вид:

Ю;р (2)

1Р.- u где ррб и(О(р,„— массовые концентрации

i-ro компонента при повышенном и барометрическом давлениях соответственно, кг/мз.

П1(р«И ГП<>рб MBCCb(I ГО КОМПОНЕНта при Р«и Рб, соответственно, кг;

Чб — вместимость сосуда (баллона), м .

Уравнение Менделеева-Клайперона для газовой смеси при повышенном и барометрическом давлениях имеет вид:

РсмЧб = Z2 NpcM R T (4)

Рб Vg=Zl Npe R-Т (5) гДе Рс и Рб — Давление газовой смеси пРи повышенном и барометоическом давлениях соответственно, кгс/см;

22 и Z< — коэффициенты сжимаемости

1 1

ГаЗОВОй СМЕСИ ПРИ Рсм И Рб СООтВЕтСтВЕННО;

VPc И МРб — ЧИСЛО МОЛЕЙ СМЕСИ ПРИ Рсм и Рб;

R — газовая постоянная, кг.см/моль, К;

Т вЂ” температура газовой смеси, К.

Выразим из уравнения (4) и (5) Чб и подставим в формулу (1) и (2) соответственно, 5 получим;

Разделив уравнение (6) и (7), получим

°, ( 1 см Рсм см Р (8)

t 1р п1р Ъ -2 pñì

Умножим и разделим правую часть

20 уравнения (8) на молекулярный вес компонента М(, получим: ( (" Рсм рсм см Е1 ° ЙРр >((9) ((РЯ 2 NPñÌ cM N; ° Р

=((;р

М, см y, = iP<

30 формула (9) примет вид:

Р,р, й;р, .и„z,.ð, "Р м " РВ 2 Р5

35 следовательно (i c(, Рсм

1 -,,так как

P Рб с 2 Pb Рсм ((Р (0) 45 Подставив (11) в (10) получим формулу (1)

Р P,4;.z, 50 Для определения коэффициентов сжимаемости смеси в широком диапазоне давлений был применен метод измерения массы смеси, приходящейся на единицу давления в баллоне известной вместитель55 ности при разных давлениях (от 10 мПа до 1 мПа) и нахождения отношений масс при условиях окружающей среды (P и комнатной температуре) к полученным массам при той же температуре при разных давлениях, 1702246

35

45

По большому количеству данных, полученных экспериментально, были определены коэффициенты смесей 02 в Не и С02 в Не в диапазоне 0,1 — 21,0 g, и от 0,1 до 4,5 g, соответственно. Полученные коэффициен- . 5 ты сжимаемости газовой смеси полностью совпадали в пределах погрешности с коэффициентами сжимаемости чистого гелия для тех же давлений и температуры, причем относительная погрешность изменения коэффициентов сжимаемости не превысила

0,2; .

Результаты измерений сведены в табл,1.

Таким образом экспериментально было доказано, что Z1 =Z1и Z2 =Z2, тогда

ppcv Ф, А (1) (Рсм

Из формулы (1) следует, что ее решение не требует сложных расчетов — коэффициенты сжимаемости гелия для укаэанных оптимальных условий давлений известны — и производительность определения состава бинарной смеси повышена по крайней мере в 2 — 3 раза. При этом повышена точность определения, так как погрешность при определении коэффициента сжимаемости смеси больше погрешности, установленной для коэффициентов сжимаемости чистого гелия при различных условиях (давлениях и температуре).

Поверочные газовые смеси, состав которых определен при условиях окружающей среды (близких к нормальным), не пригодны для градуировки и поверки газоанализаторов контроля, работающих в широком диапазоне давлений, так как состав газовой смеси внутри камеры (баллона) не идентичен смеси на выходе из-за отклонения поаедения реальных газов и смеси от идеального состояния, вызванного наличием у молекул собственных объемов и сил притяжения и отталкивания

Предложенный способ определения состава поверочной газовой смеси реализуется следующим образом.

ПриготавлИвается на манометрической установке бинарная газовая смесь нужного состава (02 в Не или СО2 в Не) в остальном баллоне под давлением путем смешения потоков двух чистых компонентов. Баллон с газовой смесью выдерживается в горизонтальном положении при комнатной температуре 2-3 сут для гомогенизации смеси.

Определяется состав газовой смеси в объемных долях в условиях окружающей среды одним из аналитических методов, например объемным 3,4 определяется Ф1 .

Измеряется давление смеси (Рс ) в баллоне образцовым манометром, температура окружающей среды (т) и барометрическое давление барометром — анероидом (Р6).

Находят г лотность компонента (dt) при

Рв и темт1ературе окружающей среды.

Находят Z1 и Z2 (коэффициенты сжимаемости гелия) для Рсм, Рв и температуры окружающей среды, Данные подставляют в формулу (1) и рассчитывают массовую концентрацию 02 или СО2 в гелии

Примеры реализации способа представлены в табл.2.

Диапазоны измерений были выбраны с учетом возможного содержания компонентов (02, СО2) в дыхательных смесях в широком диапазоне давлений.

Положительный эффект от использования предлагаемого способа определения состава поверочной газовой смеси по сравнению с прототипом заключается в том, что стала возможным определение состава поверочных газовых смесей преимущественно на основе Не в широком диапазоне давлений, что. позволило решить задачу метрологического обеспечения газоанализаторов, работающих при давлениях до 10 мПа и выше.

Формула изобретения

Способ определения состава бинарных поверочных газовых смесей, включающий приготовление газовой смеси в баллоне под давлением путем смешения исходных чистых газов, выдержку полученной смеси и определение ее состава на выходе из баллона в объемных долях при условии окружающей среды аналитическим методом, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью определения состава газовой смеси на основе гелия в широком диапазоне давлений с высокой точностью, дополнительно измеряют давление смеси в баллоне, барометрическое давление и температуру, выбирают коэффициент сжимаемости гелия при барометрическом давлении и давлении газовой смеси в баллоне при температуре окружающей среды. и определяют массовую концентрацию смеси из соотношения коэффициентов сжимаемости гелия по формуле

p, .z,.d, Р;

Р-"р,г, 1702246

Таблица1 табли ца2

8кг/мз кгс/cM Р кгс/смз

Ф„ доли единицы с ц,оС

Смесь кислорода . 22,8 1,3213

25,1 1,2943

21, 1 1,3314 в гелии

0,0014 1,0005 1,0464 . 0,169

0,097 1>0005 1,0466 11,74

0,209 1,0005 1,0459 24,88

99,05

99 9

96 94

1 0353

1,021

-1 0372

Смесь

18 3

2012

2110 углекислого газа в гелии

1,834 0,0019 1,0005

1,851 0,0215 1,0005

1,837 0 0431 1 0005

1,0384 0,265

1,0144 1,133

1,0222 3>64

80,80

30,01

48,6

110237

1,040

1, 034

Составитель А, Кубасов

Техред M.Моргентал Корректор О.Краецова

Редактор Н.Горват

Заказ 4537 TMp3®, Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 где pp — массовая концентрацИя 1-го компонента при повышенном давлении, кг/м;

Рсм — давление газовой смеси в баллоне, кгс/см; ра — барометрическое давление, кгс/см;

z1, Уг — коэффициенты сжимаемости гелия при Рь и Рси соответственно и температуре окружающего воздуха; б1 — плотность 1-го компонента при РО и

5 температуре окружающего воздуха, кг/см;

Ф1-объемная доля I-го компонента при

Рб, !