Газоанализатор

Газоанализатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

И ЗОЬРЕТЕ Н ЙЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) Заявлеио12.07.76 (2! ) 23 82995/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликоваио05.0l..79.5þëëå Tåíü № 1

Дата опубликования описания 10.01.79

Союз Советских

Социалистических

Республик (iii 641 330 (51) М. Кле

G 01 Й 21/12

ГвеударетаенныФ камнтет

СССР аа делам изобретений и еткрмтий (53) УД,К 543.271..2 (088.8) М. Ф. Бродский, А. М. Дробиз, Ю. К. Зюзин, И. П. Корженко и Я. С. Погуляевский(72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (5 в»; » »» (54) А3ОАНА JIH3ATOP

Газоанализатор относится к средствам аналитического контроля для определения ультрамикроконцентраций газов в воздухе.

В частности, он может быть применен для анализа ультрамикроконцентрацнй аминов.

В основе действия гаэоаналнэатора лежит принцип фотоэлектрической регистрации ядер конденсации, получаемых в результате физико-хими11еского преврашения контролируемого компонента и укрупняемых при адиабатическом расширении увлажненной пробы.

Уровень избирательной чувствительности газоаиализатора; например, до аммиаку составляет 10 7 — 10 мг/л.

Известны газоанализаторы, основанные на фотоэлектрической регистрации ядер конденсации, предназначенные для анализа газов в воздухе (lj.

Известный газоанализатор состоит из оптической кюветы с фотоэлектрическим преобразоватеЛем, узла реагента, увлажнителя и фильтра очистки и осушки воздуха, соединенных газовым каналом, входного и выходного управляемых клапанов, соединенных газовыми каналами с оптической кюветой, блока программирования, вакуум-насоса, ресивера и индикатора результатов измерения.

Ближайшим техническим решением к изобретению является газоаналиэатор, кото5 рый содержит оптическую кювету с фотоэлектрическим преобразователем, клапан п редельн ого расхода, увл аж н ител ь и узел реагента, соединенные газовым каналом, входной и выходной управляемые клапаны, соединенные газовым каналом с оптической

1в кюветой и индикатор результатов измерений (2).

Однако избирательная чувствительность известного газоаналиэатора ограничена избирательностью фильтра воздушной очистки

15 к мелкоднсперсным частицам пыли. Так, для обеспечения избирательной чувствительности на уровнях 10 — 10 мг/л фильтр очистки воздуха должен избирательно задерживать частицы пыли диаметром 10

10 см, не сорбируя при этом контролируещ мых газов, что нн практически, ни теоретически недостижимо.

Цель предлагаемого изобретения — повышение избирательной - чувствительности

64!330 гаэоаналнзатора при определении ультрамикроконцентраций газа в воздухе, содержащем мелкодисперсную пыль.

Она достигается тем, что газоаналнзатор снабжен блоками синхронизации н допол- з нительными оптической кюветой с фотоэлектрическим преобразователем, клапаном предельного расхода и увлажнителем, соединенными газовым каналом, причем оптичес-. кие кюветы соединены между собой двумя газовыми каналами, один иэ которых подключен к входному, а другой — - к выходному управляемым клапанам, при этом входной и выходной клапаны соединены через концевые выключатели с блоком синхронизации.

На фиг. 1 представлена блок-схема пред- 1 лагаемого гаэоанализатора; на фиг. 2 цикл его работы.

Гаэоаиализатор содержит источники 1 и

2 света, оптическую кювету 3 с фотоэлектрическим преобразователем,4, клапан 5 предельного расхода, увлажнитель 6, узел 7 реагента, оптическую кювету 8 с фотоэлект- рическим преобразователем 9, клапан 10 предельного расхода, увлажнитель 11, входной управляемый клапан 12 с концевым выключателем 13, выходнсл управляемый клапан 14 с концевым выключателем 15, фильтр 1б осушки воздуха, ресивер 17, редуктор 18, вакуум-насос 19, блок 20 синхронизации, блок 21 сравнения, блок 22 программирования и индикатор 23 результатов измерения, 30

На фиг. 2 изображены графики: A— график работы выходного управляемого клапана 14,  — график работы входного управляемого клапана 12, С вЂ” график работы клапанов 5 и 10 предельного расхода, D— график сигналов, формируемых фотоэлектрическими преобразователями 4 и 9. Горизонтальные оси графиков — оси времени t.

На графиках: «а — ⻠— интервал времени открытого состояния выходного управляемого .клапана 14; «с †» — интервал времени 4î открытого состояния входного управляемого клапана 12; «e — ໠— интервал времени открытого состояния клапанов 5 и 10 предельного расхода; «a — с» — интервал времени формирования переднего фронта импульса; «с — ⻠— интервал времени формирова4$ ния заднего фронта импульса.

Газоанализатор работает цикличесКи.

Цикл состоит из следующих этапов: иапуска новой пробы, расширения пробы, промывки кювета сухим воздухом и уравнения давления в кюветах с давлением окружающей среды.

Смена этапов обеспечивается открытием и закрытием управляемых клапанов 12 и !4, по команде блока 22 программирования. и клапанов 5 и 10 предельного расхода, в последовательности, определяемой циклом работы гаэоанализатора (см. фиг. 2).

Напуск новой пробы анализируемого воздуха в оптические кюветы 3 и 8 производится в интервал времени «4 †» (см. фиг. 2) при закрытых управляемых клапанах !2 и

14, под влиянием небольшого разрежения, передаваемого в оптические кюветы 3 и 8 через редуктор 18 из ресивера 17 и создаваемого с помощью вакуум-насоса 19. Проба анализируемого воздуха поступает в оптические кюветы 3 и 8 соответственно по двум параллельным цепям, первой — узел 7 реагента, увлажнитель 6, клапан 5 предельного расхода и оптическая кювета 3 н второй— увлажнитель 11, клапан 10 предельного расхода и оптическая кювета 8. В узле 7 реагента происходит физико-химическая реакция между контролируемым компонентом пробы и паром реагента, в результате которой контролируемый компонент конвертируется в высокодиснерсные аэрозоли. В увлажнителях 6 и 11 пробы насыщаются влагой.

Напуск пробы заканчивается при открытии выходного управляемого клапана 14, в результате чего оптические кюветы 3 и 8 непосредственно соединяются с ресивером 17.

Прн этом закрываются клапаны 5 и 10 предельного расхода, ввиду увеличения разрежения в оптических кюветах 3 и 8, так как давление между ними и ресивером 17 выравнивается из-эа перетока в него часты пробы.

Проба, находящаяся в оптических кюветах 3 и 8, расширяется, в результате чего происходит укрупнение дисперсных частиц за счет конденсации на них паров влаги.

В результате укрупнения днсперсйых частиц увеличивается интенсивность рассеиваемого частицами света, поступающего в оптическ!!е кюветы 3 и 8 от источников 1 и 2 света,. Описанные процессы заканчиваются открытием входного управляемого клапана 12, через который и фильтр-осушитель 16 воздуха в оптические кюветы 3 н 8 поступает очищенный от крупных частиц пыли и механических примесей сухой воздух. Проходя через оптические кюветы 3 и 8, сухой воздух очищает их от укрупненных дисперсных частиц. Интенсивность света, рассеиваемого укрупненными частицами, падает до минимума.

Далее закрывается выходной управляемый клапан 14 н происходит 1!равиивание давлений в оптических кюветах 3 и 8 с давлением окружающей среды (фактически в оптических кюветах 3 и 8 устанавливается небольшое разрежение, необходимое для напуска новой пробы). Открываются клапаны

5 и !О предельного расхода (из-за уменьшения разрежения в оптических кюветах 3 и 8), а затем закрывается входной управляемый клапан 12. Начинается напуск новой пробы.

Изменение интенсивности рассеивания света . регистрируется фотоэлектрическими преобразователями 4 и 9. Сигчал, формируемый фотоэлектрическим преобразователем 4, несет в себе информацию о количестве контролируемого газа и мелкодисперсных

64!330 частиц пыли в анализируемом воздухе, а сигнал, формируемый фотоэлектрическим преобразователем 9, — информацию о количестве мелкодисперсных частиц пыли.

С фотоэлектрических преобразователей 4 и 9 сигналы поступают на блок 2! сравнения, где производится их сравнение. Результирующий разностный сигнал подается на индикатор 23 результатов измерения, где фиксируется фактическое содержание контролируемого компонента в анализируемом воздухе.

Сигналы, формируемые фотоэлектрическими преобразователями 4 и 9, являются импульсами, передний-фронт которых связан с увеличением светорассеяния на частицах прн их укрупнении, вызванном адиабатическим расширением увлажненной пробы при открытии выходного управляемого клапана !4. После мгновенного расширения пробы в оптических кюветах 3 и 8 частицы вырастают до своего максимального размера примерно за 25 мсек. На первом этапе, ограниченном 15 н !7 мсек, после расширения пробы наблюдается линейное нарастание интенсивности рассеянного света. На втором этапе вплоть до амплитудного значения интенсивности светорассеяния происходит замедление роста частиц как вследствие их нагрева при конденсации на них пара, так и вследствие проникновения тепла от стенок в высвечиваемую зону оптических кювет 3 и 8. Оба эти явления зависимы от температуры, а второе также и m геометрии оптической кюветы.

Задний фронт может быть сформирован двумя путями:. либо самопроизвольным испарением частиц нри дальнейшем нагревании пробы теплыми стенками оптических кювет, либо путем открытия входного управляемого клапана 12 с целью вытеснения рассеивающей среды сухим чистым воздухом.

В обоих случаях характер заднего фронта определяется геометрией оптической кюветы, а в первом н температурой среды.

Поскольку изготовить абсолютно идентичные оптические кюветы практически невозможно, как невозможно создать в них н абсолютно одинаковый аэродинамический режим, и поскольку изменение температуры анализируемой среды значительно влияет на параметры сигнала, непосредственное сопоставление сигналов, формируемых фотоэлектрическими преобразователями, дает в значительной степени искаженную информацию о концентрации контролируемого компонента.

Ввиду этого в схеме предлагаемого газоаналиэатора управляемые клапаны 12 и 14 снабжены соответственно концевыми выключателями 13 и 15, которые фиксируют момент окончательного открытия выходного управляемого клапана 14 и момент начала открытия входного управляемого клапана 12, 1О

Формула мзобрегекая зЕ Газоанализатор, содержащий оптическую кювету с фотоэлектрическим преобразователем, клапан предельного расхода, увлажните ль и узел peal.enòa., соединенные газовым каналом, входной и выходной управляемые клапаны, соединенные газовымн каналами

З с оптической кюветой, и индикатор результатов измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения нзбнрательиой чувствительности прн определении ультрамикроконцентрацнй газа в воздухе, содержащем мелкодисперсную пыль, он снабжен блокамн синхронизации и дополнительными оптической кюветой с фотоэлектрическим нреобраэователем, клапаном предельного расхода и увлажнителеЪ ; соединенными газовым каналом, причем оптические кюветы соединены между собой двумя газовыми каналами, один их которых подключен к входному, а другой — к выходному управляемым клапанам, при этом входной и выходной клапаны соединены через концевые выключатели с блоком синхронизации.

1S

26

25 выдавая соответствующую ичформацию в блок 20 синхронизации, сигнал разрешения из которого поступает в блок 21 сравнения, открывая его лишь на время действия передних фронтов импульсов, поступающих от фотоэлектрических преобразователей 4 н 9.

Установка входного н выходного управляемых клапанов !2 и !4 на общих газовых каналах оптических кювет 3 н 8 также служит цели обеспечения синхронизации работы обоих каналов измерения.

ПовыШение избирательной чувствительности гаэоаналнэатора при .определении ультрамикроконцентраций газа в воздухе, содержащее мелкоднсперсную пыль, достигнутое благодаря включению в его схему блоков синхронизации и сравнения н дополнительных оптйческой кюветы 8 с фотоэлектрическим преобразователем 9, увлажиителя I u клапана 10 предельного расхода, позволило увеличить избирательную чувствительность гаэоанализатора по контролируемому компоненту до величины 10 мг/л в условиях наличия в воздухе мелкодисперсной пыли и ее флуктуаций, сопоставимых с величиной полезного сигнала. Макет предлагаемого газоанализатора изготовлен и испытан.

Источники информации, принятые во вниманне при экспертизе:

1. Патент США Мэ 3.503.711, кл.23-232, l 970.

2. Патент США М 3.117.841, кл.23-232, l 964.

Составитель А. Волков

Редактор Б. Павлов Техред О..г|уговая Корректор А. Кравченко

Заказ 7500/38 Тираж 11вФ Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета ССР по делам изобретений и открытий! l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. itS

Филиал ППП вПатентэ, г. Ужгород, ул. Проектиба, 4