Диффузионный статический газоанализатор

ЕСВ саЗ 5 Е пв ен не естни+Фскйй е, ет Союз Советских Социалистических РеслубликО П.И-С Е 661301 ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ополцительцое к авт. свид-ву аявлецо 01.03 1) 2328960/18-25 51) М. Кл 2. б 01 )х 1 13/ООЮ В 01 Р 53/22 рисоедицецием заявкиекый кюцктетССРизобретенийкрытнй 3) Госуд орите Опубликовацо 3) УДК 843.271. .08 (088.8) 05.05.79. Боллетеь17ация описаци Г)7.05.7 с). ел Дата оптбли) Авторизобретения В. Илсов 1) Заявител Г 54) ДИФФУЗИОННЫИ СТАТИ 1 Е ВЫ 10 ЛСПЬ)1 В В 1 ЛС ТРЧОКИ, К 1)1 СРУ ЛЛ 53 ,1 иф 1) 31 ц ВОГО Рзле зс 151 к)иоисцтОВ сив лизирусмй смеси и (чстсму;1 етсктировдция чувствпслиыми элечсцтлми 121.1 слсдткм этп) гдзодцллиздтор являсгся то, что ои способе определять цд- ЛИ 11( и ВЗЛУХС ТО,1 10 ЛСГКХ ГаЗОВ, Т 1 КИ кдк Волрл, мстди, гелий и других и це СПОСОО(цСЧЕСТВЛ 5 ТЬ сЦД,П 13 СОСТВ 3 МИО- хкмписцтых газвых смссси.11 сл 1( и 1 Т 05 и 1 СГО 13 орСТСпи 51 ЯВ,151 СТСЯ рзроткл;Вточдтинекого газои,из- тоР 3, СВ 0,313 Г ОГ чк 13 лциых 1 сЛОстлткРВ, ИрС ЧИ 1 Х 11.ВС С Т 3 П )1 Г 13 д ПЛ,1131 Тр 3)1, рС 1. лизукп 11 м .Иффузиоицый сп(коб дцдлиз; чзо 33 х, счсн й, 1 сиособцого ос) сст)Гя , и;3,333 сост)1 чцогокочпоисцтцых гдзовых С )1(С С Й. 11.1;В,1(.1151 11(.,ь лостГдстся тс)1, что (3)1 СРс Гс:ОЛ ДЛ 33 ТОРЛ, СЛЧжа 3 сЯ ЛЛ ,1 ф - фуз 1 ини о рздслсция, содержит емкость лцдлзируемого газа и емкость чистого газа, между которыми рдсполдгдется подвижЛя заслонка, а чувствительшс элсхСцты систс. мы летектировация расположены в с)кости Изобрстсиис Отостс ко,асти лГ 1- тичсского коцтроля тс хипоп и ских прпсссов и прелцазидчсцо лля автоматического 113) СРСПИ 51 СОСТ Вс ТРСХ И ООЛС( КОЫ ПОИСтцых газовьх смесей. Оцо может также цайти применение в лабордторцых заводских анализах.Извсстс и Гзо 1 л 1:3 тр, осцоваццьй 13 с ЯВ,1(ИИ Л 1(11 ЛИ 1, Л,151 Рс 3,1 С,1 С 151 СХ. ПОСТОВ, КЛК ИРВИ.1 СГКИХ Г 13 ВВ 10- РОЛЛ 13 ли )1(ТЛВ 1, В кТ 1)ом 1.полЬЗу(.ТС 5 диффузнпый брсзр. 1 черепс количсст-,О вд прод 1 улрВиик срез лиффузиоццый брьср лсп 1 х коминитоп Осу 1 ествляСТС 51 110 ЛсВ,С 111с поч 31130 мацомСТрс 1 111.НСЛОСЛТКО)1 ЭТН) с 1 цсЛзс 1 Тр 1 51 )ЛС ТС 51 1 СобХОЛИ ЧОС Т 11, 100 р 1,1 фф 1 зп 1 Иго О;1 р ЬСР ИГРИИЧСПНС 1 РИЧСЦСИИС, ПУСЗОВЛСП 15 нн во:хожосгь дидлзд тольк коцстраии легких газовбишриых счссей.Нлиб,нс близкич техсссс 1 м решением к избрет(ив) 5113,ется гдзодцализатор, кцьчииый ид (вблцой диффузии и це трсбчи 1 и при чпспи 51 сси)льОГО диффуииГО бр,с р 1-) пт гдзодализатор вклк)- лет В ссб л 3 Гр ( лозрусмым обьемом,1 И ГА:30 А 1.1 АЛ ИЗАТОР661301 20 25 30 35 40 45 50 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 размещается 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. 4Терморезисторы 15 и 16, 17 и 18 попарновключены 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,О 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 1 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 1 О - 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 1 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 газоанализатораРежим анализ начинается с момента времени, когда ро 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 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 сопри 25 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 в : 20-крат- зо 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. 40Измерительные 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 измерительных50 мостов, а вычислительное устройство осушествляет обработку этих сигналов.Это позволяет получить информацию о концентрации любого или всех компонентов анализируемой газовой смеси. 6В следующем цикле работы прибора все описанные выше операции повторяются.Газоанализатор способен .осушествлять 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 сушествуюших газоанализаторов, раелизуюших диффузионный метод анализа. Он может перенастраиваться для анализа различных многокомпонентных газовых смес.й, - для чего достаточно изменить соответствуюшим образом число и расположение чувствительных элементов и выбрать продолжительность анализа.Прибор позволяет осушествлять анализсостава газовых смесей экспрессно за 30 -60 секунд.Указанные преимушества определяют возможность широкого применения предлагаемого газоанализатора для автоматических измерений состава газа на технологических потоках и в заводских лабораториях.формула изобретенияДиффузионный 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 экспертизе1. Ваня Я. Анализаторы газов и жидкостей. М., 1970, с. 83 - 89.2, Патент США3617734, кл. 250-43, 197 .Пожо рректор одписно еда кто аказ 2 А. Абрамов8/38 Составитель В, ЕкаТехред О. ЛуговаяТираж 1089ИИПИ Госуда но делам и35, Москва, ППП Патентмитета откры ая на ул,СССР ийд. 4/5 Проектная