ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗАТОР ПАРОВ И ГАЗОВ

Полезная модель относится к аналитическому приборостроению и может быть использована для контроля содержания загрязнителей атмосферы.
Известны анализаторы содержания паров и газов, действие которых основано на использовании зависимости собственной частоты пьезокварцевого резонатора от массы его электродов [В.В.Малов. Пьезорезонансные датчики.- М.: Энергоатомиздат. 1989, стр.195-196.].
Конкретная реализация такого прибора приведена в (Mat H.Ho, George G.Guilbault. Portable Piezoelectric Crystal Detector for Field Monitoring of Environmental Pollutants. Anal.Chem. 1983, 55, p.1830-1832), где описан пьезорезонансный анализатор паров толуола. В состав анализатора входят пьезорезонансный сенсор (кварцевый резонатор с сорбционным покрытием на электродах), подключенный к измерительному генератору, блок измерения изменения частоты генератора, поглощающий фильтр с наполнением из активированного угля и силикагеля, побудитель расхода и переключатель газовых потоков (газовый кран). При работе анализатора смесь паров толуола с воздухом подводится побудителем расхода к сенсору: сначала - через поглощающий фильтр ("нулевой отсчет"), а затем (после поворота газового крана) - непосредственно. В обоих случаях производится измерение разностей частот измерительного и опорного генераторов. Аналитическим сигналом является изменение разности частот в результате сорбционного взаимодействия определяемого вещества с покрытием электродов сенсора.
Недостатками данного анализатора являются ограниченная селективность определения содержания (из-за влияния примесей паров и газов в анализируемом воздухе); необходимость ручного управления процессом измерения; погрешность измерения, связанная с наличием остатка предыдущей пробы в тракте переключателя газовых потоков; погрешность измерения, связанная с неодинаковыми скоростями газовых потоков при нулевом отсчете (поток проходит через поглощающий фильтр) и при сорбции определяемого вещества покрытием электродов сенсора (поток не проходит через поглощающий фильтр). Величина этой погрешности может быть значительной для некоторых видов сорбирующих покрытий.
Часть указанных недостатков устранена в анализаторе паров и газов (А.Н.Могилевский, А.А.Гречников, А.Д.Майоров. Анализатор паров и газов. Патент РФ N 2117275, Б.И., 1998, N22), являющемся наиболее близким к предлагаемому техническому решению. Анализатор содержит газовый тракт, состоящий из последовательно соединенных поглощающего фильтра с сорбентом, селективным по отношению к определяемому веществу, переключателя газовых потоков, камеры с установленным в ней пьезорезонансным сенсором и побудителя расхода, измерительное устройство и блок управления. При работе данного анализатора смесь паров определяемого вещества с воздухом подводится побудителем расхода к сенсору сначала через поглощающий фильтр и нормально открытый вход газового клапана. Проводится измерение частоты измерительного генератора (или, если блок измерения изменения частоты содержит опорный генератор, - разности частот измерительного и опорного генераторов). Т.к. пары определяемого вещества полностью задержаны поглощающим фильтром, то измеренное значение частоты измерительного генератора соответствует собственной частоте пьезорезонансного сенсора в очищенном от определяемого вещества воздухе ("нулевой отсчет"). Далее по команде блока управления включается газовый клапан и через открывшийся (нормально закрытый) вход клапана измеряемая смесь подводится непосредственно к сенсору. В результате сорбционного взаимодействия определяемого вещества с покрытием электродов сенсора собственная частота последнего изменяется. Соответственно изменяется частота измерительного генератора (или разность частот измерительного и опорного генераторов). Содержание определяемого вещества оценивается по величине этого изменения.
Данный анализатор обладает лучшей селективностью, чем вышеописанный анализатор, за счет применения в поглощающем фильтре сорбента, селективного по отношению к определяемому веществу. Кроме того, он не нуждается в ручном управлении в процессе измерения, т.к. для переключения газовых потоков применен электромагнитный газовый клапан. Недостатками известного анализатора являются (так же, как у аналога) погрешности измерения, связанные с остатком предыдущей пробы в тракте переключателя газовых потоков (газовом клапане) и неодинаковыми скоростями газовых потоков при нулевом отсчете и при сорбции определяемого вещества покрытием электродов сенсора. Дополнительным недостатком известного анализатора является малый срок службы газового клапана в тех
случаях, когда анализатор используется для определения содержания паров агрессивных веществ в атмосфере.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является «Пьезорезонансный анализатор паров и газов» (Патент РФ на изобретение №2145707, опубл. 20.02.2000) г.
В нем для повышения точности измерения содержания паров и газов пьезорезонансным анализатором, а также для увеличения его срока службы, анализатор паров и газов включает газовый тракт, состоящий из поглощающего фильтра с сорбентом, камеры с пьезорезонансным сенсором и побудителя расхода, измерительное устройство, состоящее из измерительного генератора, блока измерения изменения частоты. Анализатор дополнительно содержит второй побудитель расхода, соединенный с входом поглощающего фильтра, при этом вход управления второго побудителя расхода соединен с соответствующим выходом блока управления. В анализаторе побудители расхода используются вентиляторного типа, причем лопасти вентиляторов выполнены из инертных материалов. Устройство повышает точность измерений и имеет большой срок службы при анализе агрессивных сред.
В анализаторе предпочтительно использовать побудители расхода вентиляторного типа, что обеспечивает свободное прохождение через них газовых потоков при неработающем побудителе, причем лопасти вентиляторов выполнены из инертных материалов.
Существенным недостатком данного газоанализатора является то, что он может определить только один вредный компонент, находящийся в воздушной среде, на который настроен сравнивающий газовый детектор. Однако часто возникает задача проверки атмосферы на наличие в ней сразу нескольких вредных веществ.
Задачей полезной модели является расширение диапазона определения вредных веществ.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в уменьшении времени качественного проведения анализа за счет последовательного импульсного определения возможности нахождения в атмосфере различных вредных веществ.
Поставленная задача достигается тем, что газовый анализатор паров и газов содержит соединительные трубки, побудитель расхода, измерительный газовый детектор,
фильтр и анализирующее устройство. При этом его воздушная магистраль, размещенная между соединительными трубками, образует два замкнутых плеча таким образом, что в одном плече находится поглощающий фильтр и дополнительно введенный газовый детектор стандартного состояния, помещенный в термостатический корпус, а в другом - измерительный газовый детектор, который через усилительно-преобразующее устройство соединен с первым входом анализирующего устройства, второй вход которого соединен с блоком базы данных вредных веществ, а третий вход через усилительно-преобразующее устройство соединен с газовым детектором стандартного состояния.
На чертеже изображена блок-схема газового анализатора паров и газов,
где: 1, 2 - соединительные трубки;
3 - побудитель расхода воздуха;
4 - поглощающий фильтр;
5 - газовый детектор стандартного состояния;
6 - термостатический корпус;
7 - измерительный газовый детектор;
8 - усилительно-преобразующее устройство;
9 - анализирующее устройство;
10 - блок базы данных вредных веществ.
Работа газового анализатора осуществляется следующим образом.
В исходном положении трубки для подключения газоанализатора закрыты заглушками. Для контроля нахождения концентраций микропримесей в воздухе соединительные трубки 1 и 2 газоанализатора сообщаются с атмосферой контролируемого объекта. Включение анализатора осуществляется системой управления (не показано) путем включения работы побудителя расхода воздуха 3.
Анализируемая смесь (пары определяемого вещества в воздухе) через соединительную трубку 2 подается к разветвлению. При этом одна часть его направляется последовательно в поглощающий фильтр 4, газовый детектор стандартного состояния 5, находящегося в термостатическом корпусе 6, через побудитель расхода 3 и соединительную трубку 1 стравливается в атмосферу. Пары определяемого вещества задерживаются поглощающим фильтром 4, и в детектор 5 поступает воздух, очищенный от определяемого вещества.
Другая часть анализируемого воздуха через измерительный газовый детектор 7,
побудитель расхода 3 и соединительную трубку 1 также стравливается в атмосферу.
Таким образом, через измерительный газовый детектор 7 протекает анализируемый воздух, содержащий определяемый компонент, а через газовый детектор стандартного состояния 5 протекает воздух, очищенный поглощающим фильтром 4 от определяемого вещества.
В процессе движения измеряемого воздуха по воздушной цепочке с измерительного газового детектора 7 снимается сигнал, пропорциональный количеству сорбирующего вредного вещества, находящего в измеряемом воздухе, прошедшем через него и который через усилительно-преобразующее устройство 8 поступает в анализирующее устройство 9.
Одновременно в анализирующее устройство 9 поступает сигнал от газового детектора стандартного состояния 5, который работает в стандартных температурных условиях, обеспечиваемых термостатическим корпусом 6. При этом фильтр 4 полностью поглощает определяемые компоненты, содержащиеся в анализируемом воздухе.
Кроме того, эти сигналы сравниваются с данными, заложенными в блоке базы данных вредных веществ 10, также поступающие в анализирующее устройство 9. После их сравнения и анализа выходной сигнал анализирующего устройства 9 характеризует уже конкретные типы вредных веществ, находящихся в воздушной среде.
Таким образом, анализ сигналов, поступающих с детекторов 5 и 7, характеризует не только наличие конкретных типов вредных веществ, находящихся в воздухе, но и отклонение их суммарной концентрации от табличного («нулевого») значения. Данное значение запоминается в анализирующем устройстве 9.
Газовый анализатор может найти применение в системах контроля взрывоопасных, особо вредных и отравляющих примесей в воздухе. С этой целью он может быть перенастроен только для определения этих конкретных примесей, находящихся в воздушной среде. Это достигается заменой поглощающего фильтра 4, который задерживает измеряемую примесь, находящуюся в воздушной среде. Остальной порядок работы остается прежним.
Газовый анализатор способен функционировать без применения дополнительных
громоздких устройств газоснабжения чистым или инертным воздухом, обычно включающих в свой состав баллон с воздухом, находящимся под высоким давлением. Использование газового анализатора позволяет повысить количество информации о параметрах измеряемого воздуха. Газовый анализатор может быть реализован с использованием стандартных побудителей расхода газа, измерительных устройств и газовых детекторов, которые содержат проточную камеру с чувствительным элементом, например, термокондуктометрические, термохимические, сорбционно-кондуктометрические и др.