ГЕНЕРАТОР СПИРТО-ВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ

Полезная модель относится к области получения поверочных парогазовых смесей заданного состава, предназначена для приготовления спирто-воздушных смесей с аттестованным значением концентрации этанола в смеси и может быть использована для контроля и градуировки газоаналитических приборов, в частности, газоанализаторов этанола в выдыхаемом человеком воздухе при экспертизе алкогольного опьянения.
Известно устройство для получения малых концентраций паров спирта (см. авторское свидетельство СССР №166163, G 01 N 1/22, опубл. 15.01.1965), в котором реализуется свободная диффузия в поток газа-носителя паров жидкости, заполняющей канал капилляра. Концентрацию генерируемой спирто-воздушной смеси находят по измеренным расходу газа-носителя и производительности дозатора, причем последняя определяется по изменению положения мениска дозируемой жидкости, для чего дозатор снабжается отсчетной шкалой.
Однако такое измерение испарившегося раствора спирта имеет ряд недостатков, к которым можно отнести ошибки из-за переменного сечения капилляра, неравномерности сил натяжения по его длине и т.п.
Известен генератор поверочных смесей, содержащий диффузионный дозатор, установленный в термостатируемой смесительной камере, измерители расходов, источник газа-разбавителя и газовые тракты (см. описание устройства ИР - 37, фирмы СЕА, Pustruments, США). При работе генератора дозатор помещается в камеру смешения, устанавливается необходимый поток газа-разбавителя через камеру смешения, полученная газовая смесь вторично разбавляется и поступает на выход. Известное устройство предназначено для получения газовых смесей при отсутствии химического взаимодействия дозируемого компонента с газом-разбавителем. Состав смеси на выходе определяется по градуировочной характеристике дозатора и измеренным температуре термостата и расходам газа-разбавителя. Получение смесей различных концентраций достигается изменением температуры смесительной камеры с дозатором и изменением расхода газа-разбавителя.
Существенным недостатком известного генератора поверочных смесей является невысокая точность аттестации газовых смесей очень малых концентраций.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является генератор для получения паровоздушных смесей спиртов с заданными концентрациями (см. Перегуд Е.А., Горелик Д.В. Инструментальные методы контроля загрязнения атмосферы. Л.: Химия, 1981, с.31), осуществляющее испарение отмеренной дозы раствора спирта в мерной емкости, заполненной газом-носителем, отбор и выдачу поверочной газовой смеси и содержащее емкость для раствора спирта с известной концентрацией, канал для ввода газа-носителя, испаритель, смесительную камеру и канал выдачи поверочной газовой смеси.
Недостатком известного устройства является невозможность регулирования параметров потока приготовленных смесей при сохранении точности и воспроизводимости их состава. Кроме того, подобные устройства не удобны при эксплуатации в мобильных станций контроля из-за габаритов применяемых лабораторных приборов и сосудов.
Задачей полезной модели является создание устройства, удовлетворяющего требованиям воспроизводимости генерируемых спирто-воздушных смесей. Задачей также является отказ от использования громоздких лабораторных приборов и сосудов.
Поставленная задача решается тем, что генератор спирто-воздушных смесей, содержащий, емкость для раствора спирта с известной концентрацией, канал для ввода газа-носителя, испаритель, смесительную камеру и канал выдачи поверочной газовой смеси, снабжен устройством для ввода дозированного количества раствора спирта, а смесительная камера выполнена в виде цилиндрической емкости с установленным внутри нее с возможностью возвратно - поступательного перемещения поршня со штоком, связанным с приводом.
Кроме того, устройство для ввода дозированного количества раствора спирта выполнено в виде последовательно соединенных гидронасоса, обратного клапана, крана для слива раствора спирта и диска-дозатора с калиброванными отверстиями.
Кроме того, смесительная камера и диск-дозатор размещены соосно, причем последний выполнен с возможностью вращения вокруг оси и снабжен теплообменником.
Кроме того, смесительная камера размещена в теплоизоляционной оболочке и снабжена теплообменником и блоком термостабилизации.
Принцип действия прибора основан на испарении отмеренного количества раствора спирта с известной концентрацией в мерном цилиндре смесителя и доставке в зону анализа аттестуемого средства измерения спирто-воздушной смеси из цилиндра путем вытеснения последней при перемещении поршня.
Содержание этанола в генерируемой спирто-воздушной смеси определяется формулой (1):
а
3
где: ρ - 789 мкг/мм- плотность абсолютного этилового спирта при t=20°С;
gi
3
V - объем дозирующего отверстия ГСВС, мм;
ц
V - объем мерного цилиндра смесителя, л;
q - объемное содержание спирта в растворе при t=34°С, %. Функциональная схема предлагаемого генератора приведена на чертеже, где приняты следующие обозначения:
1 - емкость для раствора этилового спирта с известной концентрацией;
2 - диск-дозатор с калиброванными отверстиями;
3 - гидронасос;
4- поршень;
5 - смесительная камера;
6 - обратный клапан;
7 - электропривод;
8 - штуцер для выдачи поверочной газовой смеси;
9 - кран для слива раствора спирта;
10 - обратный клапан для ввода газа-носителя;
11 - теплоизоляционная оболочка;
12 - теплообменник;
13 - блок термостабилизации;
14 - теплообменник;
15 - блок управления;
16 - штуцер подачи раствора.
Раствор этилового спирта с известным содержанием из емкости 1, в исходном положении диска-дозатора 2 заполняет калиброванные отверстия. Циркуляцию раствора обеспечивает гидронасос 3 с электромеханическим приводом. Отмеренная доза раствора переносится в канал для ввода газа-носителя при переключении диска-дозатора в рабочее положение. Воздушный поток, создаваемый при движении поршня 4 смесительной камеры 5 из нижнего положения в верхнее, испаряет дозу раствора в канале. При этом пары этанола и воды в воздушном потоке поступают в смесительную камеру 5 через обратный клапан 6 и заполняют ее объем. Перемещение поршня 4 обеспечивается электроприводом 7. При движении поршня в исходное положение (нижнее), образованная спирто-воздушная смесь вытесняется по каналу выдачи поверочной газовой смеси через штуцер 8 (выход) в аттестуемый анализатор алкоголя.
Слив раствора спирта осуществляется через кран 9. Забор воздуха (газа-носителя) осуществляется через штуцер 10.
Смесительная камера помещена в теплоизолированную оболочку 11 и термостабилизируется при помощи теплообменника 12 и блока термостабилизации 13.
Диск-дозатор термостабилизируется теплообменником 14. Управление работой и взаимодействие агрегатов и узлов прибора обеспечивает блок управления 15.
Конструктивно прибор выполнен в виде моноблока в металлическом корпусе. В корпусе прибора размещаются соосно цилиндр смесителя 5 и диск-дозатор 2.
Диск-дозатор 2 вращается переключателем положения (на чертеже не показан) и имеет возможность устанавливаться в фиксированных положениях, при которых его калиброванные отверстия становятся соосно с отверстиями в верхней и нижней крышках каналов подачи раствора и канала ввода газа-носителя (воздуха).
Гидронасос 3 снабжен электромеханическим приводом, при вращении которого обеспечивается циркуляция раствора спирта по контуру: емкость 1, обратный клапан 6, кран 9 для слива раствора, диск-дозатор 2 с раствором, и обратно в емкость 1. Емкость для раствора спирта снабжена герметичной крышкой. Емкость для раствором, кран для слива раствора и диск-дозатор соединены поливинилхлоридными трубками. Кран для слива раствора снабжен винтом, выведенным на заднюю панель прибора, и отводящим патрубком.
В режиме загрузки цилиндра смесителя калиброванное отверстие диска дозатора совмещается с каналом для ввода газа-носителя. Направленный поток воздуха, подогретый теплообменником, испаряет дозу раствора и направляется в смесительную камеру. В режиме подготовки к работе это же отверстие совмещается с каналом подачи раствора спирта и заполняется раствором спирта при работе гидронасоса. При этом направление движения раствора спирта определено таким образом, что воздушный пузырек из отверстия диска-дозатора движется по направлению от диска-дозатора к смесительной камере (вверх).
Диск-дозатор раствора спирта содержит соосно расположенные на оси верхнюю и нижнюю крышки корпуса, диск с четырьмя калиброванными отверстиями для дозирования раствора спирта, переключатель положения, стянутые пружиной, нижняя крышка корпуса диска-дозатора фиксируется в неподвижном положении винтом (перечисленные конструктивные элементы на чертеже не показаны).
Проведенные испытания показали, что генератор спирто-воздушных смесей обеспечивает получение смеси заданной концентрации в течение длительного времени, характеризуется высокой стабильностью, прост в эксплуатации и не создает помех при измерениях.