СОРБЦИОННЫЙ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ГАЗОВ

Полезная модель относится к аналитической технике, а именно к детекторам газов и паров.
Известен сорбционный кондуктометрический детектор газов (SeiyamaT., KamoA., FajiishiK., NagataniM.Analyt.Chem., X1962, vol34, №11, p. 1502-1503), содержащий проточную камеру, в которой вдоль оси размещена боросиликатная пластина с нанесенной на нее плёнкой полупроводника. При изменении газовой среды, протекающей через трубку, изменяется электрическое сопротивление пленки. Измерение сопротивления пленки осуществляется по падению напряжения на дополнительном резисторе, включенном последовательно с полупроводниковой пленкой.
Недостатком такого детектора является значительная инерционность, которая, например, при использовании в газовой хроматографии приводит к растягиванию пика, что объясняется малой скоростью десорбции газов.
Наиболее близким по технической сущности является сорбционный кондуктометрический детектор (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-заде А.Ю. Автоматический детектор газов и жидкостей. М.: Энергоатомиздат. 1983. С. 33), содержащий проточную камеру, изготовленную из изоляционного материала и снабжённую входными и выходным штуцерами, два металлических электрода, сорбирующий элемент, к которому подключены электроды, и измеритель сопротивления сорбирующего элемента.
Сорбирующий элемент в этом детекторе выполнен в виде гранулы адсорбента (алюмогеля или силикагеля). При изменении составов газа, протекающей через камеру детектора, изменяется электрическое сопротивление гранулы сорбента и, как следствие, изменяется значение тока, протекающего по электрической цепи, составленной гранулой адсорбента, источником питания (напряжением 200-400В) и входной цепью электрометрического усилителя. По изменению тока определяется концентрация детектируемого компонента в газе-носителе.
Недостатками такого детектора являются: необходимость использования относительно большого напряжения питания; дорогостоящего электрометрического усилителя; длительное время выхода на рабочий режим.
Проблемой на которое направлена полезная модель, является создание сорбционного кондуктометрического детектора, использующего в своей работе эффект изменения электропроводности порошка активированного угля.
Техническим результатом полезной модели является расширение арсенала средств сорбционных кондуктометрических детекторов газов.
Указанная проблема и технический результат достигаются тем, что сорбционный кондуктометрический детектор газов содержит проточную камеру, выполненную из изоляционного материала и снабжённую входным и выходным штуцерами, два металлических электрода, сорбирующий элемент, к которому подключены электроды, и измеритель сопротивления сорбирующего элемента. Согласно полезной модели, сорбционный кондуктометрический детектор газов дополнительно содержит крышку в форме диска с центральным отверстием, снабженным резьбой, установленную и закрепленную на проточной камере, нажимную пластину в форме диска, диаметр которого меньше внутреннего диаметра камеры, и нажимной винт, размещённый в центральном отверстии крышки. Проточная камера выполнена в виде толстостенного кольца с днищем, являющимся одним из электродов, а сорбирующий элемент выполнен в виде слоя гранулированного активированного угля и размещён внутри проточной камеры. Второй электрод выполнен в форме стержня, расположенного в слое гранулированного активированного угля по диаметру камеры. Нажимная пластина установлена на слое гранулированного активированного угля с возможностью перемещения вверх - вниз под действием нажимного винта. Входной и выходной штуцеры вмонтированы в стенку камеры так, что их продольные оси расположены между электродами и параллельны им.
Такая конструкция обеспечивает использование нового эффекта, состоящего в изменении электропроводности порошка активированного угля при сорбции газов для анализа состава газов и паров, что позволяет расширить арсенал сорбционных кондуктометрических детекторов.
Использование в детекторе в качестве сорбирующего элемента порошка активированного угля многократно уменьшает собственное электрическое сопротивление детектора и позволяет при его измерении обойтись без сложных и дорогостоящих электрометрических усилителей.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимному расположению.
Полезная модель иллюстрируется схемой сорбционного кондуктометрического детектора газов и паров показана.
Сорбционный кондуктометрический детектор газов, содержит проточную камеру 1, выполненную из изоляционного материала и снабжённую входным 2 и выходным 3 штуцерами, двумя металлическими электродами 4 и 5, сорбирующим элементом 6, к которому подключены электроды, и измеритель 7 сопротивления сорбирующего элемента.
Сорбционный кондуктометрический детектор также содержит крышку 8 в форме диска с центральным отверстием 9, снабженным резьбой, установленную и закрепленную на проточной камере 1, нажимную пластину 10 в форме диска, диаметр которого меньше внутреннего диаметра камеры 1, и нажимной винт 11, размещённый в центральном отверстии 9 крышки 8. Проточная камера 1 выполнена в виде толстостенного кольца с днищем 4, являющимся одним из электродов. Сорбирующий элемент 6 выполнен в виде слоя гранулированного активированного угля и размещён внутри проточной камеры 1, второй электрод 5 выполнен в форме стержня, расположенного в слое гранулированного активированного угля по диаметру камеры 1. Нажимная пластина 10, установлена на слое сорбирующего элемента 6 (гранулированного активированного угля) с возможностью перемещения вверх - вниз под действием нажимного винта 11. Входной 2 и выходной 3 штуцеры вмонтированы в стенку камеры 1 так, что их продольные оси 12 расположены между электродами 4 и 5 и параллельны им. Крышка 8 закреплена на проточной камере 1 винтами 13.
Сорбционный кондуктометрический детектор работает следующим образом.
Анализируемый газ подают через штуцер 2 в проточную камеру 1, который проходит между гранулами сорбирующего элемента 6 и выходит через выходной штуцер 3. При этом изменяется электрическое сопротивление сорбирующего элемента 6, представляющего собой порошок активированного угля с эффективным диаметром гранул, равным 0,25-0,45 мм. Сопротивление этого сорбирующего элемента измеряется между электродами 4 и 5 с помощью измерителя сопротивления 7. При экспериментальных исследованиях сорбционного кондуктометрического детектора в его камеру 1 по очереди подавали следующие газы: метан, диоксид углерода, пропан, водород и гелий. Перед подачей каждого из названных газов проточная камера 1 детектора продувалась в течение двух минут азотом, поступающим из баллона с объемным расходом, равным 2 л/ч. В опытах было установлено, что при подаче в камеру 1 детектора метана, его сопротивление уменьшается на 4%, при подаче диоксида углерода на - 5%, а при подаче пропана на - 15%. В то же время, при подаче водорода или гелия, сопротивление детектора увеличивается на 1%.
На базе описанной ячейки был создан дифференциальный детектор, который содержал две идентичные по параметрам ячейки, измерительную и сравнительную. При этом ячейки включались в неуравновешенный электрический мост переменного тока, который питался от стабилизированного источника электропитания с напряжением 2В.
Выполненные измерения при питании неуравновешенного электрического моста переменным током частотой 1 кГц позволили установить, что разбаланс неравновесного моста пропорционален объемной концентрации таких газов как метан, диоксид углерода и пропан в диапазоне концентраций 0-100%.
Преимуществами сорбционного кондуктометрического детектора являются:
- простота конструкции;
- низкая стоимость;
- малое собственное электрическое сопротивление
Предложенный сорбционный кондуктометрический детектор может быть реализован путем использования современных простых технический материалов и распространенной электроизмерительной аппаратуры.
Детектор может найти применение в автоматическом контроле состава газов и газовой хроматографии.