АКУСТИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ГАЗОВ И ПАРОВ

Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно, к средствам измерений концентраций компонентов при газовом хроматографическом анализе.
Известен акустический детектор газов и паров (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Автоматические детекторы газов. М.: Энергия, 1972, с.168), содержащий рабочую и сравнительные камеры, в которых расположены пьезокерамические элементы (излучатель и приемник акустических колебаний), подключенные к входу и выходу электронных усилителей. Камеры включены по дифференциальной схеме. Разность скоростей ультразвука в рабочей и сравнительной камерах пропорциональна разности частот возбуждения соответствующих усилителей. Эта разность подается на смеситель, где выделяется и усиливается частота биения. Для записи хроматограммы в схеме предусмотрен преобразователь "частота-напряжение".
Недостатком этого детектора является сложность конструкции и необходимость использования дополнительного преобразователя "частота-напряжение" для регистрации хроматограммы с помощью автоматических потенциометров, которые обычно включаются в состав хроматографа.
Наиболее близким по технической сущности является акустический детектор газов и паров (RU, №2266535, Кл G01N 30/76, 2005 г.), содержащий проточный волновод с открытым и закрытым торцами, снабженный входным штуцером анализируемого газа и выходным штуцером, размещенным около закрытого торца волновода, источник акустических колебаний, установленный в открытом торце волновода и подключенный к генератору электрических гармонических колебаний, электронное устройство измерения тока в цепи, соединяющей источник акустических колебаний с генератором, выход которого подключен последовательно к устройству компенсации начального уровня сигнала и электронному потенциометру. С помощью источника акустических колебаний в волноводе возникает акустическая волна, при этом в цепи, соединяющей источник акустических колебаний и генератор, протекает переменный ток. Разность акустического сопротивления детектируемого компонента и газа носителя вызывает изменение тока в цепи и сигнала устройства компенсации начального уровня сигнала, сигнал которого является функцией концентрации компонента в газе носителе и его молекулярной массы.
Недостатком данного детектора является отсутствие возможности его использования при высоких температурах, связанное с выходом из строя источника акустических колебаний при высоких температурах.
Задачей полезной модели является разработка конструкции детектора, позволяющего часть волновода разместить в термостате, а часть волновода при комнатной температуре, для обеспечения его для работы при высоких температурах.
Технический результат возможность работы детектора при высоких температурах.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что акустический детектор газов и паров, содержащий проточный волновод с открытым и закрытым торцами, снабженный входным штуцером анализируемого газа и выходным штуцером, размещенным около закрытого торца волновода, источник акустических колебаний, установленный в открытом торце волновода и подключенный к генератору электрических гармонических колебаний, электронное устройство измерения тока в цепи, соединяющей источник акустических колебаний с генератором, выход которого подключен последовательно к устройству компенсации начального уровня сигнала и электронному потенциометру, согласно полезной модели он дополнительно снабжен штуцером газа-носителя, размещенным между открытым торцом и входным штуцером анализируемого газа, при этом к выходному штуцеру и штуцеру газа-носителя подключены переменные пневматические сопротивления.
Такая конструкция обеспечивает возможность использовать детектор при высоких температурах, за счет того, что часть волновода между штуцером газа-носителя и выходным штуцером может размещаться в термостате и подвергаться любым температурным воздействиям, а часть волновода между источником акустических колебаний и штуцером газа-носителя размещается при комнатной температуре, что исключает воздействие высоких температур на источник акустических колебаний.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема акустического детектора показана на чертеже.
Акустический детектор, содержит проточный волновод 1 с открытым торцом 2 и закрытым торцом 3. Проточный волновод 1 снабжен входным штуцером 4 анализируемого газа и выходным штуцером 5, размещенным около закрытого торца 3 волновода 1. Источник 6 акустических колебаний, установлен в открытом торце 2 волновода 1 и подключен к генератору 7 электрических гармонических колебаний. Электронное устройство 8 измерения тока в цепи, соединяет источник 6 акустических колебаний с генератором 7, выход которого подключен последовательно к устройству 9 компенсации начального уровня сигнала и электронному потенциометру 10. Детектор 11 также снабжен штуцером газа-носителя, размещенным между открытым торцом 2 и входным штуцером 4 анализируемого газа, при этом к выходному штуцеру 4 и штуцеру газа-носителя подключены переменные пневматические сопротивления 12 и 13. Часть волновода 1 между штуцером газа-носителя 11 и выходным штуцером 5 размещена в термостате 14, а часть волновода 1 между источником 6 акустических колебаний и штуцером 11 размещена при комнатной температуре, что исключает воздействие высоких температур на источник 6 акустических колебаний.
Работа акустического детектора газов и паров осуществляется следующим образом.
В волновод 1 через штуцер 11 подают газ-носитель, а через штуцер 4 - анализируемый газ. Поток газов покидает волновод 1 через штуцер 5. С помощью источника 6 акустических колебаний, к которому поступают от генератора 7 электрические гармонические колебания, при соответствующем выборе частоты колебаний в волноводе 1 возникает акустическая стоячая волна. При этом в цепи, соединяющей источник 6 акустических колебаний и генератор 7, протекает переменный ток, измеряемый устройством 8 измерения тока. Значение силы тока в цепи компенсируется устройством 9 компенсации начального уровня сигнала. В результате на входе потенциометра 10 устанавливается значение сигнала, равное нулю. Такой сигнал на входе потенциометра 10 имеет место, когда через волновод 1 протекает чистый газ-носитель из газохроматографической колонки. Когда вместе с потоком газа-носителя через волновод 1 протекает какой-либо детектируемый компонент, из-за изменения акустического сопротивления газа, заполняющего волновод 1, изменяется режим стоячей волны в волноводе 1, это приводит к изменению тока в цепи. В результате сигнал, возникающий на выходе устройства измерения тока, отличается от компенсирующего сигнала, создаваемого устройством 9. Поэтому на вход потенциометра 10 поступает сигнал, отличный от нуля. При выходе очередного компонента из газохроматографической колонки сигнал, регистрируемый потенциометром 10, имеет форму пика. Размещение части волновода 1 в термостате 14 позволяет расширить функциональные возможности детектора и обеспечить возможность анализа сред, температура которых может составлять то 70 до 350°С.
Опытным путем установлено, что площадь пика зависит от объемной концентрации паров компонента и его молекулярной массы.
Преимуществом предлагаемого технического решения являются более широкие аналитические возможности, чем у прототипа.
Предлагаемый акустический детектор может быть реализован на базе стандартного источника колебаний, генератора, электронного потенциометра и широко распространенных электронных элементов.
Детектор может найти применение для измерения концентраций компонентов в газовой хроматографии, а так же в качестве автоматического анализатора состава бинарных и псевдобинарных газовых сред.