АКУСТИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ ГАЗОВ И ПАРОВ

АКУСТИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ ГАЗОВ И ПАРОВ
Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно к средствам измерений концентраций комнонентов при газовом хроматографическом анализе, а также при эвапорографическом анализе жидких нефтепродуктов.
Известен акустический детектор для газовой хроматографии (Фарзане Н.Г, Илясов Л.В Автоматические детекторы газов. М: Энергия, 1972, С168), содержащий рабочую и сравнительную камеры, в которых расположены пьезокерамические элементы (излучатель и приемник акустических колебаний), подключенные к входу и выходу электронных усилителей. Камеры включены по дифференциальной схеме. Разность скорости ультразвука в рабочей и сравнительной камерах пропорциональна разности частот самовозбуждения их усилителей. Эта разность подается на смеситель, где выделяется и усиливается частота биений. Для записи хроматограммы в схеме предусмотрен преобразователь частоты в напряжение.
Педостатком данного детектора является сложность конструкции и необходимость использования дополнительного преобразователя частотанапряжение для регистрации хроматограммы с помощью автоматических потенциометров, которые обычно включаются в состав хроматографов.
Паиболее близким по технической сущности является акустический детектор газов (Тхорожовский В.П. Автоматический анализ химического состава газов. М; Химия. 1069, с 46-48), содержащий волновод, выполненный в виде трубки, снабженной щтуцером газа-носителя, вмонтированным в стенку трубки в ее середине, термостат, в котором размещена средняя часть трубки, источник и приемник акустических колебаний, расположенные в
G01N30/76
противоположенных торцах трубки. Концентрация определяемого компонента или плотность газа с помощью такого детектора определяется путем измерения скорости распространения акустических колебаний от источника к приемнику, что осуществляется специальной электронной системой.
Недостатком такого детектора является то, что анализируемый газ выходящий из волноводах, сбрасывается непосредственно в атмосферу что, например, для газовых: потоков содержащие вредные примеси недопустимо и требует применение сложной системы утилизации газовых потоков, а также необходимость использование сложной аппаратуры для питания источника акустических колебаний, усиления сигналов приемника этих колебаний, обработки сигналов источника и приемника, сложность подключения детектора к современной компьютерной системе обработки измерительной информации.
Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение подключения акустических детекторов к компьютерной системе обработки хроматографической информации.
Технический результат достигается тем, что акустический детектор для газов и паров, содержащий волновод, выполненный в виде трубки, снабженной штуцером газа-носителя, вмонтированным в стенку трубки в ее середине, термостат, в котором размещена средняя часть трубки, источник и приемник акустических колебаний расположенные в противоположенных торцах трубки, согласно полезной модели дополнительно содержит источник вспомогательного газа, связанный через тройник с входами двух дросселей, выходы которых подк;почены к двум штуцерам вспомогательного газа, два штуцера сброса газов и звуковую палату, размещенную в системном блоке персонального компьютера, причем штуцеры вспомогательного газа вмонтированы в стенку трубки в непосредственной близости от ее торцов, а штуцер ь/ сброса газа вмонтированы в стенку трубки симметрично относительно штуцера газа носителя по длине трубки на участках между
этим штуцером и штуцерами вспомогательного газа, при этом источник и приемник акустических колебаний подключены, соответственно, к аналоговому выходу и микрофонному входу звуковой платы.
Такая конструкция позволяет упростить согласования акустических детекторов с компьютером, так как предусматривает непосредственное подключение акустического детектора к стандартному устройству системного блока - звуковой плате, и как следствие, обеспечивает простоту и комплексность обработки сигнала детектора с помош;ью компьютера.
По сравнению с прототипом, заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема детектора изображена на чертеже.
Акустический детектор для газов и паров, содержаш,ий волновод 1, выполненный в виде трубки, снабженной штуцер 2 газа-носителя, который вмонтирован в стенку 3 трубки в ее середине 4, средняя часть 5 трубки размещена в термостате 6, для исключений конденсации детектируемых паров при анализе жидкостей, источник 7 и приемник 8 акустических колебаний расположены в противоположенных торцах 9 и 10 трубки 1 и образуют вместе с ней проточную камеру. В составе детектора также входят источник 11 вспомогательного газа, связанный через тройник 12 с входам 13 и 14 двух дросселей 15 и 16.
Выход 17 и 18 этих дросселей подключенный к штуцерам 19 и 20 вспомогательного газа. При этом штуцер 19 и 20 вмонтированы в стенку 3 трубки 1 в непосредственной близости от источника 7 и приемника 8 акустических колебаний. Штуцеры сброса 21 и 22 вмонтированы в стенку трубки 1 симметрично относительно штуцера 3 газа-носителя по длине трубки на участках между этим штуцером и штуцерам 19 и 20 вспомогательного газа. Источник 7 и приемник 8 акустических колебаний подключены, соответственно, к аналоговому выходу 23 и микрофонному входу 24 звуковой платы 25 системного блока 26 персонального компьютера.
Звуковая плата 25 и монитор 27 компьютера подключены к системному блоку 26 через обшую шину 28.
Работа акустического детектора осуществляется следующим образом.
В волновод 1 акустического детектора через щтуцер 3 непрерывно подают газ-носитель из хроматографической колонки или из емкости для перегонки эвапорографического анализатора фракционного состава жидких нефтепродуктов, а через дроссели 15 и 16 и штуцеры 19 и 20 в волновод 1 от источника 11 поступает вспомогательный газ (в качестве вспомогательного газа удобно, использовать такой же газ, как газ-носитель). Газовые потоки покидают волновод 1 через штуцер 21 и 22. С аналогового 23 выход звуковой платы 25 к источнику 7 подают электрические сигналы. В результате источник 7 создает акустические колебания, которые распространяются в волновод 1 вдоль его оси. Эти колебания воспринимаются приемником 8 акустических колебаний, преобразуются в электрические сигналы и поступают на микрофонный вход 24 звуковой платы 25. В зависимости от компьютерной программы детектор может работать в следующих режимах.
-абсорбционном (на основе поглощения звука анализируемых газов);
-пьезометрическом (на основе измерения звукового давления);
-временном (на основе измерения времени распространения акустических сигналов в волноводе);
-резонансном (на основе измерение частоты собственных колебаний волновода, заполненного газом).
Например, в резонансном режиме, когда через волновод протекает только газ-носитель, частота акустических колебаний приобретают некоторые постоянные значения. Эти колебания через микрофонный вход 24 и звуковую плату 25 поступают в обшую шину 28 системного блока персонального компьютера.
Когда из хроматографической колонки в среднюю часть 5 волновод 1, размещенную в термостате 6, вместе с газом-носителем поступает очередной детектируемый компонент, отличающийся от газа-носителя по плотность, в
4e CXjlX- /
Средней части 5 волновода изменяется скорость звука и коэффициент поглощения акустических колебаний. Это приводит к изменению частоты собственных колебаний волновода. Эти изменения частоты определяются разностью плотностей определяемого компонента и газа-носителя, а также объемной концентрацией анализируемого компонента в газе-носителе.
Проверка работоспособности предлагаемого детектора была выполнена на экспериментальной установке, включающей макет акустического детектора и персональный компьютер, системный блок которого был снабжен звуковой платой. Макет акустического детектора представил собой трубку длиной 310 мм, с внутренним диаметром 3 мм, средний (рабочий) участок трубки имел длину 95мм. В качестве источника акустических колебаний использовалась электромагнитная капсула типа ДЭМШ, а в качестве приемника использовался миниатюрный электретный микрофон типа НМО0603А. В качестве газа-носителя и вспомогательного газа использовался гелий. Причем расходы потоков устанавливались равными 1,5л/ч. Пачальная частота колебания составлялась 2200 Гц, а максимальное изменение частоты-100 Гц. Было установлено, что порог чувствительности детектора составляет 10 %об.
Предлагаемый акустический детектор может быть реализован на базе стандартных источников и приемников акустических колебаний и персонального компьютера.
Он может найти применение для определения концентрации компонентов в газовой хроматографии и эвапорографическом анализе, а также в качестве автоматического анализатора состав бинарных и псевдобинарных газообразных сред.
Преимущество предлагаемого технического решения является:
-возможность непосредственного подключения акустических детекторов к компьютеру.