ЯЧЕЙКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА ГАЗОВЫХ ФАЗ

Полезная модель относится к аналитической химии газовых фаз с применением метода пьезокварцевого микровзвешивания. Она может быть применена для паро-фазного анализа и контроля над состоянием газовых выбросов предприятий пищевой, химической, фармацевтической, парфюмерной промышленности.
Анализ газовых фаз методом пьезокварцевого микровзвешивания выполняют в статических и динамических условиях. Динамический анализ предполагает более сложное аппаратурное оформление процесса: кроме ячейки детектирования, необходим газ-носитель и компрессор для продувки его через всю систему с постоянной регулируемой скоростью, устройства контроля за постоянством давления (ротаметры) и ввода пробы.
Известна проточная ячейка детектирования, имеющая форму цилиндра. Сверху ячейка при помощи трех болтов закрывается крышкой с резиновым уплотнением. От крышки отходят выводы на схему возбуждения. Имеются три патрубка: два для ввода и один для выхода анализируемой пробы. Ввод пробы осуществляется через дополнительный инжекционный блок, в котором компоненты пробы смешиваются с потоком газа-носителя. Воздух, содержащий анализируемую смесь паров, продувают через ячейку детектирования (Кучменко Т.А. Применение метода пьезокварцевого микровзвешивания в аналитической химии - Воронеж: Изд-во. Воронеж, гос. технол. акад., 2001. С.57).
Недостатками устройства являются: наличие резинового уплотнения между крышкой и корпусом ячейки детектирования, которое разрушается под действием паров анализируемых соединений с последующим загрязнением объема ячейки детектирования продуктами деструкции; необходимость одинаковой и калиброванной затяжки болтов, наличие проводов конечной длины, меняющих свою геометрию и соответственно емкость при замене пьезокварцевого резонатора, неконтролируемая сорбция определяемых компонентов на газопроводящих трубках существенно отражается на результатах определения микропримесей; необходимость газа-носителя и компрессора для продувки, устройства контроля за постоянством
давления (ротаметры) и ввода пробы.
Наиболее близким по технической сущности, устройству и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является «ячейка детектирования для анализа газовых фаз» (патент РФ на изобретение №2205393, МПК G01N 27/12, G01N 5/02, 2003). Ячейка детектирования содержит корпус цилиндрической формы, крышку с держателем, модифицированный пьезокварцевый резонатор, схему возбуждения и патрубки. При этом патрубок для инжекторного ввода пробы выполнен с насадкой, снабженной полиуретановой прокладкой, и расположен в боковой части корпуса так, что ось симметрии патрубка ввода пробы перпендикулярна оси симметрии ячейки детектирования и проходит через центр, совпадая с плоскостью модифицированного пьезокварцевого резонатора.
Ячейка детектирования работает по следующей схеме. В держатель вставляют ПКР. Вкручивают в корпус крышку, накручивают на патрубок насадку с полиуретановой прокладкой, закрывают заглушку и через патрубок вводят анализируемую пробу. При необходимости возможна продувка ячейки детектирования осушенным воздухом для быстрой регенерации пьезокварцевого резонатора.
Недостатками данного устройства является невозможность организации непрерывного детектирования при анализе газовых сред и зависимость свойств пьезокварцевого резонатора от температуры, а также необходимость газа-носителя и компрессора для продувки.
Задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик устройства.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в автоматизации процесса детектирования при анализе газовых фаз за счет использования элементов электропневмоавтоматики, а также повышение точности измерения за счет введения системы поддержания заданной температуры пьезокварцевого резонатора.
Поставленная задача достигается тем, что ячейка детектирования для анализа газовых фаз состоит из корпуса цилиндрической формы, крышки с держателем, пьезокварцевого резонатора, входного и выходного патрубков, схемы возбуждения. При этом между входным патрубком и корпусом установлен электромагнитный трехходовой клапан, один из выходов которого соединен с верхней частью
корпуса через фильтр, другой выход соединен с боковой частью корпуса в плоскости пьезокварцевого резонатора, а выходной патрубок соединен с донной частью корпуса и через электропневмоклапан сообщается с атмосферой, при этом пьезокварцевый резонатор снабжен исполнительным устройством системы поддержания требуемой температуры.
Ячейка детектирования для анализа газовых фаз представлена на рисунке (фронтальная проекция),
где: 1 - корпус;
2 - крышка;
3 - держатель;
4 - пьезокварцевый резонатор;
5 - отводы пьезокварцевого резонатора;
6 - исполнительное устройство системы поддержания требуемой температуры;
7 - отводы исполнительного устройства системы поддержания требуемой температуры;
8 - система возбуждения;
9 - патрубок подачи очищенного воздуха;
10 - фильтр;
11 - трехходовой клапан;
12 - входной патрубок;
13 - патрубок подачи анализируемого воздуха;
14 - выходной патрубок;
15 - электропневмоклапан.
Ячейка представляет собой полый цилиндр корпус 1, сверху закрывающийся герметичной крышкой 2, которая вкручивается вовнутрь. На крышке жестко закреплен держатель 3 для пьезокварцевого резонатора 4 с отводами 5, исполнительного устройства системы поддержания требуемой температуры 6 с отводами 7, системы возбуждения 8.
К боковой поверхности корпуса 1 закреплены патрубок подачи очищенного воздуха 9, который через фильтр 10 и трехходовой клапан 11 соединен с входным патрубком 12, и патрубок подачи анализируемого воздуха 13, закрепленный в плоскости
пьезокварцевого резонатора 4 и который через трехходовой клапан 11 также соединен с входным патрубком 12.
К донной части корпуса 1 закреплен выходной патрубок 14, который через ЭПК 15 соединен с атмосферой.
Перед анализом необходимо выполнить следующие операции: патрубок подачи измеряемого воздуха 12 подсоединить с анализируемой пробой или с измеряемой атмосферой, отводы пьезокварцевого резонатора 5 соединить с частотомером, отводы исполнительного устройства системы поддержания требуемой температуры 7 соединить с системой поддержания требуемой температуры, а трехходовой клапан 11 и электропневмоклапан 15 соединить с источником постоянного напряжения.
Ячейка детектирования для анализа газовых фаз может работать в двух режимах: динамическом и статическом.
Режим реализации статического метода анализа.
Предварительные операции. Для этого необходимо продуть внутреннюю полость ячейки. Для этого необходимо перевести трехходовой клапан 11 из положения «0» в положение «1». С этой целью необходимо подать напряжение на трехходовой клапан 11, а также на электропневмоклапан 15. Очищенный воздух (газ-носитель) по цепочке входной патрубок 12, положение «1» трехходового клапана 11, патрубок подачи очищенного воздуха 9, фильтр 10 поступает во внутренний объем ячейки детектирования, а затем через выходной патрубок 14 и открытое положение электропневмоклапана 15 стравливается в атмосферу.
Затем необходимо создать необходимые температурные условия для работы ПКР. С этой целью необходимо подать напряжение на исполнительное устройство системы поддержания требуемой температуры 6. После достижения требуемой температуры система 6 отключается.
1
Задействовать систему возбуждения 8 и снять показания частоты с частотомера f.
Подать пробу для ее анализа. В процессе подачи пробы она полностью и равномерно заполняет внутренний объем корпуса 1. Для этого необходимо перевести трехходовой клапан 11 в положение «2». Анализируемый воздух по цепочке входной патрубок 12, положение «2» трехходового клапана 11, патрубок подачи анализируемого
воздуха 13, поступает во внутренний объем ячейки детектирования и, вытесняя очищенный воздух из внутреннего объема корпуса 1 через выходной патрубок 14 и открытое положение электропневмоклапана 15 стравливается в атмосферу. После полного заполнения внутреннего объема корпуса 1 электропневмоклапан 15 закрывается и перекрывает сообщение с атмосферой.
2
2
1
Снять показания частоты с пьезокварцевого резонатора f, которая будет характеризовать определяемое вредное вещество, а амплитуда выходного сигнала будет пропорциональна его концентрации. Разница частот (f-f) будет пропорциональна отклонению концентрации определяемого вещества от заданного значения.
В данном положении можно неоднократно выполнять измерения анализируемого воздуха без какой-либо перестыковки разъемов и переключений. В случае анализа других газовых компонентов необходимо только перестыковать штуцер патрубка подачи анализируемого воздуха 12.
После снятия показаний необходимо вновь продувки ячейки детектирования и ПКР. Для этого необходимо выполнить операции в соответствии с предварительными операциями, описанными выше. В заключении снять напряжение с трехходового клапана 11, а также с электропневмоклапана 15, с исполнительного устройства 6 системы поддержания заданной температуры, а также отсоединить патрубок подачи измеряемого воздуха 12 от анализируемой пробы или от измеряемой атмосферы.
Данный способ определения вредных веществ целесообразно применять при анализе газовых проб.
Режим реализации динамического метода анализа.
Все предварительные операции, характерные для режима реализации статического метода анализа, остаются в силе.
Однако для подачи пробы для ее анализа необходимо перевести трехходовой клапан 11 в положение «2». Анализируемый воздух по цепочке входной патрубок 12, положение «2» трехходового клапана 11, патрубок подачи анализируемого воздуха 13, поступает во внутренний объем ячейки детектирования и, вытесняя очищенный воздух из внутреннего объема корпуса 1 через выходной патрубок 14 и открытое положение электропневмоклапана 15 стравливается в атмосферу.
Измерения осуществляются при непрерывном движении измеряемого воздуха через внутренний объем корпуса 1.
Данный способ определения вредных веществ целесообразно применять при анализе атмосферного воздуха.
Для данной ячейки детектирования при анализа газовых фаз характерны автоматизация процесса детектирования при анализе газовых фаз за счет использования элементов электропневмоавтоматики, что приводит к сокращению времени анализа, а также повышенная точность измерения за счет введения системы поддержания требуемой температуры пьезокварцевого резонатора.