АНАЛИЗАТОР ГАЗА

Полезная модель относится к области исследования и анализа материалов путем определения их химических свойств и может быть использована для определения количества азота, кислорода и водорода в металлах, сплавах и неорганических материалах.
Известно устройство для определения азота, кислорода и водорода в металлах и сплавах методом восстановительного плавления в атмосфере инертных газов [1]. Оно содержит источник газа-носителя, импульсную печь с тиглем, устройства для преобразования газа и три последовательно расположенных детектора: для анализа кислорода и водорода - инфракрасные ячейки, для анализа азота - ячейку теплопроводности. Все три газа извлекаются из одной пробы.
Недостатком этих устройств является сложность, обусловленная применением отдельного детектора для регистрации каждого газа с последовательным их расположением. При этом существенно возрастает время анализа. Температуры извлечения для каждого газа различны и определяются химическим составом пробы: водород - 900-1400°C, кислород - 1500-2200°C, азот - 1500-2500°C. Анализ из одной пробы предполагает выбор максимальной температуры проведения анализа. На практике потребность анализа трех газов из одной пробы на практике возникает очень редко.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является анализатор газа [2], содержащий два источника газа-носителя (гелия и азота), импульсную печь с тиглем, преобразователь газа с детектором по теплопроводности, два двухпозиционных газовых переключателя и катарометр, соединенных соответствующим образом. Устройство позволяет одним катарометром производить регистрацию азота и водорода.
Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности (анализируются только азот и водород).
Предлагаемое полезная модель направлена на расширение функциональных возможностей анализатора, а именно - определение азота, водорода и кислорода на одном анализаторе с двумя детекторами при сохранении технических характеристик.
Данный технический результат достигается тем, что в анализаторе газа, содержащем источники газов-носителей, переключатель газа, печь, первый и второй двухпозиционные газовые переключатели, преобразователь газа и катарометр, причем выход переключателя газа соединен с входом печи, выход которой соединен с входом второго двухпозиционного переключателя, первый выход первого двухпозиционного переключателя соединен с первым входом катарометра, второй выход - с первым выходом второго двухпозиционного переключателя и вторым входом катарометра, а второй выход второго двухпозиционного переключателя соединен с преобразователем газа, согласно полезной модели, устройство дополнительно снабжено выключателем газа, третьим двухпозиционным газовым переключателем, инфракрасным детектором диоксида углерода для определения содержания кислорода и устройством поглощения диоксида углерода. Вход выключателя газа соединен с выходом переключателя газа, а выход - с входом первого двухпозиционного переключателя, вход третьего двухпозиционного переключателя соединен с выходом преобразователя газа, первый выход - с входом устройства поглощения диоксида углерода, второй выход - с входом инфракрасного детектора диоксида углерода, а выход устройства поглощения диоксида углерода соединен с первым входом катарометра.
Введение в устройство выключателя газа, третьего двухпозиционного газового переключателя, инфракрасного детектора диоксида углерода и устройства поглощения диоксида углерода позволяет реализовать работу анализатора в трех режимах: определение кислорода, азота и водорода. Кроме того, в режиме анализа кислорода анализатор позволяет экономить реактивы для удаления диоксида углерода, а также газ-носитель гелий за счет сокращения времени анализа.
Полезная модель поясняется чертежом, где показана блок-схема устройства для определения азота, кислорода и водорода в металлах, сплавах и неорганических материалах.
Для анализа содержания азота и кислорода в качестве газа-носителя применяется гелий, а для анализа содержания водорода - азот (на фигуре подводы газов показаны стрелками на входах переключателя I газа; источники газов не показаны). Выход переключателя 1 соединен с входом печи 2 и входом выключателя 3 газа, выход которого соединен с входом первого двухпозиционного газового переключателя 4, а выход печи 2-е входом второго двухпозиционного газового переключателя 5. Первый выход первого двухпозиционного переключателя 4 соединен с первым входом катарометра 6 и выходом устройства поглощения диоксида углерода 7, а второй выход - со вторым входом катарометра 6 и первым выходом второго двухпозиционного переключателя 5. Второй выход второго двухпозиционного переключателя 5 соединен с входом преобразователя 8 газа, выход которого соединен с входом третьего двухпозиционного переключателя 9. Первый выход последнего соединен с входом устройства 7 поглощения диоксида углерода, а второй выход - с входом инфракрасного детектора 10 диоксида углерода.
Анализатор работает в трех режимах:
2
2
2
Анализ азота. Через переключатель 1 газа в устройство подают газ-носитель гелий (на фигуре направление газа показано стрелкой). В тигель печи 2 помещают пробу и нагревают до расплавления. Гелий поступает в печь 2, а также через выключатель 3 газа и двухпозиционный переключатель 4 на второй вход катарометра 6. Продукты реакции в печи 2 (N, CO и Н) с потоком гелия через второй двухпозиционный переключатель 5 поступают в преобразователь 8 газа. Последний состоит из печи с CuO, нагретой до 700°C. В преобразователе СО превращается в диоксид углерода (водород превращается в воду) и через третий двухпозиционный переключатель 9 поступает в устройство 7 поглощения диоксида углерода. При этом бинарная смесь гелий-N поступает на первый вход катарометра 6, где количество азота определяется по разности теплопроводностей.
Анализ кислорода. Через переключатель 1 газа в устройство подают газ-носитель гелий. В тигель печи 2 помещают пробу и нагревают до расплавления. Гелий поступает в печь 2 (выключатель 3 газа закрыт). Продукты реакции в печи 2 с потоком гелия через второй двухпозиционный переключатель 5, преобразователь 8 газа и через третий двухпозиционный переключатель 9 поступают на вход инфракрасного детектора 10 диоксида углерода. Количество диоксида углерода пропорционально количеству кислорода в образце.
Аанализ водорода. Через переключатель 1 газа в устройство подают газ-носитель азот. В тигель печи 2 помещают пробу и нагревают до расплавления. Азот поступает в печь 2, а также через выключатель 3 газа и двухпозиционный переключатель 4 на первый вход катарометра б. Продукты реакции из печи 2 через второй двухпозиционный переключатель 5 поступают на второй вход катарометра. Количество водорода определяется по разности теплопроводностей.
Источники информации
1. Анализатор азота, кислорода и водорода ТСН-600 (Компания LECO - www.leco.com.).
2. Анализатор газа. Полезная модель РФ 108624, 2011 г.