ГАЗОСМЕСИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГРАДУИРОВОЧНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ
GAS MIXING CHAMBER FOR PREPARATION OF CALIBRATION GAS MIXES

Изобретение относится к технике получения градуировочных газовых смесей заданного состава, состоящих как из двух, так и более компонентов, и может быть использовано для контроля и градуировки газоаналитических приборов, в частности газоанализаторов.
Известна газосмесительная камера для приготовления градуировочных газовых смесей, содержащая снабженный подвижным поршнем герметичный корпус, к которому подсоединены магистрали подвода фонового газа, подвода дозируемого газового компонента, отвода градуировочной газовой смеси (см. патент РФ №41151, МПК G01N 1/22, опубл. 2004 г.). К недостаткам известного устройства можно отнести недостаточную точность аттестации газовых смесей из-за возможных протечек газа через уплотнение штока привода поршня, а также сложность его конструкции, обусловленную наличием подвижного поршня и соответственно электропривода для его перемещения.
Наиболее близкой к предлагаемой является газосмесительная камера для приготовления градуировочных газовых смесей, содержащая снабженный средством гомогенизации газовой смеси (лопастная мешалка с электроприводом) герметичный корпус, к которому подсоединены магистрали системы вакуумирования, подвода фонового газа, подвода дозируемого газового компонента, отвода градуировочной газовой смеси (см. Национальный стандарт Российской Федерации. ГОСТ Р ИСО 6144-2008. Анализ газов. Приготовление градуировочных газовых смесей. Статический объемный метод. Дата введения - 2009-12-01. Копия прилагается.). К недостаткам известного устройства можно отнести большую трудоемкость приготовления градуировочной газовой смеси точного заданного состава ввиду того, что при подготовке газосмесительной камеры к использованию, для исключения влияния находящихся в ней примесей, необходимо несколько раз произвести ее вакуумирование с последующим заполнением фоновым газом. При этом полное удаление примесей не всегда возможно и необходимо введение соответствующей поправки на примеси при вычислении содержания дозируемого газового компонента, что снижает точность определения концентрации смеси. Далее, в известном устройстве газовые смеси находятся в непосредственном контакте с корпусом газосмесительной камеры и следует тщательно выбирать материалы, из которых она изготовлена, для исключения нестабильности смеси или адсорбции каких-либо компонентов, особенно в случае приготовления смесей химически активных соединений. Ввиду этого обычно используются дорогостоящие материалы, например, боросиликатное стекло или нержавеющая сталь, и даже в этом случае не всегда возможно использование одной камеры для приготовления газовых смесей, содержащих широкий спектр компонентов. Кроме того, отвод готовой градуировочной смеси из газосмесительной камеры, как и из любой герметичной емкости постоянного объема, осуществляется при переменных по мере опорожнения камеры давлении и расходе смеси, что не всегда допустимо при градуировке газоаналитических приборов. Также известное устройство включает в себя электропривод лопастной мешалки, что, помимо усложнения конструкции, в некоторых случаях, особенно при наличии взрывоопасных компонентов, требует повышенных мер электробезопасности.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи, состоящей в уменьшении трудоемкости приготовления градуировочной газовой смеси при высокой точности определения ее объемного состава, в возможности использования в качестве материала газосмесительной камеры недорогих конструкционных материалов, а также в обеспечении получения на выходе газосмесительной камеры смеси с постоянными по времени опорожнения камеры расходе и давлении и упрощении конструкции за счет исключения использования в устройстве мешалки с электроприводом.
Данная задача решается тем, что в газосмесительной камере для приготовления градуировочных газовых смесей, содержащей снабженный средством гомогенизации газовой смеси герметичный корпус, магистрали системы вакуумирования, подвода фонового газа, подвода дозируемого газового компонента, отвода градуировочной газовой смеси, корпус выполнен в виде сферы, а внутри корпуса размещен двухсекционный тонкопленочный мешок из газонепроницаемого несорбирующего материала, закрепленный по периферии к стенкам корпуса, деформируемые стенки каждой секции которого выполнены с возможностью при их расправлении плотного прилегания ко всей внутренней поверхности корпуса, причем полость первой секции мешка сообщена с атмосферой, а полость второй соединена с магистралями подвода фонового газа, подвода дозируемого газового компонента, отвода градуировочной газовой смеси, при этом средство гомогенизации газовой смеси выполнено в виде размещенного в полости второй секции патрубка, прилегающего к стенкам корпуса под острым углом, и соединенного с магистралями подвода фонового газа, подвода дозируемого газового компонента, отвода градуировочной газовой смеси.
При этом в газосмесительной камере для приготовления градуировочных газовых смесей размещенный в полости второй секции патрубок может прилегать к ее стенкам под углом 5-18 градусов, а двухсекционный тонкопленочный мешок может быть выполнен из пластика.
Выполнение корпуса газосмесительной камеры в виде сферы обусловлено тем, что в сферической емкости можно обеспечить равномерное и плотное прилегание находящейся в ней тонкопленочной оболочки к внутренней поверхности корпуса при расправлении оболочки. Причем в самой оболочке при контакте со стенками корпуса отсутствуют какие-либо локальные концентрации напряжений, как, например, в цилиндрической оболочке в местах сопряжения основания и боковой поверхности, и она по всей поверхности без образования «паразитных» пустот под воздействием внутреннего давления в ее полости плотно прилегает к корпусу. При этом объем полости оболочки однозначно равен объему корпуса (за исключением крайне незначительного объема самих стенок оболочки, который при необходимости легко можно учесть), что повышает точность определения в дальнейшем объемного состава смеси.
Размещение внутри корпуса двухсекционного тонкопленочного мешка из газонепроницаемого несорбирующего материала, закрепленного по периферии к стенкам корпуса, деформируемые стенки каждой секции которого выполнены с возможностью при их расправлении плотного прилегания ко всей внутренней поверхности корпуса, причем полость первой секции мешка сообщена с атмосферой, а полость второй соединена с магистралями подвода фонового газа, подвода дозируемого газового компонента, отвода градуировочной газовой смеси, обеспечивает уменьшение трудоемкости приготовления градуировочной смеси за счет того что, при работе газосмесительной камеры обеспечивается полное удаление из нее градуировочной газовой смеси при увеличении объема полости первой секции и соответствующем уменьшении объема полости второй секции до полного ее опорожнения и удаления из нее заданного объема смеси. При этом не требуется каких-либо дополнительных продувок при использовании камеры для приготовления градуировочных газовых смесей другого компонентного и объемного состава.
Кроме того, соединение полости второй секции мешка с магистралями подвода фонового газа, подвода дозируемого газового компонента, отвода градуировочной газовой смеси, при том, что тонкопленочного мешок выполнен из газонепроницемого несорбирующего материала, обеспечивает исключение контакта газовой смеси с внутренней поверхностью корпуса, что позволяет использовать в качестве материала корпуса дешевые конструкционные материалы при приготовлении смесей самых различных компонентов.
Также указанная совокупность признаков обеспечивает получение на выходе газосмесительной камеры смеси с постоянными по времени опорожнения камеры расходе и давлении за счет того, что имеется возможность при увеличении объема полости первой секции и соответствующем уменьшении объема полости второй секции достаточно легко поддерживать эти параметры постоянными во времени.
Выполнение средства гомогенизации газовой смеси в виде размещенного в полости второй секции патрубка, прилегающего к стенкам корпуса под острым углом, и соединенного с магистралями подвода фонового газа, подвода дозируемого газового компонента, отвода градуировочной газовой смеси позволяет при подводе фонового газа и дозируемого газового компонента интенсифицировать гомогенизацию за счет создания тангенциально направленных потоков в этой полости, при том, что и деформация полости также способствует интенсивности перемешивания, что позволяет исключить использование лопастной мешалки с электроприводом.
На чертеже представлена предлагаемая газосмесительная камера для приготовления градуировочных газовых смесей перед началом ее работы.
Газосмесительная камера для приготовления градуировочных газовых смесей содержит герметичный корпус 1 в виде сферы, который может быть выполнен, например, из двух скрепленных между собой полусфер. Внутри корпуса 1 размещен двухсекционный тонкопленочный мешок 2 из газонепроницаемого несорбирующего материала, закрепленный по периферии к стенкам корпуса 1, например, по месту соединения полусфер корпуса 1. В качестве материала мешка 2 может быть использован пластик, например, пленка полиамидполиолефиновая соэкструзионная пятислойная ПОЛИФОРМ-5. Деформируемые стенки каждой секции мешка 2 выполнены с возможностью при их расправлении плотного прилегания ко всей внутренней поверхности корпуса 1. Полость 3 первой секции мешка через магистраль 4 сообщена с атмосферой, а полость 5 второй секции соединена с магистралями подвода фонового газа 6, подвода дозируемого газового компонента 7, отвода градуировочной газовой смеси 8. В полости 5 второй секции размещен патрубок 9, который установлен или прилегает к стенкам корпуса 1 под острым углом, предпочтительно, как показали наши эксперименты, под углом 5-18 градусов. Данный угол определяется как угол наклона патрубка 9 к касательной, проведенной к стенке корпуса 1 в месте подсоединения к ней патрубка 9. Через патрубок 9 эта секция и сообщается с магистралями подвода фонового газа 6, подвода дозируемого газового компонента 7, отвода градуировочной газовой смеси 8. Кроме того, к корпусу 1 в смежных по отношению к мешку 2 областях подсоединены магистрали 10 и 11 системы вакуумирования. Все указанные магистрали 4, 6 - 8, 10, 11 снабжены соответствующими штуцерами с запорными кранами.
Предлагаемая газосмесительная камера для приготовления градуировочных газовых смесей работает следующим образом.
Перед началом работы мешок 2 свободно располагается на нижней части корпуса 1. Полости 3 и 5 первой и второй секций мешка могут занимать любой произвольный объем, определяемый гибкостью стенок мешка 2. При подключении системы вакуумирования, например вакуумных насосов (не показаны), через магистрали 10, 11 системы вакуумирования осуществляется откачка воздуха из смежных по отношению к мешку 2 областей корпуса 1. При этом воздух из атмосферы через магистраль 4 заполняет полость 3 первой секции мешка до тех пор, пока она полностью не займет весь объем корпуса 1 при плотном прилегании ее стенок с одной стороны к стенкам корпуса 1, а с другой - к стенкам прилегающей к корпусу 1 полости 5 второй секции мешка. Соответственно, полость 5 мешка полностью освобождается от возможного «паразитного» воздуха через патрубок 9 и любую из подсоединенных к нему магистралей, то есть ее объем при полностью заполненной воздухом полости 3 равен нулю и стенки плотно прилегают к стенкам корпуса 1.
Затем, что не является предметом изобретения, с использованием известных процедур, например, описанных в Национальном стандарте Российской Федерации. ГОСТ Р ИСО 6144-2008. Анализ газов. Приготовление градуировочных газовых смесей. Статический объемный метод. Дата введения - 2009-12-01, осуществляют приготовление градуировочной газовой или парогозовой смеси в полости 5 второй секции мешка путем подачи в нее дозированных количеств фонового газа и целевого компонента или компонентов. Заполнение этой полости 5 производится при очевидном переключении подвода магистралей подвода фонового газа 6, подвода дозируемого газового компонента 7. Подвод фонового газа и дозируемого газового компонента через патрубок 9, установленный во второй полости 5 под острым углом к стенке корпуса 1, интенсифицирует гомогенизацию газовой смеси за счет создания тангенциально направленных потоков в этой полости, при том, что и деформация полости также способствует интенсивности перемешивания. При этом полость 5 второй секции мешка расширяется до тех пор, пока она полностью не займет весь объем корпуса 1, полностью вытеснив воздух из полости 3 первой секции мешка через сообщенную с атмосферой магистраль 4. После формирования гомогенной градуировочной смеси заданного состава в полости 5 второй секции мешка через магистраль отвода градуировочной смеси при перекрытии магистралей подвода фонового газа 6 и подвода дозируемого газового компонента 7 осуществляют отвод градуировочной смеси для градуировки газоанализаторов. При этом, так как магистрали 10, 11 постоянно подключены к системе вакуумирования, происходит заполнение полости 3 первой секции мешка атмосферным воздухом через магистраль 4 до тех пор, пока она полностью не займет весь объем корпуса 1 при плотном прилегании ее стенок с одной стороны к стенкам корпуса 1, а с другой - к стенкам прилегающей к корпусу 1 полости 5 второй секции мешка, а полость 5 второй секции мешка полностью не освободится от градуировочной смеси.
Затем можно аналогичным образом, практически сразу после опорожнения полости 5 второй секции мешка, осуществить приготовление градуировочной смеси другого количественного или компонентного состава, и так далее неоднократно без длительной процедуры подготовки газосместительной камеры к работе с различными газовыми смесями.
Использование предлагаемой газосмесительной камеры позволяет уменьшить трудоемкость приготовления градуировочной газовой смеси при высокой точности определения ее объемного состава, дает возможность использования в качестве материала газосмесительной камеры недорогих конструкционных материалов, обеспечивает получение на выходе газосмесительной камеры смеси с постоянными по времени опорожнения камеры расходе и давлении.