АНАЛИЗАТОР ПЛОТНОСТИ ГАЗОВ

Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно, к средствам измерений плотности газов
Известен анализатор плотности газов (Кириллин В.А., Шейндлин А.Е. Исследование термодинамических свойств веществ; М-Л; Госэнергоиздат, 1963 - с.176-177), содержащий двухтрубный жидкостный дифманометр, измерительная трубка которого снабжена диафрагмой и устройствами фиксации начала и конца измерений и электронный секундомер. Измерение плотности анализатором сводится к определению времени истечения постоянного объема анализируемого газа, вытесняемого затворной жидкостью дифманометра через отверстие диафрагмы.
Недостатком анализатора является сложность измерений, которая связана с необходимостью проведения операций по очистке аналитической камеры от следов газа, остающегося от предыдущего измерения (для этого используются вспомогательные устройства) и невысокая (0,5-1%) точность измерений (Кивилис С.С. Плотномеры. М., Энергия; 1980 - с.166-168).
Наиболее близким по технической сущности из известных лабораторных анализаторов плотности газов к предложенному является анализатор плотности газов (Патент РФ №2094768. Анализатор плотности газов./ Илясов Л.В. Бюл. №30.1997), содержащий миниатюрное турбулентное сужающее устройство, связанное через тройник с камерой для сжатия анализируемого газа и с перепадомером, включающим «плюсовую» камеру, выполненную проточной, снабженную устройством фиксации окончания измерений и соединенную через входной штуцер с линией анализируемого газа, а через выходной штуцер - с тройником и «минусовую» камеру, снабженную устройством фиксации начала измерений
и соединенную с атмосферой, при этом устройства фиксации начала и окончания измерений связаны с электронным секундомером.
Недостатком данного анализатора является наличие ртутного дифманометра в качестве перепадомера, а известно, что ртуть является вредным веществом, для работы с ней необходимо использовать специальные помещения, обучать обслуживающий персонал. Кроме того конструкция камеры для сжатия газа, выполненная в виде сильфонной коробки, замедляет теплоотдачу сжатого в ней газа и, как следствие, уменьшает точность измерения.
Задачей полезной модели является совершенствование анализаторов плотности газов, основанных на истечении газа через диафрагму.
Технический результат - создание простого и точного анализатора плотности для поверки и градуировки автоматических анализаторов плотности газов.
Технический результат достигается тем, что анализатор плотности, содержащий миниатюрное турбулентное сужающее устройство, связанное через тройник с камерой для сжатия анализируемого газа и с перепадомером, включающим «плюсовую» камеру, выполненную проточной, снабженную устройством фиксации окончания измерений и соединенную через входной штуцер с линией анализируемого газа, а через выходной штуцер - с тройником и «минусовую» камеру, снабженную устройством фиксации начала измерений и соединенную с атмосферой, при этом устройства фиксации начала и окончания измерений связаны с электронным секундомером, согласно полезной модели, дополнительно содержит пневмотумблер, подключенный к выходному штуцеру миниатюрного турбулентного сужающего устройства и шприц, входной канал которого соединен с выходным каналом камеры для сжатия газа, выполненной в виде спирали из тонкостенной трубки. При этом перепадомер разделен на «плюсовую» и «минусовую» камеры металлической мембраной, а устройства начала и окончания измерений выполнены в виде игл, острия которых
обращены в сторону двух поверхностей мембраны с возможностью образования двух управляемых разностью давлений электрических контактов. Кроме того, корпус шприца снабжен штуцером, месторасположение которого обусловлено возможностью образования из шприца проточной камеры при максимально выдвинутом поршне.
Предлагаемая конструкция анализатора обеспечивает большую точность измерения плотности за счет выполнения камеры для сжатия газа в виде спирали из тонкостенной трубки, обеспечивающей быстрый теплообмен газа после его сжатия и нагревания с окружающей средой, а так же позволяет исключить необходимость установки анализатора в специальных помещениях и обучения обслуживающего персонала для работы с ртутью, т.к. в составе анализатора используется мембранный перепадомер.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
На фиг.1 изображена схема анализатора плотности газов.
Анализатор плотности газов, содержит миниатюрное турбулентное сужающее устройство 1, связанное через тройник 2 с камерой для сжатия анализируемого газа 3 и с перепадомером 4. Перепадомер 4 включает «плюсовую» камеру 5, выполненную проточной, снабженную устройством фиксации окончания измерений 6 и соединенную через входной штуцер 7 с линией анализируемого газа 8, а через выходной штуцер 9 - с тройником 2 и «минусовую» камеру 10, снабженную устройством фиксации начала измерений 11 и соединенную через штуцер 12 с атмосферой. Устройства фиксации начала 11 и окончания измерений 6 связаны с электронным секундомером 13. Анализатор дополнительно содержит пневмотумблер 14, подключенный к выходному штуцеру 15 миниатюрного турбулентного сужающего устройства 1 и шприц 16, входной канал 17 которого соединен с выходным каналом 18 камеры для сжатия газа 3, выполненной в виде спирали из тонкостенной трубки. Перепадомер разделен на «плюсовую» 5 и
«минусовую» 10 камеры металлической мембраной 19, а устройства начала 11 и окончания 6 измерений выполнены в виде игл, острия 20, 21 которых обращены в сторону двух поверхностей мембраны 20 с возможностью образования двух управляемых разностью давлений электрических контактов. Корпус 22 шприца 16 снабжен штуцером 23, месторасположение которого обусловлено возможностью образования из шприца 16 проточной камеры при максимально выдвинутом поршне 24. Линия анализируемого газа 8, соединенная с «плюсовой» камерой 5 перепадомера 4 через штуцер 7, содержит вентиль 25.
Работа устройства происходит следующим образом.
1
2
1
Перед началом серии опытов настраивают устройства фиксации начала 11 и окончания 6 измерений так, чтобы при малом избыточном давлении P внутри камеры для сжатия анализируемого газа 3, а следовательно и в «плюсовой» камере 5 перепадомера 4, металлическая мембрана 19 замыкала цепь через контакт 21 и давала сигнал на секундомер 13, при наличии в камере избыточного давления P, большего, чем P, мембрана должна замыкаться на контакт 20.
Перед началом измерения открывают пневматический тумблер 14 и вентиль 25, и поршень 24 шприца 16 выдвигают в крайнее положение так, что открывается доступ газу из внутренней полости шприца в выходной штуцер 23. К линии 8 подводят источник сжатого осушенного воздуха.
Воздух поступает через штуцер 7 и промывает «плюсовую» камеру 5 перепадомера 4, миниатюрное турбулентное сужающее устройство 1, камеру для сжатия анализируемого газа 3 и внутреннюю полость шприца 16.
При этом из названных элементов удаляется газ, оставшийся от предыдущего анализа. Затем последовательно закрывают тумблер 14 и вентиль 25, а поршнем 24 шприца 16 перекрывают выходной штуцер 23 и создают в камере избыточное давление. При этом мембрана 19 перемещается и замыкает контакт 20 начала измерения 11. Некоторое время воздух внутри камеры, нагретый вследствие сжатия, остывает до температуры окружающей
2
1
2
1
э
среды. Затем тумблер 14 открывают, и происходит истечение воздуха в атмосферу через миниатюрное турбулентное сужающее устройство 1 за счет избыточного давления во внутренней полости камеры. Параметры подбирают так, чтобы мембрана не сразу отходила от контакта 20, а еще некоторое время замыкала его под действием давления в «плюсовой» камере 5 перепадомера 4. Когда давление внутри камеры становится меньшие давления P, металлическая мембрана 19 перепадомера отходит от игольчатого контакта 20 устройства начала измерений 11, начинается отсчет времени. Когда давление становится равным P, мембрана замыкает контакт 21 устройства окончания измерений 6, отсчет времени прекращается. Время, за которое давление в камере упало с P до P считается временем истечения эталонного газа t.
э
i
нi
Затем к линии 8 подключают источник анализируемого газа, и все описанные выше операции повторяют. В результате этих двух измерений времени истечения воздуха t и анализируемого газа t через миниатюрное турбулентное сужающее устройство, рассчитывают плотность анализируемого газа в нормальных условиях ρ, по следующей формуле:
нэ
где ρ - плотность воздуха в нормальных условиях.
Преимуществами данного технического решения являются:
- использование мембранного дифманометра вместо ртутного, исключающего необходимость размещения анализатора в специальном помещении и обучении персонала;
- уменьшение относительной погрешности измерения плотности за счет использования камеры для сжатия газа в виде тонкостенной трубки, обладающей малой тепловой инерцией;
- простота и экспрессность измерения плотности.
Устройство может быть реализовано на базе стандартного электронного измерителя временных интервалов, мембранного электроконтактного манометра, тумблеров, шприцов и вспомогательных устройств.
Анализатор плотности газов может быть использован для экспрессных и точных измерений плотности газов в научных и заводских лабораториях.
Он может найти широкое применение при градуировке и поверке поточных автоматических анализаторов плотности газов в качестве эталонного средства измерения.