EA000473B1 - Устройство и способ отбора и определения летучих или растворимых компонентов в жидкостях и газах - Google Patents

Устройство и способ отбора и определения летучих или растворимых компонентов в жидкостях и газах Download PDF

Info

Publication number
EA000473B1
EA000473B1 EA199800220A EA199800220A EA000473B1 EA 000473 B1 EA000473 B1 EA 000473B1 EA 199800220 A EA199800220 A EA 199800220A EA 199800220 A EA199800220 A EA 199800220A EA 000473 B1 EA000473 B1 EA 000473B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
channels
temperature
sensor
carrier fluid
medium
Prior art date
Application number
EA199800220A
Other languages
English (en)
Other versions
EA199800220A1 (ru
Inventor
Дирк Тамм
Original Assignee
Дирк Тамм
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дирк Тамм filed Critical Дирк Тамм
Publication of EA199800220A1 publication Critical patent/EA199800220A1/ru
Publication of EA000473B1 publication Critical patent/EA000473B1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
    • G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/06—Tubular membrane modules
    • B01D63/062—Tubular membrane modules with membranes on a surface of a support tube
    • B01D63/065—Tubular membrane modules with membranes on a surface of a support tube on the outer surface thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G01N1/4005—Concentrating samples by transferring a selected component through a membrane
    • G01N2001/4016—Concentrating samples by transferring a selected component through a membrane being a selective membrane, e.g. dialysis or osmosis

Description

Изобретение относится к устройству и способам для отбора и определения растворимых газов или летучих компонентов в жидкости или газовой смеси с целью определения их концентрации. Устройство в основном приспособлено для определения органических растворителей, летучих углеводородов, СО2, О2 и подобных газов и может быть использовано в различных областях. Устройство обеспечивает непрерывный отбор для определения концентрации летучих и/или растворимых веществ. Такой непрерывный отбор имеет широкое применение, например, для наблюдения, обслуживания и управления производственных процессов или для своевременного обнаружения загрязнений окружающей среды.
Для перехода растворимого газа из жидкости в газ-носитель в основном используются цилиндрические зонды. Такие зонды с цилиндрическим телом могут быть помещены в закрытые емкости с изменяемым уровнем жидкости. Зонды используют боковые поверхности цилиндров или поверхность торца для перехода веществ. Такая торцевая поверхность, описанная к примеру в DE 3 611 596 А, имеет маленькую площадь для обмена и хуже приспособлена для определения низких концентраций. В зондах со шлангообразной поверхностью обмена, описанных, например, в DE-OS 2 310 264, ЕР 0 054 537 А1 или в ЕР 0 174 417 А1, канал для газаносителя резьбообразно высверлен в теле зонда и покрыт проницаемой мембраной. Поперечные отверстия вовнутрь зонда, а также мешковидно высверленное отверстие внутри зонда обеспечивают транспорт обогащенного газа-носителя к анализатору. К недостаткам описанных в ЕР 0054537 А1 или в ЕР 0 174 417 А1 зондов относятся сложная конструкция и, вследствие этого, их ненадежность, а также нахождение сенсоров внутри тела зонда и длинный путь газа через единственный соединительный канал. Последнее связано со сравнительно большим объёмом газа-носителя и относительно долгим временем пребывания газа внутри зонда.
Измерительные устройства с наружным мембранным шлангом известны из US 5 317 932 и из WO 93/16790 А1. Далее, в US 4 240 912 описано покрытое мембраной измерительное устройство, в котором соединительные каналы, установленные под мембраной, расположены в виде спирали в острие зонда, и в US 4 265 249 описан катетер для жидких сред тела человека с параллельно проходящими канавками в острие.
Традиционные зонды разработаны для одной определенной области концентрации. Для измерения в других интервалах концентрации необходимо переконструирование зонда для того, чтобы привести в соответствие рабочие области зонда и сенсоров, так как эффективно используемая поверхность мембраны постоянна и задана конструкцией зонда. Обычные зонды, как правило, нельзя использовать в разных областях концентрации.
Один из методов адаптации концентрации вещества в газе-носителе состоит в разбавлении определяемых компонентов перед их измерением посредством байпаса газа-носителя, известный из уровня техники (см. Mandenius, C.F., Holst, 0.: Monitoring of ethanol in production of baker's yeast using an improvedment membrane gas sensor. Acta Chemica Scandinavica, B37 (1983), № 8, S. 746-748).
Недостатком известных зондов является искажение измеряемых значений при изменении температуры. Сильное влияние температуры характерно для процесса перехода вещества через мембрану и характеристической линии сенсоров. Так, например, изменение температуры от 25 до 35°С при концентрации этанола в воде, равной 1 объему %, переход вещества изменяется на 75 %. Второй эффект - сильная температурная зависимость сенсоров - представлен на примере характеристической кривой часто используемых газовых сенсоров на основе оксида олова (SnO2) на фиг. 2. Характеристическая кривая сенсора с повышением температуры перемещается к более низким значениям сопротивления (область измерения меньше). Если сенсор, как например в ЕР 0 054 537 А1 или в ЕР 0 1 74 41 7 А1, помещен внутри зонда, оба эффекта налагаются друг на друга. Повышение температуры в жидкости увеличивает переход вещества через мембрану (повышение концентрации в газе-носителе). По мере того как температура самого зонда растет за счет теплопередачи, характеристическая линия сенсора перемещается. В результате сдвинутого по времени влияния на процесс перехода вещества и на характеристики сенсора получается сложная динамическая взаимосвязь между изменением температуры в жидкости и результатом измерения.
Обычные зонды не учитывают сдвинутое по времени действие изменения температуры жидкости на мембрану и на сенсор, так как учитывается только внешняя мгновенная температура жидкости, и не учитывается температура непосредственно мембраны для температурной компенсации результатов измерения. Обычные зонды, таким образом, применимы только при установившемся уровне значений температуры. В фазах колебаний температуры жидкости возникают значительные ошибки измерения. В DE 3 622 596 А1 используют два температурных сенсора для управления температурой зонда и температуры нагреваемой мембраны. Такое решение относительно сложно, комплексно и дорогостояще.
Задачей изобретения является создание устройства и способа для отбора и определения летучих и/или растворимых компонентов в жидкостях или газах, которые при малом времени срабатывания применимы в широкой об3 ласти применения, адаптируемы к разным условиям использования и пригодны для определения одного или нескольких компонентов в разных областях измерения концентрации.
Устройство, предназначенное для определения летучих или растворимых компонентов в жидкостях и газах, состоящее из цилиндрического основного тела с соединительными каналами на его внешней поверхности для приема среды-носителя, расположенной над соединительными каналами мембраны, каналов подвода и отвода среды-носителя и измеряющих устройств согласно изобретению, соединительные каналы расположены в одном или в нескольких сегментах 30; 30' на поверхности основного тела 5, причем каждый сегмент 30; 30' имеет по одной канавке подвода 2; 2' и канавке отвода 4; 4' и от канавки подвода 2; 2' к канавкам отвода 4; 4' параллельные друг другу соединительные каналы 3; 3'; причем каждый сегмент 30; 30' через канавку подвода 2; 2' и отдельный канал подвода 9; 9' соединен с входом среды носителя 8; 8'; и каждый сегмент 30; 30' через канавку отвода 4; 4' и один или несколько каналов отвода 10; 10' соединен с выходом среды-носителя 12; 12'.
В случае, когда предпочтительно имеются несколько сегментов 30; 30', последние могут быть подключаемыми и отключаемыми, образуя ступенчато устанавливаемую проницаемую поверхность (по площади).
В основном теле для разбавления обогащенного с определяемыми компонентами среды-носителя могут находится каналы терморегулирования 22 с подключаемым посредством установочных приспособлений 23; 24 байпасом для среды-носителя.
Устройство по изобретению содержит один первый температурный сенсор 1 5 непосредственно под проницаемой мембраной 11, но пространственно отдаленный от сенсора 7. Этот температурный сенсор измеряет температуру проницаемой мембраны. В соединении к каналу отвода 1 0; 1 0' расположен сенсор 7 для количественного определения концентрации определяемых компонентов.
Второй температурный сенсор предназначен для учета температуры окружения сенсора 7.
Нагреватель 18 предназначен для управления температуры окружения сенсора. Сумма площадей поперечного сечения соединительных канавок 3 соответствует площади поперечного сечения канавки подвода 2 или канавки отвода 4.
Предложенная конструкция устройства для измерения и отбора менее сложна, чем известные устройства, поэтому она более надёжна, менее склонна к неполадкам и менее дорогостоящая, чем известные зонды. Повышенная рентабельность обеспечена путём снижения расхода газа-носителя при сопоставимых площадях перехода мембраны, причем ввиду более короткого времени пребывания (прохождения) среды-носителя в зонде отмечаются улучшенные динамические параметры срабатывания, при которых даже в фазах с колебаниями температуры измеряемой среды определяются правильные значения измеряемых величин.
В устройстве тело зонда состоит из основного тела цилиндрической формы с фланцем. Основное тело имеет проходящие на внешней стороне проборообразные соединительные каналы, имеющие одну или несколько канавок поступления и одну или несколько канавок отвода для приема среды-носителя.
Под проборообразным исполнением соединительных каналов подразумевается поступление среды-носителя в канавку поступления, его распределение по расческообразно отходящим от канавки поступления с одной или с двух сторон соединительным каналам, которые параллельны друг другу и впадают в соответствующие канавки отвода. Это может быть одна канавка или при расческообразно отходящим с двух сторон соединительным каналам - две канавки, откуда идет отвод среды-носителя. При этом соединительные каналы могут впадать с одной или с двух сторон в канавку отвода.
Устройство может быть также оснащено температурным сенсором для расчетной компенсации изменений температуры для перехода веществ через мембрану. Таких сенсоров может быть несколько. Соединительные каналы и температурный сенсор покрыты селективно действующей проницаемой мембраной. Соединительные каналы через канал поступления снабжены средой-носителем. Освобождение соединительных каналов происходит через каналы отвода к выходу среды-носителя. Обогащенная среда-носитель, проходя терморегулирующие каналы с устанавливаемым байпасом для среды, может быть разбавлена. Обогащенная измеряемым или измеряемыми компонентами среданоситель для количественного определения концентрации может быть доведена к держателю сенсора с термостабилизированным сенсором, который находится в головке зонда и теплоизолирован от основного тела.
В случае низких концентраций обогащающихся в носителе веществ предпочтительно не иметь байпас носителя с терморегулирующими каналами и/или использовать только одну канавку подвода и одну канавку отвода.
Основное тело имеет в нижнем конце отверстие с резьбой или штифт с резьбой для монтажа заглушки к основному телу. Заглушка ориентирована по отношению к штуцеру, например посредством штифта, который введен через штуцер и заглушку, и который при ввинчивании и отвинчивании основного тела соответственно фиксирует заглушку и защищает ее от кручения. Для предупреждения выхода жидкости при монтаже зонда в ёмкость, штуцер ёмкости имеет уплотнение, например уплотнительное кольцо, либо заглушка и основное тело имеют уплотнение, например уплотнительное кольцо.
Основное тело над проницаемой мембраной и установленной при необходимости защитной мембраной имеет защитную втулку с отверстиями, смонтированную, например, с помощью резьбы на основном теле на таком расстоянии, что под защитной втулкой остается достаточный проем для циркуляции измеряемой среды, а между внешней защитной втулкой, основным телом и заглушкой образована ровная поверхность.
Проборообразным и в основном параллельным расположением соединительных каналов в устройстве достигается снижение объёма среды-носителя (в зонде) и уменьшение времени его пребывания в зонде при одновременном сохранении площади для перехода веществ. В отличие от известных из состояния техники резьбообразного хода среды-носителя проборообразное ведение среды-носителя позволяет распределять поток среды-носителя по многим, параллельно идущим соединительным каналам. Количеством и поперечным сечением соединительных каналов возможно уменьшать объём среды-носителя и время пребывания при сопоставимой площади мембраны таким образом, что в целом достигаются улучшенные динамические характеристики.
В предложенном устройстве исключается наложение температурных зависимостей мембраны и сенсора, так как сенсор встроен в головную часть зонда, термоизолирован от зонда и температура в его окружении стабилизируется регулированием температурой. Далее, встроенным температурным сенсором измеряется температура непосредственно под проницаемой мембраной. Расположение температурного сенсора под мембраной позволяет производить измерение непосредственно у мембраны. Температурный сенсор доступен для замены, причем нужно только удалить проницаемую мембрану и вновь вставить. Температурную зависимость перехода вещества через мембрану возможно компенсировать вне устройства расчётным путём, например, компьютером или непосредственно вблизи сенсора электронной схемой компенсации. Знание температурно-временной характеристики мембранного перехода вещества позволяет производить динамическую (зависящую от времени) компенсацию без помех от наложения влияния сенсора.
Если имеются несколько сенсоров, возможно также использование и нескольких температурных сенсоров.
В случае постоянных температур жидкости температурный сенсор у проницаемой мембраны и расчетная компенсация температуры и/или электронная компенсационная схема могут и не присутствовать.
Кроме температуры окружения на работу сенсора влияет температура газа-носителя. Поступающий поток газа-носителя намного холоднее поверхности сенсора и приводит к охлаждению последней. Небольшие колебания температуры газа-носителя сенсора можно компенсировать. Если температура газа-носителя превышает определенное значение, то необходимо отрегулировать его температуру до уровня рабочей температуры, чтобы исключить перемещение рабочей точки сенсора.
Таким образом, между зондом и сенсором можно организовать ступень регулирования температуры для установления рабочей температуры среды-носителя. В случае изменяемых температур жидкости ступень терморегулирования может быть оснащена температурным сенсором в качестве датчика замкнутого контура регулирования установления рабочей температуры среды-носителя. Температурный сенсор у проницаемой мембраны также может быть использован в качестве такого датчика. В случае, если среда-носитель в ступени терморегулирования сильно охлаждается, нежелательное образование конденсата возможно предотвратить сушкой газа-носителя на выходе ступени терморегулирования.
Если температура измеряемой среды постоянна в области рабочей температуры средыносителя, ступени терморегулирования может и не быть. В случае, если разница между обеими температурами постоянна, замкнутый контур регулирования и температурный сенсор не нужны. Если среда-носитель в ступени терморегулирования охлаждается, то ступень сушки может отпасть, так как не существует опасности образования конденсата.
Так как в устройстве действующая поверхность для проницания изменяема, возникает возможность работы постоянно в чувствительной области характеристической линии сенсора. Изменяемая площадь достигается тем, что располагают несколько поверхностных сегментов (проницаемые сегменты) по цилиндрической поверхности устройства, т.е. зондового пальца. Проницаемый сегмент, таким образом, представляет собой часть цилиндрической боковой поверхности на теле зонда, которая содержит по одной канавке подвода и канавки отвода, и расположенными между ними соединительными каналами, приводным и отводным каналами среды-носителя и покрытая проницаемой мембраной и отделена таким образом от исследуемой среды.
Сегменты снабжены газом-носителем отдельно. Отводящие каналы внутри зонда вместе расположены к сенсору. При необходимости сегменты возможно „подключить” или „отключить” снаружи, что приводит к ступенчато устанавливаемой в процессе работы площади для проницания.
Умелым выбором соотношений при разбавлении возможно использовать высокую чувствительность сенсора в области низких концентраций. Соотношение разбавления учитывается при калибровке зонда. Для этого газноситель в байпасе должен иметь постоянную температуру, равную температуре обогащенного измеряемыми компонентами газа-носителя, чтобы исключить изменение концентрации при перемешивании при разницах в температурах. Для этого среду, проходящую байпас, внутри зонда и в канале терморегулирования доводят до одинаковой температуры.
Канал терморегулирования может быть исполнен в разных формах. При маленькой разнице температуры газа-носителя и температуры жидкости (с измеряемым компонентом) достаточно два мешковидных высверливания вовнутрь зонда, которые соединены поперечными отверстиями. Более высокие разницы температур требуют большей площади для перехода тепла, так что возникает необходимость проборообразного или традиционно резьбообразного проведения каналов терморегулирования под поверхностью зонда. Как описано выше, проборообразный канал терморегулирования предпочтителен ввиду меньших объемов при одинаковом размере площади теплообмена. В любом случае должно устанавливаться стабильное равновесие между потоком измеряемого газа и потоком байпаса. Оба канала могут иметь установочные приспособления для установления протока газа-носителя, например регулировочные винты с отверстиями. Проток газа при необходимости может быть прерван полностью. Возможное реализуемое решение состоит в раздельном снабжении разными по объему потоками газа байпаса и газа-носителя снаружи. Изменением соотношения перемешивания осуществляется адаптация области измерения устройства.
В частном случае применения может стать выгодным защитить проницаемую мембрану от агрессивных сред селективной шланговидной мембраной и прикручиванием заглушки уплотнить ее у лобовых поверхностей, в случае, если она при монтаже над проницаемой мембраной установлена нежестко. В качестве примера приведено определение концентрации этанола при производстве уксуса.
Устройство возможно использовать для обогащения газа-носителя летучими компонентами, который после подготовки газового потока ведут к внешнему анализатору. Примерами здесь могут служить - пламенно-индукционные детекторы, массовые спектрометры или газовые хроматографы. Тогда устройство используют исключительно для пробоотбора, и оно не имеет сенсора. Умелый выбор проницаемой мембраны и сенсора можно применять для определения концентрации составляющих газовых смесей.
В широкой области применения выгодно одновременно определять несколько растворимых и/или летучих компонентов с помощью одного устройства, например, концентрации растворимого кислорода (О2) и углекислого газа (СО2) в технологии ферментации. Для этого можно располагать несколько сенсоров в ряд, в общем канале отвода одного или нескольких сегментов с байпасом или без байпаса. Сенсоры могут быть расположены непосредственно в головной части зонда либо могут быть расположены снаружи. Для специальных случаев применения необходимо одновременно оптимизировать мембраны, площадь, тип и проток газаносителя для несколько анализаторов.
Если отводные каналы отдельных сегментов выводят отдельно из зондового тела, возможна индивидуальная оптимизация площади и протока газа-носителя для каждого отдельного анализатора. Возможно нанесение разнотипных мембран на каждый сегмент. Сегменты могут работать с разными средами-носителями. Сенсоры могут быть смонтированы в головке зонда и вне его. При размещении в головке можно использовать держатели сенсоров с кольцевидной или прямоугольной основой с вырезом в центре. К примеру, на кольцевидном держателе сенсоров вокруг выреза можно расположить несколько сенсоров. Свободное место в центре остается для каналов подвода к проницаемым сегментам. Этот вырез позволяет и ведение каналов отвода от проницаемых сегментов к сенсорам. Подводящие и отводящие каналы могут состоять из гибких пластмасс для обеспечения простого обращения с проницаемым зондом.
Другое исполнение устройства с несколькими сенсорами состоит в использовании разных проницаемых мембран для отдельных сегментов, причем мембраны отличаются параметрами перехода вещества для отдельных растворимых и/или летучих компонентов или газов. Таким образом достигается селективный отбор измеряемых составляющих, выгодный для адаптации к свойствам сенсоров (повышение измеряемой концентрации, исключение налагающихся эффектов).
Предметом изобретения является также способ определения летучих или растворимых компонентов в жидкостях или газах контактированием газа или жидкости с устройством, которое на внешней стороне имеет проницаемую мембрану с лежащими под ней соединительными каналами характеризующийся тем, что в основном теле 5 устройства среду-носитель 1 ведут через вход среды-носителя 8 к одному или нескольким сегментам 30 через соответствующие отдельные подводы и в пределах сегментов 30 проходит одну канавку поступления 2, соединительные каналы 3 и одну канавку отвода, причем соединительные каналы расположены параллельно друг другу под проницаемой мембраной; и что содержащая летучие или растворимые компоненты среда-носитель из отводной канавки 4 через расположенный внутри основ9 ного тела 5 канал отвода 10 поставляется к термостабилизированному сенсору для количественного определения концентрации. В случае если среда-носитель 1 поступает к нескольким сегментам 30; 30', подвод среды-носителя осуществляется в соответствии с требуемым у проницаемых поверхностей количествах подводом через отдельные для каждого сегмента каналы подвода 8; 8' и так далее.
Другое исполнение устройства состоит в том, что среда-носитель 1 поступает к нескольким сегментам 30; 30 и через отдельные для каждого сегмента каналы подвода 8; 8 уходит через отдельные для каждого сегмента каналы отвода 10; 10' и при этом измеряемые значения получают на одном или нескольких сенсорах (7) или отдельными анализаторами вне устройства.
Другое исполнение устройства состоит в том, что среду-носитель (1 ) проводят к нескольким сегментам, находящимся под разными мембранами, параметры перехода веществ которых отличаются.
Фиг. 1 - поверхность основного тела устройства по изобретению с соединительными каналами в перспективе;
фиг. 2 - температурная зависимость характеристической линии SnO2 - сенсора по состоянию техники;
фиг. 3 - разрез устройства по изобретению с несколькими сегментами проницаемой поверхности;
фиг. 4 - другой разрез устройства по изобретению с одним сегментом проницаемой поверхности;
фиг. 5 - поточная схема изобретения, в которой соединены несколько сенсоров.
На фиг. 1 схематично представлена развернутая цилиндрическая поверхность тела зонда. Газ-носитель 1 распределяется через канавку подвода 2 на многие параллельно расположенные соединительные каналы 3 и потом через канавку отвода 4 подводится к анализатору. В то время, когда канавка подвода 2 и канавка отвода 4 имеют поперечные сечения, подобные размерам в известных зондах, параллельное ведение газа-носителя позволяет существенно уменьшить площадь поперечного сечения отдельных соединительных каналов 3. Чтобы создать постоянную скорость потока, сумма площадей сечения отдельных соединительных каналов 3, к примеру, определяется сечением канавки подвода 2 или канавки отвода 4. Эффективная поверхность (площадь) для перехода вещества сохраняется. Находящийся под ней объём газа-носителя намного меньше. Время пребывания сокращается, и проток газаносителя, при необходимости, возможно уменьшить. Тело зонда можно изготавливать простой обработкой поверхности, и оно может иметь маленькие размеры, если требуемая поверхность позволяет это. Вследствие простой конструкции зонда его надежность выше.
Для сравнения в табл. 1 сопоставлены два известных резьбообразных зонда (сравнительные примеры 1 и 2) и два проборообразных зонда по изобретению (примеры 1 и 2). При одинаковых внешних размерах пальца зонда они имеют одинаковую площадь проницаемой поверхности. По сравнению с проборообразным зондом при резьбообразном зонде отсутствуют канавки подвода и отвода, так как канал подвода впадает непосредственно в соединительный канал и, соответственно, канал отвода исходит непосредственно от соединительного канала. Резьбообразный зонд имеет один единственный соединительный канал, который охватывает всю проницаемую поверхность. Проборообразный зонд имеет много параллельных соединительных каналов одинаковой длины. В табл. 1 для проборообразного зонда сумма поперечных сечений параллельных соединительных каналов приравнена к сечению канавки подвода, при условии идеальных условий течения без трения. Таким образом, каждый из ста соединительных каналов сравниваемого зонда 1 (пример 1) при ширине канала в 0,25 мм и глубине 0,08 мм имеет площадь сечения 0,01 мм2.
Из табл. 1 видно, что проборообразным расположением соединительных каналов в зависимости от исполнения зонда с данными в таблице размерами возможны уменьшение объема газа-носителя в зонде и сокращение времени пребывания на 5 и на 10% соответственно, при одинаковых поверхностях проницания и протоков газа.
Так как в проборообразном зонде при одинаковой проницаемой поверхности уменьшенным объемом газа-носителя достигается более быстрое уравнивание концентрации определяемых компонентов, возможно уменьшение площади проницания и, следовательно, можно также уменьшить размеры пальца зонда. Это, в свою очередь, улучшает динамические параметры срабатывания проборообразных зондов. Таким образом, уже при использовании проборообразного расположения соединительных каналов в одном сегменте достигаются существенные преимущества по сравнению с состоянием техники.
Таблица 1
Сопоставление двух известных резьбообразных зондов с сопоставимыми проборообразными зондами
Сравнительный пример 1 Пример 1 Сравнительный пример 2 Пример 2
Известный зонд резьбообразный 1 Сопоставимый зонд проборообразный 1 Известный зонд резьбообразный 2 Сопоставимый зонд проборообразный 2
Площадь проницаемой поверхности Внешний диаметр мм 22,5 22,5 17 17
Длина мм 50 50 50 50
Площадь мм2 3532,5 3532,5 2669,0 2669,0
Проницаемый сегмент Канал подвода Поперечное сечение 2 мм 1 1 0,7 0,7
Канавка подвода Поперечное сечение мм2 - 1 - 0,7
Длина мм - 50 - 50
Соеди- нитель- ный канал Поперечное сечение мм2 1 Сумма площадей всех сечений: 1 0,7 Сумма площадей всех сечений:0,7
Количество витков 34 100 24 100
Длина мм 2402,1 70,65 1 281 ,1 2 53,38
Канавка отвода Поперечное сечение мм2 - 1 - 0,7
Длина мм - 50 - 50
Канал отвода Поперечное сечение мм2 1 1 0,7 0,7
Обьем газа-носителя в сегменте Общая длина мм 2402,1 50+50+70,65= 170,65 1 281 ,1 2 50+50+53,38= 153,38
Поперечное сечение мм2 1 1 0,7 0,7
Объем 3 мм 2402,1 170,65 896,78 107,37
Время пребывания в сегменте при протоке газа-носителя 20 мл/мин (в случае проборообразного зонда:среднее время пребывания) с 72 (средняя длина 120,65) 3,6 26,9 (средняя длина 103,38) 2,2
На фиг. 3 показано устройство со ступенчато устанавливаемой в процессе работы (площади) проницаемой поверхности. Устройство в основном состоит из основного тела 5, держателя сенсоров 6 и сенсора 7. Через входы газаносителя 8; 8' газ-носитель 1; 1' подводят через каналы подвода 9; 9' канавки подвода 2; 2' соединительные каналы 3, канавки отвода 4; 4' каналы отвода 10; 10' к головке зонда. При этом газ-носитель 1; 1' через проницаемую мембрану 11, смонтированную сверху основного тела 5, обогащается растворенными в жидкости компонентами. В данном примере исполнения используют четыре мембранных сегмента 30; 30'. Они отдельно снабжены через входы газа-носителя 8; 8'. Сегменты охватывают по 25% площади общей проницаемой поверхности. Обогащенный веществом газ-носитель собирается в каналах отвода 1 0; 1 0' и количественно анализируется в сенсоре 7 и отводится к выходу средыносителя 12. Посредством уплотнения 13, фланца 1 4 и накидной гайки устройство может быть вмонтировано в емкость. Для защиты проницаемой мембраны 11 при необходимости можно смонтировать шланговидную защитную мембрану (не показана), а также защитную втулку (не показана) над проницаемой мембраной. Температурный сенсор 15 находится непосредственно под мембраной. Его измерительные провода ведут через канал 16 наружу. Измерение температуры мембраны используют для внешней корректировки зависящего от температуры перехода веществ. Держатель сенсора 6 и сенсора 7 под нагревателем 1 8 со свинчивающимся соединением 1 9 прикреплены к основному телу 5 и отделены от него теплоизоляционным слоем 1 7. Температурный сенсор 20 регистрирует температуру окружения и служит датчиком регулирования температуры окружения сенсоров с помощью нагревателя 18. Нагреватель 1 8 служит для повышения температуры, если температура окружения сенсора ниже заданной температуры. Цилиндрическая часть соединения 1 9 отдает тепло, если температура окружения сенсора выше заданной. Заданное значение температуры должно в таком случае быть выше температуры окружения сенсора, чтобы достигать охлаждающий эффект. Измерительные и нагревательные провода проводят через выходы измерительных проводов 21 из зонда. Основное тело 5 имеет в нижней части отверстие с резьбой или штифт с резьбой (не показаны). При необходимости там можно прикреплять заглушку, чтобы заполнить емкость в то время, когда зонд находится в выдвинутой позиции.
На фиг. 4 показано устройство с байпасом и сенсором, которое имеет только один сегмент 30.
Через входы газа-носителя 8 газ-носитель пропускают через канал подвода 9, канавку подвода 2, параллельно расположенные соединительные каналы 3, канавку отвода 4, канал отвода 1 0 и регулирующий винт 24 в камеру перемешивания 25. При этом газ-носитель обогащается через мембрану определяемым веще13 ством. Часть газа-носителя 1 течет при этом в канале подвода 9 через каналы терморегулирования 22 и регулирующий винт 23 в байпасе в камеру перемешивания 25. Этот байпас не обогащается определяемым веществом. Газ, текущий из камеры перемешивания 25 к сенсору, имеет в целом более низкую концентрацию определяемого вещества и позволяет работать сенсору в более чувствительной области характеристической кривой сенсора.
На фиг. 5 в примерной поточной схеме показано соединение нескольких сегментов с несколькими сенсорами в соответствии с данным изобретением.

Claims (13)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Устройство для определения летучих или растворимых компонентов в жидкостях или газах, состоящее из цилиндрического основного тела с соединительными каналами на его внешней поверхности для приема среды-носителя, расположенной над соединительными каналами проницаемой мембраны, каналов подвода и отвода для среды-носителя и измерительных приспособлений, отличающееся тем, что соединительные каналы расположены в нескольких сегментах на поверхности основного тела, причем каждый сегмент имеет по одной канавке подвода, одной канавке отвода и расположенные параллельно друг другу соединительные каналы, установленные от канавки подвода к канавке отвода, каждый сегмент соединен через канавку подвода и отдельный канал подвода с входом среды-носителя и каждый сегмент соединен с выходом среды-носителя через один или несколько каналов отвода.
  2. 2. Устройство по п.1, в котором сегменты снабжены средствами подключения и отключения и образуют ступенчато устанавливаемую проницаемую поверхность.
  3. 3. Устройство по п. 1 , в котором в основном теле для разбавления среды-носителя, обогащенной определяемыми компонентами, находятся каналы терморегулирования с устанавливаемым с помощью установочных приспособлений байпасом для среды-носителя.
  4. 4. Устройство по пп.1-3, в котором температурный сенсор помещен непосредственно под проницаемой мембраной и расположен в пространственном отдалении от измерительных приспособлений.
  5. 5. Устройство по пп.1-4, в котором в связи с каналом отвода находится сенсор измерительного приспособления для измерения концентрации определяемых компонентов.
  6. 6. Устройство по пп.4-5, в котором имеется второй температурный сенсор для регистрации температуры среды, окружающей сенсор.
  7. 7. Устройство по п.6, в котором имеется нагреватель для регулирования температуры среды, окружающей сенсор.
  8. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сумма площадей поперечного сечения соединительных канавок равна площади поперечного сечения канавки подвода или канавки отвода.
  9. 9. Способ для определения летучих или растворимых компонентов в жидкостях или газах с использованием устройства по пп.1-8, отличающийся тем, что в цилиндрическом основном теле устройства среду-носитель пропускают через входы среды-носителя к нескольким сегментам через отдельные подводы для каждого сегмента, и в пределах сегментов среданоситель проходит одну канавку подвода, соединительные каналы и одну канавку отвода, при этом содержащую летучие или растворимые компоненты среду-носитель из канавки отвода через расположенный в основном теле канал отвода подводят к термостабилизированному сенсору для количественного определения концентрации.
  10. 10. Способ по п.9, в котором средуноситель подводят к нескольким сегментам и подвод среды-носителя осуществляется в соответствии с требуемым количеством у проницаемой поверхности путем подвода ее через отдельный канал подвода для каждого сегмента.
  11. 11. Способ по п.10, в котором средуноситель подводят через отдельный для каждого сегмента канал подвода к нескольким сегментам и отводят через отдельный для каждого сегмента канал отвода и при этом измеряемые значения получат на одном или нескольких сенсорах или отдельных анализаторах вне устройства.
  12. 12. Способ по п.9, в котором часть средыносителя удаляют через байпас от канала подвода перед контактом среды-носителя с проницаемой мембраной, температуру которой в терморегулирующих каналах доводят до температуры, соответствующей температуре средыносителя после контакта с проницаемой мембраной, после чего среду-носитель подводят в камеру перемешивания, в которой обогащенная определяемым компонентом среда-носитель перемешивается со свободной от определяемых компонентов средой, и эту смесь поставляют к сенсору.
  13. 13. Способ по п.9, по которому средуноситель подводят к нескольким сегментам, находящимся под разными проницаемыми мембранами с различными параметрами перехода веществ.
EA199800220A 1995-08-30 1996-08-30 Устройство и способ отбора и определения летучих или растворимых компонентов в жидкостях и газах EA000473B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19533510A DE19533510C2 (de) 1995-08-30 1995-08-30 Vorrichtung zur Entnahme und Bestimmung gelöster Komponenten in Flüssigkeiten oder Gasen
PCT/DE1996/001655 WO1997008533A2 (de) 1995-08-30 1996-08-30 Vorrichtung und verfahren zur entnahme und bestimmung flüchtiger oder gelöster komponenten in flüssigkeiten oder gasen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA199800220A1 EA199800220A1 (ru) 1998-10-29
EA000473B1 true EA000473B1 (ru) 1999-08-26

Family

ID=7771801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA199800220A EA000473B1 (ru) 1995-08-30 1996-08-30 Устройство и способ отбора и определения летучих или растворимых компонентов в жидкостях и газах

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP0847523B1 (ru)
JP (1) JPH11512175A (ru)
AT (1) ATE193943T1 (ru)
AU (1) AU7489696A (ru)
DE (2) DE19533510C2 (ru)
EA (1) EA000473B1 (ru)
WO (1) WO1997008533A2 (ru)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29705206U1 (de) * 1997-03-14 1997-05-28 Inst Bioprozess Analysenmesst Vorrichtung zur Probenahme aus unter sterilen Bedingungen arbeitenden Prozessen
DE19710525C2 (de) * 1997-03-14 1999-11-11 Cammann Karl Passiv-Diffusionssammler für in Gasen enthaltene Analyte sowie Verfahren zur passiven Probenahme und Analyse
DE19880595D2 (de) * 1997-05-05 2000-07-27 Albert Stumpf Vorrichtung zur Bestimmung von Biomolekülen und gelösten Stoffen in Flüssigkeiten
DE19848542C2 (de) * 1998-10-22 2001-07-05 Trace Biotech Ag Sonde für die Probenahme
US6746863B2 (en) * 2002-02-11 2004-06-08 National Research Council Of Canada Sterilizable probe for extraction of volatile compounds in liquids and their quantitative determination
DE10240330B4 (de) * 2002-08-31 2005-08-04 Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch das Bundesministerium für Wirschaft und Technologie, dieses vertreten durch den Präsidenten der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Messeinrichtung mit mindestens einer an Gassensormittel anschließbaren Gasprobenentnahmevorrichtung
DE10247312B3 (de) * 2002-10-10 2004-08-12 Siemens Ag Messvorrichtung und Verfahren zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve für mindestens eine Messgröße eines Fluids, sowie dafür geeignete Kühlvorrichtung und Verwendung einer Kühlvorrichtung bei einer Messvorrichtung zur Ermittlung einer Temperaturkompensationskurve
EP1439383B1 (en) 2003-01-20 2008-12-31 Biotechnologie Kempe GmbH Probe device for measuring ethanol concentrations in an aqueous solution
DE10302220A1 (de) * 2003-01-20 2004-08-05 Biotechnologie Kempe Gmbh Sonde zur Messung von Ethanol in einer wässrigen Lösung
JP2012063295A (ja) * 2010-09-17 2012-03-29 Ajinomoto Co Inc アルコールセンサー
DE102011085749B3 (de) * 2011-11-04 2013-02-21 Ums Gmbh Fluiddiffusionsmessvorrichtung
DE102016120699B3 (de) * 2016-10-28 2018-03-08 Trace Analytics Gmbh Sonde mit zwei Entnahmeöffnungen

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH457912A (de) * 1965-12-13 1968-06-15 Ceskoslovenska Akademie Ved Sonde zur Bestimmung von in Flüssigkeiten gelösten Gasen
GB1375603A (ru) * 1972-03-01 1974-11-27
GB1446637A (en) * 1973-01-02 1976-08-18 Dnyasciences Corp Gas testing apparatus and method
US3926561A (en) * 1974-05-13 1975-12-16 Meloy Lab Gas analysis employing semi-permeable membrane
DE2650730C2 (de) * 1976-11-05 1979-03-29 Boehringer Mannheim Gmbh, 6800 Mannheim Tauchdialysator
DE2734247C2 (de) * 1977-07-29 1984-07-19 Fresenius AG, 6380 Bad Homburg Vorrichtung zur fortlaufenden chemischen Analyse im lebenden Körper
AT376804B (de) * 1980-12-17 1985-01-10 Vogelbusch Gmbh Sonde zur messung von fluechtigen bestandteilen eines kulturmediums der fermentationsindustrie
DE3471522D1 (en) * 1984-12-12 1988-06-30 Kempe Eberhard Probe for sampling volatile components in liquids or gases
CH673536A5 (ru) * 1986-03-04 1990-03-15 Ingold W Dr Ag
US4997565A (en) * 1986-06-16 1991-03-05 Niesen Lawrence J Laboratory scale ultrafiltration apparatus
AT391556B (de) * 1989-03-13 1990-10-25 Avl Verbrennungskraft Messtech Verfahren und einrichtung zur stetigen entnahme einer teilmenge aus einem gasstrom
WO1990013803A1 (en) * 1989-05-04 1990-11-15 Iit Research Institute Monitoring system and method for performing gas analysis
US5054328A (en) * 1989-11-02 1991-10-08 Mine Safety Appliances Company Gas analyzer with diffusion filter
US5317932A (en) * 1992-02-28 1994-06-07 The Dow Chemical Company Sample probe
WO1993016790A1 (en) * 1992-02-28 1993-09-02 The Dow Chemical Company Membrane-based fluid separations apparatus
DE4334336A1 (de) * 1993-10-08 1995-05-04 Mannesmann Ag Gasanalysator mit geregelter Meßgaszuführung und dynamischer Probenverdünnung

Also Published As

Publication number Publication date
WO1997008533A3 (de) 1997-04-10
ATE193943T1 (de) 2000-06-15
EP0847523A2 (de) 1998-06-17
DE19533510A1 (de) 1997-03-06
AU7489696A (en) 1997-03-19
EA199800220A1 (ru) 1998-10-29
WO1997008533A2 (de) 1997-03-06
DE19533510C2 (de) 1997-07-24
EP0847523B1 (de) 2000-06-14
DE59605447D1 (de) 2000-07-20
JPH11512175A (ja) 1999-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6609433B2 (en) Combustible gas measurement apparatus and method
US8028561B2 (en) Hydrogen sensor with air access
US6386014B1 (en) Energy measurement device for flowing gas using microminiature gas chromatograph
EA000473B1 (ru) Устройство и способ отбора и определения летучих или растворимых компонентов в жидкостях и газах
CA2478112C (en) Gas chromatograph and expired air component analyzer
US6830730B2 (en) Method and apparatus for the on-stream analysis of total sulfur and/or nitrogen in petroleum products
EP0891543B1 (en) Transportable ion mobility spectrometer with recirculating filtration system
JPH0363346B2 (ru)
KR101359903B1 (ko) 에어 흐름 변동에 의한 측정값 편차를 최소화한 총유기 탄소 및 총질소 함유량 측정 장치
KR100570552B1 (ko) 수분분석기
US4461167A (en) Psychrometer for measuring the humidity of a gas flow
US5996397A (en) Reactive gas sampling/analyzing hygrometry system
US7028562B2 (en) Vacuum membrane extraction system
JP2001235417A (ja) 細孔径分布測定装置
US4523860A (en) Gas saturation monitoring system and method
KR20010000098A (ko) 가스 분석장치 및 그 기능 구현 방법
JP2002031628A (ja) 元素分析計
JP2001289832A (ja) ガスクロマトグラフ
CN219915507U (zh) 色谱辅助进样装置
KR20190051266A (ko) 가스절약형 수분제거장치 및 이를 이용한 수분제거방법
JP3123043B2 (ja) プロセスガスクロマトグラフ
JPH08304372A (ja) ガスクロマトグラフ装置
JPH1019866A (ja) ガスクロマトグラフ装置
JP2004028851A (ja) ガスクロマトグラフ分析システム
CA2250145C (en) Recirculating filtration system for use with a transportable ion mobility spectrometer

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU