RU2039977C1 - Method of measurement of concentration of mercury vapors - Google Patents
Method of measurement of concentration of mercury vapors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2039977C1 RU2039977C1 SU4949698A RU2039977C1 RU 2039977 C1 RU2039977 C1 RU 2039977C1 SU 4949698 A SU4949698 A SU 4949698A RU 2039977 C1 RU2039977 C1 RU 2039977C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentration
- resonator
- natural frequency
- measurement
- mercury
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к аналитическому приборостроению, неразрушающему контролю газообразных веществ и может быть использовано в химической промышленности для экологического контроля. The invention relates to analytical instrumentation, non-destructive testing of gaseous substances and can be used in the chemical industry for environmental monitoring.
Известен способ измерения концентрации газообразных веществ, основанный на измерении зависимости собственной частоты пьезоэлектрического резонатора от дополнительной массы, присоединяемой сорбционным покрытием к электродам резонатора [1]
Недостатком известного способа является необходимость точного дозирования исследуемого газа или пара.A known method of measuring the concentration of gaseous substances, based on measuring the dependence of the natural frequency of the piezoelectric resonator on the additional mass attached by the sorption coating to the resonator electrodes [1]
The disadvantage of this method is the need for accurate dosing of the test gas or steam.
Наиболее близким к предлагаемому способу измерения концентрации паров ртути в воздухе является способ [2]
При измерении известным способом концентрации паров ртути в воздухе через измерительную камеру, в которой расположен пьезоэлектрический резонатор, прокачивают известный объем анализируемой смеси. На электрод (электроды) резонатора нанесено золотое покрытие, выполняющее функции сорбционного покрытия. Амальгама, образующаяся при взаимодействии ртути с золотом, увеличивает массу электродов резонатора и снижает его собственную частоту. Собственную частоту резонатора измеряют до начала прокачки известного объема и после прокачки этого объема. Концентрацию паров ртути оценивают по разности указанных собственных частот. Известный объем аналитической смеси задается либо откачкой ее из предварительно заполненной емкости известного объема, либо измерением расхода смеси и продолжительности прокачки смеси через измерительную камеру.Closest to the proposed method for measuring the concentration of mercury vapor in the air is the method [2]
When measuring the concentration of mercury vapor in air in a known manner, a known volume of the analyzed mixture is pumped through the measuring chamber in which the piezoelectric resonator is located. A gold coating is applied to the resonator electrode (s), which acts as a sorption coating. The amalgam formed during the interaction of mercury with gold increases the mass of the resonator electrodes and reduces its natural frequency. The natural frequency of the resonator is measured before pumping a known volume and after pumping this volume. The concentration of mercury vapor is estimated by the difference of the indicated natural frequencies. The known volume of the analytical mixture is set either by pumping it from a previously filled container of known volume, or by measuring the flow rate of the mixture and the duration of pumping the mixture through the measuring chamber.
Недостатком известного способа является необходимость пробоотбора определенного объема анализируемой газовой смеси, что усложняет реализацию способа. The disadvantage of this method is the need for sampling a certain amount of the analyzed gas mixture, which complicates the implementation of the method.
Целью изобретения является упрощение способа. The aim of the invention is to simplify the method.
Это достигается тем, что в предлагаемом способе измерения концентраций паров ртути в воздухе, основанном на измерении зависимости собственной частоты пьезоэлектрического резонатора от дополнительной массы, присоединяемой к электродам резонатора при фиксированном расходе анализируемой смеси,измеряют временной интервал, в течение которого собственная частота резонатора изменится на заранее заданную величину, а о концентрации судят по отношению величины изменения частоты к величине упомянутого временного интервала. This is achieved by the fact that in the proposed method for measuring concentrations of mercury vapor in air, based on measuring the dependence of the natural frequency of the piezoelectric resonator on the additional mass attached to the electrodes of the resonator at a fixed flow rate of the analyzed mixture, measure the time interval during which the natural frequency of the resonator will change in advance a given value, and the concentration is judged by the ratio of the magnitude of the frequency change to the magnitude of the mentioned time interval.
Способ осуществляется следующим образом. Анализируемую смесь паров ртути в воздухе прокачивают при фиксированном расходе смеси через камеру с пьезоэлектрическим резонатором, на электроды которого нанесено сорбирующее покрытие в виде тонкого слоя золота, измеряют временной интервал, в течение которого собственная частота резонатора изменится на заранее заданную величину, концентрацию паров ртути оценивают по отношению величины изменения частоты резонатора к величине временного интервала. The method is as follows. The analyzed mixture of mercury vapor in the air is pumped at a fixed flow rate of the mixture through a chamber with a piezoelectric resonator, on the electrodes of which a sorption coating is applied in the form of a thin layer of gold, the time interval is measured, during which the natural frequency of the resonator changes by a predetermined value, the concentration of mercury vapor is estimated by the ratio of the change in the frequency of the resonator to the value of the time interval.
На чертеже изображена блок-схема одного из возможных вариантов устройства, реализующего предложенный способ. The drawing shows a block diagram of one of the possible variants of a device that implements the proposed method.
Устройство содержит измерительную камеру 1 со сходным и выходным отверстиями 2, 3. Внутри камеры расположен пьезоэлектрический резонатор 4, на электроды которого нанесен тонкий слой золота, являющегося сорбентом для паров ртути. Резонатор 4 включен в схему высокочастотного генератора 5. Выходное отверстие 3 камеры соединено с откачивающим насосом 6, обеспечивающим фиксированный (неизменный) расход анализуемой смеси паров ртути и воздуха. К выходу генератора 5 подключен вход измерителя 7 частоты, выход которого соединен с одним из входов компаратора 8 кодов, второй вход которого соединен с блоком 9 задачи кода сравнения. Выход компаратора 8 кодов соединен со входами "Стоп" хронометра 10 и откачивающего насоса 6. The device contains a measuring chamber 1 with a similar and outlet openings 2, 3. Inside the chamber there is a
До начала измерения частота генератора 5 постоянна, ее величина периодически измеряется измерителем 7 частоты и в виде цифрового кода поступает на один из входов компаратора 8 кодов. На второй вход компаратора 8 кодов поступает сигнал в виде цифрового кода от блока 9 задачи кода сравнения. Цифровой эквивалент кода сравнения соответствует частоте, которая меньше первоначальной частоты генератора 5 на заранее заданную величину. Вследствие этого на выходе компаратора 8 отсутствует сигнал "Стоп". Prior to the measurement, the frequency of the
Измерение начинается с внешней команды "Пуск", которая включает откачивающий насос 6 и переводит хронометр 10 в режим измерения временного интервала. Анализируемая смесь прокачивается через входное отверстие 2 измерительной камеры вдоль электродов резонатора 4 и далее через выходное отверстие 3 и насосом 6 выбрасывается в атмосферу. The measurement begins with an external Start command, which turns on the
Вследствие взаимодействия паров ртути с золотым покрытием электродов резонатора 4 собственная частота последнего начинает уменьшаться. Скорость изменения собственной частоты резонатора 4 пропорциональна концентрации паров ртути в воздухе. Когда собственная частота резонатора изменится на заранее заданную величину, цифровые сигналы (коды) на обоих входах компаратора 8 кода делаются одинаковыми и на его выходе появляется сигнал "Стоп", выключающий насос 6 и перекрывающий измерение временного интервала хронометром 10. Due to the interaction of mercury vapor with the gold coating of the electrodes of the
Величина концентрации паров ртути в анализируемой смеси определяется по соотношению:
Cκ a, (1) где Cκ- концентрация паров ртути;
а коэффициент пропорциональности (определяется по смесям с известной концентрацией паров ртути);
f1, f2 частота генератора 5 (собственные частоты резонатора 4) в моменты соответственно начала и окончания измерения;
Tκ- показания хронометра 10 (временной интервал, на протяжении которого частота генератора 5 изменяется от f1 до f2).The concentration of mercury vapor in the analyzed mixture is determined by the ratio:
C κ a , (1) where C κ is the concentration of mercury vapor;
and the coefficient of proportionality (determined by mixtures with a known concentration of mercury vapor);
f 1 , f 2 the frequency of the generator 5 (natural frequencies of the resonator 4) at the moments of the beginning and end of the measurement, respectively;
T κ - readings of the chronometer 10 (the time interval during which the frequency of the
Коэффициент пропорциональности а в соотношении 1 определяется параметрами конкретного устройства, реализующего предложенный способ. Важнейшими из этих параметров являются собственная частота пьезоэлектрического резонатора коэффициент а увеличивается пропорционально второй степени величины собственной частоты; расход анализируемой смеси коэффициент а сначала увеличивается пропорционально увеличению расхода, затем увеличивается медленнее увеличения расхода, далее не изменяется при увеличении расхода, а при еще большем увеличении расхода начинает уменьшаться. The proportionality coefficient a in the ratio of 1 is determined by the parameters of a particular device that implements the proposed method. The most important of these parameters are the natural frequency of the piezoelectric resonator, coefficient a increases in proportion to the second power of the natural frequency; the consumption of the analyzed mixture, coefficient a first increases in proportion to the increase in consumption, then increases more slowly than the increase in consumption, then it does not change with increasing consumption, and with an even greater increase in consumption it begins to decrease.
Коэффициент а измеряют экспериментально при фиксированной величине расхода анализируемой смеси, который (расход) определяется конструкцией измерительной камеры 1, параметрами (мощность, число оборотов) откачивающего насоса 6, а также сечением трубопроводов устройства и остается неизменным при эксплуатации устройства. The coefficient a is measured experimentally at a fixed value of the flow rate of the analyzed mixture, which (flow) is determined by the design of the measuring chamber 1, the parameters (power, speed) of the
Измерение коэффициента а производят следующим образом. The coefficient a is measured as follows.
В емкость достаточно большого объема помещают открытый сосуд с жидкой ртутью, которая, частично испаряясь, образует в емкости смесь паров ртути и воздуха. Емкость соединяют с устройством, реализующим предложенный способ, через оптическую кювету, которая просвечивается излучением ртутной лампы. Далее командой "Пуск" включают устройство и одновременно измеряют величину оптического поглощения излучения ртутной лампы, проходящего через оптическую кювету, через которую насосом устройства прокачивается анализируемая смесь. Концентрацию паров ртути Cκ вычисляют по известным формулам, опираясь на величину оптического поглощения насыщенных паров ртути. Измерив временной интервал Tκ, в течение которого собственная частота резонатора изменится на заранее заданную величину f1-f2, вычисляют по соотношению (1) коэффициент а. Поскольку расход анализируемой смеси определяется только конструктивными особенностями конкретного устройства, реализующего предложенный способ, он остается неизменным (фиксированным для данного устройства) в течение всего срока эксплуатации. Вследствие этого же обстоятельства нет необходимости измерять величину расхода.An open vessel with liquid mercury is placed in a container of a sufficiently large volume, which, partially evaporating, forms a mixture of mercury vapor and air in the vessel. The capacity is connected to a device that implements the proposed method, through an optical cuvette, which is visible through the radiation of a mercury lamp. Then, the “Start” command turns on the device and simultaneously measures the optical absorption of the radiation from a mercury lamp passing through an optical cell through which the analyzed mixture is pumped by the pump of the device. The concentration of mercury vapor C κ is calculated by known formulas, based on the optical absorption of saturated mercury vapor. By measuring the time interval T κ during which the natural frequency of the resonator changes by a predetermined value f 1 -f 2 , coefficient a is calculated from relation (1). Since the flow rate of the analyzed mixture is determined only by the design features of a particular device that implements the proposed method, it remains unchanged (fixed for this device) throughout the life of the device. Owing to the same circumstance, there is no need to measure the flow rate.
П р и м е р. Использовался пьеэоэлектрический резонатор АТ-среза (частота ≈15 МГц), на электроды которого нанесено тонкое (0,01 мкм) золотое покрытие. Измерялась концентрация паров ртути в емкость технологического назначения. PRI me R. An AT-cut pieoelectric resonator (frequency ≈15 MHz) was used, on the electrodes of which a thin (0.01 μm) gold coating was applied. The concentration of mercury vapor in a process vessel was measured.
Заданная величина изменения собственной частоты резонатора была установлена равной f1-f2 4 Гц. Величина коэффициента пропорциональности а в соотношении (1) составляла а 2˙10-8(г/л.Гц/мин). При измерении в соответствии с предложенным способом величина временного интервала Tκ, в течение которого собственная частота резонатора изменилась на 4 Гц, составила Tκ= 63 с 1,05 мин. Отсюда определяемая концентрация составила:
Cκ= a 2·10 7,6·10-8 г/л
При конкретной реализации способа в качестве измерителя частоты можно использовать серийный электронно-счетный частотомер, в качестве компаратора кодов микросхемы типа К561ИП2 или К555СП1, в качестве задатчика кода сравнения систему переключателей.The set value of the change in the natural frequency of the resonator was set equal to f 1 -
C κ = a 2 · 10 7.6 · 10 -8 g / l
For a specific implementation of the method, a serial electron-counting frequency meter can be used as a frequency meter, as a comparator of chip codes of type K561IP2 or K555SP1, as a switch for a comparison code, a switch system.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4949698 RU2039977C1 (en) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | Method of measurement of concentration of mercury vapors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4949698 RU2039977C1 (en) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | Method of measurement of concentration of mercury vapors |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2039977C1 true RU2039977C1 (en) | 1995-07-20 |
Family
ID=21581492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4949698 RU2039977C1 (en) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | Method of measurement of concentration of mercury vapors |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2039977C1 (en) |
-
1991
- 1991-06-28 RU SU4949698 patent/RU2039977C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Hahn E.C., Suleiman A.A., Gnilbanilt G.G. Piezoelectric crustal detection of hudrogen chloride via sulfur. dioxide mercury displacement. Analutical letters, vol 22 n 1, 1989, p.213-224. * |
2. Scheide E.p Taulor J.K. Pieroelectric Sensor for. Mercury in Air. Environmental Science S.Technology, vol 8, N 13, 1974, 1097-1099. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bryant et al. | Gas detection using surface acoustic wave delay lines | |
US4775634A (en) | Method and apparatus for measuring dissolved organic carbon in a water sample | |
WO1990008314A1 (en) | Apparatus and method for early detection and identification of dilute chemical vapors | |
Scheide et al. | Piezoelectric sensor for mercury in air | |
Tumbiolo et al. | Thermogravimetric calibration of permeation tubes used for the preparation of gas standards for air pollution analysis | |
RU2039977C1 (en) | Method of measurement of concentration of mercury vapors | |
Malmstadt et al. | Precision null-point atomic absorption spectrochemical analysis | |
JP2002148295A (en) | Method and instrument for frequency measurement and analytical equipment | |
RU2427829C1 (en) | Piezoresonance analyser for mass of dry residue of water and aggressive liquids | |
RU2493556C1 (en) | Method and apparatus for determining concentration of nitrogen oxide(no) in gaz medium | |
Fraser et al. | Development of a multi-sensor system using coated piezoelectric crystal detectors | |
JP5292359B2 (en) | Sensing device | |
Turnham et al. | Coated piezoelectric quartz crystal monitor for determination of propylene glycol dinitrate vapor levels | |
RU2145707C1 (en) | Piezoresonance analyzer of vapors and gases | |
RU2117275C1 (en) | Analyzer of vapors and gases | |
EP0456527A1 (en) | Gas generating apparatus | |
Moody et al. | A polymer support for pyridoxine hydrochloride used as a sorbent for the piezoelectric quartz crystal detection of ammonia | |
RU2282185C1 (en) | Method of determining glycin in aqueous solutions | |
Milanko et al. | Improved methodology for testing and characterization of piezodelectric gas sensors | |
RU2148822C1 (en) | Device preparing calibration gas and vapor mixture | |
Killick | An improved conductivity cell for the continuous measurement of sulphur dioxide in the atmosphere | |
RU1793349C (en) | Portable gas analyzer | |
SU879455A1 (en) | Gas analysing instrument graduation method | |
SU1390528A1 (en) | Method of determining contents of gases in liquids | |
SU373587A1 (en) |