RU2248563C2

RU2248563C2 - Method of detecting admixture in gas

Info

Publication number: RU2248563C2
Application number: RU2003114002/28A
Authority: RU
Inventors: Г.Н. Герасимов (RU); Г.Н. Герасимов; Б.Е. Крылов (RU); Б.Е. Крылов; Г.А. Волкова (RU); Г.А. Волкова; Е.Н. Свиридович (RU); Е.Н. Свиридович
Original assignee: Герасимов Геннадий Николаевич; Крылов Борис Евгеньевич; Волкова Галина Аркадьевна; Свиридович Евгений Николаевич
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2005-03-20

Abstract

FIELD: investigating or analyzing materials.

SUBSTANCE: method comprises setting the cell composed of metallic cathode and anode into the gas to be analyzed and irradiating the cell in ultraviolet spectrum. The radiation flux knocks photoelectrons out of the surface, which is a reason of gas conductivity. The voltage applied to the electrodes induces current in the interelectrode space. When the gas composition changes, the interelectrode current also changes.

EFFECT: decreased power consumption.

2 dwg

Description

Изобретение относится к индикаторам примесей в газовой среде, прежде всего к течеискателям, регистрирующим появление электроотрицательного газа в атмосфере азота или воздуха.The invention relates to indicators of impurities in a gaseous medium, primarily to leak detectors that detect the appearance of an electronegative gas in an atmosphere of nitrogen or air.

В современном производстве все больше используются приборы и устройства, требующие применения вакуумных технологий. Это диктует разработку современных методов контроля герметичности технологического оборудования.In modern production, instruments and devices that require the use of vacuum technologies are increasingly used. This dictates the development of modern methods for monitoring the tightness of technological equipment.

Известен способ обнаружения пробного газа, вытекающего из негерметичных мест тестируемого объема, основанный на изменении параметров возбуждаемой высокочастотным электрическим полем плазмы от наличия в ней пробного газа. (Течеискатель плазменный ТП-4. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЕУНИ.407212.005 ТО).A known method for detecting test gas flowing from leaking places of the test volume, based on a change in the parameters of the plasma excited by the high-frequency electric field from the presence of the test gas in it. (Plasma leak detector TP-4. Technical description and operating instructions. EUNI.407212.005 TO).

При прокачивании вакуумным насосом воздуха через регулируемый натекатель в камере ионизации, находящейся между обкладками конденсатора, входящего в контур генератора, при давлении от 100 до 200 Па под воздействием высокочастотного электрического поля возникает плазма, демпфирующая контур и срывающая генерацию. Последующая рекомбинация носителей зарядов приводит к восстановлению генерации и повторному возникновению плазмы.When air is pumped by a vacuum pump through an adjustable leak in an ionization chamber located between the plates of a capacitor entering the generator circuit, at a pressure of 100 to 200 Pa, a plasma arises under the influence of a high-frequency electric field, which dampens the circuit and disrupts the generation. Subsequent recombination of charge carriers leads to the restoration of generation and the re-emergence of plasma.

При протекании через камеру ионизации воздуха, не содержащего пробного газа, процесс повторяется с частотой не более 10 кГц. Появление пробного газа в воздухе увеличивает скорость рекомбинации носителей зарядов и увеличивает частоту повторения процесса гашения - загорания разряда (до 200 кГц).When air flowing through the ionization chamber does not contain sample gas, the process is repeated with a frequency of not more than 10 kHz. The appearance of test gas in air increases the rate of recombination of charge carriers and increases the repetition rate of the quenching process - ignition of the discharge (up to 200 kHz).

Недостатком указанного способа является необходимость иметь прокачивающее устройство (форвакуумный насос).The disadvantage of this method is the need to have a pumping device (foreline pump).

Другим недостатком метода является необходимость поджигать разряд в атмосфере воздуха, поскольку это требует дополнительных энергозатрат.Another disadvantage of this method is the need to ignite a discharge in the atmosphere of air, since this requires additional energy consumption.

Перечисленные два фактора утяжеляет прибор и увеличивает его энергопотребление (потребляемая мощность 40 ВА и вес более 5 кГ).These two factors make the device heavier and increase its power consumption (power consumption 40 VA and weight more than 5 kg).

Наиболее близким к заявляемому является способ, использующийся в электронозахватном течеискателе (Течеискатель ГЭТЭ-9-001. Техническое описание и инструкция течеискателя).Closest to the claimed is the method used in the electronically capture leak detector (Leak detector GETE-9-001. Technical description and instructions for the leak detector).

В данном способе измеряется электрическая проводимость газоразрядного промежутка при заборе воздуха в межэлектродный промежуток. Наличие в воздухе электроотрицательного газа, свидетельствующего о наличии течи, приводит к уменьшению проводимости плазмы.In this method, the electrical conductivity of the gas discharge gap is measured when air is taken into the interelectrode gap. The presence of an electronegative gas in the air, indicating the presence of a leak, leads to a decrease in the plasma conductivity.

Недостатком данного способа является необходимость поджигать разряд при атмосферном давлении, что связано с использованием экологически вредного (радиоактивного) предыонизатора и требующего высокого энергопотребления (Потребляемая мощность 20 ВА, вес прибора 4.4 кг).The disadvantage of this method is the need to set fire to a discharge at atmospheric pressure, which is associated with the use of an environmentally harmful (radioactive) preionizer and requiring high energy consumption (Power consumption 20 VA, device weight 4.4 kg).

Целью данного изобретения является обнаружение примеси в газовой среде, используемое, в частности, для определения течей из замкнутых объемов, экологически безвредным способом с меньшим энергопотреблением по сравнению с имеющимися способами.The aim of the present invention is the detection of impurities in a gaseous environment, used, in particular, to detect leaks from confined spaces, in an environmentally friendly way with less power consumption compared to existing methods.

Задача решается тем, что способ обнаружения примеси в газовой фазе основан на измерении изменения величины электрического тока, проходящего через анализируемую среду при изменении ее состава при помещении среды в пространство между катодом и анодом ячейки. При этом пространство между анодом и катодом облучают ультрафиолетовым излучением и между катодом и анодом прикладывают электрическое напряжение. Для изменения чувствительности метода изменяют расстояние между катодом и источником ультрафиолетового излучения для того, чтобы за счет поглощения излучения примесью изменить плотность потока излучения.The problem is solved in that the method for detecting impurities in the gas phase is based on measuring the change in the magnitude of the electric current passing through the analyzed medium when its composition changes when the medium is placed in the space between the cathode and the anode of the cell. In this case, the space between the anode and cathode is irradiated with ultraviolet radiation and an electric voltage is applied between the cathode and anode. To change the sensitivity of the method, the distance between the cathode and the source of ultraviolet radiation is changed in order to change the radiation flux density due to the absorption of radiation by an impurity.

Преимущества описываемого способа состоит прежде всего в том, что он позволяет избежать использования экологически вредного радиоактивного предыонизатора среды, который используется в описывавшемся выше методе.The advantages of the described method consists primarily in the fact that it avoids the use of environmentally harmful radioactive preionizer environment, which is used in the method described above.

Другим важным преимуществом является малое энергопотребление при использовании предлагаемого метода из-за того, что в данном методе нет необходимости поджигать разряд в анализируемой среде при атмосферном давлении, как это делается в прототипе. Разряд, используемый в облучающих лампах в предлагаемом методе, потребляет электрической энергии в несколько раз меньше, чем и объясняется его экономичность.Another important advantage is the low power consumption when using the proposed method due to the fact that in this method there is no need to ignite the discharge in the analyzed medium at atmospheric pressure, as is done in the prototype. The discharge used in irradiating lamps in the proposed method consumes several times less electrical energy, which explains its efficiency.

Пример. Способ обнаружения примеси в газовой среде опробывался в специальной герметичной камере, заполнявшейся контролируемой газовой смесью. В камеру помещалась ячейка, состоящая из металлического пластинчатого катода и металлического сетчатого анода. В эту же камеру помещался источник ультрафиолетового излучения для облучения катода. (фиг.1). Мощность, потребляемая источником от электрической сети, составляла 5 Вт. Герметичная камера с ячейкой и источником УФ излучения откачивалась до высокого вакуума и затем заполнялась смесью азота с кислородом заданного процентного состава. Диапазон изменения примеси кислорода в азоте был от 1 до 10000 Па. Между анодом и катодом прикладывалось электрическое напряжение (100 В), создававшее ток в межэлектродном промежутке. Величина тока при постоянном напряжении между электродами зависела от концентрации электроотрицательного газа (кислорода) в смеси (при давлении смеси 1 атм).Example. The method for detecting impurities in a gaseous medium was tested in a special sealed chamber filled with a controlled gas mixture. A cell was placed in the chamber, consisting of a metal plate cathode and a metal mesh anode. An ultraviolet radiation source was placed in the same chamber to irradiate the cathode. (figure 1). The power consumed by the source from the electrical network was 5 watts. A sealed chamber with a cell and a source of UV radiation was pumped out to high vacuum and then filled with a mixture of nitrogen with oxygen of a given percentage composition. The range of changes in the oxygen impurity in nitrogen was from 1 to 10,000 Pa. An electric voltage (100 V) was applied between the anode and cathode, which created a current in the interelectrode gap. The magnitude of the current at constant voltage between the electrodes depended on the concentration of electronegative gas (oxygen) in the mixture (at a mixture pressure of 1 atm).

Результаты экспериментов представлены на фиг.2. Из полученной зависимости легко оценить максимальную чувствительность метода обнаружения кислорода, она равна 100 нА/10^-5 атм. кислорода. Это означает, что при регистрации изменений токов на уровне 1 нА таким методом можно “почувствовать” 10^-5% содержание кислорода в азоте. Современные методы измерения обеспечивают регистрацию малых токов вплоть до 10^-15 А. Это означает, что потенциально предлагаемый метод может служить индикатором кислорода на уровне 10^-10-10^-10%, что выходит далеко за рамки существующих практически реализуемых возможностей создания сред с контролируемыми параметрами примесей в них.The results of the experiments are presented in figure 2. From the obtained dependence, it is easy to estimate the maximum sensitivity of the oxygen detection method, it is 100 nA / 10 ^-5 atm. oxygen. This means that when detecting current changes at a level of 1 nA with this method, you can “feel” 10 ^-5 % of the oxygen content in nitrogen. Modern measurement methods provide registration of low currents up to 10 ^-15 A. This means that the potentially proposed method can serve as an indicator of oxygen at the level of 10 ^-10 -10 ^-10 %, which goes far beyond the existing practically feasible possibilities of creating media with controlled parameters impurities in them.

Для изменения чувствительности метода расстояние между катодом и источником ультрафиолетового излучения изменялось для того, чтобы за счет поглощения излучения примесью изменить плотность потока излучения. Тем самым изменялся поток электронов, вырываемых с поверхности катода, что приводило к изменению тока ячейки при сохранении концентрации примеси.To change the sensitivity of the method, the distance between the cathode and the source of ultraviolet radiation was changed in order to change the radiation flux density due to the absorption of radiation by an impurity. Thus, the flux of electrons discharged from the cathode surface changed, which led to a change in the cell current while maintaining the impurity concentration.

Таким образом, был достигнут результат без использования экологически вредного препарата с потреблением энергии 5 Вт.Thus, the result was achieved without the use of an environmentally harmful drug with an energy consumption of 5 watts.

Claims

A method for detecting an impurity in a gaseous medium, based on measuring changes in the electric current passing in a cell located in a gaseous medium and including a cathode and anode, between which an electric voltage is applied, characterized in that the cell is irradiated with ultraviolet radiation, which can cause a photoelectric effect, which provides the electrical conductivity of the gas medium in the cell, while the distance between the cathode and the source of ultraviolet radiation can vary, which leads to a change in ultraviolet radiation etovogo radiation flux at the cathode surface and thus to a change in impurity detection sensitivity.