RU2266535C1

RU2266535C1 - Gas and vapor acoustic detector

Info

Publication number: RU2266535C1
Application number: RU2004122160/28A
Authority: RU
Inventors: сов Л.В. Ил (RU); Л.В. Илясов; Тарик Юнес (RU); Тарик Юнес
Original assignee: Тверской государственный технический университет
Priority date: 2004-07-19
Filing date: 2004-07-19
Publication date: 2005-12-20

Abstract

FIELD: measurement technology; gas chromatographic analysis.

SUBSTANCE: gas and vapor acoustic detector has waveguide with input and output pipes and acoustic oscillation source mounted at one end of waveguide and connected to electric harmonic oscillations generator. Electric circuit which connects acoustic oscillator source and generator has permanent resistor brought into the circuit additionally. Ends of resistor are connected with input of electronic amplifier which is connected in series with input of rectifier. Rectifier is provided with electric filter which is connected is series to input of electronic potentiometer together with voltage signal compensation unit. The proposed detector has twice shorter length.

EFFECT: simplified design.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области аналитической техники, а именно к средствам измерений концентраций компонентов при газовом хроматографическом анализе.The invention relates to the field of analytical technology, namely to means for measuring the concentrations of components in gas chromatographic analysis.

Известен акустический детектор газов и паров (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Автоматические детекторы газов. М.: Энергия, 1972, с.168), содержащий рабочую и сравнительные камеры, в которых расположены пьезокерамические элементы (излучатель и приемник акустических колебаний), подключенные ко входу и выходу электронных усилителей. Камеры включены по дифференциальной схеме. Разность скоростей ультразвука в рабочей и сравнительной камерах пропорциональна разности частот возбуждения соответствующих усилителей. Эта разность подается на смеситель, где выделяется и усиливается частота биения. Для записи хроматограммы в схеме предусмотрен преобразователь "частота-напряжение".A well-known acoustic detector of gases and vapors (Farzane N.G., Ilyasov L.V. Automatic gas detectors. M: Energy, 1972, p.168), containing a working and comparative chambers in which piezoceramic elements are located (emitter and receiver of acoustic oscillations) connected to the input and output of electronic amplifiers. The cameras are included in a differential circuit. The difference in ultrasound speeds in the working and comparative chambers is proportional to the difference in the excitation frequencies of the respective amplifiers. This difference is fed to the mixer, where the beat frequency is allocated and amplified. To record a chromatogram, a frequency-voltage converter is provided in the circuit.

Недостатком этого детектора является сложность конструкции и необходимость использования дополнительного преобразователя "частота-напряжение" для регистрации хроматограммы с помощью автоматических потенциометров, которые обычно включаются в состав хроматографа.The disadvantage of this detector is the design complexity and the need to use an additional frequency-voltage converter to record the chromatogram using automatic potentiometers, which are usually included in the chromatograph.

Наиболее близким по технической сущности является акустический детектор газов и паров (Негретов Ю.Б. Акустотермический детектор для газовой хроматографии. Баку, АзНЕФТЕХИМ, 1989, Автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук), содержащий волновод с входным и выходным штуцерами и источник акустических колебаний, установленный в одном из торцов волновода и подключенный к генератору электрических гармонических колебаний. Приемником колебаний в данном детекторе служил терморезистор, расположенный в волноводе вблизи источника акустических колебаний и включенный в электрический неуравновешенный мост. Разность скоростей звука детектируемого компонента и газа-носителя вызывает изменение температуры терморезистора и сигнал электрического неуравновешенного моста, сигнал которого является функцией концентрации компонента в газе-носителе и его молекулярной массы этого компонента.The closest in technical essence is an acoustic detector of gases and vapors (Negretov Yu.B. Acoustothermal detector for gas chromatography. Baku, AzNEFTECHIM, 1989, Abstract of a dissertation for the degree of candidate of technical sciences), containing a waveguide with input and output fittings and a source of acoustic oscillations installed in one of the ends of the waveguide and connected to the generator of electric harmonic oscillations. The oscillation receiver in this detector was a thermistor located in the waveguide near the source of acoustic vibrations and included in the electric unbalanced bridge. The difference in the sound velocities of the detected component and the carrier gas causes a change in the temperature of the thermistor and the signal of the electric unbalanced bridge, the signal of which is a function of the concentration of the component in the carrier gas and its molecular weight of this component.

Недостатком данного детектора является необходимость использования терморезистора, размещенного в волноводе, и неуравновешенного моста со стабилизированным источником питания для измерений изменения сопротивления терморезистора, а также большая длина волновода, необходимая для подачи в него дополнительного газа, предотвращающего поступление детектируемых компонентов к терморезистору.The disadvantage of this detector is the need to use a thermistor located in the waveguide, and an unbalanced bridge with a stabilized power source for measuring changes in the resistance of the thermistor, as well as the large length of the waveguide required to supply additional gas to it, which prevents the detection of components to the thermistor.

Задачей данного изобретения является упрощение детектора и, в частности, устранение необходимости размещения в волноводе измерительного элемента, а также уменьшение размеров детектора.The objective of this invention is to simplify the detector and, in particular, eliminating the need for placement in the waveguide of the measuring element, as well as reducing the size of the detector.

Технический результат - создание простого акустического детектора газов и паров, имеющего вдвое меньшую длину.The technical result is the creation of a simple acoustic detector of gases and vapors, having half the length.

Технический результат достигается тем, что в акустическом детекторе газов и паров, содержащем волновод с входным и выходным штуцерами и источник акустических колебаний, установленный в одном из торцов волновода и подключенный к генератору электрических гармонических колебаний, согласно изобретению в электрическую цепь, соединяющую источник колебаний и генератор, дополнительно включен постоянный резистор, к концам которого подключен вход электронного усилителя, последовательно соединенного с входом выпрямителя, снабженного электрическим фильтром, который вместе с устройством компенсации сигнала напряжения последовательно подключены к входу электронного потенциометра.The technical result is achieved by the fact that in an acoustic gas and vapor detector containing a waveguide with input and output fittings and a source of acoustic vibrations installed in one of the ends of the waveguide and connected to an electric harmonic oscillation generator, according to the invention, in an electrical circuit connecting the oscillation source and the generator additionally included a constant resistor, to the ends of which is connected the input of an electronic amplifier connected in series with the input of a rectifier equipped with an electric eskim filter which together with the signal voltage compensation device connected in series to the input of the electronic potentiometer.

Такая конструкция вдвое уменьшает количество элементов, необходимое для акустического детектирования газов и паров, устраняет необходимость размещения в волноводе каких-либо чувствительных элементов и уменьшает вдвое длину детектора, так как обеспечивает возможность транспортировки потока газа-носителя по всей длине волновода.This design halves the number of elements needed for acoustic detection of gases and vapors, eliminates the need to place any sensitive elements in the waveguide, and halves the length of the detector, as it allows the carrier gas to be transported along the entire length of the waveguide.

По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.Compared with the prototype of the claimed design has a distinctive feature in the combination of elements and their relative position.

Схема акустического детектора газов и паров показана на чертеже. Акустический детектор содержит волновод 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами и источник акустических колебаний 4, установленный в одном из торцов 5 волновода 1 и подключенный к генератору электрических гармонических колебаний 6. В электрическую цепь, соединяющую источник акустических колебаний 4 и генератор 6, дополнительно включен постоянный резистор R, к концам которого подключен вход электронного усилителя 7, последовательно соединенного с входом выпрямителя 8, снабженного электрическим фильтром 9. Фильтр 9 и устройство компенсации 10 сигнала напряжения подключены последовательно к входу электронного потенциометра 11.A diagram of an acoustic gas and vapor detector is shown in the drawing. The acoustic detector contains a waveguide 1 with input 2 and output 3 fittings and an acoustic oscillation source 4 installed in one of the ends 5 of the waveguide 1 and connected to an electric harmonic oscillation generator 6. An additional circuit is included in the electrical circuit connecting the acoustic oscillation source 4 and generator 6 a constant resistor R, to the ends of which is connected the input of an electronic amplifier 7, connected in series with the input of a rectifier 8, equipped with an electric filter 9. Filter 9 and a compensation device 10 signals la voltage connected in series to the input of an electronic potentiometer 11.

Работа акустического детектора газов и паров осуществляется следующим образом.The operation of the acoustic gas and vapor detector is as follows.

В волновод 1 через штуцер 2 подают поток газов из хроматографической колонки. Данный поток покидает волновод через штуцер 3. С помощью источника акустических колебаний 4, к которому поступают от генератора 7 электрические гармонические колебания, при соответствующем выборе частоты колебаний возникает акустическая стоячая волна. При этом в цепи, соединяющей источник акустических колебаний 4 и генератор 6, протекает переменный ток, который создает падение напряжения на резисторе R. Это падение напряжения воспринимается электронным усилителем, усиливается, а выходной сигнал переменного тока преобразуется в сигнал постоянного тока выпрямителем 8. При этом переменная составляющая сигнала с выхода выпрямителя 8 отделяется от постоянной составляющей электрическим фильтром 9. В результате на выходе фильтра 9 возникает сигнал напряжения постоянного тока, значение которого зависит от значения тока, протекающего через резистор R. Это напряжение компенсируется с помощью устройства компенсации 10. В результате на входе потенциометра 11 устанавливается значение сигнала, равное нулю. Такой сигнал на входе потенциометра имеет место, когда через волновод протекает чистый газ-носитель из газохроматографической колонки. Когда же вместе с потоком газа-носителя через волновод протекает какой-либо детектируемый компонент, из-за изменения акустического сопротивления газа, заполняющего волновод, изменяется режим стоячей волны в волноводе, это приводит к изменению тока, протекающего через резистор R. В результате сигнал постоянного напряжения, возникающего на выходе фильтра 9, отличается от компенсирующего сигнала, создаваемого устройством 10. Поэтому на вход потенциометра поступает сигнал, отличный от нуля. При выходе очередного компонента из газохроматографической колонки сигнал, регистрируемый потенциометром 11, имеет форму пика.In the waveguide 1 through the nozzle 2 serves a stream of gases from the chromatographic column. This stream leaves the waveguide through the nozzle 3. Using an acoustic oscillation source 4, to which electric harmonic oscillations come from the generator 7, with an appropriate choice of the oscillation frequency, an acoustic standing wave arises. At the same time, an alternating current flows in the circuit connecting the acoustic oscillation source 4 and the generator 6, which creates a voltage drop across the resistor R. This voltage drop is perceived by the electronic amplifier, amplified, and the AC output signal is converted into a direct current signal by the rectifier 8. In this case the variable component of the signal from the output of the rectifier 8 is separated from the constant component by an electric filter 9. As a result, a DC voltage signal appears at the output of the filter 9, the value of which depends on the value of the current flowing through the resistor R. This voltage is compensated by the compensation device 10. As a result, at the input of the potentiometer 11 is set a signal value of zero. Such a signal at the input of the potentiometer occurs when pure carrier gas flows from the gas chromatography column through the waveguide. When, together with the carrier gas stream, any detectable component flows through the waveguide, the regime of the standing wave in the waveguide changes due to a change in the acoustic impedance of the gas filling the waveguide, this leads to a change in the current flowing through resistor R. As a result, the constant signal the voltage generated at the output of the filter 9 is different from the compensating signal generated by the device 10. Therefore, a signal other than zero is input to the potentiometer. When the next component exits the gas chromatographic column, the signal recorded by the potentiometer 11 has a peak shape.

Опытным путем установлено, что площадь пика зависит от объемной концентрации паров компонента и его молекулярной массы.It has been experimentally established that the peak area depends on the volume concentration of the vapor of the component and its molecular weight.

Преимуществом предлагаемого технического решения является:The advantage of the proposed technical solution is:

- простота конструкции;- simplicity of design;

- отсутствие в волноводе каких-либо дополнительных элементов;- the absence of any additional elements in the waveguide;

- низкая стоимость.- low cost.

Предлагаемый акустический детектор может быть реализован на базе стандартного источника колебаний, генератора, электронного потенциометра и широко распространенных электронных элементов.The proposed acoustic detector can be implemented on the basis of a standard oscillation source, generator, electronic potentiometer, and widespread electronic elements.

Детектор может найти применение для измерения концентраций компонентов в газовой хроматографии, а также в качестве автоматического анализатора состава бинарных и псевдобинарных газовых сред.The detector can be used to measure component concentrations in gas chromatography, as well as an automatic analyzer of the composition of binary and pseudobinary gas media.

Claims

An acoustic detector of gases and vapors, containing a waveguide with input and output fittings and a source of acoustic vibrations, installed at one of the ends of the waveguide and connected to an electric harmonic oscillation generator, characterized in that the electric circuit connecting the acoustic vibration source and generator is additionally included with a constant a resistor, to the ends of which is connected the input of an electronic amplifier connected in series with the input of a rectifier equipped with an electric filter, which together with a voltage signal compensation device is connected in series to the input of an electronic potentiometer.