RU2350941C1

RU2350941C1 - Gas analyser and method of its operation

Info

Publication number: RU2350941C1
Application number: RU2007123753/28A
Authority: RU
Inventors: Виталий Львович Будович (RU); Виталий Львович Будович
Original assignee: ООО Бюро аналитического приборостроения ХРОМДЕТ-ЭКОЛОГИЯ
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-03-27

Abstract

FIELD: physics, measurement.

SUBSTANCE: invention is related to devices for control of substance admixtures content in gas with application of mostly photoionised detector and method of its operation. Procedures of analysis and cleaning of internal surfaces are also considerably simplified. Gas analyser comprises gas detector, absorber device and flow agitator arranged in the form of reservoir with alternating volume, in which piston is installed that is actuated by drive enabling its reciprocal motion. Method for gas analyser operation is characterised by the fact that specified volume of analysed gas is passed through measuring chamber of detector with the help of flow agitator in one direction, with simultaneous absorption of measured components and moisture from analysed gas in absorber device, and then, with the help of flow agitator, analysed gas purified from measured components and moisture is passed through measuring chamber of detector in reverse direction.

EFFECT: simplification of gas analyser design and higher reliability of operation.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для измерения содержания примесей химических соединений в газах с использованием преимущественно фотоионизационного детектора и способам работы таких устройств. Оно может найти применение для контроля содержания вредных веществ в воздухе, а также примесей в технологических газах и защитных атмосферах.The invention relates to devices for measuring the content of impurities of chemical compounds in gases using primarily a photoionization detector and methods of operation of such devices. It can be used to control the content of harmful substances in the air, as well as impurities in process gases and protective atmospheres.

Известен газоанализатор для измерения содержания примесей вредных веществ в воздухе, содержащий фотоионизационный детектор с УФ-лампой, газовую линию, соединенную с источником анализируемого газа (воздуха), в которой установлен детектор, связанный с этой линией патрубками для входа и выхода газа, и побудитель расхода, установленный в газовой линии на выходе детектора (см. Instruction Manual Photoionization Detector VX-500, Industrial Scientific Corp.).Known gas analyzer for measuring the content of impurities of harmful substances in the air, containing a photoionization detector with a UV lamp, a gas line connected to a source of analyzed gas (air), in which a detector is connected, connected to this line by nozzles for gas inlet and outlet, and a flow inducer installed in the gas line at the detector output (see Instruction Manual Photoionization Detector VX-500, Industrial Scientific Corp.).

Недостатком известного газоанализатора является то, что в процессе работы фотоионизационного детектора часть веществ, содержащихся в анализируемом воздухе, сорбируется и откладывается на поверхности оптического окна, через которое в измерительную камеру детектора поступает УФ-излучение. Под воздействием излучения происходит образование полимерной пленки на окне. Это приводит к тому, что чувствительность детектора к измеряемым веществам постепенно уменьшается. С целью восстановления чувствительности работу газоанализатора периодически останавливают, извлекают УФ-лампу и очищают поверхность оптического окна с помощью мелкодисперсного порошка, например, корунда. После очистки поверхность окна промывают чистыми растворителями, сушат, а лампу кондиционируют (подают на нее напряжение питания без помещения ее в детектор). После этого вновь производят установку лампы. После очистки необходима новая калибровка газоанализатора. Все эти процедуры резко снижают время использования прибора по назначению. Кроме того, в результате протирок происходит ухудшение пропускания окна, что приводит к необходимости частой замены УФ-ламп.A disadvantage of the known gas analyzer is that during the operation of the photoionization detector, some of the substances contained in the analyzed air are sorbed and deposited on the surface of the optical window, through which UV radiation enters the measuring chamber of the detector. Under the influence of radiation, a polymer film forms on the window. This leads to the fact that the sensitivity of the detector to the measured substances is gradually reduced. In order to restore sensitivity, the gas analyzer is periodically stopped, the UV lamp is removed and the surface of the optical window is cleaned with fine powder, for example, corundum. After cleaning, the window surface is washed with clean solvents, dried, and the lamp is conditioned (supply voltage is supplied to it without placing it in the detector). After that, the lamp is installed again. After cleaning, a new gas analyzer calibration is required. All these procedures dramatically reduce the time you use the device for its intended purpose. In addition, as a result of rubbing, window transmission deteriorates, which leads to the need for frequent replacement of UV lamps.

Известен газоанализатор на основе фотоионизационного детектора, в котором очистка поверхности окна УФ-лампы осуществляется путем прерывания потока анализируемого газа, протекающего через ионизационную камеру детектора, подачи в камеру кислорода, получаемого от баллона, и восстановлении подачи анализируемого воздуха через камеру детектора. Часть кислорода, введенного в ионизационную камеру детектора, под действием УФ-излучения преобразуется в озон, который окисляет отложившиеся на внутренних поверхностях камеры вещества, что приводит к их деструкции. При восстановлении подачи анализируемого воздуха вещества, образовавшиеся в результате окисления, уносятся из ионизационной камеры, рабочие характеристики детектора восстанавливаются (см. ЕРА 1262770 А2).A gas analyzer based on a photoionization detector is known, in which the surface of the UV lamp window is cleaned by interrupting the flow of the analyzed gas flowing through the ionization chamber of the detector, supplying oxygen from the cylinder to the chamber, and restoring the flow of analyzed air through the detector chamber. Part of the oxygen introduced into the ionization chamber of the detector under the influence of UV radiation is converted into ozone, which oxidizes substances deposited on the inner surfaces of the chamber, which leads to their destruction. When the supply of the analyzed air is restored, substances formed as a result of oxidation are carried away from the ionization chamber, and the detector's performance is restored (see EPA 1262770 A2).

Недостатком такого газоанализатора является сложность конструкции, включающей баллон с кислородом, делающая практически невозможной применение ее в переносных газоанализаторах.The disadvantage of such a gas analyzer is the complexity of the design, including a cylinder of oxygen, which makes it practically impossible to use it in portable gas analyzers.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому газоанализатору является газоанализатор, содержащий детектор, побудитель расхода, установленный на выходе детектора, адсорбер-поглотитель для поглощения измеряемых компонентов анализируемого газа и устройство для управления работой газоанализатора (см. патент РФ2293311, G-01N 27/64, 2007 г.).The closest in technical essence to the proposed gas analyzer is a gas analyzer containing a detector, a flow inducer installed at the output of the detector, an adsorber-absorber for absorbing the measured components of the analyzed gas and a device for controlling the operation of the gas analyzer (see patent RF2293311, G-01N 27/64, 2007).

Недостатком известного газоанализатора, принятого за прототип, является относительная сложность конструкции, обусловленная наличием дополнительной газовой линии для циркуляции потока анализируемого газа, освобожденного от измеряемых компонентов, и дополнительного побудителя расхода, установленного в этой линии.A disadvantage of the known gas analyzer, adopted as a prototype, is the relative complexity of the design, due to the presence of an additional gas line for circulating the flow of the analyzed gas, freed from the measured components, and an additional flow inducer installed in this line.

Задача изобретения состояла в упрощении конструкции за счет исключения из состава газоанализатора дополнительного побудителя расхода, упрощении эксплуатации газоанализатора и повышения надежности его работы.The objective of the invention was to simplify the design by eliminating from the composition of the gas analyzer an additional flow driver, simplifying the operation of the gas analyzer and increasing the reliability of its operation.

Указанная задача решается тем, что предложен газоанализатор, содержащий детектор, побудитель расхода, адсорбер-поглотитель для поглощения измеряемых компонентов анализируемого газа и устройство для управления работой газоанализатора, а котором, согласно изобретению, адсорбер-поглотитель установлен в газовой линии между детектором и побудителем расхода, причем побудитель расхода выполнен в виде емкости переменного объема, в которой установлен поршень с приводом для его возвратно-поступательного перемещения.This problem is solved by the fact that the proposed gas analyzer containing a detector, a flow inducer, an adsorber-absorber for absorbing the measured components of the analyzed gas and a device for controlling the operation of the gas analyzer, and which, according to the invention, the adsorber-absorber is installed in the gas line between the detector and the flow inducer, moreover, the flow inducer is made in the form of a variable-capacity tank in which a piston with a drive is installed for its reciprocating movement.

Другим отличием газоанализатора является то, что привод для возвратно-поступательного движения поршня выполнен в виде шагового двигателя, соединенного с устройством для управления работой газоанализатора.Another difference of the gas analyzer is that the actuator for reciprocating movement of the piston is made in the form of a stepper motor connected to a device for controlling the operation of the gas analyzer.

Еще одним отличием газоанализатора является то, что фильтр-поглотитель содержит последовательно расположенные слои активированного угля и силикагеля.Another difference of the gas analyzer is that the filter absorber contains sequentially located layers of activated carbon and silica gel.

Задача решается также тем, что предложен способ работы газоанализатора, включающего детектор, побудитель расхода и адсорбер-поглотитель, в котором, согласно изобретению, заданный объем анализируемого газа пропускают через измерительную камеру детектора с помощью побудителя расхода в одном направлении при одновременном поглощении выходящих из камеры измеряемых компонентов и влаги в адсорбере-поглотителе, а затем с помощью побудителя расхода анализируемый газ, освобожденный от измеряемых компонентов и влаги, пропускают через измерительную камеру детектора в обратном направлении.The problem is also solved by the fact that a method of operation of a gas analyzer including a detector, a flow inducer and an adsorber-absorber is proposed, in which, according to the invention, a predetermined volume of the analyzed gas is passed through the detector’s measuring chamber using a flow inducer in one direction while absorbing the measured components and moisture in the adsorber-absorber, and then with the help of a flow inducer, the analyzed gas freed from the measured components and moisture is passed through the measure the entire detector chamber in the opposite direction.

Другим отличием способа является то, что после пропускания через измерительную камеру детектора анализируемого газа, освобожденного от измеряемых компонентов и влаги, в измерительную камеру детектора вводят с помощью побудителя расхода заданный объем анализируемого воздуха, меньший объема измерительной камеры, и измеряют концентрацию измеряемых компонентов в образовавшейся в камере смеси анализируемого воздуха, освобожденного от измеряемых компонентов и влаги, и анализируемого воздуха.Another difference of the method is that after passing through the measuring chamber of the analyzer of the analyzed gas, freed from the measured components and moisture, a predetermined volume of the analyzed air, less than the volume of the measuring chamber, is introduced into the measuring chamber of the detector using a flow inducer, and the concentration of the measured components in the the chamber of the mixture of the analyzed air, freed from the measured components and moisture, and the analyzed air.

Технический результат изобретения состоит в упрощении конструкции газоанализатора и увеличении надежности его работы за счет исключения из его состава переключателей потока и дополнительного побудителя расхода. Кроме того, исключение дополнительного побудителя расхода позволяет снять ограничения, связанные с низкой температурой, поскольку в предлагаемом устройстве нет клапанов, выполненных из резины.The technical result of the invention consists in simplifying the design of the gas analyzer and increasing the reliability of its operation by eliminating flow switches and an additional flow inducer from its composition. In addition, the exclusion of an additional flow driver allows you to remove the restrictions associated with low temperature, since the proposed device does not have valves made of rubber.

Очистка внутренних поверхностей ионизационной камеры, включая окно УФ-лампы, осуществляется при обратном движении воздуха в ионизационной камере, что происходит автоматически перед каждым новым забором пробы. Поэтому даже при высоких концентрациях загрязняющих веществ в воздухе не происходит их накопления на элементах измерительной камеры, что обеспечивает постоянство метрологических характеристик детектора.The internal surfaces of the ionization chamber, including the window of the UV lamp, are cleaned by the reverse movement of air in the ionization chamber, which occurs automatically before each new sampling. Therefore, even at high concentrations of pollutants in the air, they do not accumulate on the elements of the measuring chamber, which ensures the constant metrological characteristics of the detector.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена принципиальная схема газоанализатора при протекании анализируемого воздуха через измерительную камеру детектора (прямое направление потока, режим измерения концентрации).Figure 1 shows a schematic diagram of a gas analyzer when the analyzed air flows through the measuring chamber of the detector (forward flow direction, concentration measurement mode).

На фиг.2 изображена принципиальная схема газоанализатора при протекании воздуха, освобожденного от измеряемых компонентов и влаги, через измерительную камеру детектора (обратное направление потока, режим очистки).Figure 2 shows a schematic diagram of a gas analyzer with the flow of air freed from the measured components and moisture through the measuring chamber of the detector (reverse flow direction, cleaning mode).

Газоанализатор содержит газовый детектор 1, например фотоионизационный детектор, который включает измерительную камеру 2, УФ-лампу 3, имеющую окно 4 для вывода УФ-излучения, измерительный электрод 5, соединенный с электрометром 6, и поляризующий электрод 7, соединенный с источником питания 8. На выходе газового детектора 1 установлен адсорбер-поглотитель 9 измеряемых компонентов и влаги из анализируемого воздуха, представляющий собой емкость, заполненную последовательно расположенными слоями активированного угля и силикагеля. На выходе адсорбера-поглотителя 5 установлен побудитель 10 расхода, выполненный в виде емкости переменного объема, внутри которой установлен поршень 11, снабженный приводом 12 для его возвратно-поступательного перемещения. В предпочтительном варианте осуществления изобретения привод 12 поршня 11 выполнен в виде шагового двигателя, соединенного с устройством 13 (микропроцессорным блоком) для управления работой газоанализатора, который также соединен с электрометром 6.The gas analyzer comprises a gas detector 1, for example a photoionization detector, which includes a measuring chamber 2, a UV lamp 3 having a window 4 for outputting UV radiation, a measuring electrode 5 connected to an electrometer 6, and a polarizing electrode 7 connected to a power source 8. At the exit of the gas detector 1, an adsorber-absorber 9 of the measured components and moisture from the analyzed air is installed, which is a container filled with successive layers of activated carbon and silica gel. At the outlet of the adsorber-absorber 5, a flow inducer 10 is installed, made in the form of a variable-capacity tank, inside of which a piston 11 is installed, equipped with a drive 12 for its reciprocating movement. In a preferred embodiment, the actuator 12 of the piston 11 is made in the form of a stepper motor connected to a device 13 (microprocessor unit) for controlling the operation of a gas analyzer, which is also connected to an electrometer 6.

В соответствии с предложенным способом газоанализатор работает следующим образом. В режиме измерения по команде от устройства 13 управления работой газоанализатора привод 12 осуществляет перемещение поршня 11 побудителя 10 расхода в прямом направлении (фиг.1), при котором в объеме побудителя 10 расхода создается разряжение. В результате этого анализируемый газ (воздух) начинает поступать в измерительную камеру 2 детектора 1 и далее, следуя за перемещением поршня 11, анализируемый газ проходит через адсорбер-поглотитель 9, где осуществляется очистка газа от измеряемых компонентов и влаги, и очищенный газ поступает в побудитель 10 расхода. Объем газа, прошедшего через детектор 1, должен в несколько раз превосходить объем измерительной камеры 2 детектора, для того, чтобы полностью вытеснить газ, находившийся в ее объеме. Когда объем измерительной камеры полностью заполнен анализируемым газом, и поршень находится в конечном положении, сигнал детектора 1, отражающий концентрацию измеряемых компонентов, усиливается электрометром 6 и отображается на дисплее газоанализатора (на фиг.1 не показан).In accordance with the proposed method, the gas analyzer operates as follows. In the measurement mode, on a command from the gas analyzer operation control device 13, the drive 12 moves the piston 11 of the flow inducer 10 in the forward direction (FIG. 1), in which a vacuum is created in the volume of the flow inducer 10. As a result of this, the analyzed gas (air) begins to enter the measuring chamber 2 of the detector 1 and then, following the movement of the piston 11, the analyzed gas passes through the adsorber-absorber 9, where the gas is purified from the measured components and moisture, and the purified gas enters the inducer 10 consumption. The volume of gas passing through the detector 1 should be several times greater than the volume of the measuring chamber 2 of the detector, in order to completely displace the gas in its volume. When the volume of the measuring chamber is completely filled with the analyzed gas and the piston is in the final position, the signal of the detector 1, which reflects the concentration of the measured components, is amplified by the electrometer 6 and displayed on the gas analyzer display (not shown in Fig. 1).

Режим очистки осуществляется после остановки поршня. По команде устройства 13 для управления работой газоанализатора поршень 11, приводимый в действие приводом 12, начинает двигаться в обратном направлении (см. фиг.2), создавая в объеме побудителя 10 расхода избыточное давление, под действием которого анализируемый газ, очищенный от измеряемых компонентов и влаги в адсорбере-поглотителе 9 поступает в измерительную камеру 2 детектора, очищая ее внутреннюю поверхность от остатков измеряемых компонентов и влаги. При этом, в частности, происходит очистка внешней поверхности окна УФ-лампы. Удаленные со стенок вещества уносятся потоком газа и выбрасываются из газоанализатора. В результате процесса очистки измерительная камера 2 заполняется контролируемым газом, очищенным от измеряемых компонентов и влаги. Сигнал детектора 1, усиленный электрометром 6, поступает в устройство 13 для управления работой газоанализатора, где сравнивается с хранящейся в памяти устройства 13 величиной заданного сигнала (уставки), соответствующего правильно очищенному газу. Если величина сигнала меньше заданного, функционирование газоанализатора продолжается в прежнем режиме. Если величина сигнала превышает эталонный, устройство 13 сигнализирует об этом и на дисплее газоанализатора появляется указание замены адсорбера-поглотителя 9.The cleaning mode is carried out after the piston stops. At the command of the device 13 for controlling the operation of the gas analyzer, the piston 11, driven by the actuator 12, begins to move in the opposite direction (see figure 2), creating in the volume of the inducer 10 the overpressure under which the analyzed gas is purified from the measured components and moisture in the adsorber-absorber 9 enters the measuring chamber 2 of the detector, cleaning its inner surface from the remnants of the measured components and moisture. In this case, in particular, the external surface of the window of the UV lamp is cleaned. Substances removed from the walls are carried away by the gas stream and discharged from the gas analyzer. As a result of the cleaning process, the measuring chamber 2 is filled with a controlled gas, purified from the measured components and moisture. The signal of the detector 1, amplified by the electrometer 6, enters the device 13 for controlling the operation of the gas analyzer, where it is compared with the value of the set signal (setpoint) corresponding to the correctly purified gas stored in the device 13. If the signal is less than the specified value, the operation of the gas analyzer continues in the previous mode. If the signal value exceeds the reference, the device 13 signals this and the display of the gas analyzer displays an indication of the replacement of the adsorber-absorber 9.

Таким образом, благодаря установке адсорбера-поглотителя 9 между измерительной камерой 2 детектора 1 и побудителем 10 расхода, а также особой форме выполнения побудителя 10 расхода (в виде шприца с поршнем, совершающим возвратно-поступательные движения) простым способом в газоанализаторе осуществляется два режима работы: режим измерения, в котором в измерительную камеру поступает анализируемый газ, содержащий измеряемые компоненты, и режим очистки, в котором в измерительную камеру поступает анализируемый газ, освобожденный от измеряемых компонентов и влаги.Thus, due to the installation of the adsorber-absorber 9 between the measuring chamber 2 of the detector 1 and the flow rate driver 10, as well as the special form of the flow rate 10 (in the form of a syringe with a piston reciprocating) in a simple way, two operating modes are carried out in the gas analyzer: a measurement mode in which the analyzed gas enters the measuring chamber containing the measured components, and a cleaning mode in which the analyzed gas enters the measuring chamber freed from the measured Components and moisture.

Отмеченным выше особенности выполнения газоанализатора позволяют реализовать и третий режим - режим измерения, при котором осуществляется контролируемое разбавление анализируемого газа, содержащего измеряемые компоненты, анализируемым газом, освобожденным от измеряемых компонентов.The aforementioned features of the gas analyzer implementation allow the third mode to be implemented - a measurement mode in which a controlled dilution of the analyzed gas containing the measured components is carried out with the analyzed gas freed from the measured components.

Этот необходимо, когда значение концентрации измеряемого компонента превышает верхний предел диапазона измерений газоанализатора.This is necessary when the concentration value of the measured component exceeds the upper limit of the measuring range of the gas analyzer.

Этот режим работы характеризуется тем, что после пропускания через измерительную камеру 2 детектора 1 анализируемого газа, освобожденного от измеряемых компонентов, и влаги (см. фиг.2), в измерительную камеру 2 детектора 1 вводят заданный объем анализируемого газа, содержащего измеряемые компоненты, меньший внутреннего объема измерительной камеры. В результате в измерительной камере 2 детектора 1 образуется смесь анализируемого газа и газа, освобожденного от измеряемых компонентов, поэтому концентрация измеряемых компонентов в этой смеси меньше их концентрации в анализируемом газе. Степень уменьшения концентрации (разбавления) равна отношению внутреннего объема измерительной камеры 2 к объему анализируемого газа, введенного в камеру. Эта величина может регулироваться с большой точностью за счет контролируемого перемещения поршня 11 в побудителе 10 расхода. После того как поршень достигает контролируемого положения, его перемещение на время прекращается. В этот момент происходит измерение концентрации измеряемых компонентов в детекторе, отражаемое на дисплее. Затем поршень продолжает свое движение, доходит до конечного положения и начинает обратное движение в соответствии с режимом очистки. Измерение концентрации при нахождении поршня в крайнем положении не осуществляется.This mode of operation is characterized by the fact that after passing through the measuring chamber 2 of the detector 1 of the analyzed gas, freed from the measured components, and moisture (see figure 2), a predetermined volume of the analyzed gas containing the measured components is smaller, is introduced into the measuring chamber 2 of the detector 1 internal volume of the measuring chamber. As a result, a mixture of the analyzed gas and gas freed from the measured components is formed in the measuring chamber 2 of the detector 1; therefore, the concentration of the measured components in this mixture is less than their concentration in the analyzed gas. The degree of decrease in concentration (dilution) is equal to the ratio of the internal volume of the measuring chamber 2 to the volume of the analyzed gas introduced into the chamber. This value can be adjusted with great accuracy due to the controlled movement of the piston 11 in the flow inducer 10. After the piston reaches a controlled position, its movement temporarily stops. At this moment, the concentration of the measured components in the detector is measured, which is displayed on the display. Then the piston continues its movement, reaches the final position and begins the reverse movement in accordance with the cleaning mode. The concentration measurement when the piston is in the extreme position is not carried out.

Claims

1. A gas analyzer comprising a gas detector, a flow inducer, an adsorber-absorber for absorbing the measured components of the analyzed gas and a device for controlling the operation of the gas analyzer, characterized in that the adsorber-absorber is installed in the gas line between the detector and the flow inducer, and the flow inducer is made in the form containers of variable volume, in which a piston is mounted with a drive for its reciprocating motion.

2. The gas analyzer according to claim 1, characterized in that the adsorber-absorber contains sequentially arranged layers of particles of activated carbon and silica gel.

3. The gas analyzer according to claim 1 or 2, characterized in that the piston drive of the flow inducer is made in the form of a stepper motor connected to a device for controlling the operation of the gas analyzer.

4. The method of operation of a gas analyzer, including a detector, a flow inducer and an adsorber-absorber, characterized in that a predetermined volume of the analyzed gas is passed through the detector’s measuring chamber using a flow inducer in one direction, while absorbing the measured components and moisture from the analyzed gas in the adsorber the absorber, and then, with the help of a flow stimulator, the analyzed gas, freed from the measured components and moisture, is passed back through the measuring chamber of the detector .

5. The method of work according to 4, characterized in that after passing through the measuring chamber of the analyzer of the analyzed gas, freed from the measured components and moisture, a predetermined volume of the analyzed gas, less than the volume of the measuring chamber, is introduced into the measuring chamber of the detector using a flow inducer, and the concentration of the measured components in the mixture formed in the chamber of the analyzed gas containing the measured components and the analyzed gas freed from the measured components.