RU2677222C1 - High pressure gases micro flow sources diffusion unit - Google Patents
High pressure gases micro flow sources diffusion unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2677222C1 RU2677222C1 RU2018114845A RU2018114845A RU2677222C1 RU 2677222 C1 RU2677222 C1 RU 2677222C1 RU 2018114845 A RU2018114845 A RU 2018114845A RU 2018114845 A RU2018114845 A RU 2018114845A RU 2677222 C1 RU2677222 C1 RU 2677222C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- cone
- sealing
- microflow
- capillary
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F13/00—Apparatus for measuring by volume and delivering fluids or fluent solid materials, not provided for in the preceding groups
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Диффузионный узел источников микропотока газа (ДУ) для газов высокого давления (насыщенных паров) относится к устройствам для физико-химического метода контроля, анализа и метрологического обеспечения газоаналитической аппаратуры и может быть использован для дозирования микропотока газа (пара) летучих веществ при приготовлении парогазовых смесей с известным содержанием анализируемого компонента.The diffusion assembly of sources of gas microflow (ДУ) for high pressure gases (saturated vapors) refers to devices for the physicochemical method of control, analysis and metrological support of gas analytical equipment and can be used for dosing microflow of gas (vapor) of volatile substances in the preparation of vapor-gas mixtures with known content of the analyzed component.
Диффузионный узел предназначен для точного дозирования микропотока целевого вещества, в котором обычно используют одну (заданную) фиксированную температуру, при которой и определяют его производительность.The diffusion unit is designed for precise dosing of the microflow of the target substance, in which one (set) fixed temperature is usually used, at which its performance is determined.
Уплотнение диффузионного узла является его важной частью и предназначено для герметизации, запирания и подсоединения капиллярной трубки для веществ с большим давлением насыщенных паров (H2S > 2,0 МПа, CO2 > 4,0 МПа и др.)The sealing of the diffusion unit is an important part of it and is intended for sealing, locking and connecting the capillary tube for substances with high saturated vapor pressure (H2S> 2.0 MPa, CO2> 4.0 MPa, etc.)
Диффузионный узел устанавливают в поток газа-носителя для создания тестовых сред при калибровке газоаналитических систем, тестирования обнаружения (сигнализации) опасных газов при проведении долгосрочных исследований воздействия на материалы или биологические системы, иными словами, в любых ситуациях, требующих стабильного обнаружения следовых концентрации конкретных агрессивных химических веществ.The diffusion unit is installed in the carrier gas stream to create test media for calibrating gas analytical systems, to test the detection (signaling) of hazardous gases during long-term studies of the effects on materials or biological systems, in other words, in any situations that require stable detection of trace concentrations of specific aggressive chemicals substances.
Из уровня техники известно изобретение «Способ формирования плотного межуплотнительного пространства затворного узла запорной трубопроводной арматуры», патент RU 2626610, опубл. 31.07.2017, МПК F16K 1/02, F16K 1/36, F16K 25/00, состоящий в увеличении фактической площади контакта сопрягаемых уплотнительных поверхностей на кольцевых контактирующих уплотнительных поверхностях, и с выполненными на кольцевых контактирующих уплотнительных поверхностях затворного узла концентрических замкнутых рисок. Изобретение позволяет повысить герметичность соединения, однако может применяться только для технологических операций, которые используют для обработки уплотнительных поверхностей затворного узла для жидких сред в трубопроводах. Для уплотнения микроисточников газа не может быть применено, так как плотность соединения, рассчитана не менее 0,1 мкм, что срабатывает только в отношении герметизации молекул воды, так как для герметизации достаточно сравнивать плотность соединения с размером молекулы воды, которая в данном случае более чем в 30 раз превышает ее диаметр. В предложенном способе используют принцип нахождения способа обеспечения критического отношения площади пятен контакта, что не применимо к микропотоку газа высокого давления.The prior art invention is known "Method of forming a dense inter-sealing space of the shutter assembly of stop valves", patent RU 2626610, publ. 07/31/2017, IPC
Известно изобретение «Система хранения и подачи водорода», патент RU 2373454, опубл. 20.11.2009, МПК F17C 11/00, содержащая пакет микрокапилляров выполнен в виде бутылкообразной фигуры, герметизирован с конца цилиндрической части большего радиуса и горловидная часть пакета микрокапилляров закреплена во входном канале корпуса клапанного наконечника, имеющего цилиндрический корпус с диаметром, равным большему диаметру цилиндрической части пакета. Изобретение относится к водородной энергетике - аккумулированию, хранению и высвобождению водорода для использования в транспортных и стационарных энергетических экологически чистых установках. Позволяет повысить удельную вместимость картриджа по газообразному водороду и сократить время высвобождения водорода. Однако требует повышенного энергопотребления на нагрев аккумулирующего материала и высокая инерционность процесса освобождения водорода. Изобретение не решает задачу точечной подачи дозируемого газа в линию газа-разбавителя и исключение взаимодействия газа-разбавителя с газопроницаемой стенкой источника микропотока. Не применим в диффузионных узлах источников микропотока газов высокого давления.The invention is known "System for the storage and supply of hydrogen", patent RU 2373454, publ. 11/20/2009, IPC F17C 11/00, containing a package of microcapillaries made in the form of a bottle-shaped figure, sealed from the end of the cylindrical part of a larger radius and the neck-shaped part of the package of microcapillaries is fixed in the inlet channel of the valve tip body having a cylindrical body with a diameter equal to the larger diameter of the cylindrical part package. The invention relates to hydrogen energy - the accumulation, storage and release of hydrogen for use in transport and stationary energy-friendly environmentally friendly installations. Allows increasing the specific capacity of the cartridge for gaseous hydrogen and reducing the time of hydrogen release. However, it requires increased energy consumption for heating the storage material and a high inertia of the hydrogen release process. The invention does not solve the problem of the point feed of the dosed gas into the diluent gas line and the exclusion of the interaction of the diluent gas with the gas-permeable wall of the microflow source. Not applicable in diffusion nodes of high pressure gas microflow sources.
Известно изобретение «Устройство для автоматической порционной выдачи жидкости», RU 2642094, опубл. 24.01.2018, МПК G01F 13/00, A01G 25/02, содержащее емкость с впускным и выпускным отверстиями, сужающуюся книзу трубу, соединенную соосно с выходным патрубком, имеющим коническое запорное устройство и коническую иглу. Позволяет повысить эксплуатационную надежность. Однако применяется только в устройствах для автоматизации полива и не может быть применено в диффузионных узлах источников микропотока газов высокого давления.The invention is known "Device for automatic portioned dispensing of liquid", RU 2642094, publ. 01/24/2018, IPC G01F 13/00, A01G 25/02, containing a container with inlet and outlet openings, a pipe tapering downward, connected coaxially with an outlet pipe having a conical locking device and a conical needle. Allows to increase operational reliability. However, it is used only in devices for automation of irrigation and cannot be used in diffusion nodes of high pressure gas microflow sources.
Известно изобретение «Емкость для хранения газов», патент RU 81286, опубл. 10.03.2009, МПК F17C 11/00, состоящая из пучка полых капилляров, торцы которых соединены с коллектором подачи-выпуска газа и на все внешние поверхности капилляров, за исключением торцов капилляров, нанесено покрытие из материала с большей пластичностью, чем материал капилляров. Применяется только для компактного хранения, содержания и транспортировка газов, но не применимо в устройствах для физико-химического метода контроля. Позволяет в режимах работы двигателя обеспечить динамичное изменение извлечения водорода из микросфер или капилляров, однако не решает задачи размещения термостата непосредственно на корпусе источника, уменьшения габаритов и точности поддержания температуры источника микропотока.The invention is known "Capacity for the storage of gases", patent RU 81286, publ. 03/10/2009, IPC F17C 11/00, consisting of a bunch of hollow capillaries, the ends of which are connected to the gas supply and exhaust manifold and on all external surfaces of the capillaries, with the exception of the ends of the capillaries, a coating is made of a material with greater plasticity than the material of the capillaries. It is used only for compact storage, content and transportation of gases, but not applicable in devices for the physicochemical control method. It allows in engine operating modes to provide a dynamic change in the extraction of hydrogen from microspheres or capillaries, however, it does not solve the problem of placing the thermostat directly on the source body, reducing the size and accuracy of maintaining the temperature of the microflow source.
Известно изобретение «Устройство для микродозирования газа», патент RU 2309387, опубл. 27.10.2007, МПК G01F 13/00, содержащее стержень, который выполнен из газопроницаемого гидрофобного материала путем равномерного заполнения им отверстия корпуса с обеспечением герметичного соединения. Позволяет обеспечить повышение точностных выходных параметров устройства за счет исключения влияния влаги на стабильность и точность потока и улучшить его эксплуатационные характеристики. Однако данное изобретение имеет избирательную пропускную способность газа (только для гелия), а также узкую сферу применения - только для вакуумных испытаний. Кроме того, задача герметизации решена посредством заполнения отверстия материалом, но не решена задача точечной подачи дозируемого газа в линию газа-разбавителя и исключение взаимодействия газа-разбавителя с газопроницаемой стенкой источника микропотока.The invention is known "Device for gas microdosing", patent RU 2309387, publ. 10.27.2007, IPC G01F 13/00, containing a rod that is made of a gas-permeable hydrophobic material by uniformly filling the opening of the housing with it, ensuring a tight connection. It allows to increase the accuracy of the output parameters of the device by eliminating the influence of moisture on the stability and accuracy of the flow and to improve its operational characteristics. However, this invention has a selective gas throughput (only for helium), as well as a narrow scope of application - only for vacuum tests. In addition, the sealing problem was solved by filling the hole with material, but the problem of the point feed of the dosed gas into the diluent gas line and the exclusion of the interaction of the diluent gas with the gas-permeable wall of the microflow source was not solved.
Наиболее близким техническим решением является изобретение «Диффузионный источник микропотока газа (варианты)», патент RU 2111460, опубл. 20.05.1998, МПК G01F 13/00, который и взят за прототип. В устройстве по данному изобретению содержится герметичный газонепроницаемый корпус, заполненный сжиженным дозируемым газом и диффузионный узел в виде размещенного внутри корпуса заглушенного капилляра. Область применения данного изобретения относится к физико-химическим методам контроля, анализа и метрологического обеспечения газоаналитической аппаратуры. Позволяет создать диффузионные источники микропотока газов, обеспечивающих возможность дозирования агрессивных газов с более высокими давлениями насыщенных паров. Изобретение решает задачу уменьшения толщины стенки капилляра и повышению удельной проницаемости стенок. Однако не обеспечивает в достаточной мере повышения их удельной производительности и уменьшении температурной зависимости, не обеспечивает возможности перекрытия потока. Герметизирующий узел не обеспечивает возможность точечной подачи дозируемого газа в линию газа-разбавителя, исключение взаимодействия газа-разбавителя с газопроницаемой стенкой источника микропотока и возможность размещения термостата непосредственно на корпусе источника, в результате чего уменьшение габаритов и точности поддержания температуры источника микропотока, поскольку использует обдув ИМ, а не соединение металл по металлу, что не обеспечивает малые габариты и, следовательно, легкость размещения эталона вместе с термостатом внутри любого измерительного прибора.The closest technical solution is the invention "Diffusion source of a microstream of gas (options)", patent RU 2111460, publ. 05/20/1998, IPC G01F 13/00, which is taken as a prototype. The device according to this invention contains a sealed gas-tight housing filled with liquefied dosed gas and a diffusion unit in the form of a closed capillary placed inside the housing. The scope of this invention relates to physico-chemical methods of control, analysis and metrological support of gas analytical equipment. Allows you to create diffusion sources of gas microflow, providing the ability to dispense aggressive gases with higher saturated vapor pressures. The invention solves the problem of reducing the wall thickness of the capillary and increasing the specific permeability of the walls. However, it does not provide a sufficient increase in their specific productivity and a decrease in the temperature dependence, and does not provide the possibility of blocking the flow. The sealing assembly does not provide the possibility of pinpoint supply of dosed gas to the diluent gas line, the exclusion of the interaction of the diluent gas with the gas-permeable wall of the microflow source and the possibility of placing the thermostat directly on the source body, resulting in a decrease in size and accuracy of maintaining the microflow source temperature, since it uses IM blowing and not a metal-to-metal connection, which does not provide small dimensions and, therefore, the ease of placing the standard together with the thermostat ohm inside any measuring device.
Из уровня техники также известны диффузионные источники микропотока газа для получения парогазовых смесей (TUBULAR DEVICES) [О' Kuffe А.Е., Ortman GC. Methods calibrating of gas Analysers. Analytical Chemistry, v. 38, N 6, 1966, p. 760-763], действие которых основано на проникновении газа (пара) летучих веществ из сосуда с проницаемой стенкой в поток омывающего его газа-разбавителя. Известные источники микропотока имеют газопроницаемый корпус, заполненный целевым, например, легколетучим веществом, и уплотняющий узел для его герметизации. Однако эти аналоги изделий используют существующие традиционные запирающие устройства для уплотнения диффузионных трубок.The diffusion sources of gas microflow for producing gas-vapor mixtures (TUBULAR DEVICES) are also known in the prior art [O'Kuffe A.E., Ortman GC. Methods calibrating of gas analyzers. Analytical Chemistry, v. 38, No. 6, 1966, p. 760-763], the effect of which is based on the penetration of gas (vapor) of volatile substances from a vessel with a permeable wall into the stream of the diluent gas washing it. Known microflow sources have a gas-permeable body filled with a target, for example, volatile substance, and a sealing assembly for sealing it. However, these product analogues use existing traditional locking devices to seal diffusion tubes.
Источники, как правило, заполняют целевым веществом в жидком, твердом или сжиженным состоянии. После герметизации, под действием избыточного давления насыщенных паров, известное количество газообразного вещества диффундирует через газопроницаемую стенку корпуса в омывающий его поток газа-разбавителя. В качестве газопроницаемого корпуса для таких источников микропотока обычно используют фторопластовые газопроницаемые трубки, диаметр и толщина стенок которых определяются исходя из величины давления паров (от 0,01-2,5 МПа). Поэтому толщина стенки должна выбираться достаточно большой, до 1,5 мм, что, в свою очередь, приводит к снижению удельной проницаемости стенок, а также к повышению влияния температурной зависимости на производительность источника. Кроме того, из-за сравнительно малого объема вещества в газопроницаемом корпусе (внутренний диаметр до 5 мм) срок работы таких источников микропотока ограничен и составляет от нескольких месяцев до года. Диаметр и толщина газопроницаемой стенки трубки диффузионного узла выбирается исходя из давления насыщенных паров вещества и определяются модулем упругости материала при растяжении (для фторопластов 300-2000 МПа).Sources are usually filled with the target substance in a liquid, solid or liquefied state. After sealing, under the influence of an excess pressure of saturated vapors, a known amount of a gaseous substance diffuses through the gas-permeable wall of the housing into the diluent gas stream washing it. Fluoroplastic gas-permeable tubes, the diameter and wall thickness of which are determined on the basis of the vapor pressure (from 0.01-2.5 MPa), are usually used as a gas-permeable body for such sources of microflow. Therefore, the wall thickness should be chosen sufficiently large, up to 1.5 mm, which, in turn, leads to a decrease in the specific permeability of the walls, as well as to an increase in the influence of the temperature dependence on the performance of the source. In addition, due to the relatively small volume of the substance in the gas-permeable casing (internal diameter up to 5 mm), the life of such sources of microflow is limited and ranges from several months to a year. The diameter and thickness of the gas-permeable wall of the tube of the diffusion unit is selected based on the pressure of saturated vapor of the substance and is determined by the modulus of elasticity of the material under tension (for fluoroplastics 300-2000 MPa).
Действие давления газа в порах стенки (сатурация) усиливает деформацию растяжения, образующуюся от действия давления паров на внутреннюю поверхность стенки примерно в два раза, что и заставляет использовать более толстые газопроницаемые стенки. Для получения образцовой газовой смеси источник микропотока устанавливают в термостат генератора, в котором создается заданный расход потока газа-разбавителя, омывающий источник и имеющий заданную температуру термостатирования. Поток газа-разбавителя, непосредственно контактирующий с газопроницаемой поверхностью источника, должен иметь состав, исключающий химическое взаимодействие с газообразным веществом, а также очищен от примесей и влаги, способствующих реакциям в пограничном слое газопроницаемой стенки источника, ведущих к необратимым изменениям ее проницаемости во времени при использовании. Все это накладывает определенные ограничения на номенклатуру дозируемых веществ.The action of gas pressure in the pores of the wall (saturation) increases the tensile strain generated from the action of vapor pressure on the inner surface of the wall by about two times, which forces the use of thicker gas-permeable walls. To obtain an exemplary gas mixture, a microflow source is installed in a generator thermostat, in which a predetermined flow rate of a diluent gas stream is created, washing the source and having a predetermined temperature control temperature. The flow of diluent gas directly in contact with the gas-permeable surface of the source must have a composition that excludes chemical interaction with the gaseous substance, and also be free from impurities and moisture that contribute to reactions in the boundary layer of the gas-permeable wall of the source, leading to irreversible changes in its permeability with time . All this imposes certain restrictions on the range of dosed substances.
С целью повышения точности калибровки источника микропотока, сохраняемой (калибровки) в течение длительного времени, необходимо исключить взаимодействие истекающего вещества в поверхностном слое ДУ с газом-разбавителем в процессе работы, а также с примесями, содержащимися в воздухе при его перемещении. Что не обеспечивают существующие традиционные запирающие устройства для уплотнения диффузионных трубок.In order to increase the accuracy of calibration of the microflow source, which is maintained (calibration) for a long time, it is necessary to exclude the interaction of the outflowing substance in the surface layer of the propellant with the diluent gas during operation, as well as with impurities contained in the air during its movement. What does not provide existing traditional locking devices for sealing diffusion tubes.
В то же время, требуется снижать массу источника микропотока (ИМ), что позволяет снизить погрешность калибровки за счет возможности использования более точных весов.At the same time, it is required to reduce the mass of the microflow source (MI), which allows to reduce the calibration error due to the possibility of using more accurate weights.
Традиционная герметизация ДУ с помощью заглушек и соединения его с газонепроницаемым сосудом (корпусом) объемом V=0,5-5,0 мл с помощью обжимных колец значительно увеличивает длину и массу источника микропотока, и, кроме того, вносит дополнительную погрешность из-за сорбции истекающего вещества на пластиковых поверхностях заглушек. Кроме того, дополнительная погрешность появляется за счет окисления микропотока газа на металлических поверхностях источника микропотока при его хранении, а также за счет десорбции при работе источника микропотока.The traditional sealing of the remote control using plugs and connecting it to a gas-tight vessel (body) with a volume of V = 0.5-5.0 ml using crimp rings significantly increases the length and mass of the microflow source, and, in addition, introduces an additional error due to sorption expiring material on the plastic surfaces of the plugs. In addition, an additional error appears due to the oxidation of the gas microflow on the metal surfaces of the microflow source during its storage, as well as due to desorption during operation of the microflow source.
Для того, чтобы расширить номенклатуру дозируемых веществ, исключить взаимодействие дозируемого вещества и газа - разбавителя с материалом диффузионного источника и с влагой и примесями газа, содержащимися в окружающем воздухе, необходимо стремиться при разработке ИМ к увеличению соотношения массы истекающих газов (производительность) к массе ИМ, что позволяет уменьшить пределы допускаемой погрешности его калибровки. Чем меньше масса источника микропотока, тем точнее можно осуществить измерения, используя эталон.In order to expand the range of dosed substances, to eliminate the interaction of the dosed substance and the diluent gas with the material of the diffusion source and with moisture and gas impurities contained in the ambient air, it is necessary to strive to increase the ratio of the mass of outflowing gases (productivity) to the mass of the IM , which allows to reduce the margins of error of its calibration. The smaller the mass of the microflow source, the more accurately measurements can be made using the standard.
Для этого требуется достичь упрощения герметичного соединения диффузионного элемента с корпусом эталона, который представляет собой малолитражный сосуд с запорным элементом. Обычно для герметизации соединений используют ФУМ - фторопластовый уплотнитель. Для этого требуется либо усовершенствовать накидную гайку, либо заменить ее каким-то элементом, обеспечивающим более надежное уплотнение и запирание, притом, что конструкцию необходимо упростить. Поскольку открытый ИМ (проницаемая стенка ИМ находится снаружи) подвержен окислительным процессам от сорбции постоянно выделяющихся агрессивных газов и примесей, содержащихся в воздухе (при переносе и хранении) и десорбции при установке в термостат калибратора, то очень важно обеспечить изолирование проницаемой части внутри (закрытый) ИМ, а также ее герметизацию с помощью запорного устройства. Из этого следует, что необходимо обеспечить попадание газа сразу в рабочую зону, чтобы преодолеть этот недостаток.This requires simplification of the tight connection of the diffusion element with the standard body, which is a small vessel with a locking element. Usually, FUM - fluoroplastic sealant is used to seal the joints. This requires either improving the union nut, or replacing it with some element that provides a more reliable seal and locking, despite the fact that the design needs to be simplified. Since an open MI (the permeable wall of the MI is outside) is subject to oxidative processes from sorption of constantly released aggressive gases and impurities contained in the air (during transfer and storage) and desorption when installed in a calibrator thermostat, it is very important to insulate the permeable part inside (closed) IM, as well as its sealing with a locking device. It follows from this that it is necessary to ensure that gas enters immediately into the working area in order to overcome this drawback.
Путь решения перечисленных недостатков состоит в том, чтобы разработать ДУ, в котором истечение потока газообразного вещества осуществлялось непосредственно в зону газа-разбавителя, а также возможность запирания подачи этого газообразного вещества.The way to solve the aforementioned drawbacks is to develop a remote control in which the gaseous substance flow is expired directly into the diluent gas zone, as well as the possibility of shutting off the supply of this gaseous substance.
В метронике известные термостаты с размещенным внутри источником газа, которые имеют большой диаметр, что приводит к большой неравномерности температурного поля и большим габаритам. На сегодняшний день известны эталоны, которые размещены в термостате с габаритами с диаметром более 80 и длиной более 250 мм для того, чтобы можно было разместить в них до 5 ИМ. Сложность в поддержании заданной температуры по всей длине источника с помощью омывающего потока газа-разбавителя заключается в относительно больших расходах и малой теплопроводности как самого газа-разбавителя, так и газопроницаемой стенки ИМ.In metronics, there are known thermostats with a gas source located inside, which have a large diameter, which leads to a large unevenness of the temperature field and large dimensions. To date, there are known standards that are placed in a thermostat with dimensions with a diameter of more than 80 and a length of more than 250 mm in order to accommodate up to 5 IM. The difficulty in maintaining a given temperature along the entire length of the source using a washer gas diluent stream is the relatively high costs and low thermal conductivity of both the diluent gas and the gas-permeable wall of the MI.
Наличие в метронике известных калибраторов с термостатами, в которых источники микропотока обдуваются азотом, имеющим малую теплопроводность, также не обеспечивают равномерность температурного поля (менее 0,1° С) газонепроницаемого корпуса камеры с ИМ, длина которой доходит до 250 мм.The presence in metronics of known calibrators with thermostats, in which the microflow sources are blown with nitrogen having low thermal conductivity, also do not provide uniformity in the temperature field (less than 0.1 ° C) of the gas-tight chamber with MI, the length of which reaches 250 mm.
Использование усовершенствованного узла запирания также решает задачу уменьшения габаритов термостата. Так, например, осуществление термостатирования источника непосредственно по газонепроницаемому корпусу, а следовательно, и газопроницаемых стенок,, размещенных внутри корпуса, позволяет с большей точностью поддерживать заданную температуру за счет хорошей теплопроводности металла корпуса. Также решается задача исключения нагрева газа-разбавителя, не имеющего контакта с газопроницаемой поверхностью, и значительного снижения потребляемой мощности и габаритов термостата. При этом возможно получить точечный выход по капилляру газообразного вещества из источника, и, в свою очередь, исключить непосредственный контакт газа-разбавителя с газопроницаемыми поверхностями диффузионного узла. Кроме того позволит легко герметизировать диффузионный узел во время транспортирования и хранения, а также увеличит срок действия диффузионного узла.Using an advanced locking unit also solves the problem of reducing the dimensions of the thermostat. So, for example, the implementation of temperature control of the source directly along the gas-tight casing, and therefore gas-permeable walls located inside the casing, allows to maintain the specified temperature with greater accuracy due to the good thermal conductivity of the metal of the casing. The problem of eliminating the heating of a diluent gas that does not have contact with a gas-permeable surface and significantly reducing the power consumption and dimensions of the thermostat is also solved. In this case, it is possible to obtain a point exit through the capillary of a gaseous substance from the source, and, in turn, to exclude direct contact of the diluent gas with the gas-permeable surfaces of the diffusion unit. In addition, it will make it easy to seal the diffusion unit during transportation and storage, and will also increase the duration of the diffusion unit.
Предложенное техническое решение позволяет получить следующий технический результат:The proposed technical solution allows to obtain the following technical result:
- получить возможность точечной подачи дозируемого газа в линию газа - разбавителя, а также его перекрытия;- to be able to point feed the dosed gas into the diluent gas line, as well as its overlap;
- исключить взаимодействия газа - разбавителя с газопроницаемой стенкой источника микропотока;- eliminate the interaction of the diluent gas with the gas permeable wall of the microflow source;
- и обеспечить вследствие вышеуказанного, возможность размещения термостата непосредственно на корпусе источника, в результате чего получить уменьшение габаритов и точности поддержания температуры источника микропотока газа.- and provide, as a result of the above, the possibility of placing the thermostat directly on the source body, resulting in a decrease in size and accuracy of maintaining the temperature of the source of the gas microflow.
Данный технический результат получают за счет того, что диффузионный узел источников микропотока газов высокого давления выполнен в виде размещенного внутри газонепроницаемого корпуса газопроницаемого заглушенного капилляра, полость которого заполнена газопроницаемым наполнителем. Новым является то, что диффузионный узел снабжен герметизирующим узлом, включающим уплотняющий конус, вставленный в конус, который (в частности, тонкостенный конус) выполнен совмещенным с заглушенным капилляром. Газопроницаемая стенка заглушенного капилляра выполнена по внутренней поверхности в следующем исполнении: в нижней части цилиндрическая или плоская на высоту заполнения газопроницаемым наполнителем, а в верхней части выполнена конусообразной, образуя, например, тонкостенный конус, который сопряжен с наружной поверхностью уплотняющего конуса. Конус герметизирующего узла имеет угол конуса (конусность), равный самотормозящему углу (углу заклинивания), и величина этого угла выбрана в зависимости от коэффициентов трения на соприкасающихся поверхностях конуса и газонепроницаемого корпуса. На внешней поверхности уплотняющего конуса, выполненного из газонепроницаемого материала, нанесены кольцевые риски, а по осевой выполнено выходное отверстие малого диаметра для дозируемых газов, совмещенное с продольным отверстием газопроницаемого наполнителя капилляра. При этом конус образует с уплотняющим конусом герметизирующий узел, а диффузионный узел дополнительно снабжен прижимным элементом и узлом вывода дозируемых газов, выполненным в виде штуцера с точечным выводом и заглубленного в центральную проточку уплотняющего конуса. Герметизирующий узел закреплен в газонепроницаемом корпусе посредством прижимного элемента, на внутренней или наружной поверхности которого выполнена резьба, при этом для гарантированного обеспечения герметичного соединения герметизирующего узла и газонепроницаемого корпуса, диаметр герметизирующего узла в плоскости соединения его с газонепроницаемым корпусом больше диаметра заглушенного капилляра. Варианты исполнения вышеуказанного технического решения состоят в следующем. Например, центральная проточка уплотняющего конуса может быть выполнена в нижней части конусообразной и сопряженной с выходным отверстием малого диаметра для дозируемых газов. Также штуцер по внешней поверхности также может быть снабжен конусом, который после крепления герметизирующего узла в газонепроницаемом корпусе и прижатия его посредством прижимного элемента к конусной части центральной проточки уплотняющего конуса обеспечивает герметизацию точечного выхода дозируемых газов.This technical result is obtained due to the fact that the diffusion node of the sources of the micro-stream of high-pressure gases is made in the form of a gas-permeable plugged capillary located inside a gas-tight housing, the cavity of which is filled with a gas-permeable filler. What is new is that the diffusion unit is provided with a sealing unit, including a sealing cone inserted in the cone, which (in particular, a thin-walled cone) is made combined with the plugged capillary. The gas-permeable wall of the plugged capillary is made on the inner surface in the following version: in the lower part it is cylindrical or flat to the height of filling with a gas-permeable filler, and in the upper part it is conical, forming, for example, a thin-walled cone that is conjugated with the outer surface of the sealing cone. The cone of the sealing unit has a cone angle (taper) equal to the self-braking angle (jamming angle), and the value of this angle is selected depending on the friction coefficients on the contacting surfaces of the cone and the gas-tight housing. On the outer surface of the sealing cone made of gas-tight material, ring risks are applied, and on the axial there is a small diameter outlet for metered gases, combined with the longitudinal opening of the gas-permeable capillary filler. In this case, the cone forms a sealing assembly with the sealing cone, and the diffusion assembly is additionally equipped with a clamping element and a metering gas outlet assembly made in the form of a nozzle with a point outlet and a sealing cone buried in the central groove. The sealing assembly is fixed in a gas-tight housing by means of a clamping element on which the thread is made on the inner or outer surface, while to ensure a tight connection between the sealing assembly and the gas-tight housing, the diameter of the sealing assembly in the plane of its connection with the gas-tight housing is larger than the diameter of the plugged capillary. Options for the execution of the above technical solutions are as follows. For example, the central groove of the sealing cone can be made in the lower part of the cone-shaped and conjugated with the outlet of small diameter for dosed gases. Also, the fitting on the outer surface can also be equipped with a cone, which, after fixing the sealing unit in a gas-tight housing and pressing it by means of the clamping element to the conical part of the central groove of the sealing cone, provides sealing of the point outlet of the dosed gases.
Конус может быть выполнен тонкостенным и тонкостенный конус герметизирующего узла может быть как жестко соединен с заглушенным капилляром посредством неразъемного соединения, так и соединен посредством разъемного соединения.The cone can be made thin-walled and the thin-walled cone of the sealing assembly can be either rigidly connected to the plugged capillary by means of an integral connection, or connected by a detachable connection.
Газопроницаемый наполнитель в частном случае может быть размещен внутри цилиндрической части капилляра и/или во внутренней полости уплотняющего конуса. При этом в любом случае риски на внешней поверхности уплотняющего конуса обычно выполнены глубиной от 0,2 мм до 0,5 мм и количеством не менее 3х, что продиктовано необходимостью компенсации теплового расширения тонкостенного конуса. В частном случае, для улучшения прижатия конуса к металлической поверхности, герметизирующий узел по наружной поверхности тонкостенного конуса может быть снабжен покрытием, например, полимером. При необходимости узел вывода дозируемых газов может быть снабжен точечным выводом в виде дозатора или трубки меньшего, чем заглушенный капилляр, диаметра. Конструктивно точечный вывод верхним концом может быть впаян или вварен в канал газа-разбавителя, а нижним концом жестко закреплен в уплотняющем конусе, либо закреплен каким-либо иным способом.The gas-permeable filler in the particular case can be placed inside the cylindrical part of the capillary and / or in the internal cavity of the sealing cone. Moreover, in any case, the risks on the outer surface of the sealing cone are usually performed with a depth of 0.2 mm to 0.5 mm and an amount of at least 3x, which is dictated by the need to compensate for the thermal expansion of the thin-walled cone. In the particular case, to improve the pressing of the cone to the metal surface, the sealing assembly along the outer surface of the thin-walled cone can be provided with a coating, for example, a polymer. If necessary, the outlet for the dosed gases can be equipped with a point output in the form of a dispenser or tube of a diameter smaller than the plugged capillary. Structurally, the pin output with the upper end can be soldered or welded into the diluent gas channel, and the lower end can be rigidly fixed in the sealing cone, or fixed in some other way.
Для более плотного прижатия герметизирующего узла, например, газонепроницаемый корпус в верхней части может быть снабжен конической входной поверхностью, соосной с конусом герметизирующего узла, что увеличивает поверхность соприкосновения (прижатия) к газонепроницаемому корпусу. Либо для более плотного прижатия и удобства сборки узла газонепроницаемый корпус может быть завальцован или запаян в уплотняющий конус.For a more tight pressing of the sealing assembly, for example, the gas-tight housing in the upper part can be provided with a conical inlet surface coaxial with the cone of the sealing assembly, which increases the contact surface (pressing) to the gas-tight housing. Or, for a more tight hold and assembly convenience, the gas-tight housing can be rolled up or sealed in a sealing cone.
В качестве газопроницаемого наполнителя заглушенного капилляра можно использовать пористый металл или керамику или фторопласт или стекло.As the gas-permeable filler of the plugged capillary, porous metal or ceramic or fluoroplastic or glass can be used.
А для более равномерного истечения газа в газопроницаемом наполнителе заглушенного капилляра могут быть выполнены продольные отверстия, либо одно отверстие.And for a more uniform outflow of gas in the gas-permeable filler of the plugged capillary, longitudinal holes or one hole can be made.
Прижимной элемент может быть выполнен в разных исполнениях: в виде накидной гайки; либо в виде втулки, сопряженной с буртом уплотняющего конуса для завальцовки его в газонепроницаемом корпусе. Прижимной элемент может быть совмещен со штуцером.The clamping element can be made in different versions: in the form of a union nut; or in the form of a sleeve coupled to a shoulder of a sealing cone for rolling it in a gas-tight housing. The clamping element can be combined with the fitting.
В случаях, когда требуется длительное хранение или транспортировка, герметизирующий узел с закрепленным в нем заглушенным капилляром и точечным выводом в предлагаемой конструкции может быть снабжена клапаном для подачи или перекрытия дозируемого газа в канал (линию) газа-разбавителя. Для более удобного хранения или более технологичной сборки всего узла, заглушенный капилляр и газопроницаемый наполнитель могут быть выполнены с возможностью их разборки. Кроме того, в предложенной конструкции возможно предусмотреть, когда газопроницаемый наполнитель размещен внутри уплотняющего конуса и заменяет газопроницаемый наполнитель капилляра или дополняет его.In cases where long-term storage or transportation is required, the sealing unit with a plugged capillary fixed to it and a point outlet in the proposed design can be equipped with a valve for supplying or closing the dosed gas into the channel (line) of the diluent gas. For more convenient storage or more technologically advanced assembly of the entire assembly, the plugged capillary and gas permeable filler can be disassembled. In addition, in the proposed design it is possible to provide when the gas-permeable filler is placed inside the sealing cone and replaces the gas-permeable filler of the capillary or complements it.
Предложенное техническое решение иллюстрируется чертежами, которые однако не охватывают всех конструктивных вариантов исполнения предложенного диффузионного узла.The proposed technical solution is illustrated by drawings, which however do not cover all structural options for the proposed diffusion node.
На Фиг. 1 показан продольный разрез диффузионного узла с герметизирующим узлом, с прижатым прижимным элементом в виде накидной гайки и с завальцовкой в верхней части непроницаемого корпуса.In FIG. 1 shows a longitudinal section through a diffusion assembly with a sealing assembly, with a clamped pressing member in the form of a union nut and with rolling in the upper part of the impermeable housing.
На Фиг. 2 - сечение заглушенного капилляра, имеющего в нижней части цилиндрическую поверхность.In FIG. 2 is a sectional view of a plugged capillary having a cylindrical surface at the bottom.
На Фиг. 3 - сечение заглушенного капилляра, имеющего в нижней части плоские поверхности.In FIG. 3 is a sectional view of a plugged capillary having flat surfaces at the bottom.
На Фиг. 4 - продольный вырыв диффузионного узла с герметизирующим узлом с размещенным в уплотняющем конусе газопроницаемым материалом.In FIG. 4 is a longitudinal tear out of a diffusion unit with a sealing unit with a gas-permeable material placed in the sealing cone.
Диффузионный узел источников микропотока газов высокого давления устроен следующим образом. Внутри газонепроницаемого корпуса (1) размещен заглушенный капилляр (2), полость которого заполнена газопроницаемым наполнителем (3). Газопроницаемый наполнитель имеет пористую структуру, внутри по осевой может быть выполнено продольное отверстие (4), через которое истекает дозируемый газ. Поскольку наполнитель имеет структурную неоднородность, газ, поступающий под давлением паров сквозь стенки газопроницаемого капилляра (5) из газонепроницаемого корпуса (1) может истекать из продольного отверстия (4) неравномерно, что недопустимо при строгом дозировании газа в газе-разбавителе. Чтобы этого не происходило, в газопроницаемом наполнителе (3) могут быть сделаны поперечные проточки. Кроме того, поскольку капилляр (5) является тонкостенной трубкой малого диаметра, под воздействием высокого давления паров дозируемого газа, капилляр может деформироваться, вплоть до его слипания, поэтому газопроницаемый наполнитель (3) выполняет функцию «распорки» за счет жесткости самого материала, в качестве которого взят, например, пористый металл. При исполнении капилляра (5) в его нижней части в виде двух плоских пластин (Фиг. 3) эта функция газопроницаемого наполнителя (3) не так важна, так как на внутренних поверхностях выполнены продольные риски. Внутренняя поверхность «а» капилляра (5) в верхней части расширяется, образуя конус (6). Этот конус может быть только по внутренней поверхности «а», а может быть образован тонкостенный конус двумя поверхностями - внутренней «а» и внешней «б», как показано на Фиг. 1. В другом варианте исполнения внешняя поверхность «б» капилляра может быть выполнена другой формы. В предложенной конструкции важным условием является только то, что в верхней части капилляра (5) к внутренней конусообразной поверхности «а» прижат уплотняющий конус (7), а также то, что полученное конусное соединение имеет самотормозящий угол. Таким образом, тонкостенный конус герметизирующего узла имеет угол конуса (конусность), равный самотормозящему углу (углу заклинивания), и величина этого угла выбрана в зависимости от коэффициентов трения на соприкасающихся поверхностях тонкостенный конуса и газонепроницаемого корпуса. Эффективность герметизации предложенного диффузионного узла по этим поверхностям показана в Таблице 1.The diffusion node of the sources of the microflow of high pressure gases is arranged as follows. A gas-tight capillary (2) is placed inside the gas-tight housing (1), the cavity of which is filled with a gas-permeable filler (3). The gas-permeable filler has a porous structure, a longitudinal hole (4) can be made inside the axial, through which the metered gas flows. Since the filler has a structural heterogeneity, the gas entering under pressure of the vapor through the walls of the gas-permeable capillary (5) from the gas-tight housing (1) can flow unevenly from the longitudinal opening (4), which is unacceptable with strict dosing of the gas in the diluent gas. To prevent this from happening, transverse grooves can be made in the gas-permeable filler (3). In addition, since capillary (5) is a thin-walled tube of small diameter, under the influence of high vapor pressure of the dosed gas, the capillary can be deformed until it sticks together, so the gas-permeable filler (3) acts as a “spacer” due to the stiffness of the material itself, as which is taken, for example, a porous metal. When the capillary (5) is executed in the lower part in the form of two flat plates (Fig. 3), this function of the gas-permeable filler (3) is not so important, since longitudinal risks are fulfilled on the inner surfaces. The inner surface “a” of the capillary (5) in the upper part expands, forming a cone (6). This cone can only be on the inner surface "a", and a thin-walled cone can be formed by two surfaces - the inner "a" and the outer "b", as shown in FIG. 1. In another embodiment, the outer surface “b” of the capillary can be made in a different shape. In the proposed design, an important condition is only that in the upper part of the capillary (5), a sealing cone (7) is pressed against the inner conical surface “a”, and also that the obtained conical connection has a self-braking angle. Thus, the thin-walled cone of the sealing unit has a cone angle (taper) equal to the self-braking angle (jamming angle), and the value of this angle is selected depending on the friction coefficients on the contacting surfaces of the thin-walled cone and the gas-tight housing. The sealing performance of the proposed diffusion assembly on these surfaces is shown in Table 1.
Таким образом при постоянной производительности (например, 0,1 мкг/мин) источника микропотока (ИМ), предложенный герметизирующий узел сокращает расход вещества при хранении в 10-4 раза.Thus, at a constant productivity (for example, 0.1 μg / min) of a microflow source (MI), the proposed sealing unit reduces the consumption of the substance during storage by 10 -4 times.
При тонкостенном конусе поверхность соприкосновения увеличивается, а площадь сечения газопроницаемости уменьшается. В результате чего улучшается герметизация по соприкасающимся поверхностям (диаметр 5 мм и высота 6 мм).With a thin-walled cone, the contact surface increases, and the cross-sectional area of gas permeability decreases. As a result, sealing on contacting surfaces is improved (
Таким образом, диффузионный узел снабжен герметизирующим узлом, включающим уплотняющий конус (7), вставленный в конус, который (например, тонкостенный конус) выполнен совмещенным с заглушенным капилляром (5). На внешней поверхности уплотняющего конуса (7), выполненного из газонепроницаемого материала, нанесены кольцевые риски (8), а по осевой выполнено выходное отверстие (9) малого диаметра для дозируемых газов, совмещенное с продольным отверстием (4) газопроницаемого наполнителя (3) капилляра (5). Кольцевые риски выполняют функцию компенсаторов теплового расширения, обеспечивающих надежное прилегание по конусным поверхностям внутренней стенки «а» капилляра (5) и наружной поверхности уплотняющего конуса (7) за счет увеличения контактирующих площадей при их деформации. Этот же эффект возможно получить за счет нанесения покрытия на внешнюю поверхность уплотняющего конуса (7). Уплотняющий конус (7) выполнен из мягкого металла.Thus, the diffusion unit is provided with a sealing unit including a sealing cone (7) inserted into the cone, which (for example, a thin-walled cone) is made aligned with the plugged capillary (5). On the outer surface of the sealing cone (7) made of a gas-tight material, ring risks (8) are applied, and on the axial there is an outlet (9) of small diameter for dosed gases, combined with the longitudinal opening (4) of the gas-permeable filler (3) of the capillary ( 5). Ring risks act as compensators of thermal expansion, providing a reliable fit on the conical surfaces of the inner wall “a” of the capillary (5) and the outer surface of the sealing cone (7) by increasing the contact areas during their deformation. The same effect can be obtained by coating the outer surface of the sealing cone (7). The sealing cone (7) is made of soft metal.
Конус (6) образует с уплотняющим конусом (7) герметизирующий узел, а диффузионный узел дополнительно снабжен прижимным элементом (10) и узлом вывода дозируемых газов (11). Поскольку важно исключить взаимодействие дозируемого газа с атмосферным воздухом, а также окисление соприкасающихся поверхностей, а следовательно, сорбцию продуктов этого окисления дозируемого газа, то соединение металл по металлу поверхностей газонепроницаемого корпуса (1) капилляра (5) в его верхней части, и уплотняющего конуса (7) в герметизирующем узле обеспечивает наиболее надежную защиту. Для лучшей тепловой стабильности всего объема газонепроницаемого корпуса ИМ, выполненного из нержавеющей стали (трубки) расположенный на его поверхности термостат снабжен медным теплораспределителем, благодаря чему теплопередача (термостат-корпус) осуществляется по типу металл по металлу. Улучшение герметизации также связано с тем, что в процессе уплотнения при контакте двух конусных уплотнительных поверхностей ведет к образованию замкнутой линии уплотнения, когда геометрические границы пятен контакта сливаются в одну линию. При наличии кольцевых канавок на уплотняющем конусе (7) герметизация узла получает трехмерную поверхность, где статическое уплотнение обеспечивается на бесконечно узком участке.The cone (6) forms a sealing assembly with the sealing cone (7), and the diffusion assembly is additionally provided with a clamping element (10) and a metering gas outlet assembly (11). Since it is important to exclude the interaction of the dosed gas with atmospheric air, as well as the oxidation of the contacting surfaces, and therefore the sorption of the products of this oxidation of the dosed gas, metal-to-metal joining of the surfaces of the gas-tight housing (1) of the capillary (5) in its upper part and the sealing cone ( 7) in the sealing unit provides the most reliable protection. For better thermal stability of the entire volume of the gas tight IM housing made of stainless steel (tube), the thermostat located on its surface is equipped with a copper heat distributor, due to which the heat transfer (thermostat-housing) is carried out like metal to metal. The improvement of sealing is also due to the fact that during the sealing process, when two conical sealing surfaces contact, it leads to the formation of a closed sealing line when the geometric boundaries of the contact spots merge into one line. If there are annular grooves on the sealing cone (7), the sealing of the assembly receives a three-dimensional surface, where a static seal is provided in an infinitely narrow section.
Вследствие непосредственного контакта газонепроницаемого корпуса (1) ИМ с термостатом образуется миникалибратор с возможностью размещения его внутри газоанализаторов.Due to the direct contact of the gas-tight housing (1) of the MI with the thermostat, a mini-calibrator is formed with the possibility of placing it inside the gas analyzers.
Параметры термостатов для предложенного диффузионного узла источников микропотока показаны в сравнении со штатными (стандартными) термостатами в Таблице 2.The parameters of the thermostats for the proposed diffusion node of the microflow sources are shown in comparison with the standard (standard) thermostats in Table 2.
Узел вывода дозируемых газов (11) выполнен в виде штуцера с точечным выводом (12), заглубленного в центральную проточку «в» уплотняющего конуса (7). Под штуцером в контексте данной заявки понимают втулку, в которой имеется выходное отверстие (9) и вставленную в проточку уплотняющего конуса (7) соосно с продольным отверстием (4) газопроницаемого наполнителя (3). Штуцер (11) имеет на конце упруго деформируемый конусообразный наконечник (13), сопряженный с продольным отверстием (4). Выходное отверстие (9) выполнено в виде трубки и является точечным выводом дозируемых газов. Сам штуцер заглублен в центральную проточку уплотняющего конуса (7). За счет того, что в верхней части газонепроницаемого корпуса имеется резьба, на которую наворачивается накидная гайка (10) штуцер нижним буртом прижат к кольцевому уступу центральной проточки уплотняющего конуса (7), а наконечник (12) плотно прижимается к конусообразной внутренней поверхности «в» уплотняющего конуса (7). За счет прижатия узла вывода дозируемых газов (11) по поверхностям «а», «в» и соосному соединению продольного отверстия (4) и выходного отверстия (9) обеспечен точечный вывод дозируемых газов в линию газа-разбавителя. При этом в выходном отверстии (9), при необходимости, может быть размещен дозатор или заглушка, которые либо будут дискретно открывать и закрывать выходное отверстие (9) с требуемым интервалом, либо закрывать его при хранении и транспортировке. Таким образом обеспечена возможность запирания потока газа.The outlet for dosed gases (11) is made in the form of a fitting with a point outlet (12), buried in the central groove “c” of the sealing cone (7). A fitting in the context of this application is understood to mean a sleeve in which there is an outlet (9) and inserted into the groove of the sealing cone (7) coaxially with the longitudinal hole (4) of the gas-permeable filler (3). The fitting (11) has at the end an elastically deformable cone-shaped tip (13), conjugated with a longitudinal hole (4). The outlet (9) is made in the form of a tube and is a point output of the dosed gases. The fitting itself is buried in the central groove of the sealing cone (7). Due to the fact that in the upper part of the gas-tight housing there is a thread on which the union nut (10) is screwed, the fitting is pressed with the lower shoulder to the annular ledge of the central groove of the sealing cone (7), and the tip (12) is tightly pressed against the conical inner surface “c” sealing cone (7). Due to pressing the metered gas outlet assembly (11) along the surfaces “a”, “c” and the coaxial connection of the longitudinal hole (4) and the outlet (9), the metered gas is point-out to the diluent gas line. At the same time, in the outlet (9), if necessary, a dispenser or plug can be placed, which will either discretely open and close the outlet (9) with the required interval, or close it during storage and transportation. Thus, it is possible to block the gas flow.
Необходимым условием является то, что для гарантированного обеспечения герметичного соединения герметизирующего узла и газонепроницаемого корпуса, диаметр герметизирующего узла в плоскости I соединения его с газонепроницаемым корпусом (1) должен быть больше диаметра заглушенного капилляра (5). Это условие обеспечивает также необходимый зазор между внутренней стенкой газонепроницаемого корпуса (1) и наружной стенкой капилляра (5) для регулируемого проникновения паров газа сквозь его стенку.A necessary condition is that to ensure a tight connection between the sealing assembly and the gas tight housing, the diameter of the sealing assembly in the plane I of its connection with the gas tight housing (1) must be larger than the diameter of the plugged capillary (5). This condition also provides the necessary clearance between the inner wall of the gas-tight housing (1) and the outer wall of the capillary (5) for the controlled penetration of gas vapor through its wall.
Таким образом, диаметр герметизирующего узла должен быть в расчетном интервале для обеспечения расчетной скорости подачи паров газа. Однако расчетный интервал позволяет на одном и том же диффузионном узле (без его замены на другой) обеспечивать, за счет температуры, расчетную величину подачи дозируемого газа.Thus, the diameter of the sealing unit must be in the design interval to ensure the design flow rate of the gas vapor. However, the calculated interval allows on the same diffusion node (without replacing it with another) to provide, due to temperature, the calculated value of the dosed gas supply.
Поскольку именно от критической величины пятен контакта, задаваемого деформацией макро- и микроотклонений при запирании ДУ, зависит герметизация уплотнения, то следует учитывать, что в качестве критерия герметичности уплотняющих поверхностей принята величина площади контакта. При ее увеличении удлиняется путь движения паров вещества по мокропорам и, следовательно, увеличивается сопротивление ее движению, при этом также увеличивается вероятность создания мест закупорки микропор, что повышает герметичность пятна. В предложенной конструкции за счет конусного герметизирующего узла, проницаемость соединения существенно снижается, а соединение металл по металлу запорного элемента ДУ снижает общее натекание при хранении до < 0,01 нг/мин.Since the sealing of the seal depends on the critical value of the contact spots specified by the deformation of macro- and micro-deviations when locking the remote control, it should be borne in mind that the contact area is taken as the criterion for the tightness of the sealing surfaces. With its increase, the path of the movement of the vapor of the substance along the wet pores is lengthened and, consequently, the resistance to its movement increases, while the likelihood of creating places for blocking micropores also increases, which increases the tightness of the spot. In the proposed design, due to the conical sealing unit, the permeability of the connection is significantly reduced, and the metal-to-metal connection of the stop element of the remote control reduces the total leakage during storage to <0.01 ng / min.
Использование проницаемости паров, направленных во внутрь капилляра, позволяет снижать толщину проницаемой стенки (работающей на сжатие) за счет более высокого модуля упругости газопроницаемого материала. Тем самым сокращается время выхода на рабочий режим ИМ, длина ДУ и его габариты. Увеличение удельной проницаемости и уменьшение аспектного числа капилляра позволяют получить более благоприятное соотношение толщины стенки к диаметру капилляра, что, в свою очередь, ведет к уменьшению длины (габаритов) капилляра при получении заданной производительности.The use of vapor permeability directed into the inside of the capillary allows to reduce the thickness of the permeable wall (working on compression) due to the higher elastic modulus of the gas-permeable material. This reduces the time required to reach the operating mode of the MI, the length of the remote control and its dimensions. An increase in the specific permeability and a decrease in the aspect ratio of the capillary make it possible to obtain a more favorable ratio of the wall thickness to the diameter of the capillary, which, in turn, leads to a decrease in the length (dimensions) of the capillary when obtaining a given performance.
Уменьшение толщины газопроницаемой стенки капилляра, из-за большого давления насыщенных паров дозируемого вещества и более высоко модуля упругости при растяжении приводит к увеличению ее удельной газопроницаемости, что, в свою очередь, ведет к уменьшению длины (габаритов) капилляра с целью получения заданной производительности.A decrease in the thickness of the gas-permeable wall of the capillary, due to the high pressure of saturated vapors of the dosed substance and a higher tensile modulus of elasticity, leads to an increase in its specific gas permeability, which, in turn, leads to a decrease in the length (dimensions) of the capillary in order to obtain a given performance.
Кроме того, достигается снижение минимальной производительности при повышенных температурах(H2S < 10 нг/мин, при 50°С), т.е. появляется возможность расширения диапазона работы эталона или возможность подачи дозируемых газов в минимальных значениях. За счет уменьшения толщины проницаемой стенки сокращается время выхода на рабочий режим прибора.In addition, a decrease in the minimum productivity is achieved at elevated temperatures (H 2 S <10 ng / min, at 50 ° C), i.e. there is the possibility of expanding the range of operation of the standard or the ability to supply dosed gases at minimum values. By reducing the thickness of the permeable wall, the time to reach the operating mode of the device is reduced.
Предложенная конструкция позволяет обеспечить также возможность использования более высоких температур термостатирования, поскольку термостат с диффузионным источником при уменьшении габаритов термостата, улучшает стабилизацию дозируемого газа по объему. Это продиктовано уменьшением аспектного числа капилляра, когда можно получить более благоприятное соотношение толщины стенок микрокапилляров к диаметру капилляра.The proposed design also makes it possible to use higher thermostating temperatures, since a thermostat with a diffusion source, while reducing the size of the thermostat, improves stabilization of the dosed gas in volume. This is dictated by a decrease in the aspect ratio of the capillary, when it is possible to obtain a more favorable ratio of the wall thickness of the microcapillaries to the diameter of the capillary.
Так, при минимальном пневмосопротивлении газовому потоку, истекающему по межстенному пространству капилляра, в последнем устанавливается давление паров вещества, равное давлению газа-разбавителя, а производительность источника пропорциональна физико-химическим свойствам заполненного вещества, температуре, площади газопроницаемых стенок и обратно пропорциональна их толщине. При использовании веществ с большими давлениями насыщенных веществ (H2S > 2,0 МПа, CO2 > 4,0 МПа и др.) происходит значительное сжатие газопроницаемых стенок капилляра, в результате чего его пневмосопротивление (за счет сжатия микроканалов внутренних поверхностей) истекающему потоку становится соизмеримым пневмосопротивлению газопроницаемых стенок и производительность источника падает, следовательно, приходится увеличивать температуру в термостате. При увеличении температуры источника газопроницаемость стенок и давление насыщенных паров вещества возрастают, что приводит к увеличению микропотока в межстенном пространстве, но одновременно за счет большего сжатия стенок увеличивается пневмосопротивление капилляра, приводящее к уменьшению этого же потока. В случае снижения температуры источника все процессы происходят в обратном порядке, в результате чего предлагаемая конструкция приобретает свойство термокомпенсации производительности.So, with minimal pneumatic resistance to the gas flow flowing through the interstitial space of the capillary, the vapor pressure of the substance is set equal to the diluent gas pressure, and the source performance is proportional to the physicochemical properties of the filled substance, temperature, area of gas-permeable walls and inversely proportional to their thickness. When using substances with high pressures of saturated substances (H2S> 2.0 MPa, CO2> 4.0 MPa, etc.), the gas-permeable walls of the capillary are significantly compressed, as a result of which its pneumatic resistance (due to the compression of the microchannels of the internal surfaces) to the outflowing flow becomes comparable the pneumatic resistance of the gas-permeable walls and the performance of the source decreases, therefore, it is necessary to increase the temperature in the thermostat. With increasing source temperature, the gas permeability of the walls and the pressure of the saturated vapor of the substance increase, which leads to an increase in the microflow in the inter-wall space, but at the same time due to the greater compression of the walls, the pneumatic resistance of the capillary increases, leading to a decrease in the same flow. If the source temperature decreases, all processes occur in the reverse order, as a result of which the proposed design acquires the property of thermal compensation of performance.
Истечение газа в межстенное пространство капилляра и автоматически устанавливаемый зазор (за счет давления насыщенных паров), а также истечение через жесткий газопроницаемый материал, установленный в межстенном пространстве, исключают попадание газа-разбавителя на внутреннюю газопроницаемую поверхность. Осуществление термостатирования источника непосредственно по газонепроницаемому корпусу, а следовательно, и газопроницаемых стенок с веществом, находящимся внутри него, а также наличие точечного выхода в линию газа-разбавителя, позволяет с большей точностью поддерживать заданную температуру, полностью исключить нагрев газа-разбавителя, не имеющего контакта с газопроницаемой поверхностью, и значительно снизить потребляемую мощность и габариты термостата.The outflow of gas into the interstitial space of the capillary and the automatically set gap (due to the pressure of saturated vapors), as well as the outflow through a rigid gas-permeable material installed in the inter-space, exclude the penetration of diluent gas onto the internal gas-permeable surface. The implementation of the temperature control of the source directly through the gas-tight housing, and consequently of gas-permeable walls with the substance inside it, as well as the presence of a point exit to the diluent gas line, allows maintaining the set temperature with greater accuracy, completely eliminating heating of the diluent gas that does not have contact with a gas-permeable surface, and significantly reduce the power consumption and dimensions of the thermostat.
Исключение обдува ИМ, за счет его точечного выхода вещества, позволяет получать аналогичную газовую смесь при меньших расходах газа-разбавителя и истекающего целевого вещества, что увеличивает срок действия ИМ. Так уменьшение расхода газа-разбавителя с 1,0 до 0,5 дм3/мин и, соответственно, производительности ИМ с 10 до 5 мкг/мин (при той же исходной концентрации 10 мкг/мин и массе целевого вещества 3,0 г, например, источник микропотока со сжиженным НС1) позволяет увеличить срок действия ИМ в два раза с 7 до 14 месяцев.The exclusion of blowing MI, due to its point exit of the substance, allows you to get a similar gas mixture at lower costs of diluent gas and expiring target substance, which increases the duration of the MI. Thus, a decrease in the diluent gas flow rate from 1.0 to 0.5 dm 3 / min and, accordingly, MI performance from 10 to 5 μg / min (at the same initial concentration of 10 μg / min and the target substance mass 3.0 g, for example, a microflow source with liquefied HC1) allows you to double the duration of MI from 7 to 14 months.
Таким образом, предложенная конструкция диффузионного узла источников микропотока газов высокого давления с герметизирующим узлом позволяет исключить взаимодействия газа-разбавителя с газопроницаемой стенкой источника микропотока, обеспечить перекрытие микропотока и обеспечить подачу его непосредственно в линию газа-разбавителя. Вследствие вышеуказанного, обеспечить возможность размещения термостата непосредственно на корпусе источника, в результате чего получить уменьшение габаритов и точности поддержания температуры источника микропотока газа.Thus, the proposed design of the diffusion assembly of high pressure gas microflow sources with a sealing assembly eliminates the interaction of diluent gas with the gas-permeable wall of the microflow source, provides overlapping of the microflow and ensures its direct supply to the diluent gas line. As a result of the above, it is possible to place the thermostat directly on the source body, resulting in a decrease in size and accuracy of maintaining the temperature of the source of gas microflow.
Claims (20)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018114845A RU2677222C1 (en) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | High pressure gases micro flow sources diffusion unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018114845A RU2677222C1 (en) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | High pressure gases micro flow sources diffusion unit |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2677222C1 true RU2677222C1 (en) | 2019-01-16 |
Family
ID=65025277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018114845A RU2677222C1 (en) | 2018-04-20 | 2018-04-20 | High pressure gases micro flow sources diffusion unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2677222C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU198626U1 (en) * | 2020-03-03 | 2020-07-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | DEVICE FOR CALIBRATING GAS ANALYTICAL EQUIPMENT IN FIELD CONDITIONS |
| CN112197834A (en) * | 2020-10-28 | 2021-01-08 | 深圳市海科船舶工程有限公司 | Boats and ships formula level gauge detection device that blows |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU894366A1 (en) * | 1979-10-31 | 1981-12-30 | Предприятие П/Я А-1342 | Generator for obtaining vapor trace concentrations |
| RU2111460C1 (en) * | 1997-04-22 | 1998-05-20 | Научно-производственное общество "Мониторинг" | Diffusion source of gas microflow (variants) |
| RU104704U1 (en) * | 2010-12-21 | 2011-05-20 | Владимир Герцевич Гуревич | CAPILLARY DIFFUSION SOURCE OF MICROFLOW VAPOR |
-
2018
- 2018-04-20 RU RU2018114845A patent/RU2677222C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU894366A1 (en) * | 1979-10-31 | 1981-12-30 | Предприятие П/Я А-1342 | Generator for obtaining vapor trace concentrations |
| RU2111460C1 (en) * | 1997-04-22 | 1998-05-20 | Научно-производственное общество "Мониторинг" | Diffusion source of gas microflow (variants) |
| RU104704U1 (en) * | 2010-12-21 | 2011-05-20 | Владимир Герцевич Гуревич | CAPILLARY DIFFUSION SOURCE OF MICROFLOW VAPOR |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU198626U1 (en) * | 2020-03-03 | 2020-07-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | DEVICE FOR CALIBRATING GAS ANALYTICAL EQUIPMENT IN FIELD CONDITIONS |
| CN112197834A (en) * | 2020-10-28 | 2021-01-08 | 深圳市海科船舶工程有限公司 | Boats and ships formula level gauge detection device that blows |
| CN112197834B (en) * | 2020-10-28 | 2024-02-13 | 深圳市海科船舶工程有限公司 | Boats and ships gas blowing type level gauge detection device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2677222C1 (en) | High pressure gases micro flow sources diffusion unit | |
| Barratt | The preparation of standard gas mixtures. A review | |
| US4404284A (en) | Measurement of volatile constituents of a culture medium | |
| US7845206B2 (en) | System, apparatus and method for dispensing chemical vapor | |
| JP2011092425A (en) | Chemical sampling device, chemical sampling container, and endoscope washing and sterilizing device | |
| US3819330A (en) | Fluid monitoring system and fluid sampling method and apparatus for use therewith | |
| CN106771299B (en) | Gas sampling device for measuring total organic carbon of fixed pollution source and application system thereof | |
| CN113109454B (en) | Pore integrated module for measuring specific surface area based on flow method and test method | |
| US7399449B1 (en) | Microfabricated diffusion source | |
| US7028562B2 (en) | Vacuum membrane extraction system | |
| RU2386936C1 (en) | Controlled check leak | |
| US3500040A (en) | Sample introduction system for mass spectrometer analysis | |
| CN113640444B (en) | Gas chromatography sampling device and gas chromatograph | |
| JP2007071862A (en) | Penetration amount measuring device | |
| RU2638124C1 (en) | Generator of gas-air mixtures for testing serviceability of gas analyzers | |
| RU2111460C1 (en) | Diffusion source of gas microflow (variants) | |
| US10112165B1 (en) | Apparatus for generating formaldehyde monomer vapor | |
| US4343176A (en) | Long-life leak standard assembly | |
| RU198757U1 (en) | CONNECTING NODE OF GAS AND VAPOR MICROFLOW SOURCES | |
| RU2447427C2 (en) | Hydrogen fluoride generator | |
| CN101650326A (en) | In-situ measurement device of nanometer sensor | |
| CN109613181B (en) | Trace gaseous mercury standard generation system | |
| JP6985068B2 (en) | Fluid mixer and test equipment | |
| SU1330553A1 (en) | Humidifier of carrier gas for gas and chromatographic analysis of moisture microimpurities | |
| RU2343476C1 (en) | Evaporator for gas chromatograph |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200421 |