RU2775793C1 - Method for calibrating gas analyzers - Google Patents
Method for calibrating gas analyzers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2775793C1 RU2775793C1 RU2021138596A RU2021138596A RU2775793C1 RU 2775793 C1 RU2775793 C1 RU 2775793C1 RU 2021138596 A RU2021138596 A RU 2021138596A RU 2021138596 A RU2021138596 A RU 2021138596A RU 2775793 C1 RU2775793 C1 RU 2775793C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- calibration
- gas analyzer
- analyzer
- concentration
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 abstract 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к газоаналитическим измерениям и может быть использовано для калибровки газоанализаторов.The invention relates to measuring technology, in particular to gas analysis measurements and can be used to calibrate gas analyzers.
Известен способ калибровки детекторов газоанализаторов, включающий подготовку калибровочного раствора, использование калибровочной смеси, в том числе растворов различной концентрации, разбавление дозы образцового раствора растворителем (патент №2359267, кл. G01N30/04, опубликовано 20.06.2009, Бюл. №17).A known method for calibrating detectors of gas analyzers, including the preparation of a calibration solution, the use of a calibration mixture, including solutions of various concentrations, diluting the dose of the reference solution with a solvent (patent No.
Недостатком известного способа является его высокая трудоемкость и продолжительность, связанные с необходимостью стабилизации температуры сосуда, жидких сред и изделий, термостатированием в устройстве термостатирования сосуда и жидких сред, участвующих в калибровке.The disadvantage of this method is its high complexity and duration associated with the need to stabilize the temperature of the vessel, liquid media and products, temperature control in the temperature control device of the vessel and liquid media involved in the calibration.
Известен способ калибровки полупроводниковых сенсоров газа, включающий измерение электрического сигнала на выходе сенсора и определение по его значению величины проводимости сенсора (патент №2523089, кл. G01N27/12 опубликовано 20.07.2014, Бюл. №20).A known method of calibrating semiconductor gas sensors, including measuring the electrical signal at the output of the sensor and determining the value of the conductivity of the sensor by its value (patent No.
Недостатком известного способа является применение дорогостоящего специального программного обеспечения, что ограничивает универсальность его применения.The disadvantage of this method is the use of expensive special software, which limits the versatility of its application.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ калибровки газоанализаторов с применением эталонных газовых смесей. Способ автоматической калибровки газоанализаторов включает подачу стандартной поверочной газовой смеси (ПГС) на газоанализатор поочередно с пробами атмосферного воздуха и формирование еще одной поверочной смеси перед процессом измерения - опорной газовой смеси (ОГС), в качестве которой используют атмосферный воздух, и ее подачу на газоанализатор в дальнейшем в процессе измерения поочередно с пробами атмосферного воздуха в качестве поверочной газовой смеси (ПГС). При этом в процессе калибровки и измерения контроль и поддержание заданных значений давления и расхода опорной газовой смеси (ОГС), поверочной газовой смеси (ПГС) и проб атмосферного воздуха осуществляют непосредственно на входе газоанализаторов (патент №2610947, кл. G01C15/02 опубликовано 17.02.2017, Бюл. №5). Данный способ принят за прототип.The closest method of the same purpose to the claimed invention in terms of a set of features is a method for calibrating gas analyzers using reference gas mixtures. The method for automatic calibration of gas analyzers includes supplying a standard test gas mixture (SGM) to the gas analyzer in turn with atmospheric air samples and forming another test mixture before the measurement process - a reference gas mixture (BGM), which is used as atmospheric air, and supplying it to the gas analyzer in further in the process of measurement alternately with samples of atmospheric air as a calibration gas mixture (CGM). At the same time, in the process of calibration and measurement, control and maintenance of the set values of pressure and flow rate of the reference gas mixture (RGM), calibration gas mixture (CGM) and atmospheric air samples is carried out directly at the inlet of gas analyzers (patent No. 2610947, class G01C15 / 02 published on 17.02. 2017, Bull. No. 5). This method is taken as a prototype.
Признаки прототипа, являющиеся общими заявленным изобретением, – подача стандартной поверочной газовой смеси (ПГС) на газоанализатор поочередно с пробами в автоматическом режиме с использованием клапанов; формирование еще одной поверочной смеси (опорной газовой смеси ОГС) перед процессом измерения с использованием поверочной газовой смеси (ПГС); в процессе калибровки и измерения контроль и поддержание заданных значений давления и расхода опорной газовой смеси (ОГС), поверочной газовой смеси (ПГС) и проб осуществляют на входе газоанализаторов.Signs of the prototype, which are the general claimed invention, is the supply of a standard calibration gas mixture (CGM) to the gas analyzer in turn with samples in automatic mode using valves; formation of one more calibration mixture (reference gas mixture CGM) before the measurement process using a calibration gas mixture (CGM); in the process of calibration and measurement, control and maintenance of the set values of pressure and flow rate of the reference gas mixture (RGM), calibration gas mixture (CGM) and samples is carried out at the inlet of the gas analyzers.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является необходимость применения большой номенклатуры ПГС, что приводит к большой длительности процесса калибровки, сложности алгоритма приготовления ОГС и необходимости ее хранения. Поэтому данный способ калибровки невозможно применять для других газоанализаторов, реализующих иные методы измерения.The disadvantage of the known method, adopted as a prototype, is the need to use a large range of CGM, which leads to a long calibration process, the complexity of the algorithm for preparing CGM and the need for its storage. Therefore, this calibration method cannot be applied to other gas analyzers that implement other measurement methods.
Задачей изобретения является экономия поверочных газовых смесей (ПГС) и снижение их номенклатуры, сокращение времени и трудоемкости процесса калибровки газоанализатора, универсализация способа калибровки газоанализатора.The aim of the invention is saving of calibration gas mixtures (CGM) and reduction of their nomenclature, reduction of time and labor intensity of the gas analyzer calibration process, universalization of the gas analyzer calibration method.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе, включающем подачу стандартной поверочной газовой смеси (ПГС) на газоанализатор поочередно с пробами в автоматическом режиме с использованием клапанов; формирование еще одной поверочной смеси - опорной газовой смеси ОГС перед процессом измерения с использованием поверочной газовой смеси (ПГС); в процессе калибровки и измерения контроль и поддержание заданных значений давления и расхода опорной газовой смеси (ОГС), поверочной газовой смеси (ПГС) и проб осуществляют на входе газоанализаторов, согласно изобретению калибровку газоанализатора осуществляют в динамическом режиме; закон изменения концентрации формируется естественным образом в аппарате-смесителе с интенсивным перемешиванием; опорную газовую смесь (ОГС) формируют с использованием двух ПГС; при этом эти ПГС подают последовательно; при этом аппарат-смеситель с интенсивным перемешиванием первоначально заполняется газом-носителем с известной концентрацией в нем анализируемого компонента (ПГС-1); далее аппарат-смеситель продувается газом-носителем с известным постоянным расходом или импульсным вводом в продуваемый аппарат известного количества анализируемого компонента (ПГС-2); при этом ОГС пропускают через расходомер на вход газоанализатора; далее определяют изменение концентрации веществ в ОГС во времени; затем по полученному отклику газоанализатора получают градуировочную характеристику газоанализатора.The problem is solved due to the fact that in a known method, including the supply of a standard calibration gas mixture (CGM) to the gas analyzer in turn with samples in automatic mode using valves; the formation of another calibration mixture - the reference gas mixture of the CGM before the measurement process using the calibration gas mixture (CGM); in the process of calibration and measurement, control and maintenance of the set values of pressure and flow rate of the reference gas mixture (RGM), calibration gas mixture (CGM) and samples is carried out at the inlet of the gas analyzers, according to the invention, the calibration of the gas analyzer is carried out in dynamic mode; the law of concentration change is formed naturally in a mixing apparatus with intensive mixing; the reference gas mixture (RGM) is formed using two CGMs; while these ASGs are served sequentially; in this case, the apparatus-mixer with intensive mixing is initially filled with a carrier gas with a known concentration of the analyzed component in it (PGS-1); then the mixing apparatus is purged with a carrier gas with a known constant flow rate or a pulsed input into the purged apparatus of a known amount of the analyzed component (PGS-2); while OGS is passed through the flow meter to the inlet of the gas analyzer; then determine the change in the concentration of substances in the OGS in time; then, according to the obtained response of the gas analyzer, a calibration characteristic of the gas analyzer is obtained.
Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, – калибровку газоанализатора осуществляют в динамическом режиме; закон изменения концентрации формируется естественным образом в аппарате-смесителе с интенсивным перемешиванием; опорную газовую смесь (ОГС) формируют с использованием двух ПГС; ПГС подают последовательно; при этом аппарат-смеситель с интенсивным перемешиванием первоначально заполняется газом-носителем с известной концентрацией в нем анализируемого компонента (ПГС-1); далее аппарат-смеситель продувается газом-носителем с известным постоянным расходом или импульсным вводом в продуваемый аппарат известного количества анализируемого компонента (ПГС-2); при этом ОГС пропускают через расходомер на вход газоанализатора; далее определяют изменение концентрации веществ в ОГС во времени; затем по полученному отклику газоанализатора получают градуировочную характеристику газоанализатора.The features of the proposed method, which are different from the prototype, are that the gas analyzer is calibrated in dynamic mode; the law of concentration change is formed naturally in a mixing apparatus with intensive mixing; the reference gas mixture (RGM) is formed using two CGMs; ASG is served sequentially; in this case, the apparatus-mixer with intensive mixing is initially filled with a carrier gas with a known concentration of the analyzed component in it (PGS-1); then the mixing apparatus is purged with a carrier gas with a known constant flow rate or a pulsed input into the purged apparatus of a known amount of the analyzed component (PGS-2); while OGS is passed through the flow meter to the inlet of the gas analyzer; then determine the change in the concentration of substances in the OGS in time; then, according to the obtained response of the gas analyzer, a calibration characteristic of the gas analyzer is obtained.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют обеспечить экономию поверочных газовых смесей (ПГС) и снижение их номенклатуры, сокращение времени и трудоемкости процесса калибровки газоанализатора, универсализацию способа калибровки газоанализатора.Distinctive features in combination with the well-known ones make it possible to save calibration gas mixtures (CGM) and reduce their range, reduce the time and laboriousness of the gas analyzer calibration process, and universalize the gas analyzer calibration method.
Последовательная подача ПГС-1 и ПГС-2 в аппарат-смеситель с целью формирования естественным образом опорной газовой смеси, концентрация которой изменяется непрерывно, позволяет снизить номенклатуру применяемых поверочных газовых смесей. Согласно изобретению за один эксперимент можно провести калибровку газоанализатора для всего диапазона измерения, что обеспечивает зкономию поверочных газовых смесей.Sequential supply of PGS-1 and PGS-2 to the mixing apparatus in order to naturally form a reference gas mixture, the concentration of which changes continuously, makes it possible to reduce the range of calibration gas mixtures used. According to the invention, it is possible to calibrate the gas analyzer for the entire measurement range in one experiment, which ensures savings in calibration gas mixtures.
Первоначально в аппарат-смеситель подается газ-носитель с известной концентрацией в нем анализируемого компонента (ПГС-1), таким образом, газовая система заполняется газовой смесью с известной концентрацией, соответствующей, например, верхнему пределу измерения. Далее аппарат-смеситель продувается газом-носителем с известным постоянным расходом, контролируемым по расходомеру, или импульсным вводом в продуваемый аппарат известного количества анализируемого компонента (ПГС-2) с концентрацией, соответствующей, например, верхнему пределу измерения. В результате этого получается опорная газовая смесь (ОГС), подаваемая на вход газоанализатора, расход которой контролируется расходомером. Концентрация искомого компонента в ОГС изменяется во времени так, что в любой момент времени ее можно определить по известным уравнениям. Таким образом, нет необходимости подключать и отключать баллоны с различными ПГС, с промежуточными опрессовками всей газовой системы, что обеспечивает сокращение трудоемкости процесса калибровки газоанализатора.Initially, a carrier gas with a known concentration of the analyzed component (PGS-1) is supplied to the mixing apparatus, thus, the gas system is filled with a gas mixture with a known concentration, corresponding, for example, to the upper limit of measurement. Next, the mixing apparatus is purged with a carrier gas at a known constant flow rate, controlled by a flow meter, or a known amount of the analyzed component (PGS-2) with a concentration corresponding, for example, to the upper limit of measurement, is injected into the purged apparatus with a pulse. As a result, a reference gas mixture (RGM) is obtained, supplied to the inlet of the gas analyzer, the flow rate of which is controlled by a flow meter. The concentration of the desired component in the OGS changes with time so that at any time it can be determined by known equations. Thus, there is no need to connect and disconnect cylinders with various PGMs, with intermediate pressure tests of the entire gas system, which reduces the laboriousness of the gas analyzer calibration process.
Согласно изобретению нет необходимости воспроизводить множество точек из диапазона измерения газоанализатора. На вход газоанализатора нужно подавать только ОГС, концентрация которой изменяется непрерывно от начальной концентрации, соответствующей ПГС-2, до конечной, соответствующей ПГС-1, что обеспечивает сокращение времени проведения эксперимента по определению градуировочной характеристики газоанализатора.According to the invention, it is not necessary to reproduce a plurality of points from the measuring range of the gas analyzer. Only OGS should be supplied to the gas analyzer inlet, the concentration of which changes continuously from the initial concentration corresponding to PGS-2 to the final concentration corresponding to PGS-1, which reduces the time of the experiment to determine the calibration characteristics of the gas analyzer.
Так как изменение концентрации формируется естественным образом в аппарате-смесителе с интенсивным перемешиванием, то закон изменения известен и подчиняется вполне определенным законам, по которым можно определить изменение концентрации вещества в ОГС во времени. Затем по полученному отклику газоанализатора получить градуировочную характеристику газоанализатора, что обеспечивает универсализацию способа калибровки различных типов газоанализаторов.Since the change in concentration is formed naturally in a mixer with intensive mixing, the law of change is known and obeys well-defined laws, by which it is possible to determine the change in the concentration of a substance in the OGM over time. Then, based on the obtained response of the gas analyzer, obtain the calibration characteristic of the gas analyzer, which ensures the universalization of the calibration method for various types of gas analyzers.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг.1-4.The proposed method is illustrated by the drawings shown in Fig.1-4.
На фиг.1 представлена функциональная схема системы калибровки газоанализаторов в динамическом режиме.Figure 1 shows a functional diagram of the calibration system for gas analyzers in dynamic mode.
На фиг.2 – График изменения концентрации ОГС на входе газоанализатора во времени.Figure 2 - Graph of changes in the concentration of OGS at the inlet of the gas analyzer over time.
На фиг.3 – График изменения выходного сигнала газоанализатора во времени.Figure 3 - Graph of the change in the output signal of the gas analyzer over time.
На фиг.4 – Статическая характеристика газоанализатора.Figure 4 - Static characteristic of the gas analyzer.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.The proposed method is carried out as follows.
Проточный аппарат-смеситель 1 с интенсивным перемешиванием заполняют газом-носителем с известной концентрацией в нем анализируемого компонента (ПГС-1). Для этого открывают клапан 2 и подают в аппарат-смеситель ПГС-1 из баллона 3. Закрывают клапан 2. После этого открывают клапан 4 и из баллона 5 с постоянным расходом, контролируемым при помощи расходомера 6, в аппарат-смеситель 1 подают ПГС-2.The flow apparatus-
Таким образом концентрация анализируемого компонента на входе газоанализатора 9, подаваемого через клапан 7 и расходомер 8, начинает изменяться естественным образом. Это изменение концентрации позволяет получить ОГС, концентрация анализируемого компонента в которой известна в каждый момент времени. При этом получают зависимость изменения концентрации анализируемого компонента в ОГС на входе газоанализатора в динамическом режиме.Thus, the concentration of the analyzed component at the inlet of the
Такое изменение концентрации анализируемого компонента позволяет получить изменение сигнала на выходе газоанализатора также в динамическом режиме.Such a change in the concentration of the analyzed component makes it possible to obtain a change in the signal at the output of the gas analyzer also in a dynamic mode.
После этого сопоставляют полученные значения сигналов на входе и выходе газоанализатора и получают его статическую характеристику.After that, the obtained values of the signals at the input and output of the gas analyzer are compared and its static characteristic is obtained.
Возможность осуществления способа подтверждается следующим примером.The possibility of implementing the method is confirmed by the following example.
Использован лабораторный проточный аппарат-смеситель с интенсивным перемешиванием для получения бинарной смеси, математическое описание которого при условии квазистационарности процесса смешения (время выравнивания концентрации по объему много меньше времени среднего пребывания элементов потока в аппарате) соответствует модели идеального смешения.A laboratory flow mixer with intensive mixing was used to obtain a binary mixture, the mathematical description of which, under the condition of a quasi-stationarity of the mixing process (the time for equalizing the concentration by volume is much less than the average residence time of the flow elements in the apparatus), corresponds to the model of ideal mixing.
Результаты вычислительного эксперимента по варьированию среднего времени пребывания элементов потока в смесителе подтверждаются натурным экспериментом при среднем времени пребывания в смесителе равном 20 минутам. В эксперименте рассмотренный способ калибровки газоанализатора в динамическом режиме реализован для трехканального газоанализатора ГАММА-100 по каналу измерения концентрации кислорода.The results of a computational experiment on varying the average residence time of the flow elements in the mixer are confirmed by a full-scale experiment with an average residence time in the mixer equal to 20 minutes. In the experiment, the considered method of calibrating the gas analyzer in the dynamic mode was implemented for the three-channel gas analyzer GAMMA-100 through the channel for measuring the oxygen concentration.
Результаты градуировки измерительного канала газоанализатора с применением лабораторного аппарата-смесителя иллюстрируют фиг. 2 и 3, где представлены график изменения концентрации кислорода на входе измерительного канала (на выходе смесителя) и соответствующая ему кривая изменения во времени выходного сигнала газоанализатора.The results of calibration of the measuring channel of the gas analyzer using a laboratory mixer are illustrated in Fig. 2 and 3, which show a graph of the change in the oxygen concentration at the inlet of the measuring channel (at the outlet of the mixer) and the corresponding curve of change in time of the output signal of the gas analyzer.
Исключив время, как параметр, в этих зависимостях, получена зависимость изменения сигнала на выходе газоанализатора от концентрации на его входе, т.е. статическая характеристика, представленная на фиг. 4.Eliminating time as a parameter in these dependences, we obtained the dependence of the change in the signal at the output of the gas analyzer on the concentration at its inlet, i.e. the static characteristic shown in Fig. four.
Полученная зависимость практически линейна в большей части диапазона изменения концентрации. Отклонение от линейной зависимости не превышает значение основной погрешности измерительного канала. Экспериментальная характеристика может быть аппроксимирована зависимостью 
Предлагаемый способ применим как непосредственно для калибровки газоанализаторов в лабораторных условиях, так и для проведения различных испытаний газоанализаторов в составе систем АСУ ТП и ПАЗ, в том числе и метрологической экспресс-поверки в «полевых» условиях.The proposed method is applicable both directly for the calibration of gas analyzers in the laboratory, and for various tests of gas analyzers as part of APCS and ESD systems, including metrological express verification in the "field" conditions.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2775793C1 true RU2775793C1 (en) | 2022-07-11 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004040455A1 (en) * | 2003-09-15 | 2005-05-04 | Gen Motors Corp | Continuous mixing for gas analyzer calibration |
| RU2359267C2 (en) * | 2007-01-25 | 2009-06-20 | Анатолий Васильевич Китаев | Calibration method of gas analyser detectors, and device for realisation thereof |
| RU2610947C1 (en) * | 2015-09-24 | 2017-02-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Method and automated calibration system for gas analyzers with reference gas mixtures |
| GB2544997A (en) * | 2015-12-02 | 2017-06-07 | Perkins Engines Co Ltd | System for checking calibration of a gas analyser |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004040455A1 (en) * | 2003-09-15 | 2005-05-04 | Gen Motors Corp | Continuous mixing for gas analyzer calibration |
| RU2359267C2 (en) * | 2007-01-25 | 2009-06-20 | Анатолий Васильевич Китаев | Calibration method of gas analyser detectors, and device for realisation thereof |
| RU2610947C1 (en) * | 2015-09-24 | 2017-02-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Method and automated calibration system for gas analyzers with reference gas mixtures |
| GB2544997A (en) * | 2015-12-02 | 2017-06-07 | Perkins Engines Co Ltd | System for checking calibration of a gas analyser |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5122746A (en) | Hydrocarbon gas measurements using nuclear magnetic resonance | |
| US7797980B2 (en) | Method for calibrating blood analysis machines | |
| US6116081A (en) | Rapid evaluation of thin-film barrier coatings on thick substrates via transient response measurements | |
| CA2557103C (en) | System and method for the spectroscopic determination of the components and concentrations of pumpable organic compounds | |
| CN105806898A (en) | Gas concentration calibration method for gas sensor | |
| US5807749A (en) | Method for determining the calorific value of a gas and/or the Wobbe index of a natural gas | |
| RU2775793C1 (en) | Method for calibrating gas analyzers | |
| CN106290744A (en) | Exhaust analyzer calibrating installation | |
| RU133936U1 (en) | DEVICE FOR GRADING AND INSPECTION OF DISSOLVED OXYGEN ANALYZERS | |
| CN109506706A (en) | A kind of pharmacological experiment titration system and method based on multisensor | |
| US6354145B1 (en) | Process control | |
| US10613014B2 (en) | Method for automating control systems for performing a complex transient permeability test | |
| JP2020024125A5 (en) | ||
| CN112345485B (en) | Temperature-controlled sample pool and method for detecting conformation transition temperature of biomolecule solution | |
| RU2001114430A (en) | DEVICES AND METHOD FOR MEASURING AMMONIA IN LIQUIDS | |
| CN114018370B (en) | Flow calibration coefficient calibration method for multi-component mixed gas | |
| Schindler et al. | Determination of enzyme kinetics and chemometric evaluation of reaction products by FTIR spectroscopy on the example of β-fructofuranosidase | |
| US10060891B1 (en) | Continuous acid-free measurements of total alkalinity | |
| US4264328A (en) | Method for recording measured values in an automatically performed blood gas analysis | |
| US4206353A (en) | Analyzing system | |
| RU2705655C1 (en) | Method of determining diffusion coefficient in solid articles from orthotropic capillary-porous materials | |
| RU2785020C1 (en) | Method for testing of test system, when controlling tightness by accumulation at atmospheric pressure | |
| CN112098598A (en) | Detection method and detection device for mixing effect of mixer | |
| RU2809483C1 (en) | Method for preparing gas mixtures for calibrating gas analyzers | |
| RU2468363C1 (en) | Flow chromatograph |