RU77045U1

RU77045U1 - GAS VALVES AND GAS ANALYZER

Info

Publication number: RU77045U1
Application number: RU2008125639/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Мандыч; Андрей Владимирович Мандыч
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2008-10-10

Abstract

Газовый анализатор паров и газов относится к аналитическому приборостроению и может быть использован для контроля содержания загрязнителей атмосферы. Задачей полезной модели является расширение диапазона определения вредных веществ. Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в уменьшении времени качественного проведения анализа за счет последовательного импульсного определения возможности нахождения в атмосфере различных вредных веществ. Поставленная задача достигается тем, что газовый анализатор паров и газов содержит соединительные трубки, побудитель расхода, измерительный газовый детектор, фильтр и анализирующее устройство. При этом его воздушная магистраль, размещенная между соединительными трубками, образует два замкнутых плеча таким образом, что в одном плече находится поглощающий фильтр и дополнительно введенный газовый детектор стандартного состояния, помещенный в термостатический корпус, а в другом - измерительный газовый детектор, который через усилительно-преобразующее устройство соединен с первым входом анализирующего устройства, второй вход которого соединен с блоком базы данных вредных веществ, а третий вход через усилительно-преобразующее устройство соединен с газовым детектором стандартного состояния. Газовый анализатор может найти применение в системах контроля взрывоопасных, особо вредных и отравляющих примесей в воздухе. С этой целью он может быть перенастроен только для определения этих конкретных примесей, находящихся в воздушной среде. Газовый анализатор способен функционировать без применения дополнительных громоздких устройств газоснабжения чистым или инертным воздухом, обычно включающих в свой состав баллон с воздухом, находящимся под высоким давлением. Использование газового анализатора позволяет повысить количество информации о параметрах измеряемого воздуха. Газовый анализатор может быть реализован с использованием стандартных побудителей расхода газа, измерительных устройств и газовых детекторов, которые содержат проточную камеру с чувствительным элементом, например, термокондуктометрические, термохимические, сорбционно-кондуктометрические и другие. 1 илл.The gas analyzer of vapors and gases belongs to analytical instrumentation and can be used to control the content of atmospheric pollutants. The objective of the utility model is to expand the range of determination of harmful substances. The technical result that can be obtained using the utility model is to reduce the time of high-quality analysis due to the sequential pulse determination of the possibility of various harmful substances in the atmosphere. The problem is achieved in that the gas vapor and gas analyzer contains connecting tubes, a flow inducer, a measuring gas detector, a filter and an analyzing device. Moreover, its air line, located between the connecting tubes, forms two closed arms in such a way that in one arm there is an absorbing filter and an additionally introduced standard state gas detector placed in a thermostatic housing, and in the other there is a measuring gas detector, which through the converting device is connected to the first input of the analyzing device, the second input of which is connected to the block of the database of harmful substances, and the third input through the amplifying-converting The device is connected to a standard state gas detector. The gas analyzer can find application in control systems of explosive, especially harmful and poisonous impurities in the air. To this end, it can only be retuned to determine these specific impurities in the air. The gas analyzer is able to function without the use of additional bulky gas supply devices with clean or inert air, usually including a container of high-pressure air. Using a gas analyzer can increase the amount of information about the parameters of the measured air. A gas analyzer can be implemented using standard gas flow inducers, measuring devices and gas detectors that contain a flow chamber with a sensitive element, for example, thermoconductometric, thermochemical, sorption-conductometric and others. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к аналитическому приборостроению и может быть использована для контроля содержания загрязнителей атмосферы.The utility model relates to analytical instrumentation and can be used to control the content of atmospheric pollutants.

Известны анализаторы содержания паров и газов, действие которых основано на использовании зависимости собственной частоты пьезокварцевого резонатора от массы его электродов [В.В.Малов. Пьезорезонансные датчики.- М.: Энергоатомиздат. 1989, стр.195-196.].Known analyzers of the content of vapors and gases, the effect of which is based on the use of the dependence of the natural frequency of the piezoelectric crystal on the mass of its electrodes [V.V. Malov. Piezoresonance sensors. - M.: Energoatomizdat. 1989, pp. 195-196.].

Конкретная реализация такого прибора приведена в (Mat H.Ho, George G.Guilbault. Portable Piezoelectric Crystal Detector for Field Monitoring of Environmental Pollutants. Anal.Chem. 1983, 55, p.1830-1832), где описан пьезорезонансный анализатор паров толуола. В состав анализатора входят пьезорезонансный сенсор (кварцевый резонатор с сорбционным покрытием на электродах), подключенный к измерительному генератору, блок измерения изменения частоты генератора, поглощающий фильтр с наполнением из активированного угля и силикагеля, побудитель расхода и переключатель газовых потоков (газовый кран). При работе анализатора смесь паров толуола с воздухом подводится побудителем расхода к сенсору: сначала - через поглощающий фильтр ("нулевой отсчет"), а затем (после поворота газового крана) - непосредственно. В обоих случаях производится измерение разностей частот измерительного и опорного генераторов. Аналитическим сигналом является изменение разности частот в результате сорбционного взаимодействия определяемого вещества с покрытием электродов сенсора.A specific implementation of such a device is given in (Mat H. Ho, George G. Guilbault. Portable Piezoelectric Crystal Detector for Field Monitoring of Environmental Pollutants. Anal. Chem. 1983, 55, p. 1830-1832), which describes a piezoresonant toluene vapor analyzer. The analyzer includes a piezoresonance sensor (a quartz resonator with a sorption coating on the electrodes) connected to a measuring generator, a unit for measuring the change in the frequency of the generator, an absorbing filter filled with activated carbon and silica gel, a flow inducer and a gas flow switch (gas valve). During operation of the analyzer, a mixture of toluene vapors with air is supplied by a flow inducer to the sensor: first, through an absorption filter (“zero counting”), and then (after turning the gas valve) directly. In both cases, the difference in the frequencies of the measuring and reference generators is measured. An analytical signal is a change in the frequency difference as a result of the sorption interaction of the analyte with the coating of the sensor electrodes.

Недостатками данного анализатора являются ограниченная селективность определения содержания (из-за влияния примесей паров и газов в анализируемом воздухе); необходимость ручного управления процессом измерения; погрешность измерения, связанная с наличием остатка предыдущей пробы в тракте переключателя газовых потоков; погрешность измерения, связанная с неодинаковыми скоростями газовых потоков при нулевом отсчете (поток проходит через поглощающий фильтр) и при сорбции определяемого вещества покрытием электродов сенсора (поток не проходит через поглощающий фильтр). Величина этой погрешности может быть значительной для некоторых видов сорбирующих покрытий.The disadvantages of this analyzer are the limited selectivity of determining the content (due to the influence of impurities of vapors and gases in the analyzed air); the need for manual control of the measurement process; measurement error associated with the presence of the remainder of the previous sample in the path of the gas flow switch; measurement error associated with unequal velocities of gas flows at zero readout (the flow passes through the absorbing filter) and during sorption of the analyte by coating the sensor electrodes (the flow does not pass through the absorbing filter). The magnitude of this error can be significant for some types of sorbing coatings.

Часть указанных недостатков устранена в анализаторе паров и газов (А.Н.Могилевский, А.А.Гречников, А.Д.Майоров. Анализатор паров и газов. Патент РФ N 2117275, Б.И., 1998, N22), являющемся наиболее близким к предлагаемому техническому решению. Анализатор содержит газовый тракт, состоящий из последовательно соединенных поглощающего фильтра с сорбентом, селективным по отношению к определяемому веществу, переключателя газовых потоков, камеры с установленным в ней пьезорезонансным сенсором и побудителя расхода, измерительное устройство и блок управления. При работе данного анализатора смесь паров определяемого вещества с воздухом подводится побудителем расхода к сенсору сначала через поглощающий фильтр и нормально открытый вход газового клапана. Проводится измерение частоты измерительного генератора (или, если блок измерения изменения частоты содержит опорный генератор, - разности частот измерительного и опорного генераторов). Т.к. пары определяемого вещества полностью задержаны поглощающим фильтром, то измеренное значение частоты измерительного генератора соответствует собственной частоте пьезорезонансного сенсора в очищенном от определяемого вещества воздухе ("нулевой отсчет"). Далее по команде блока управления включается газовый клапан и через открывшийся (нормально закрытый) вход клапана измеряемая смесь подводится непосредственно к сенсору. В результате сорбционного взаимодействия определяемого вещества с покрытием электродов сенсора собственная частота последнего изменяется. Соответственно изменяется частота измерительного генератора (или разность частот измерительного и опорного генераторов). Содержание определяемого вещества оценивается по величине этого изменения.Some of these shortcomings were eliminated in the vapor and gas analyzer (A.N. Mogilevsky, A. A. Grechnikov, A. D. Mayorov. Vapor and gas analyzer. RF Patent N 2117275, BI, 1998, N22), which is the most close to the proposed technical solution. The analyzer contains a gas path, consisting of a sequentially connected absorbing filter with a sorbent selective with respect to the analyte, a gas flow switch, a chamber with a piezoresonance sensor installed in it and a flow inducer, a measuring device and a control unit. During the operation of this analyzer, a mixture of the vapors of the analyte with air is supplied by the flow inducer to the sensor, first through an absorption filter and a normally open gas valve inlet. The frequency of the measuring generator is measured (or, if the frequency change measuring unit contains a reference generator, the frequency differences of the measuring and reference generators). Because If the analyte’s vapor is completely retained by the absorbing filter, then the measured frequency of the measuring generator corresponds to the natural frequency of the piezoresonance sensor in air purified from the analyte (“zero counting”). Then, at the command of the control unit, the gas valve is turned on and through the opened (normally closed) valve inlet, the measured mixture is supplied directly to the sensor. As a result of the sorption interaction of the analyte with the coating of the sensor electrodes, the natural frequency of the latter changes. Accordingly, the frequency of the measuring generator (or the frequency difference of the measuring and reference generators) changes. The content of the analyte is estimated by the magnitude of this change.

Данный анализатор обладает лучшей селективностью, чем вышеописанный анализатор, за счет применения в поглощающем фильтре сорбента, селективного по отношению к определяемому веществу. Кроме того, он не нуждается в ручном управлении в процессе измерения, т.к. для переключения газовых потоков применен электромагнитный газовый клапан. Недостатками известного анализатора являются (так же, как у аналога) погрешности измерения, связанные с остатком предыдущей пробы в тракте переключателя газовых потоков (газовом клапане) и неодинаковыми скоростями газовых потоков при нулевом отсчете и при сорбции определяемого вещества покрытием электродов сенсора. Дополнительным недостатком известного анализатора является малый срок службы газового клапана в тех This analyzer has better selectivity than the analyzer described above, due to the use of a sorbent selective in relation to the analyte in the absorbing filter. In addition, he does not need manual control in the measurement process, because An electromagnetic gas valve is used to switch gas flows. The disadvantages of the known analyzer are (as in the analogue) measurement errors associated with the remainder of the previous sample in the path of the gas flow switch (gas valve) and unequal gas flow rates at zero counting and during sorption of the analyte by coating the sensor electrodes. An additional disadvantage of the known analyzer is the short life of the gas valve in those

случаях, когда анализатор используется для определения содержания паров агрессивных веществ в атмосфере.cases when the analyzer is used to determine the vapor content of aggressive substances in the atmosphere.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является «Пьезорезонансный анализатор паров и газов» (Патент РФ на изобретение №2145707, опубл. 20.02.2000) г.The closest in technical essence and the achieved technical effect to the proposed technical solution is the "Piezoresonant analyzer of vapors and gases" (RF Patent for the invention No. 2145707, publ. 02.20.2000),

В нем для повышения точности измерения содержания паров и газов пьезорезонансным анализатором, а также для увеличения его срока службы, анализатор паров и газов включает газовый тракт, состоящий из поглощающего фильтра с сорбентом, камеры с пьезорезонансным сенсором и побудителя расхода, измерительное устройство, состоящее из измерительного генератора, блока измерения изменения частоты. Анализатор дополнительно содержит второй побудитель расхода, соединенный с входом поглощающего фильтра, при этом вход управления второго побудителя расхода соединен с соответствующим выходом блока управления. В анализаторе побудители расхода используются вентиляторного типа, причем лопасти вентиляторов выполнены из инертных материалов. Устройство повышает точность измерений и имеет большой срок службы при анализе агрессивных сред.In it, to increase the accuracy of measuring the content of vapors and gases by a piezoresonance analyzer, as well as to increase its service life, the vapor and gas analyzer includes a gas path consisting of an absorbing filter with a sorbent, a chamber with a piezoresonant sensor and a flow inducer, a measuring device consisting of a measuring generator, frequency change measurement unit. The analyzer further comprises a second flow inducer connected to the input of the absorbing filter, while the control input of the second flow inducer is connected to the corresponding output of the control unit. The analyzer uses a fan-type flow inducer, and the fan blades are made of inert materials. The device improves the accuracy of measurements and has a long service life in the analysis of aggressive environments.

В анализаторе предпочтительно использовать побудители расхода вентиляторного типа, что обеспечивает свободное прохождение через них газовых потоков при неработающем побудителе, причем лопасти вентиляторов выполнены из инертных материалов.In the analyzer, it is preferable to use a fan-type flow inducers, which ensures free passage of gas flows through them with an inactive activator, and the fan blades are made of inert materials.

Существенным недостатком данного газоанализатора является то, что он может определить только один вредный компонент, находящийся в воздушной среде, на который настроен сравнивающий газовый детектор. Однако часто возникает задача проверки атмосферы на наличие в ней сразу нескольких вредных веществ.A significant drawback of this gas analyzer is that it can only detect one harmful component located in the air, to which the comparing gas detector is configured. However, the task often arises of checking the atmosphere for the presence of several harmful substances in it.

Задачей полезной модели является расширение диапазона определения вредных веществ.The objective of the utility model is to expand the range of determination of harmful substances.

Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в уменьшении времени качественного проведения анализа за счет последовательного импульсного определения возможности нахождения в атмосфере различных вредных веществ.The technical result that can be obtained using the utility model is to reduce the time of high-quality analysis due to the sequential pulse determination of the possibility of various harmful substances in the atmosphere.

Поставленная задача достигается тем, что газовый анализатор паров и газов содержит соединительные трубки, побудитель расхода, измерительный газовый детектор, This object is achieved in that the gas vapor and gas analyzer contains connecting tubes, a flow inducer, a measuring gas detector,

фильтр и анализирующее устройство. При этом его воздушная магистраль, размещенная между соединительными трубками, образует два замкнутых плеча таким образом, что в одном плече находится поглощающий фильтр и дополнительно введенный газовый детектор стандартного состояния, помещенный в термостатический корпус, а в другом - измерительный газовый детектор, который через усилительно-преобразующее устройство соединен с первым входом анализирующего устройства, второй вход которого соединен с блоком базы данных вредных веществ, а третий вход через усилительно-преобразующее устройство соединен с газовым детектором стандартного состояния.filter and analyzer. Moreover, its air line, located between the connecting tubes, forms two closed arms in such a way that in one arm there is an absorbing filter and an additionally introduced standard state gas detector placed in a thermostatic housing, and in the other there is a measuring gas detector, which through the converting device is connected to the first input of the analyzing device, the second input of which is connected to the block of the database of harmful substances, and the third input through the amplifying-converting The device is connected to a standard state gas detector.

На чертеже изображена блок-схема газового анализатора паров и газов,The drawing shows a block diagram of a gas analyzer of vapors and gases,

где: 1, 2 - соединительные трубки;where: 1, 2 - connecting tubes;

3 - побудитель расхода воздуха;3 - stimulator of air consumption;

4 - поглощающий фильтр;4 - absorbing filter;

5 - газовый детектор стандартного состояния;5 - gas detector standard state;

6 - термостатический корпус;6 - thermostatic housing;

7 - измерительный газовый детектор;7 - measuring gas detector;

8 - усилительно-преобразующее устройство;8 - amplifier-converting device;

9 - анализирующее устройство;9 - analyzing device;

10 - блок базы данных вредных веществ.10 - block database of harmful substances.

Работа газового анализатора осуществляется следующим образом.The work of the gas analyzer is as follows.

В исходном положении трубки для подключения газоанализатора закрыты заглушками. Для контроля нахождения концентраций микропримесей в воздухе соединительные трубки 1 и 2 газоанализатора сообщаются с атмосферой контролируемого объекта. Включение анализатора осуществляется системой управления (не показано) путем включения работы побудителя расхода воздуха 3.In the initial position, the tubes for connecting the gas analyzer are closed with plugs. To control the presence of trace concentrations in the air, the connecting tubes 1 and 2 of the gas analyzer communicate with the atmosphere of the controlled object. The analyzer is turned on by a control system (not shown) by switching on the operation of the air flow inducer 3.

Анализируемая смесь (пары определяемого вещества в воздухе) через соединительную трубку 2 подается к разветвлению. При этом одна часть его направляется последовательно в поглощающий фильтр 4, газовый детектор стандартного состояния 5, находящегося в термостатическом корпусе 6, через побудитель расхода 3 и соединительную трубку 1 стравливается в атмосферу. Пары определяемого вещества задерживаются поглощающим фильтром 4, и в детектор 5 поступает воздух, очищенный от определяемого вещества.The analyzed mixture (pairs of the analyte in the air) is supplied to the branch through the connecting tube 2. In this case, one part of it is sent sequentially to the absorption filter 4, the gas detector of the standard state 5, located in the thermostatic housing 6, through the flow inducer 3 and the connecting tube 1 is vented to the atmosphere. The vapors of the analyte are held up by the absorption filter 4, and air purified from the analyte enters the detector 5.

Другая часть анализируемого воздуха через измерительный газовый детектор 7, Another part of the analyzed air through the measuring gas detector 7,

побудитель расхода 3 и соединительную трубку 1 также стравливается в атмосферу.the flow agent 3 and the connecting pipe 1 are also vented to the atmosphere.

Таким образом, через измерительный газовый детектор 7 протекает анализируемый воздух, содержащий определяемый компонент, а через газовый детектор стандартного состояния 5 протекает воздух, очищенный поглощающим фильтром 4 от определяемого вещества.Thus, the analyzed air containing the detected component flows through the measuring gas detector 7, and the air purified by the absorbing filter 4 from the detected substance flows through the standard state gas detector 5.

В процессе движения измеряемого воздуха по воздушной цепочке с измерительного газового детектора 7 снимается сигнал, пропорциональный количеству сорбирующего вредного вещества, находящего в измеряемом воздухе, прошедшем через него и который через усилительно-преобразующее устройство 8 поступает в анализирующее устройство 9.During the movement of the measured air through the air chain, a signal is measured from the measuring gas detector 7, which is proportional to the amount of sorbing harmful substance that is in the measured air passing through it and which through the amplifying-converting device 8 enters the analyzing device 9.

Одновременно в анализирующее устройство 9 поступает сигнал от газового детектора стандартного состояния 5, который работает в стандартных температурных условиях, обеспечиваемых термостатическим корпусом 6. При этом фильтр 4 полностью поглощает определяемые компоненты, содержащиеся в анализируемом воздухе.At the same time, a signal from a standard-state gas detector 5 is supplied to the analyzing device 9, which operates under standard temperature conditions provided by the thermostatic housing 6. At the same time, the filter 4 completely absorbs the detected components contained in the analyzed air.

Кроме того, эти сигналы сравниваются с данными, заложенными в блоке базы данных вредных веществ 10, также поступающие в анализирующее устройство 9. После их сравнения и анализа выходной сигнал анализирующего устройства 9 характеризует уже конкретные типы вредных веществ, находящихся в воздушной среде.In addition, these signals are compared with the data stored in the database unit of harmful substances 10, also supplied to the analyzing device 9. After comparing and analyzing them, the output signal of the analyzing device 9 already characterizes specific types of harmful substances in the air.

Таким образом, анализ сигналов, поступающих с детекторов 5 и 7, характеризует не только наличие конкретных типов вредных веществ, находящихся в воздухе, но и отклонение их суммарной концентрации от табличного («нулевого») значения. Данное значение запоминается в анализирующем устройстве 9.Thus, the analysis of signals from detectors 5 and 7 characterizes not only the presence of specific types of harmful substances in the air, but also the deviation of their total concentration from the tabular (“zero”) value. This value is stored in the analyzing device 9.

Газовый анализатор может найти применение в системах контроля взрывоопасных, особо вредных и отравляющих примесей в воздухе. С этой целью он может быть перенастроен только для определения этих конкретных примесей, находящихся в воздушной среде. Это достигается заменой поглощающего фильтра 4, который задерживает измеряемую примесь, находящуюся в воздушной среде. Остальной порядок работы остается прежним.The gas analyzer can find application in control systems of explosive, especially harmful and poisonous impurities in the air. To this end, it can only be retuned to determine these specific impurities in the air. This is achieved by replacing the absorption filter 4, which delays the measured impurity in the air. The rest of the work procedure remains the same.

Газовый анализатор способен функционировать без применения дополнительных The gas analyzer is able to function without the use of additional

громоздких устройств газоснабжения чистым или инертным воздухом, обычно включающих в свой состав баллон с воздухом, находящимся под высоким давлением. Использование газового анализатора позволяет повысить количество информации о параметрах измеряемого воздуха. Газовый анализатор может быть реализован с использованием стандартных побудителей расхода газа, измерительных устройств и газовых детекторов, которые содержат проточную камеру с чувствительным элементом, например, термокондуктометрические, термохимические, сорбционно-кондуктометрические и др.bulky gas supply devices with clean or inert air, usually including a container of high-pressure air. Using a gas analyzer can increase the amount of information about the parameters of the measured air. A gas analyzer can be implemented using standard gas flow inducers, measuring devices and gas detectors that contain a flow chamber with a sensitive element, for example, thermoconductometric, thermochemical, sorption-conductometric, etc.

Claims

A gas vapor and gas analyzer comprising connecting tubes, a flow inducer, a measuring gas detector, a filter and an analyzing device, characterized in that the air line located between the connecting tubes forms two closed arms in such a way that there is an absorption filter in one arm and additionally an introduced standard state gas detector placed in a thermostatic housing, and in another, a measuring gas detector, which, through an amplifying and converting device, union of the first input of the analyzing unit, a second input coupled to the database unit of harmful substances, and the third input through the amplifying and conversion device is connected to the gas detector of the standard state.