SU1128149A1 - Способ анализа газовых смесей и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Спосор анализа газовых смесей , заклюЧгисхцийс  в том, что анализируемую газовую смесь помещают в камеру с мембраной, через которую диффундируют компоненты смеси, измер ют перепад давлени  на мембране, .по изменению которого суд т о количественном и качественном составе смеси,-от лич а ющ и и с   тем, что, с целью повшиени  точности анализа и увеличени  разрешени  по массовым числам компонентов, в качестве мембраны используют  дерный фильтр, размер пор в котором на два или более пор дков .леньше длины свободного пробега самого т желого компонента газовой смеси при выбранном давлении, а в пространстве за мембраной в направлении диффузии компоg (Л нентов смеси создают и поддерживают посто нное давление, меньшее давле- ни  анализируемой газовой смеси в камере.

Description

2. Устройство дл  анализа газовых смесей, содержащее две камеры, разделенные мембраной, впускной клапан дл  ввода анализируемой газовой смеси, установленный в одной из камер, выпускной клапан, установленный в другой камере, и измеритель перепада давлени  между камерами, о т л и ч а ю щ е е с   тем, что, с целью повышени  точности анализа и увеличени  разрешени  по массовым числам компонентов, мембрана выполнена в виде  дерного фильтра, размер.пор в котором на два или более пор дков меньше длины L свободного пробега csiMoro т желого компонента газовой смеси при выбранном давлении,и в устройство введены стабилизатор давлени  и вакуум-насос,подсоединенные к выпускному клапану.

Изобретение относитс  к способам анализа газовых смесей, и прибор, построенный на этом принципе, может найти широкое применение как дл  лабораторных анализов, так и в тех отрасл х народного хоз йства, где необходимо проводить одновременно качественный и количественный анали состава газовых смесей. Известны.способы измерени  концентрации газовых смесей, основанны на принципах диффузии газа через пористую перегородку-мембрану в соответствии с законом Грзхема IJ . Однако все устройства, работаю адие на этом принципе, позвол 1от измер ть , как правило, концентрацию только одного,и то заранее известно го, компонента газовой смеси. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  способ анализа гозовых смесей, заключающийс  в том, что анализируемую газовую смесь помещают в камеру с мембраной, через которую диффундируют компоненты смеси, измер ют период давлени  на мембране, по изменению суд т о количественном и ка чественном составе смеси .2 . Устройство д 1Я:осуществлени  известного способа содержит две камеры , разделенные г юмбраной, впускной клапан дл  ввода анализируемой смеси, установленной в одной из камер , выпускной клсшан, установленны во второй камере, и измеритель пере пада давлений между камерами. Анализ смеси ведетс  по степени ее лиф фузии через мембрану ив камеру с тем же объемом и давлением, но соде жащую эталонную смесь газов. Наличи разности концентраций компонент при водит к сдвигу давлений между кг1мерами - бароэффекту, по максимальной величине которого определ етс  концентраци  газовых компонент в смеси (2р. Прибор, реализованный на зтом принципе, позвол ет проводить как количественный (по концентраци м), так и качественный (по мол рным массам) анализ газовых смесей, использу  при зтом предварительную градуировку. Однако известный способ обладает низкой точностью анализа вследствие определени  величины бароэффекта относительно зталонной смеси газов, что требует определенного температурного выравнивани  между камерами. В известном устройстве в порах мембраны преобладает в зкостный, в лучшем случае промежуточный режим течени  смеси по массовым числам, и также вли ет на точность измерений . Позтому работают, как правило, с заранее известным набором газовых компонент или производ т градуировку прибора по массовым числам. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и увеличение разрешени  по массовым числам компонентов . Указанна  дель достигаетс  тем, что согласно способу анализа газовых смесей, заключающемус  в том, что анализируемую газовую смесь помещают в камеру с мембраной, через которую диффундируют компоненты смеси , измер ют перепад давлени  на мембране, по изменению которого суд т в количественном и качественном составе смеси,в качестве мембраны используют  дерный фильтр,размер пор в котором на два или более пор дков меньше длины свободного пробега самого т желого компонента гагзовой смеси при выбранном давлении, при зтом в пространстве за мембраной в направлении диффузии компонентов смеси создают и поддерживают посто нное давление, меньшее давлени  анализируемой газовой смеси в , камере, . В устройстве дл  анализа газовых смесей, содержащем две камеры, разделенные мембраной, впускной клапан дл  ввода анализируемой газовой смеси , установленный в одной из камер вьтускной клапан установленный в другой камере, и измеритель перепа- да давлений между камерами, мембр на выполнена в виде  дерного фильт ра, размер пор в котором на два или более пор дков меньше длины свободного пробега самого т желого компонента газовой смеси при выбранном давлении, и в устройство введены ст билизатор давлени  и вакуум-насос, подсоединенные к выпускному клапану Следует отметить, что мембраны типа  дерный фильтр имеют маЛую дисперсию и строгую цилиндричность пор. Способ осуществл етс  следующим образом. Измерив экспоненциальную зависимость изменени  перепада давлений на мембране по времени, производ т ее математическое разложение на сум му экспонент по числу компонентов газовой смеси. Поскольку в мембране реализуетс  свободно-молекул рный режим течени  т.е. используетс   дерный фильтр с размером пор на два или. более пор дков меньшим длины свободного про бега самого т желого компонента газовой смеси при выбранном давлении, и мала дисперси  пор по размерам, то каждый компонент смеси двигаетс  независимо от другого и, следовательно , обща  экспериментальна  компонента  вл етс  суммой экспонент каждого компонента. Дл  разрешени  общей экспоненты 1 -компонентной газовой смеси необходимо решить методом наименьших квадратов систему Соответствующих уравнений. Общее уравнение въагл дит. так Ftc;,i.0.c.,,...,. . , . ;где 4 г 1... п ; ; е 1,.. 2 п; . P«i-Pnj|P,i Р; - первоначальное давление в ка мере; РЭК - текущее значение давлени  ( экспериментальное); С - концентраци  i -го кокшоне та смеси; 3;(Wv)- . Л;- мол рна  масса i -го компо нента; . А - константа,.определ ема ,геометрическими характеристиками мембраны и объемом камеры . Дп  разрешени  С; и «{ относител но каждого компонента необходимо ре шить следующую систему уравнений 1,-Пе„}; Г.т.. П р и, м е р. Проводитс  анализ трехкомпонентной газовой смеси на мембране типа  дерный фильтр с диаметром пор 150 А, что соответствует условию свободно-молекул рн уго режима дл  атмосферного давлени . Давление в камере со смесью (первоначальное ) составл ет 1 -ат со стороны низкого давлени  - 10 торр. Анализ общей экспоненциальной зависимости и ее обработка на ЭВМ дали результаты по массовым числам (Не-Аг-Кг) и концентраци м не хуже 5% (по точности и разрешению). На чертеже изображена принципиальна  схема устройства. Устройство содержит впускной клапан 1, соединенный с камерой 2, в которой находитс  мембрана 3. На выходе мембраны 3 имеетс  втора  камера 4, снабженна  выпускным клапаном 5, соединенным последовательно со. стабилизатором давлени  6 и вакуум-насосом 7. Дифференциальный, манометр 8 подключен к камере 2 и к- камере 4 на выходе мембраны 3. Устройство работает следующим образом. Камера 2 через впускной клапан 1 заполн етс  анализируемой смесью газов до некоторого первоначального давлени  Р.; , при этом выпускной клапан 5 закрыт. Давление устанавливаетс  равным с обоих сторон мембраны 3. Затем открываетс  клапан 5 и давление с этой стороны мембраны 3 быстро падает до Pj - поддерживаемом на посто нном уровне стабилизатором 6 давлени . Дифференциальный манометр 8 в этот момент показывает наличие перепада давлений на мембране U Р - -2 } I газова  смесь начинает диффундировать в сторону меньшего давлени  и далее отводитс  из систекш насосом 7, при этом давление в камере 2 мен етс  по экспоненциальному закону. По сложности решаемой згщачи предлагаемый способ и устройство дл  его осуществлени  могут быть, сравнены с масс-спектрометрами. Любой масс-спектрометр - это сложное и дорогосто щее оборудование , а необходимость специальной подготовки смеси перед анализом, обеспечение высокого, иногда сверхвысокого вакуума дл  измерений снижают его экспрессность и доступность контрол . Поэтому масс-спектрометры  вл ютс  всегда стационарными приборами. . Предлагаемое устройство, или прибор , выполненный на его основе, достаточно прост в эксплуатации, экспрессен . Ошибка измерений и степень разрешени  по массовым числам может быть доведена до 1% (тогда как известное устройство имеет 10-40%),.

51128149

Использование в приборе мнкро-эовани  в системах контрол  многопроцврсора дл  обработки общей экс-компонентых газовых смесей как в

пертеитальной кривой делает дай- :экспериментальной технике, так и в

кый прибор универсальиьм дл  исполь-системах промышленного производства.

Claims (2)

1. Способ анализа газовых смесей, заключающийся в том, что анализируемую газовую смесь помещают в камеру с мембраной, через которую* диффундируют компоненты смеси, измеряют перепад давления на мембране, по изменению которого судят о количественном и качественном составе смеси,-от лич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьииения точности анализа и увеличения разрешения по массовым числам компонентов, в качестве мембраны используют ядерный фильтр, размер пор в котором на два или более порядков ^меньше длины свободного пробега самого тяжелого компонента газовой смеси при выбранном давлении, а в пространстве за мембраной в направлении диффузии компонентов смеси создают и поддерживают g постоянное давление, меньшее давле- ния анализируемой газовой смеси в £ камере. * .!

2« Устройство для анализа газО'вых смесей, содержащее две камеры, разделенные мембраной, впускной клапан для ввода анализируемой газовой смеси, установленный в одной из камер, выпускной клапан, установленный в другой камере, и измеритель перепада давления между камерами, о т л й ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности анализа и увеличения разрешения по массовым числам компонентов, мембрана выполнена в виде ядерного фильтра, размер, пор в котором на два или более порядков меньше длины ,свободного пробега самого тяжелого компонента газовой смеси при выбранном давлении,и в устройство введены стабилизатор давления и вакуум-насос.подсоединенные к выпускному клапану.