Способ получения газовых смесей для градуировки газоанализаторов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Л0» 121 45

А (5п 4 В 01 F 3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3782793/23-26 (22) 15.08.84 (46) 15.03.86. Бюл. 9 10 (72) В.Л.Луньков и,,Ю.П.Рыбалченко (53) 66.073.7(088,8) (56) Analytical Chemistry, чо1. 48, У 3, 1976, с. 612-619.

Авторское свидетельство СССР

Н 693255, кл. G 01 N 31/08, 1976.

Авторское свидетельство СССР

N 711431, кл. В 01 F 3/02, 1977. (54)(57) СПОСОБ IIOJIWEHHH ГАЗОВЫХ

СМЕСЕЙ ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ путем дозирования под избыточным давлением и смешивания анализируемого газа и газа-разбавителя и косвенного определения состава смеси по известным значениям объемов и давлений дозируемых газов, о тличающий ся тем,.что, с целью упрощения процедуры приготовления смесей во,всем диапазоне концентраций, необходимом для градуиров.ки, и повышения точности приготовления в области низких концентраций, дозирование одного из газов осуществляют его непрерывным дросселирова-.; нием из сосуда постоянного объема в поток другого газа с известным расходом, причем концентрацию смеси в фиксированные промежутки времени определяют по скорости изменения давления газа в сосуде и по расходу . другого газа.

1217458

Изобретение относится к газовому анализу, в частности к способам получения образцовых газовых смесей, предназначенных для поверки и градуировки газоанализаторов,.и может с найти примеиение в промышленности, научных исследованиях в метрологическом обеспечении газоаналитических измерений.

Цель изобретения — упрощение 10 процедуры приготовления смесей во всем диапазоне концентраций, необходимом для градуировки, и повышение точности приготовления в области низких концентраций. l5

На фиг. 1 изображена схема установки, реализующей предлагаемый способ; на фиг. 2 — график изменения концентрации смеси при истечении из дозирующего сосуда анализируемого 20 газа в лоток газа-разбавителя; на фиг. 3 — график изменения концентрации смеси при истечении иэ дозирующего сосуда газа-разбавителя в поток анализируемого газа. 25

Установка для получения газовых смесей, состоит иэ дозирующего сосу да 1 с постоянным внутренним объемом, пйевмодросселя 2, переключающего крана 3. ЗО

К дозирующему сосуду 1 через редуктор 4, переключающий кран 3 подсоединен баллон 5 со сжатым газом (анализируемым или разбавителем — в, зависимости от используемого варианта способа) .

Баллон 6 с другим сжатым газом через редуктор 7, регулятор 8 расхода и сравнительную камеру детектора 9 анализатора подсоединен к выходу 40 переключающего крана 3, который подключен к измерительной камере детектора 9.

К дозирующему сосуду 1 подсоединен образцовый манометр 10, а для регистрации давления — измерительный преобразователь 11 и регистрирующий прибор 12.

К электрическому выходу детектора

9 подключен регистрирующий прибор 13.

Для продувки дозирующего сосуда 1 предусмотрена сбросная линия 14 с вентилем 15.

Для получения газовых смесей по первому варианту к входу крана 3 55 подключают баллон 5 с анализируемым газом и проводят продувку газом дозирующего сосуда 1, открыв вентиль 15.

,Затем вентиль 15 закрывают и после достижения заданного давления газа в дозирующем сосуде 1 переключают кран

3 в другое положение, при котором анализируемый газ поступает в поток газа-разбавителя, подаваемого иэ баллона 6 через регулятор 8 расхода, смешивается с ним и образовавшаяся смесь проходит через измерительную камеру детектора 9.

Характеристики пневмодросселя и объем дозирующего сосуда выбирают таким образом, чтобы давление в нем при истечении газа менялось по экспоненциальному (или близкому к нему) закону с постоянной времени, удовлетворяющей временным условиям проведения градуировки анализатора.

На практике более всего для этих целей подходит ламинарный дроссель, который обеспечивает работу дозирующего сосуда как апериодического звена с постоянной времени 10-100 мин.

По мере падения давления анализируемого rasa при его истечении из доэирующего сосуда концентрация анализируемого компонента в смеси плавно уменьшается от максимального до нулевого значения.

Для получения газовых смесей по второму варианту баллоны 5 и 6 меняют местами и производят аналогичные операции.

При этом по мере падения давления газа-разбавителя в дозирующем сосуде концентрация анализируемого компонента в смеси плавно увеличивается, от нулевого значения до максимального ..

Предлагаемый способ основан на следующих физических закономерностях. Состояние газов или паров при их изотермических истечении через дросселирующие элементы изменяется согласно закону где начальные давление и объем газа; давление и объем rasa в промежуточной стадии истечения. .Если истечение газа происходит иэ сосуда постоянного объема It то объем газЪ, покинувшего сосуд при давлении, определяется Иэ выражения

1217458 4

Р,- P (2) М(Р}=7-Ч, *М < а

С учетом давления бреды, в которую происходит истечение, выражение (2) преобразуется к виду

9-Р

„ Р у (3) где Р— давление среды, в которую происходит истечение газа.

Дифференцируя по времени (4) уравнение (Э), получим зависимость

<3М(Рд} V, ДР (4) 3t

J "(Рхl — мгновенный расход доэируемого газа; где где K — коэффициент разбавления анализируемого rasa.

Скорость изменения давления (< ) в дозирующем сосуде может быть опре— — скорость измене3Р ния давления газа в доэирующем сосуде.

При дозировании анализируемого газа в постоянный поток газа-разбавителя концентрация смеси составляет с« с(1 =,

1, где 0

Для случая дозирования газа-разбавителя в постоянный поток анализируемого газа уравнение (5) преобразуется к виду

С<, С<С) =,, <00 о> (6) где Ч< — постоянный расход анализируеМого газа;

Gz — мгновенный расход rasa-раэбавителя.

Для сокращения времени градуиров,ки прибора в области низких концентраций анализируемого компонента могут быть использованы предварительно приготовленные смеси его с газом-разбавителем.

В этом случае для расчета концентрации можно использовать следующую приближенную зависимость. к С<, сж= 6 100/Ф ) (7)

Р=Р е-"

< ) 10 l5,или автоматическим дифференци20 рующим устройством, на вход которого подают сигнал изменения давления.

45 делена известными методами по графику, снятому с помощью регистрирующего прибора или по наблюдениям показывающего прибора.

Полученную кривую (или ряд значений давления) аппроксимируют, например, экспонентой. вида коэффициенты которой находят методом наименьших квадратов. Затем находят зависимость изменения давления от времени (скорость), дифференцируя полученное уравнение.

Скорость может быть найдена также непосредственно графическим дифференцированием кривой: ручным методом

Таким образом, имея график скорости изменения давления в доэирующем сосуде известного объема, расход и давление постоянного потока и кривую сигнала детектора гаэоанализатора, в который подают газовую смесь, получают градуировочную харак теристику газоанализатора.

Пример 1. Исходные данные: анализируемый газ-азот, газ-разбавитель-гелий, объем дозирующего сосуда V = 16 см, начальное давле" ние азота в дозирующем сосуде (избыточное) P< = 2 кгс/см2, давление потока гелия (избыточное)

= 0,01 кгс/см, расход гелия G — 1 20 мл/мин, измеритель давления азота — образцовый манометр

2,5 кгс/см, измеритель концентрации азота в гелии — детектор теплопроводности в комплекте хроматографа

"Цвет-100".

Экспериментальная проверка способа осуществлена на установке, собранной в соответствии с приведенной схемой (фиг. 1) .

Падение давления азота с момента его истечения из дозирующего сосуда фиксировалось через определенные промежутки времени, отмеченные с. помощью секундомера. езультаты измерений сведены в табл. 1.

1217458

Таблица 1,Продолжение табл.2

Время,(мин) Время, Давление мин азота, p (Krc/ M ) ДавлеВремя, мин

Давление гелия, 1 (K г с/ см ) ние азота, Р(кгс/см ) 1,4094

1,1995.0 i 9580

14 0,6830

16 0,5914

1,6660

1,4240

1,2203

1,0479

18 0,5248

20 0,4575

12

22 0,3980

0,9038 0 7822

24 0„3574 2б

20

26

1,842

-0,07961

1,9580

1,6580

Аппроксимируя приведенный в табл. 1 ряд экспериментальных данных показательной функцией (8) методом наименьших квадратов, найдена следующая зависимость

1,928 которую использовали при расчете концентрации .смеси в выбранные моменты времени (5). Сравнение расчетных данных с графиком действительных значений концентрации, снятых с помощью предварительно откалиброванного детектора (фиг. 2) покаэа l5 ло, что отклонение расчетных значений от действительных не превьппает

17. отн. во всем диапазоне измерения (0,7-0,4 об.X).

Щ

Пример 2. Исходные данные по примеру 1, за исключением того, что дозирующий.сосуд заполняли газом-разбавителем (гелием), который дозировали в постоянный поток анали. 45 зируемого газа (азота) с расходом

20 мл/мин.

Результаты измерений падения давления гелия в дозирующем сосуде приведены в табл. 2.

Таблица 2

Время, (мин) Давление гелия, Р (кгс/см ) 1,0250

0,8871

0,7539

0,6497

0,5656

0,4916

0,4248

0,3748

0,3249

0,2824

0,2457

0,2124

График изменения сигнала детекгора, пропорционального концентрации газовой смеси, показан на фиг.3.

В результате аппроксимации экспериментальных данных находим зависимость с помощью которой рассчитывали концентрацию смеси по формуле (6) и про. изводили сравнение расчетных данных с их действительными значениями, записанными на графике (фиг. 3).

К.ак и в первом примере расхождение сравниваемых данных не превышает с

17 отн. для диапазона измеренных концентраций 75-95 об.X.

Для получения градуировочных смесей с концентрациями в пределах

10 -10 об.X проведены аналогичные эксперименты с предварительно при. готовленными смесями азота с гелием (1 Об 7 "1д и 0,1 об.7 и ) ..

1217458

1б 18 Я

24 78 И И

При этом погрешность аттестации полученных смесей с изменяемой во времени концентрацией не превышает

2 7. отн.

Градуировочные смеси, получаемые по предлагаемому способу, можно вводить а анализатор как непрерывно, так и дискретно, с помощью крана-дозатора, отбирая из потока смеси пробу известного объема в заданные моменты времени.

Следует учесть, что для получения градуировочных смесей с низким содержанием анализируемого компонента необходимо дозировать анализируемый газ в газ-раэбавитель.

1217458

Составитель Т. Круглова

Редактор Н. Воловик Техред М.Гергель Корректор О. Луговая

Закаэ 1029/10 Тираж 578 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4