Способ определения состава бинарных поверочных газовых смесей
Изобретение относится к метрологическому обеспечению газоаналитических приборов , а именно к настройке, градуировке и поверке средств измерения состава компонентов в газовых смесях, работающих при давлениях до 10 МПа и более, которые используются для контроля состава дыхательных сред, связанных с жизнеобеспечением человека в замкнутых пространствах. Целью изобретения является определение состава газовой смеси в широком диапазоне давлений и повышение точности определения состава газовой смеси. Суть изобретения заключается в следующем. В способе определения состава бинарных поверочных газовых смесей на основе гелия, заключающемся в приготовлении газовой смеси в баллоне под давлением путем смешения исходных чистых газов, выдержке и определении состава смеси на выходе из баллона в объемных долях при условиях окружающей среды аналитическим методом, дополнительно измеряют давление смеси в баллоне, выбирают коэффициенты сжимаемости гелия при барометрическом давлении и давлении газовой смеси в баллоне и определяют массовую концентрацию смеси по соотношению коэффициентов сжимаемости гелия по формуле рср Рем Zi Ф| di Ре 7-г - где рср - массовая концентрация 1-го компонента при повышенном давлении, кг/м3; Ремдавление газовой смеси в баллоне, кгс/см ; Ре - барометрическое давление, кгс/см ; Zi, 7.1 - коэффициенты сжимаемости гелия при Рб и Рем соответственно и температуре окружающего воздуха; di - плотность 1-го компонента при Рб и температуре окружающего воздуха, кг/м3;ф - объемная доля 1-го компонента при Рб, доли единицы. 2 табл. И VI О к к Os
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (si)s 6 01 N 77//0000, F 17 С 5/06
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4607077/26 (22) 17.10.88 (46) 30.12.91. Бюл. ¹ 48 (71) Специальное конструкторское бюро аналитического приборостроения Научнотехнического объединения АН СССР (72) Ю.А.Николаев, 3.М.Сасин, Л.А.Одоева, В.Г.Гуревич и А.В.Пак (53) 543.845(088.8) (56) Методика M— - 50, Определение концентрации водорода, предельных углеводородов (С вЂ” и С4) кислорода, двуокиси. углерода в бинарных газовых смесях. Л.: СКБ АННТО
АН СССР, 1975. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА
БИНАРНЫХ ПОВЕРОЧНЫХ ГАЗОВЫХ
СМЕСЕЙ (57) Изобретение относится к метрологическому обеспечению газоаналитических приборов, а именно к настройке, градуировке и поверке средств измерения состава компонентов в газовых смесях, работающих при давлениях до 10 МПа и более, которые используются для контроля состава дыхательных сред, связанных с жизнеобеспечением человека в замкнутых пространствах.
Целью изобретения является определение состава газовой смеси в широком диапазоИзобретение относится к метрологическому обеспечению газоаналитических приборов, а именно к настройке, градуировке и поверке средств измерения состава компонентов в газовых смесях на основе гелия, работающих при давлениях до 10 мПа и более, связанных с жизнеобеспечением человека в замкнутых пространствах., . Ц <.> 1 702246 А1 не давлений и повышение точности определения состава газовой смеси. Суть изобретения заключается в следующем. В способе определения состава бинарных поверочных газовых смесей на основе гелия, заключающемся в приготовлении газовой смеси в баллоне под давлением путем смешения исходных чистых газов, выдержке и определении состава смеси на выходе из баллона в объемных долях при условиях окружающей среды аналитическим методом, дополнительно измеряют давление смеси в баллоне, выбирают коэффициенты сжимаемости гелия при барометрическом давлении и давлении газовой смеси в баллоне и определяют массовую концентрацию смеси по соотношению коэффициентов сжимаемости гелия по формуле
Pcp = Рсм Z1 Ф Ф Рб 22 - ГДе Рср массовая концентрация 1-го компонента при повышенном давлении, кг/м; Pc — 2давлез. ние газовой смеси в баллоне, кгс/см; РБ— барометрическое давление, кгс/см; Z1, Z2—
2, коэффициенты сжимаемости гелия при РБ и
Pcv соответственно и температуре окружающего воздуха; 4 — плотность 1-го компонента при РБ и температуре окружающего воздуха, кг/м;Ф вЂ” объемная доля 1-го ком3. понента при РБ, доли единицы. 2 табл.
Целью изобретения является определение состава газовой смеси на основе гелия в широком диапазоне давлений с высокой точностью.
Поставленная цель достигается за счет того, что в способе определения состава бинарной поверочной газовой смеси на основе гелия, заключающемся в приготовлении
1702246 Рсм см Р = см г",йр, 0Т (6) гп;р -. Р °
Z, Йр. Т
10 (7) 25 тогда р,= п (3) 40
1 (рсм р Р.с Рсм -(p
2 5 (12) газовой смеси в баллоне под давлением путем смешения исходных чистых газов, выдержке и определении состава газовой смеси в обьемных долях при условиях окружающей среды аналитическим методом, дополнительно измеряют давление смеси в баллоне, выбирают коэффициенты сжимаемости гелия и ри барометрическом давлении и давлении газовой смеси в баллоне и определяют массовую концентрацию смеси по соотношению коэффициентов сжимаемости гелия по формуле см < А (1) б 2 где/ — массовая концентрация i-го компоP з, нента при повышенном давлении, кг!м;
P« — давление газовой смеси в баллоне (камере), кг/см ;
Рб — барометрическое давление, кгс/см;
Z<, Zz — коэффициенты сжимаемости reЛИЯ ПРИ Рб И Рс((СООтВЕтСтВЕННО И тЕМПЕРатуре окружающего воздуха;
Ф(— обьемная доля i-го компонента при
Рб дОли единицы;
do — плотность i-го компонента при Рб и температуре окружающего воздуха, кг/м;
Массовая концентрация, выраженная через массу f-ro компонента, и вместимость сосуда (баллона) имеет вид:
Ю;р (2)
1Р.- u где ррб и(О(р,„— массовые концентрации
i-ro компонента при повышенном и барометрическом давлениях соответственно, кг/мз.
П1(р«И ГП<>рб MBCCb(I ГО КОМПОНЕНта при Р«и Рб, соответственно, кг;
Чб — вместимость сосуда (баллона), м .
Уравнение Менделеева-Клайперона для газовой смеси при повышенном и барометрическом давлениях имеет вид:
РсмЧб = Z2 NpcM R T (4)
Рб Vg=Zl Npe R-Т (5) гДе Рс и Рб — Давление газовой смеси пРи повышенном и барометоическом давлениях соответственно, кгс/см;
22 и Z< — коэффициенты сжимаемости
1 1
ГаЗОВОй СМЕСИ ПРИ Рсм И Рб СООтВЕтСтВЕННО;
VPc И МРб — ЧИСЛО МОЛЕЙ СМЕСИ ПРИ Рсм и Рб;
R — газовая постоянная, кг.см/моль, К;
Т вЂ” температура газовой смеси, К.
Выразим из уравнения (4) и (5) Чб и подставим в формулу (1) и (2) соответственно, 5 получим;
Разделив уравнение (6) и (7), получим
°, ( 1 см Рсм см Р (8)
t 1р п1р Ъ -2 pñì
Умножим и разделим правую часть
20 уравнения (8) на молекулярный вес компонента М(, получим: ( (" Рсм рсм см Е1 ° ЙРр >((9) ((РЯ 2 NPñÌ cM N; ° Р
=((;р
М, см y, = iP<
30 формула (9) примет вид:
Р,р, й;р, .и„z,.ð, "Р м " РВ 2 Р5
35 следовательно (i c(, Рсм
1 -,,так как
P Рб с 2 Pb Рсм ((Р (0) 45 Подставив (11) в (10) получим формулу (1)
Р P,4;.z, 50 Для определения коэффициентов сжимаемости смеси в широком диапазоне давлений был применен метод измерения массы смеси, приходящейся на единицу давления в баллоне известной вместитель55 ности при разных давлениях (от 10 мПа до 1 мПа) и нахождения отношений масс при условиях окружающей среды (P и комнатной температуре) к полученным массам при той же температуре при разных давлениях, 1702246
35
45
По большому количеству данных, полученных экспериментально, были определены коэффициенты смесей 02 в Не и С02 в Не в диапазоне 0,1 — 21,0 g, и от 0,1 до 4,5 g, соответственно. Полученные коэффициен- . 5 ты сжимаемости газовой смеси полностью совпадали в пределах погрешности с коэффициентами сжимаемости чистого гелия для тех же давлений и температуры, причем относительная погрешность изменения коэффициентов сжимаемости не превысила
0,2; .
Результаты измерений сведены в табл,1.
Таким образом экспериментально было доказано, что Z1 =Z1и Z2 =Z2, тогда
ppcv Ф, А (1) (Рсм
Из формулы (1) следует, что ее решение не требует сложных расчетов — коэффициенты сжимаемости гелия для укаэанных оптимальных условий давлений известны — и производительность определения состава бинарной смеси повышена по крайней мере в 2 — 3 раза. При этом повышена точность определения, так как погрешность при определении коэффициента сжимаемости смеси больше погрешности, установленной для коэффициентов сжимаемости чистого гелия при различных условиях (давлениях и температуре).
Поверочные газовые смеси, состав которых определен при условиях окружающей среды (близких к нормальным), не пригодны для градуировки и поверки газоанализаторов контроля, работающих в широком диапазоне давлений, так как состав газовой смеси внутри камеры (баллона) не идентичен смеси на выходе из-за отклонения поаедения реальных газов и смеси от идеального состояния, вызванного наличием у молекул собственных объемов и сил притяжения и отталкивания
Предложенный способ определения состава поверочной газовой смеси реализуется следующим образом.
ПриготавлИвается на манометрической установке бинарная газовая смесь нужного состава (02 в Не или СО2 в Не) в остальном баллоне под давлением путем смешения потоков двух чистых компонентов. Баллон с газовой смесью выдерживается в горизонтальном положении при комнатной температуре 2-3 сут для гомогенизации смеси.
Определяется состав газовой смеси в объемных долях в условиях окружающей среды одним из аналитических методов, например объемным 3,4 определяется Ф1 .
Измеряется давление смеси (Рс ) в баллоне образцовым манометром, температура окружающей среды (т) и барометрическое давление барометром — анероидом (Р6).
Находят г лотность компонента (dt) при
Рв и темт1ературе окружающей среды.
Находят Z1 и Z2 (коэффициенты сжимаемости гелия) для Рсм, Рв и температуры окружающей среды, Данные подставляют в формулу (1) и рассчитывают массовую концентрацию 02 или СО2 в гелии
Примеры реализации способа представлены в табл.2.
Диапазоны измерений были выбраны с учетом возможного содержания компонентов (02, СО2) в дыхательных смесях в широком диапазоне давлений.
Положительный эффект от использования предлагаемого способа определения состава поверочной газовой смеси по сравнению с прототипом заключается в том, что стала возможным определение состава поверочных газовых смесей преимущественно на основе Не в широком диапазоне давлений, что. позволило решить задачу метрологического обеспечения газоанализаторов, работающих при давлениях до 10 мПа и выше.
Формула изобретения
Способ определения состава бинарных поверочных газовых смесей, включающий приготовление газовой смеси в баллоне под давлением путем смешения исходных чистых газов, выдержку полученной смеси и определение ее состава на выходе из баллона в объемных долях при условии окружающей среды аналитическим методом, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью определения состава газовой смеси на основе гелия в широком диапазоне давлений с высокой точностью, дополнительно измеряют давление смеси в баллоне, барометрическое давление и температуру, выбирают коэффициент сжимаемости гелия при барометрическом давлении и давлении газовой смеси в баллоне при температуре окружающей среды. и определяют массовую концентрацию смеси из соотношения коэффициентов сжимаемости гелия по формуле
p, .z,.d, Р;
Р-"р,г, 1702246
Таблица1 табли ца2
8кг/мз кгс/cM Р кгс/смз
Ф„ доли единицы с ц,оС
Смесь кислорода . 22,8 1,3213
25,1 1,2943
21, 1 1,3314 в гелии
0,0014 1,0005 1,0464 . 0,169
0,097 1>0005 1,0466 11,74
0,209 1,0005 1,0459 24,88
99,05
99 9
96 94
1 0353
1,021
-1 0372
Смесь
18 3
2012
2110 углекислого газа в гелии
1,834 0,0019 1,0005
1,851 0,0215 1,0005
1,837 0 0431 1 0005
1,0384 0,265
1,0144 1,133
1,0222 3>64
80,80
30,01
48,6
110237
1,040
1, 034
Составитель А, Кубасов
Техред M.Моргентал Корректор О.Краецова
Редактор Н.Горват
Заказ 4537 TMp3®, Подписное
ВКИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035. Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 где pp — массовая концентрацИя 1-го компонента при повышенном давлении, кг/м;
Рсм — давление газовой смеси в баллоне, кгс/см; ра — барометрическое давление, кгс/см;
z1, Уг — коэффициенты сжимаемости гелия при Рь и Рси соответственно и температуре окружающего воздуха; б1 — плотность 1-го компонента при РО и
5 температуре окружающего воздуха, кг/см;
Ф1-объемная доля I-го компонента при
Рб, !
