устройство для градуировки и поверки газоанализаторов

Формула изобретения

Устройство для градуировки и поверки газоанализаторов, содержащее измерители температуры и давления, выходные коммуникации, систему термостатирования и жидкостный термостат, в который помещен выполненный в виде вертикального набора сообщающихся тарелок насытитель, отличающееся тем, что выходные коммуникации устройства и тарелки насытителя выполнены из коррозионно-стойкого материала, например из фторопласта, а весь набор тарелок заключен в стальной корпус.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к газоаналитическим измерениям, и может быть использовано во всех отраслях промышленности для градуировки и поверки газоанализаторов.

Известны устройства для градуировки и поверки газоанализаторов, представляющие собой диффузионные генераторы поверочных газовых смесей (ПГС), содержащие измеритель температуры, систему регулирования и стабилизации расхода газа и термостат, в который помещен сменный источник микропотока [Генератор ГДП-102. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ИБЯЛ. 413142.002 ТО. 1998 г. Генератор ГДП-01. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1Г2.050.010 ТО. 1992 г. (1Г2.050.010 ТУ). Термодиффузионный генератор (ТДГ-01) для приготовления газовых смесей в диапазоне концентраций от 100 до 0,01 млн^-1 с использованием источников микропотока. Производственно-коммерческая группа "ГРАНАТ":каталог продукции (http://www. granat-e.spb.ru/catalog_1284.html)].

Недостатком указанных генераторов является:

- необходимость аттестации источников микропотока (ИМ) по производительности (проницаемости дозируемого компонента через стенку ампулы в поток газа за единицу времени, мкг/мин) при заданной температуре;

- значительная относительная погрешность генератора (10-12%);

получение ПГС в сравнительно узком диапазоне концентраций дозируемого компонента для одного ИМ. Например, для ИМ №7 [Источники микропотоков газов и паров ИМ. Паспорт ИБЯЛ. 418319.013 ПС] с производительностью 2,86 мкг/мин рабочий диапазон составляет от 1,91 до 9,54 мг/м³ (от 0,65 до 3,24 млн^-1 ) хлора в ПГС в нормируемом диапазоне расходов (от 0,3 до 1,5 дм³/мин). Чтобы реализовать заявленный в нормативной документации на генератор диапазон получаемых концентраций необходимо приобретать несколько ампул ИМ;

- ИМ обладают нестабильностью, обусловленной проницаемостью некоторых газов и паров из окружающего воздуха в ампулу. Вследствие этого искажается производительность за счет изменения парциального давления паров дозируемого компонента. По многим причинам ИМ аттестуются сроком на один год.

Известны устройства для градуировки и поверки газоанализаторов, представляющие собой электролитические генераторы ПГС хлора, содержащие систему электрического питания электролизера, стабилизатор тока электролиза, систему стабилизации расхода воздуха и электролизер (электролитическую ячейку), заполненный гидратированной хлористой солью [Генератор хлора "ГХ-120". Технические условия. ЛШЮГ. 413411.008 ТУ. 1997 г. Установка УПГС-5. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 5И2.950.011ТО. 1974 г.].

Такие генераторы также обладают значительной нестабильностью, обусловленной тем, что потенциалы электролиза хлористой соли и воды близки. Параллельно с электролизом хлористой соли происходит электролиз воды. Технически невозможно измерить отдельно ток электролиза соли. Тем более, что доли тока электролиза соли и воды во время работы генератора постоянно изменяются в зависимости от степени увлажнения соли при загрузке электролизера, равномерности распределения влаги по толще электролизной массы в электролизере и равномерности ее насыпной плотности, а также влажности газа-носителя и др. Поэтому ПГС на выходе генератора аттестуется по аналитической методике [Е.Н. Перегуд и Е.В. Гернат "Химический анализ воздуха промышленных предприятий", "Химия", Л., 1970 г., стр.276] каждый раз при его включении и периодически во время работы. Погрешность получения ПГС в этом случае обусловлена погрешностью применяемой аналитической методики.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является генератор влажного газа [авторское свидетельство СССР №890350, кл. 3 G 01 W 1/11, 1979. Генератор влажного газа образцовый РОДНИК-3. ТУ 6 - 86 5К1. 550. 109 ТУ] для калибровки и поверки гигрометров (выбран в качестве прототипа), включающий измерители температуры и давления, жидкостный термостат, в который помещен насытитель, выполненный в виде вертикального набора сообщающихся тарелок, выходные коммуникации и систему термостатирования.

Недостатком генератора является отсутствие возможности дозирования химически агрессивных газов и паров (например, хлора, аммиака, диоксида серы и др.) из-за низкой его коррозионной надежности. Это обусловлено тем, что насытитель и выходные коммуникации генератора, предназначенного для дозирования водяных паров, изготовлены из нержавеющей стали, химически недостаточно стойкой относительно названных веществ. Тарелки насытителя и детали выходных коммуникаций подвергаются коррозионному воздействию (износу), при этом со временем происходит разгерметизация газовой системы, находящейся под давлением до 1,0 МПа.

За счет частичного расходования продозированного компонента ПГС на окисление материала коммуникаций при прохождении по ним ПГС к градуируемому газоанализатору концентрация дозируемого компонента (например, хлора) изменяется, т.е. понижается точность дозирования.

Задачей изобретения является расширение ассортимента высокоточных и надежных устройств для градуировки и поверки газоанализаторов при дозировании в ПГС химически агрессивных газов, устройств, которые обеспечивают возможность расширения диапазона воспроизводимых устройством концентраций дозируемого компонента в ПГС.

Технический результат заключается в

- повышении надежности генератора при получении ПГС с химически агрессивными газами;

- повышении точности генератора для градуировки и поверки газоанализаторов при получении ПГС с химически агрессивными газами;

- обеспечении получения ПГС с массовой концентрацией дозируемого компонента в широком диапазоне.

Технический результат достигают за счет того, что в устройстве для градуировки и поверки газоанализаторов, содержащем измерители температуры и давления, выходные коммуникации, систему термостатирования и жидкостный термостат, в который помещен выполненный в виде вертикального набора сообщающихся тарелок насытитель, выходные коммуникации устройства и тарелки насытителя выполнены из коррозионно-стойкого материала, например из фторопласта, а весь набор тарелок заключен в стальной корпус.

Сопоставительный анализ прототипа и предлагаемого изобретения позволяет сделать вывод, что общими признаками является то, что устройство включает измерители температуры и давления, выходные коммуникации, систему термостатирования и жидкостный термостат, в который помещен насытитель. Заявленное устройство для градуировки и поверки газоанализаторов отличается от прототипа тем, что выходные коммуникации устройства и тарелки насытителя выполнены из коррозионно-стойкого материала, например из фторопласта, а весь набор тарелок заключен в стальной корпус.

На чертеже схематически показан насытитель устройства, который состоит из вертикального набора тарелок 1, прокладок 2 для уплотнения тарелок, стального корпуса 3, обеспечивающего прочность конструкции при подаче под давлением газа-носителя, фланцев 4 и шпилек 5 для их стягивания.

Перед работой насытитель устройства заполняют жидким хлором, устанавливают в термостат, задают температуру термостатирования в зависимости от требуемой концентрации хлора в ПГС и включают устройство в работу.

Устройство работает следующим образом.

Газ при повышенном давлении подают на вход насытителя, в котором поток газа проходит последовательно по каналам всех тарелок, при этом насыщается парами хлора. Далее газовая смесь проходит дроссель, с помощью которого регулируется расход ПГС на выходе устройства, и поступает в поверяемый газоанализатор.

Выполнение выходных коммуникаций устройства и тарелок насытителя из фторопласта исключило коррозию материала. Это в свою очередь повысило долговечность и надежность устройства, а также повысило его точность, поскольку дозируемый компонент не расходуется на окисление выходных коммуникаций.

Заключение в стальной корпус всего набора тарелок насытителя обеспечило его механическую прочность и надежную работу устройства при повышенном давлении газа-носителя (до 1 МПа и выше), позволило уменьшить толщину стенок тарелок и тем самым улучшить теплоотвод и уменьшить время выхода устройства на установившийся температурный режим.

Обеспечение возможности работы устройства при повышенном давлении газа-носителя обусловливает получение ПГС с массовой концентрацией дозируемого компонента в широком диапазоне. При одной и той же заданной температуре термостатирования насытителя устройства только за счет изменения давления газа в насытителе от 0,1 до 1,0 МПа позволяет оперативно изменить концентрацию дозируемого компонента в ПГС на выходе устройства в 10 раз. С учетом возможности изменения температуры термостатирования насытителя диапазон воспроизводимой устройством концентрации компонента в ПГС практически не ограничен.

Массовая концентрация дозируемого компонента в ПГС (С, мг/м³) для температуры 20°С рассчитывается по формуле [Белошицкий А.П. /Приборы и системы управления. - 1994. - №5. - С. 36-39]:

C=pkp_o fMB/[(p_H+p_a)zV_м],

где р - давление насыщения паров дозируемого компонента при температуре термостатирования насытителя, Па (мм рт. ст.); k - коэффициент размерности, k=9,869 млн ^-1/ Па или k=1315,789 млн ^-1/ мм рт. ст.; р_о - нормальное атмосферное давление, равное 101,325 кПа (1,033 кгс/см²); f - повышающий коэффициент, характеризующий отличие давления паров дозируемого компонента в присутствии газа-носителя при заданном давлении от значения давления его паров в вакууме (давление насыщения) при одной и той же температуре; MB - молярная масса дозируемого компонента, г; р_н - избыточное давление газа в насытителе, кПа (кгс/см²); Р_а - атмосферное давление, кПа (кгс/см²); z - коэффициент сжимаемости газа-носителя для температуры и давления газа в насытителе; V_м - молярный объем компонента при температуре 20°С и атмосферном давлении 101,325 кПа, равный 24,05 дм³.

Реализация предлагаемого технического решения позволяет повысить точность устройства (относительная погрешность до 2-3%), а именно улучшить характеристики, относящиеся к основным техническим (метрологическим) характеристикам не только за счет исключения расходования продозированного компонента на окисление выходных коммуникаций, но и за счет исключения не достаточно точной метрологической аттестации ПГС на выходе генератора. Поскольку концентрация компонента в ПГС рассчитывается по аналитической зависимости, основанной на классических законах физики и термодинамики, при этом используются фундаментальные экспериментальные данные по определению значений давления насыщения дозируемого компонента от температуры [Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М., Наука, 1972], в том числе Государственной службы стандартных справочных данных (ГСССД) [Голубев В.П. Теплофизические свойства аммиака //ГСССД, Справочник. М., Изд-во стандартов, 1978, Зубарев В.Н. и др. Теплофизические свойства метилового спирта // ГСССД: Справочник. М., Изд-во стандартов, 1973].

В предлагаемом генераторе существует возможность (путем изменения температуры термостатирования насытителя и изменения давления газа носителя в нем) получения ПГС с непрерывным рядом значений концентрации дозируемого компонента в широком диапазоне: от сотых долей млн^-1 до сотен тысяч млн^-1 . Это свойство в свою очередь обеспечивает возможность поверки (градуировки) одним генератором газоанализаторов с разными диапазонами измерений для контроля как атмосферного воздуха и воздуха рабочей зоны, так и газоанализаторов промышленных выбросов [Белошицкий А.П. /Приборы и системы управления.- 1994. - №5. - С. 36-39].

Кроме того, реализация предлагаемого технического решения позволяет значительно расширить перечень дозируемых особо коррозионно-активных веществ, например диоксида серы, хлора и др.