автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Фотометрический метод и средство контроля герметичности изделий с парожидкостным заполнением углеводородами

ГРЯДУНОВА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА

РГ5 ОД 1 6 МАР 13.93

На правах рукописи

ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД И СРЕДСТВО КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ С ПАРОЖИДКОСТНЫМ ЗАПОЛНЕНИЕМ УГЛЕВОДОРОДАМИ

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля

природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орел - 1998

Работа выполнена в Орловском государственном техническом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор С.Ф.Корндорф

Научный консультант: кандидат технических наук

доцент В.Д.Курбан

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор А.М.Макаров

кандидат технических наук, доцент С.А.Добротин

Ведущее предприятие: ЗАО "Орлане"

Защита состоится "10" марта 1998г.

на заседании диссертационного совета К 064.75.03 при Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29.

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке Орловского государственного технического университета.

Автореферат разослан "10" февраля 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук Да Л А.И.Суздальцев

У

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Надежность и долговечность многих видов современных изделий определяется качеством их герметизации, что привело к разработке многочисленных методов контроля герметичности. Высокочувствительные методы контроля герметичности изделия с помощью контрольных газов, например гелия и аргона, нашли широкое применение в промышленности. Однако они не пригодны для контроля герметичности изделий, заполненных предельным углеводородом. Во первых, потому, что баллон герметичный по отношению к контрольному газу может быть негерметичен по отношению к рабочему вследствие значительной разности активных диаметров молекул рабочего и контрольного вещества, а также различных условий работы баллона и его условий испытания. Во вторых, после заполнения бая-лона рабочим веществом может возникнуть утечка рабочего газа в зоне герметизации баллона. Поэтому возникает необходимость разработки метода контроля утечки именно рабочего вещества.

Предельные углеводороды (метан, этан, пропан, бутан) и их смеси широко применяются в промышленности: ими заполняют баллоны манометрических термометров, термодатчиков, они входят в состав газовой смеси для заполнения счетчиков рентгеновского излучения, газоразрядных ламп, в быту используются как топливо. В процессе утечки газа при заполнении различных баллонов, а также в результате плохой их герметизации возможно накопление в воздухе углеводородов в количестве, превышающем их предельно - допустимую концентрацию (1ЩК - О.бХоб) и создающем взрывоопасную обстановку (нижний предел взрывоопасности 2.1 - 5,0 %об). Длительное воздействие предельных углеводородов на человеческий организм приводит к нарушению работы системы кровообращения, даже при их концентрациях значительно ниже ПДК.

Нарушение герметичности резервуаров, заполненных углеводородами, приводит к значительному снижению надежности и ресурса работы приборов и систем, в которые они входят. Операция контроля утечки вещества заполнения из баллона является неотъемлемым этапом производства герметезируемого резервуара. Так как срок службы таких приборов достигает десяти и более лет, то даже незначительная утечка может привести к преждевременному отказу изделий.

Поэтому разработка метода и средства контроля утечек угле-

водородов иг заполненных ими баллонов является актуальной задачей.

Для контроля взрывоопасных концентраций углеводородов в воздухе используются термохимические, термокондуктометрические. ад-сорбционно - полупроводниковые газоанализаторы, имеющие чувствительность не менее 0,1Хоб по метану, 0,5 Хоб по пропану.

Более чувствительным методом (1СГ7 Хоб) определения этих газов в воздухе является метод, основанный на газожидкостной хроматографии с использованием ионизационных детекторов. Данный метод сложен в реализации, трудоемок, процесс анализа длится не менее 3-х часов, требует обработки хроматограмм с помощью вычислительной техники.

Высокочувствительный спектральный анализ состава воздуха по его оптическим спектрам и масс-спектрометрический анализ применяются только для научных исследований, так как для практического использования они сложны, требуют высокой квалификации обслуживающего персонала и использования дорогостоящего оборудования.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что существующие методы обнаружения углеводородов в воздухе либо сложны в реализации, либо не удовлетворяют по чувствительности и использовать их в средствах контроля герметичности баллонов на производстве нецелесообразно.

Целью работы является разработка метода контроля утечки углеводородов чувствительностью не менее 7,7х10-э Вт, а также разработка простого и надежного автоматизированного средства контроля герметичности газонаполненных баллонов.

Этапы выполнения работы и основные её задачи:

- проведение анализа требований, предъявляемых к методу контроля утечек углеводородов, с целью уточнения необходимых предела обнаружения, чувствительности и точности метода;

- проведение анализа существующих универсальных методов обнаружения утечек вещества, а также методов детектирования предельных углеводородов с целью выбора наиболее предпочтительного для использования в автоматических устройствах контроля герметичности газонаполненных баллонов;

- изучение химических реакций углеводородов с целью определения возможности их использования в качестве вспомогательной операции, повышающей чувствительность метода контроля герметичности баллонов, заполненных углеводородами, и выбор оптимального

реагента;

- теоретическое исследование метода определения утечек углеводородов по изменению оптической плотности раствора реагента в результате вступления его в фотохимическую реакцию с определяемым газом;

- разработка математической модели физико-химического процесса. протекающего при натечке предельных углеводородов в раствор реагента;

- экспериментальное исследование зависимости мевду известной утечкой предельного углеводорода из калиброванной течи и изменением оптической плотности раствора реагента с целью подтверждения возможности исп&яьвования предложенного метода для контроля герметичности газонаполненных баллонов;

- разработка структурной схемы автоматизированного средства контроля герметичности конца капиллярной трубки термосистемы датчика реле-температур;

- экспериментальная проверка разработанного метода с целью уточнения его метрологических характеристик.

Методы и средства исследования. В теоретической части работы испольвуются основные положения законов молекулярной физики, термодинамики и квантовой оптики, а также физической и органической химии, в том числе 1-ый и 2-ой законы фотохимии Гроттоуса и Дреп-пера, законы светопоглощения Бугера-Ламберта и Бера.

Экспериментальные исследования проведены с помощью лабораторного оборудования для химического анализа веществ, электронных приборов, в том числе фотоэлектроколориметра КФК-2, спектрофотометра ОФ-46, рН-метра рН-673, двухпозиционного измерительного прибора ДИП-1, газохромагографа "Цвет-2", секундомера, а также специально созданных приспособлений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- проведена классификация газоаналитических методов детектирования предельных углеводородов;

- предложен новый метод контроля герметичности изделий, заполненных предельными углеводородами с помощью вспомогательной химической реакции;

- на основании результатов спектрофотометрических исследований экспериментально установлена зависимость между скоростью изменения оптической плотности раствора реагента и утечкой предель-

ного углеводорода;

- разработана математическая модель предложенного процесса, связывающего кинетические параметры выбранной химической реакции с утечкой;

- разработан метод и структурная схема автоматизированного устройства для контроля герметичности баллонов, заполненных предельными углеводородами.

Практическую ценность работы составляют:

- разработанный метод контроля герметичности изделий, заполненных предельными углеводородами, отличающийся простотой, достаточной чувствительностью и точностью, позволяющий создать автоматизированное устройство контроля герметичности;

- экспериментально установленная зависимость между скоростью изменения оптической плотности раствора реагента и утечкой предельного углеводорода;

- разработанная структурная схема устройства контроля герметичности баллона термосистемы, заполненного пропаном;

- методика проведения контроля герметичности конца капиллярной трубки баллона термосистемы.

Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в диссертационной работе, в соответствии с заключенным договором переданы АО "Орлэкс", на основе которых последнее разрабатало установку контроля герметичности баллона термосистемы.

Апробация работы. Основные результаты работы были обсуждены и одобрены на 12-и научно-технических конференциях, в том числе на: Всероссийской научно-технической конференции "Состояние и проблемы технических измерений" МГТУ им.Баумана, Москва 1994г., Международном конгрессе "Молодежь и наука - третье тысячелетие" МГТУ им.Баумана, Москва 1996г., научно-технической конференции "Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность -96" ГТУ, Санкт-Петербург, июнь 1996г., Международной технической конференции "Молодая наука - новому тысячелетию". Набережные Челны, 1996г., Международном симпозиуме "Техника и технология экологически чистых химических производств" ГАХМ, Москва. 1997г., Всероссийской научно-техничкой конференции "Методы и средства измерений физических величин", Н.Новгород, июнь 1997г., а также на 5-и научно - технических конференциях в Орловском государствен-

ноы техническом университете.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, получен патент на изобретение и положительное решения о выдаче патента.

На защиту выносятся:

- фотоэлектрический метод определения утечки углеводородов по изменению оптической плотности раствора реагента, обладающий высокой чувствительностью, точностью, простотой реализации, а также легко поддающийся автоматизации;

- выбор в качестве оптимального реагента водного раствора брома;

- результаты спектрофотометрических исследований индикаторного раствора реагента, определяющие оптимальные условия проведения измерении: мощность и диапазон длин волн облучающего электромагнитного излучения, время накопления, диапазон концентраций реагента, кислотность раствора, площадь гетерогенного контакта с воздухом рабочей зоны;

- математическая модель процесса бромирования предельных углеводородов, составленная на основании законов кинетики органических реакций и молекулярно-кинетической теории жидкости и газа;

- результаты спектрофотометрических исследований зависимости скорости изменения оптической плотности раствора брома от утечки углеводорода, показавшие работоспособность фотоэлектрического метода;

- схема устройства контроля герметичности баллона термосистемы, заполненного пропаном.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков и 27 таблиц. Состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников, включающего 160 наименований работ отечественных и зарубежных авторов, а также приложений на 24-х страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш, определена цель и поставлены основные задачи диссертационной работы, дана краткая

характеристика работы, включающая научную новизну, практическую ценность, основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены особенности утечки рабочего вещества из резервуаров с парожидкостным наполнением. На основании законов молекулярно-кинетической теории жидкости и гага, исходя из максимально - допустимого падения давления в резервуаре и срока службы изделия выведена формула для расчета нормы негерметичности регервуаров, т.е. максимально- допустимой утечки рабочего вещества (0дОП). Расчет показал, что норма негерметичности резервуаров термосистем, используемых в холодильных установках, составляет 2,3х10"8 Вт., т.е. эквивалентный диаметр максимально допустимой течи при заданном перепаде суммарных давлений равен 0,7 мкм, а режим течения - ламинарный.

Используя молекулярную теорию жидкости и газа и формулы для расчета сил, действующих на границе раздела фаз между жидкостью и вытекающим тагом, было показано, что пувырек газа при данной норме негерметичности резервуара в воде образовываться не будет и, следовательно, применение пузырькового метода для контроля герметичности резервуара в воде невозможно, а применение других жидкостей нецелесообразно вследствие их высокой летучести.

Анализ детекторов предельных углеводородов показал практическую непригодность их для использования в автоматических установках контроля герметичности резервуаров, вследствие либо малой чувствительности детекторов, либо сложности аппаратурной реализации метода детектирования, высокой стоимости используемых приборов и необходимости высококвалифицированного обслуживающего персонала.

Показана необходимость рассмотрения возможности детектирования углеводородов с помощью вспомогательной химической реакции, в результате которой продукт реакции или один иэ реагентов обнаруживается простым и чувствительным методом, допускающим его автоматизацию.

Во второй главе рассмотрены химические реакции предельных углеводородов с целью определения возможности их использования в качестве вспомогательной операции, повышающей чувствительность метода контроля герметичности регервуаров, заполненных предельными углеводородами. Выбор реакций ограничивался следующими условиями: высокой скоростью прохождения реакции, достаточной просто-

той инициирования. Поскольку предельные углеводороды являются химически слабо активными веществами, то вышеперечисленным условиям удовлетворяют только реакции окисления углеводородов и реакции галогенного замещения.

В результате рассмотрения реакции окисления предельных углеводородов предложен метод определения утечки углеводорода по изменению концентрации кислорода вследствие вступления его в химическую реакцию с рабочим веществом. Выбран камерный метод контроля герметичности изделий и выведена (формула для расчета утечки предельного углеводорода по изменению концентрации кислорода в камере накопления. Для практического осуществления данного метода выбран электронно-захватный детектор, имеющий высокую чувствительность к кислороду. Однако необходимость высокой степени герметичности оснастки, из-за вакуумирования камеры накопления, ограничивает применения данного метода при массовом контроле резервуаров.

Исследование реакций галогенного замещения углеводородов показало, что наиболее перспективной реакцией для обнаружения углеводородов является их химическая реакция с бромом. Данная реакция инициируется электромагнитным излучением с длиной волны 300... 600 нм, удельной энергией 109,1 кДж/моль.

На основании законов светопоглощения (Бугера-Ламберта и Вера) теоретически выведена зависимость скорости изменения оптической плотности раствора брома от утечки предельного углеводорода (Оу):

Оу--^-, (1)

1Н кг е

где лИб - изменение оптической плотности раствора брома; Ур-- объем индикаторного раствора брома, м3; И - универсальная газовая постоянная, Дяс/иоль; Т - температура, К; ^ - время накопления, с; к - коэффициент химической реакции; г - толщина поглощающего слоя, м; е - коэффициент экстинкции брома, м2/моль.

Анализ полученной зависимости показывает, что максимальная чувствительность метода достигается при максимальном коэффициенте экстинкции брома и минимальной площади эффективного сечения кюветы (Ур/г). Максимальная полоса поглощения электромагнитного излучения молекулами брома, указанная в литературных источниках -

- (3964±1 А), однако отсутствуют сведения о величине коэффициента экстинкции на данной длине волны, а также в диапазоне близлежащих волн. Поэтому для оценки чувствительности метода был взят коэффициент экстинкции брома, определенный Брауде в 1938 г. на длине волны 400±20 нм и составляющий 20 м2/моль, (200 л./моль*см). При объеме раствора 1G"6 и3, длине поглощающего слоя Ю-2 м чувствительность метода 5,46xio~3 AD/c*Br. Величина AD, равная 0,001, в настоящее время предельно достижима, тогда утечку предельного углеводорода 2,3х10~8 Вт данным методом можно обнаружить через 9 минут. Время контроля удовлетворяет производственным требованиям. поэтому были проведены теоретические исследования динамики физико-химических процессов.

В результате анализа физико-химических процессов, происходящих при натечке предельного углеводорода в раствор брома, определены виды зависимостей изменения оптической плотности от времени для различных лимитирующих стадий процесса.

При скорости вступления предельного углеводорода в химическую реакции с бромом qx (моль/с), большей скорости диффузии газа <Эд (моль/с), которая в свою очередь, больше скорости его натечки в. раствор qy Смоль/с), теоретическая зависимость количества прореагировавшего предельного углеводорода от времени его натечки в раствор является линейной.

На основании кинетики органической реакции выведено уравнение. связывающее скорость химической реакции со скоростью натечки газа:

ЭС

Qy = VP + VP уТПСГ . (2)

3t

где А:

В выражении (3) К - постоянная Больцмана, Дж/К; Ь - постоянная Планка, Дкхс; г, - трансмиссионный коэффициент; в - сводная энергия активации, Дж; кгАз - отношение рекомбинированных радикалов брома к образовавшимся.

Соотношение (2) справедливо при условии Чу > Чх > Чд-Решением уравнения (2) является выражение:

2qy qy

- ln -

AVP Vp

2 r Qx Чу , Qy qx ч

— С----ln( ---) ]= t, (4)

A Vp VP Vp Yp

из которого видно, что скорость химической реакции экспоненциально стремится к утечке. Время, через которое разность между утечкой и скоростью химической реакции составит О,IX и процесс можно считать установившимся рассчитывается по формуле:

2qy qy 2 0,999 qy

—ln---[--

YP Vp A Vp

0,999qy

- ln -1.

VD

(5)

Для утечки 2,8х10"8 Вт в обьем раствора 10"6 м3 расчетное время составляет 0,49 с.

Путем численного интегрирования уравнения (4), получена зависимость количества вступившего в реакцию предельного углеводорода от времени, (рисунок 1).

МОЛЬХ

xlO

7 6 5

t4

М 3

2

! >,2> <10' "7Bi

\ \ /

1 >,0> <10' "7в< í

/ Ч

/у

у

/у

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 с

t —►

Рисунок 1 - Зависимость количества вступившего в реакцию предельного углеводорода от времени натечки rasa

В случае, когда лимитирующая стадия процесса - диффузионная, зависимость изменения оптической плотности от времени определяется скоростью диффузии, которая при нормируемых натечках предель-

ного углеводорода рассчитывается по формуле:

( 256 Я и L qy ч1/2

^'(„Л.Ц., ) ■ «>

где 0 - коэффициент диффузии газа в раствор; АС - разность концентраций предельного углеводорода на поверхности раздела фаз в объеме жидкости; L - длина течи; п - динамическая вязкость газа; Рр, Рвых - давление рабочее и на выходе утечки.

В третьей главе описаны выполненные с помощью стандартных и аттестованных средств измерений эксперименты. В настоящее время отечественной промышленностью не выпускаются контрольные течи предельных углеводородов, поэтому была изготовлена контрольная течь пропана, в которой в качестве газопроницаемого элемента использовался стеклянный капилляр. Диаметр изготовленной течи был измерен на двухпозиционном измерительном приборе ДИП-1 и уточнен с помощью пересчета измеренной на газохроматографе утечки. Контрольная течь пропана обеспечивает утечку газа в диапазоне 10~9... Ю-7 Вт, за счет изменения давления внутри баллона контрольной течи в диапазоне ( 1,1...1, 6)х105 Па. Погрешность определения утечки газа по геометрическим размерам течи и известным давлениям внутри баллона и снаружи не превышает 2,0 X.

Экспериментально определена зависимость оптической плотности раствора брома от длины волны электромагнитного излучения и на ее основе выбрана полоса пропускания диспергирующего элемента (396±2 нм), обеспечивающая максимальную чувствительность и точность метода (рисунок 2).

Построена градуировочная кривая зависимости оптической плотности раствора от концентрации брома в нем и проведена её аппроксимация, показавшая, что в диапазоне концентраций l.lxio-4... 8,6xio"2 моль/м3 (2,5x1О-2 ...0,2 %об.) эта зависимость линейна. Использование раствора концентрацией более 8,6х10-2 моль/м3 приведет к появлению дополнительных погрешностей. Рассчитаны коэффициенты экстинкции брома для фотоэлектроколорнметра КФК/2 -180,1 м2/моль и спектрофотометра 08/46 - 199,3 м2/моль.

Определены оптимальные условия проведения фотохимической реакции: рН раствора в диапазоне 5,2...7,7 рН, модаость.облучающего потока 40...70 Вт.

В результате проведенных исследований экспериментально оп-

40

36

32

28

| 24

ДО* „20 х10

16 12 8 4

380 382 384 386 388 390 392 394 396 398 400 402 404 406 им

X —►

Рисунок 2 - Зависимость оптической плотности раствора брома от длины волны электромагнитного излучения

- ч '111

> Г

1 ✓ 2,9x10-3 МОЛЬЛГ 3 \ \

✓ Г- — Т 1 1

; / 1 л Г " г N \

1 г \ Г ^ \ ч 1

/ л <■ г \ ' \ 1 \

> 4 / г __ л _ А 1- Г - - Г-Ч т к | и >. \

У / г " 4.13 <10-3 МО. 1 ИЬ/М3 к ч \ \

^ Л г | 1 к ^ ^ У к.

40 80 120 160 200 240 280 320 400 440 480 520 560 600 с

I -►

Рисунок 3

- Зависимость оптической плотности раствора брома от времени при фиксированных значениях утечки

ределена зависимость между скоростью изменения оптической плотности раствора брома и утечкой предельного углеводорода. Анализ полученной зависимости показал, что утечка пропана меньше Ю-7 Вт определяет скорость физико - химического процесса. При утечке более Ю-7 Вт лимитирующей стадией процесса является - химическая (рисунок 3).

Сравнение экспериментально полученных зависимостей оптической плотности от времени при различных нормируемых утечках пропана с теоретической методом корреляционного анализа показало адекватность принятой математической модели физико-химического процесса.

Утечку пропана, соответствующую норме негерметичности термосистемы (2,3х10~8 Вт) можно обнаружить предложенным фотометрическим методом с помощью фотоэлектроколориметра КФК-2 через 5,0 минут с погрешностью 2,5 7., с помощью спектрофотометра СФ-46 через 30 секунд с погрешностью 1,0 X.

В четвертой главе рассмотрены вопросы реализации фотометрического метода контроля герметичности баллонов, заполненных предельными углеводородами. Выбор схемы проведения испытаний на герметичность зависит от величины контролируемого объекта и локального места контроля. Контроль герметичности конца капиллярной трубки термосистемы предложено осуществлять непосредственно .в индикаторном растворе, так как это значительно упрощает схему контроля не внося существенных дополнительных погрешностей.

Анализ схем фотоэлектрических устройств для измерения оптических плотностей растворов показал, что наиболее целесообразно использовать двухканальную схему с одним источником излучения, так как при простоте использования она обеспечивает необходимую точность измерения оптической плотности.

Предложенная схема фотометра содержит один источник излучения и один приемник излучения. Излучение от источника проходит передающую оптическую систему, фокусирующую его в параллельный пучок лучей заданного размера сечения. С помощью призмы и 8еркал пучок разделяется на два параллельных луча. Лучи проходят сквозь измерительную и контрольную кюветы. С помощью обтюратора, который представляет собой диск с отверстиями, приводимый во вращение синхронным двигателем, лучи, выходящие из кюветы, поочередно перекрываются. За контрольной кюветой установлена'диафрагма, позво-

лшдая производить настройку системы. Луч, прошедший через контрольную гаовету, падает на отражающее зеркало, которое частично пропускает электромагнитный поток на фотоэлемент. Далее лучи падают на оптический сумматор и. пройдя через приемную оптическую систему, регистрируются фотоприемником. Часть излучения, прошедшего рабочую кювету, отражается от оптической системы сумматора и падает на фотоэлемент. На выходе фотоприемника попеременно образуются два импульса напряжений - контрольный и измерительный, которые подаются на блок обработки информации.

Анализ спектральных характеристик источников излучения показал. что максимальным излучением в данном участке спектра обладают газоразрядные лампа, причем мощность выпускаемых ламп находиться в широком диапазоне: от 4 до 180 Вт. В качестве приемника излучения предложено использовать вакуумный фотоэлемент с сурьмяно-це8Иевым катодом, имеющим максимальную чувствительность в ближней ультрафиолетовой области, например - ФЭК-22СПУ 210 мА/Вт, позволяющий применить типовой операционный усилитель.Диспергирующий элемент, используемый в фотометре - светофильтр с полосой пропускания 400±5 нм. Определены требования к передающему и приемному оптическому тракту.

С учетом производственных условий массового контроля герметичности баллонов разработаны: структурная схема автоматизированного устройства контроля герметичности на основе стандартных приборов и алгоритм ее функционирования.

Разработанный метод и средство измерения утечки могут быть использованы для контроля герметичности баллонов, заполненных предельными углеводородами (например, баллона термосистемы датчика реле-температур). утечка газа из которых приводит к отказу работы всего изделия. Вопрос о целесообразности их использования должен решаться с учетом анализа нормы негерметичности исследуемого объекта и максимально-допустимого времени контроля.

Разработанная методика проведения контроля герметичности баллона. заполненного пропаном, фотометрическим методом, позволяет скомпенсировать погрешности, возникающие за счет неидентичности кювет, загрязнения растворов и гетерогенной химической реакции брома с водородом воздуха.

Заключение содержит результаты диссертационной работы.

В приложениях представлены результаты экспериментов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе анализа особенностей контроля герметичности баллонов, заполненных газожидкостной смесью предельных углеводородов, установлено, что для контроля данных изделий требуется обнаружить утечку предельного углеводорода порядка 10~9 Вт. Эквивалентный диаметре течи, обеспечивающий минимально-допустимую утечку (2,3х10-8 Вт), составил 0,7 мкм, режиме течения газа через данную течь ламинарный.

2. Разработан фотоэлектрический метод контроля герметичности изделий, заполненных предельными углеводородами, по изменению оптической плотности раствора брома вследствие химической реакции брома с углеводородом, обладающий высокой чувствительностью и требуемой точностью, простотой в реализации и легко поддающийся автоматизации.

3. На основании кинетики органических реакций и вагонов све-топоглощения (Бугера-Ламберта-Бера) выведена зависимость скорости изменения оптической плотности раствора брома от утечки предельного углеводорода. Анализ данной зависимости показал, что максимальная чувствительность метода достигается при использовании кюветы с максимальной площадью "эффективного" сечения и светового потока с длиной волны, соответствующей максимуму поглощения брома.

4. Разработана математическая модель физико-химического процесса бромирования предельных углеводородов, связывающая кинетические параметры химической реакции с утечкой и позволяющая определить вид зависимости изменения оптической плотности во времени для различных нормируемых утечек предельного углеводорода.

5. На основании результатов экспериментальных исследований индикаторного раствора брома определены оптимальные условия проведения измерений, обеспечивающие наименьшую погрешность: а) диапазон длин волн электромагнитного излучения 396±2 нм; б) диапазон концентраций брома - l.lxio-3...8,6х10~2 моль/м3; в) кислотность раствора - 5,2...7,7 рН; г) максимальное время накопления предельного углеводорода в раствор - один час; д) условия хранения индикаторного раствора - герметичная упаковка, минимальная освещенность .

6. Экспериментально определена зависимость оптической плот-

ности раствора брома от утечки пропана. Сравнение полученных результатов экспериментальных исследований с теоретической зависимостью методом корреляционного и дисперсионного анализа подтверждает адекватность принятой математической модели физико-химического процесса.

7. Проведен анализ схем фотоэлектрических приборов, показавший, что двухканальная схема с одним источником излучения обеспечивает необходимую точность и воспроизводимость результатов контроля герметичности при достаточной ее простоте и надежности.

8. Метод определения утечки предельного углеводорода по изменению концентрации кислорода в камере накопления вследствие окисления вытекшего из баллона предельного углеводорода. Установлено, что время выдержки испытуемого изделия в камере накопления, при одной и той же чувствительности детектора на кислород, обратно пропорционально количеству атомов углерода в молекуле предельного углеводорода. Поэтому данный метод целесообразно использовать при детектировании паров жидкостных углеводородов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Корндорф С.Ф. Грядунова E.H. Критическая течь в газовых баллонах // Сборник научных трудов.Орел:ОрелГПИ, 1994. - с.86-87.

2. Корндорф С.Ф., КурбанВ.Д., Грядунова E.H. Определение критической течи в термодинамических системах с газовым наполнением // Тезисы докладов 1-ой н. т.к. Орел: ОрелГПИ, 1994.- С.56.

3. Курбан В.Д., Грядунова E.H.Определение эквивалентного диаметра течи //Тезисы докладов Всероссийской НТК "Состояние и проблемы технических измерений". М.:МГТУ им.Баумана,1994.- С.133.

4. Грядунова E.H. Методы анализа течи по утечкам компонентов газовой смеси // Сборник научных трудов ученых Орловской области. Орел, 1995. - С.67-69.

5. Грядунова E.H., Мухитов Ш.М. Методы контроля микроутечек предельных углеводородов // Теаисы докладов Международной н.т.к. "Молодая наука - новому тысячелетию". Набережные Челны: КамПИ, 1996.- Т.2. - С.81. 6. Грядунова E.H. Фотометрический метод определения углеводородов // Материалы межвузовской областной конференции молодых ученых. Орел: ОрелГПУ, 1996. - С.22-24.

7. Корндорф С.Ф., Грядунова E.H. Способ определения утечки.

Патент на изобретение N 203807. 1997.

8. Корндорф С.Ф., Курбан В.Д., Грядунова E.H. Спектрофото-метрический метод определения утечек. Орел: ЦНТИ, 1996. - 4 с. (Информационный листок N 140-96).

9. Грядунова E.H..Курбан В.Д. Фотометрический прибор контроля утечек углеводородов //Тезисы докладов НТК"Диагностика, измерения, метрология, экология, безопасность". Санкт-Петербург: Санкт- Петербургский ГТУ, 1996.- С.153.

10. Грядунова E.H., Корндорф С.Ф., Курбан В.Д. Методы понижения предела обнаружения малых утечек предельных углеводородов. Сборник научных трудов. Том 10. Орел: ОрелГТУ, 1996. С.7-12.

11. Корндорф С.Ф., Грядунова E.H. Негерметичность газонаполненных изделий как причина загрязнения окружающей среды // Сборник тезисов докладов Международного симпозиума "Техника и технология экологически чистых химических производств". М.: Московская государственная академия химического машиностроения. 1997. -С.61-62.

12. Корндорф С.Ф., Грядунова E.H. Математическая модель физико-химических процессов, протекающих при натечке предельных углеводородов в раствор брома. Орел: ЦНТИ, 1997.- 4 с. (Информационный листок N 61-97).

13. Заявка на патент N95113691/28. Грядунова E.H. Ногачева Т.И. Способ определения степени герметичности замкнутых объемов. Положительное решение от 01.07.97.

14. Грядунова E.H. Средство измерения малых потоков предельных углеводородов// Тезисы докладов 2-ой Всероссийской конференции "Методы и средства измерения физических величин" Н. Новгород: Нижегородский ПУ, 1997.- С.64.

15.Грядунова E.H. Особенности диагностики утечки пропана из резервуара с парожидкостным наполнением. Сборник трудов. Том 1. М.: HTA"Актуальные проблемы фундаментальных наук, 1997.-С.38-40.

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии Орловского областного комитета государственной статистики. Тираж /Оржз. Заказ N