Способ оптического абсорбционного газового анализа

 

1. СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО АБСОРБЦИОННОГО ГАЗОВОГО АНАЛИЗА, основанный на поглощении модулированного излучения определяемым компонентсж анализируемой смеси, включаюпдай пропускание излучения через анализируемую смесь, возбуждение перетекания анализируемой газовой смеси между двумя соединенными между собой соизмеримыми по объему камерами, по крайней мере одна из который является лучеприемнрй, и определении погло|деНИН путем измерения сигнала преобразования расхода газовой смеси в электрический сигнал, о т л и ч а rota и и с .я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и упрощения способа/ осуществляют импульсную модуляцию излучения, возбуждение ijepe- текания анализируемой газовой смеси из одной камеры в другую производят до достижения максимального значения импульсного выходного сигнала, а концентрацию определяемого компонента находят по результату измерения одного из параметров импульсного сигнала, при зтом отношение промежутка времени от начала увеличения потока излучения до начала его yMeHifQ шения к постоянной времени преобра зования расхода газа в выходной сиг (Л нал равно ед11нице. 2, Способ по п. 1, отлича ющ и и с я тем, что концентрацию определяемого компонента определяют по высоте импульсного сигнала.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,SU„„

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .:,. j

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2776513/18-25 .(22) 07 ° 06 ° 79 (46) 15.12.83. Бюл. 9 46 (72) A.O.Салль и М.A.Салль (53) 543.422 (088.8) (56) 1. Павленко В.A. Газоанализаторы, М-Л., Машиностроение, 1965, с. 133.

2. Авторское свидетельство СССР

М 894494, кл, G 01 N 21/61 1979 (прототип). (54) (57) 1 ° СПОСОБ ОП1ИЧЕСКОГО ASСОРБЦИОННОГО ГАЗОВОГО АНАЛИЗА, основанный на поглощении модулированного излучения определяемым компонентом анализируемой смеси, включающий пропускание излучения через анализируемую смесь, возбуждение перетекания анализируемой газовой смеси между двумя соединенными между собой соизмеримыми по объему камерами, по крайней мере одна из который является лучеприемной, и определении поглоще-, ния путем измерения сигнала преобразования расхода газовой смеси в электрический сигнал, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений и упрощения способа, осуществляют импульсную модуляцию излУчения, возбуждение перв текания анализируемой газовой смеси иэ одной камеры в другую производят до достижения максимального значения импульсного выходного сигнала, а концентрацию определяемого компонента находят по результату измерения одного иэ параметров импульсного сигнала, при этом отношение промежутка времени от начала увеличения потока излучения до начала его уменз шения к постоянной времени преобразования расхода газа в выходной сигнал равно единице.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что концентрацию определяемого компонента определяют по высоте импульсного сигнала.

10б1009

Изобретение относится к оптическому (н частности, инфракрасному) абсорбционному газовому анализу, ос-. нонанному на поглощении электромагнитного излучения определяемым компонентом анализируемой газовой смеси, Известен способ оптического абсорбционного анализа, основанный на сравнении двух модулированных потоков излучения, один из которых пропускают через анализируемую смесь.

Разность акустических давлений,, возникающих в лучеприемной камере, заполненной анализируемой смесью и. разделенной на две части чувствительной мембраной микрофона, преобразуется н, электрический сигнал 1 7. . Однако данный способ оптического (абсорбционного анализа газон обладает узким диапазоном измерений (область значений концентраций определяемого -компонента, для которой нормированы допускаемые погрешности, измерений) .

Наиболее лизким по .технической сущности к предлагаемому является способ абсорбционного газового анализа, основанный на поглощении модулированного излучения определяемым компонентом анализируемой смеси, включающий пропускание излучения через анализируемую смесь, возбуждение перетекания анализируемой газовой смеси между двумя соединенными между собой соизмеримыми по объему камерами, по крайней мере одна из которых является лучеприемной, и определении поглощения путем измерения сигнала преобразования расхода газовой смеси н электрический сигнал.

При модуляции потока (или потоков) излучения уменьшения потока начинают через полупериод после начала увеличения, а увеличения — через полупериод после начала уменьшения потока.

Продолжительность одного анализа составляет большое число периодов. модуляции излучения, как и н других известных способах абсорбционного анализа L 23 .

Недостатком известного способа является то, что диапазон измеряемых концентраций недостаточный. Возможность расширения диапазона измерений и упрощения способа ограничивается необходимостью осуществления операций усиления и синхронного детектирования рабочего сигнала, зависящего от концентрации определяемого компонента, обладающих недостаточным для использования в оптическом анализе динамическим диапазоном и усложняющих споСоб анализа.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений и упрощение спо соба.

Перед анализом анализируемую .га-. зовую смесь впускают в камеры, выдерживают промежуток времени, необходимый для достаточного выравнивания температур порций анализируемой . смеси в полостях камер, и в конце этого промежутка временк регистрируют установившееся показание и (клк) корректируют его, для чего, например, перераспределяют сопротивление плеч моста преобразователя расхода к добиваются совпадения показания с соответствующей отметкой шкалы .(в частности, нижним пределом измерений), Перед проведением следующего анализа новой пробы анализируемой смеси вновь заполняют полости камер анализируемой смесью, выдерживают смесь неосвещенной в течение

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу оптическоro абсорбционного газового анализа, основанному на поглощении модулиронанного излучения определяемым компонентом анализируемой смеси, включающему излучения через анализируемую смесь, возбуждение перетекания анализируемой газовой смеси между двумя соединенными между собой соиэме10 римыми по объему камерами, по крайней мере одна из которых является лучеприемной, и определения поглощения путем измерения сигнала преобразования расхода газовой смеси в электрический сиг) 5 нал, осуществляют импульсную модуляцию, излучения, возбуждение перетекания анализируемой газовой смеси из одной камеры в другую производят до . достижения максимального значения импульсного выходного сигнала, а концентрацию определяемого компонента находят по результату измерения .одного из параметров импульсного

)сигнала, при этом отношение промежутка времени от начала увеличения потока излучения до начала его уменьшения к постоянной нремени пре- . образования расхода газа в выходной сигнал равно единице.

Концентрацию определяемого компонента определяют по высоте импульсного сигнала.

В течение одного цикла модуляции излучения (или в течение одного периода модуляции излучения, через который повторяют циклы) осуществляют все основные операции: облучают анализируемую смесь импульсом излучения, излучение поглощается определяемым компонентом, измеряют поглощение из40 лучения, для чего регистрируют, по крайней мере один из параметров импульсного выходного сигнала преобразования расхода газа в электриче ский сигнал, по величине которого

45 судят о концентрации определяемого компонента в смеси.

1061009 4 из металлической проволоки с больб5 промежутка времени, необходимого для) выравнивания температур анализируемой смеси в полостях камер, регистрируют и корректируют установившееся показание и т.д.

Более просто смену проб анализируемой смеси в камерах осуществляют путем диффузии через газопроницаемые стенки абсорбционных камер и (или) соединяющих их каналов. В этом случае смену пробосуществляют непрерывно и даже непосредственно в моменты измерений сигналов и корректировок показаний.

Импульсную модуляцию излучения осуществляют кратковременным подклю- 15 чением источника излучения к источнику его электрического .питания, при этом во входное окно из лучеприемных камер впускают излучение, пог-, лощаемое определяемым компонентом . 20 анализируемой смеси и практически . не поглощаемое неопределяемыми компонентами смеси, или в оба входных окна камер одновременно впускают потоки излучения неодинаковых спект- 25 ральных плотностей в области полосы поглощения определяемого компонента и практически одинаковых спектральных плотностей на полосе поглощения мешающего компонента.

На фиг. 1 приведена временная диаграмма зависимости рассеиваемой в источнике излучения электрической мощности (Ф„) от времени; на фиг. 2 — график зависимости выходно- 35

ro сигнала (U „®„) от времени; на фиг. 3 — схема устройства, реализующая предлагаемый способ.

На фиг. 1 и ? по осям абцисс отложены отношения времени Ф к постоян- 40 ной времени преобразования расхода газа в выходной сигнал, равной постоянной времени нагрева и охлаждения порций газовых смесей в камерах.

Рассмотрен случай электрической модуляции излучения. B течение промежутка времени от t =0 до t=t на малоинерционный источник с постоянной. времени значительно меньшей Т подано напряжение, и поток излучения (фи) отличен от нуля только в течение этого промежутка времени. Зависимость поРока излучения от времени имеет вид прямоугольного импульса 1.

Если процесс освещения анализируемой смеси продолжить на время > С, то зависимость выходного сигнала (Овы„ ) имеет вид кривой 2 (фиг; 2).

Максймальное значение выходного.сигнала наблюдается в момент времени

Ф = . П» этому в момент времени 1 =Т. 60 прекращают доступ излучения в смесь, и зависимость выходного сигнала от. времени принимает вид кривой 3 (фиг. 2),. а максимально достаточноеэначение сигнала остается прежним.

Поэтому чувствительность анализа остается прежней, но уменьшаются затраты электроэнергии на проведение анализа. Если перед началом следующего цикла .анализа выдержать промежуток времени 9, при котором остаточный сигнал составит десятые доли процента, промежуток времени от начала уменьшения потока излучения (= Г) до начала его увеличения (4 = + 9 i=10 ) равен 9 т, при этом их отношение равно 9, что значительно больШе единицы, а промежуток времени от начала увеличения потока (1=0) до начала его уменьшения (Ф = ) равен, а их отношение pasно единице. В наиболее общем случае .это отношение может иметь с единицей один порядок величины, Устройство, реализующее способ, включает источник излучения 4 подключенный к источнику 5 электрического питания через выключатель 6, управляемый от блока управления 7 (фиг. 3). Последний может быть выполнен на основе реле времени. Через определенные промежутки времени источник излучения запитывают напряжением на заданные интервалы времени,. которые предварительно выбирают Из условия достижения максимального значения измеряемого сигнала. Импульсы излучения поступают через фильт . ры 8 и 9, а также через окна 10 и 11 камеры 12 и 13 ограниченные стенка,ми 14 и 15 с зеркальными внутренними ский сигнал. Одинаковые термореэисторы 17 и 18 выполнены, например, шим температурным коэффициентом изменения сопротивления, намотанной непосредственно на.трубку 16, Резисторы 19 и 20 (для корректировки нуля) и 21 дополняют схему до моста

Уитстона, к одной диагонали которого подключен источник питания 22, а к другой — самопишущий измерительный логометрический прибор 23, измеряющий отношение выходного сигнала моста к эталонному сигналу. Источник эталонного сигнала входит в комплек1! прибора 23

Для измерения интенсивности (скорости) перетекания смеси между каме

;рами 12 и 13 применен тепловой преобразователь. При отсутствии потока .газа внутри трубкй 16 температуры терморезисторов 17 и 18 практически

;одинаковы, а сигнал на выходе моста практически равен нулю. Для подстройки служит резистор 20. С появлением газового потока от камеры 12 к камере 13 часть тепла от терморези,"тора 18 переносится массой измеряе1 51009

О. 1

Рие 5

ВН1>3(>П)Н 32каэ 10030/45 ТИРаж 873 ПОДПИСНОЕ филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

i«OZ O ПО (ОК„т К ТЕРт!ОРЕЗНСТОРУ - / „Br(aГОдарл ВОзникшей разнОсти температур терморезисгоров 17 и 18 воэникаЕТ СИГН2Л, КОТОР(тй РЕГИСТРИРУЮТ ПРИ-бором 23-. ПО а«плиту-e ::.:.(,1.-(ульского !

IIj «тали находлт ко(т(тент1>ацы(О Опрсде" т(ЛЕ«от O тТО1 :Г(О(->2(!Т2.

В Зан»(С»(К>ОСтИ ОТ СОС clT>a анаЛИЭИ-. руемой с«еси и От того, какой компо-. нeнт с«еси л (3>(ЛЕ >. с Я ОирeлeЛЛe«И»1 т использук>т B !<ачестве >т . -1еп)эие(ч1ной только одну из камер 12 или 13„ в которую выпускают потоп излучения .ереэ входное оклс> 10 или 11, и в

СлутХ2Е НЕОбкоди«ОС т T> Oi- ттт.(рот<НИ фильтр 8 или У, пропускающий излу4 eIIH8 (ттз 21("(II 4eC KIT От(в>(О В I ГО((ОСЕЕ

11ОГт)О(ттЕ»тття Ol!$ т ттЕ1>ЛЕМCI O Кот(Г(О((Е((Т2

Кроме тогО, используют в (ачестве тучсг(р(те(тых Обе камер 12 и 13, т, с „в Оба вход(»1»-:x o <(Ia 10 ((). l ка-!!ер oi!i!oiapei.>сино впускают потоки

1- т,> " i>i(»> i -,т.:,, 3 Q!i >" тттуе("-!, !=e ((>1(лерт

1-.(тт 8;н «(,((О>;;»с(1»(те т;=т i!! 1 ОбРазс> „".

ТО ОНИ (трО1.;-Ска >Т ИЗЛу =ЕНИЕ ПраКТИЧЕСК1> аДиН->КО О т;а ПОЛОСЕ «:I!(a((>i!(eI O

i.,!.(((a.;ol o па полосе

Опт;; ee,т(ЛЕ," ттзт-о, Б>12> ОДaP», ОПТИМИЗНЦНИ CI!eKTPa(b нык плотнсстей сранниз 3Qiмbтx потоков

:излучения практически устранено влияние мешающего компонента.,При этом не только подбирают материалы и толщины фильтров, а определяют их положение в каналах относительно других оптических элементов.

При линейной зависимости измеряемого расхода газа от концентрации определяемого компонента полный диа,пазон измеряемых концентраций был бы (равен 50. Данный способ позволяет значительно увеличить полный диапазон измерений благодаря нелинейности закона поглощения. В устройстве для реализации способа испольвуются сферические лечеприемные камеры, для которых функция поглощения линейна, например до концентрации С .р—

7,4 -10 % СН4, а выше последней аппроксимируется параболой вплоть до верхнего предела измерений

С, „ = 2В СН,(т. Тогда полный диапаэой измерений длл данного способа . равен

=50 ° 0 118 = 424.

С С, - ( (ттах Птах

С

Таким образом, достигается увеличение диапазона измерений, по крайней мере, на порядок при одновременном упрощении способа анализа.