Устройство для измерения концентрации кислорода

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА, содержатее лкялинесцентный чувствительный элемент в виде красителя, адсорбированного на силикагеле, схему возбуждения и приёмник излучения, о т л и ч а юVk е е с я тем, что,, с целью упрокения его конструкции и увеличения , срока службы, схема возбуждения вы;ПОлнена в виде двух электродов, один из которых является источником коронного разряда, а второй выполнен щэозрачным к излучению, при этом :электроды разделены диэлектриком. § О) сл | 4 О г CD . Atta vjtffffff/fbff фу/./

(1% (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) 01 Н 21 64

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИЙ

" 21 ) 3471982/18-25 .(22)19.07.82

i(46)D7.01.84. Бил. В 1 {72)В.Г. Плотников, H.Ñ.Ñéáàäàø и В.A. Савельев (71)Ленинградский филиал Всесовз» ного научно-исследовательского института противопожарной обороны (53)535.37(088.8) (56)1. Авторское свидетельство СССР

В 274486, кл.. 6 01 и 21/64, 1969.

2. Патент ФРГ В 2346792, lm. G 01 Н 21/52, опублик . 1979.

3. Патент ФРГ В 2823318, кл..б 01 И 21/52, опубЛик. 1980 (гинртотип).. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА, содержащее люмннесцентный чувствительный элемент в виде красителя, адсорбированного на силикагеле, схему возбуждения и приемник излучения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что,, с целыс упрощения его конструкции и увеличения срока службы, схема возбуждения вы" полнена в виде двух электродов, один из которйх является источником коронного разряда, а второй выполнен прозрачным к излучению, при этом

;электроды разделены диэлектриком.

1065746

Изобретение относится к газоанализаторам, а более конкретно к анализаторам кислорода, использующим динамическое тушение лкминесценции органических красителей.

Известен анализатор кислорода, ко торый имеет чувствительный элемент, изготовленный путем электрохимического окисления танталовой фольги и нанесения на полученную окись тантала прозрачного электрода из SnO< 10

Возбуждение лкминесценции осущест. вляется как постоянным, так и переменным напряжением. Кислород свободно проникает сквозь тонкий слой SnO в глубину пористой пленки окиси тан- )5 тала, вызывая свечение электролкминесцентной системы Та-TaC>-gnO>.

Интенсивность свечения чувствительного элемента пропорциональна концентрации кислорода в анализируемой газовой среде (1 3.

Недостатками устройства являктся различие неоднозначности в определении концентрации кислорода, связан ной с существованием оптимальной Z5 концентрации кислорода, отклонение от которой в ту или другую сторону уменьшает яркость свечения, прак. тически полное прекращение свечения при отсутствии кислорода, а также сильная зависимость яркости свечения от температуры.

Известен анализатор кислорода, использующий динамическое тушение люминесценции органических красителей кислородом, в котором интенсивность свечения пропорциональна парциальному давлению кислорода в анализируемой среде.

Известное устройство имеет измерительный элемент в форме трубки, который расположен в зоне действия источника света и имеет слой вещества, обладакщего люминесценцией, зависящей от парциального давления кислорода. Люминесцентное вещество состоит из раствора антрацена. Со стороны потока измеряемой среды оно покрыто мембраной. Кислород диффундирует через мембрану B раствор антрацена и ослабляет возбуждаемую в нем 50 источником света люминесцеицию пропорционально своей концентрации (2 ).

Применяемое в устройстве люминес-. центное вещество — антрацен — возбуж. дается s Уф-свете, что требует при- 55 менения газоразрядных ламп, имеющих ограниченный срок службы. Применение

УФ-света для возбуждения приводит к фотоокислению раствора антрацена . и:; как следствие, сокращению его 60 срока службы.

Недостатком данного устройства яв ляется также большая инерционность вследствие длительного времени диффу зии кислорода через мембрану. 65

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения концентрации кислорода, содержащее люминесцентный чувствительный элемент в виде красителя, адсорбированного на силикагеле, схему возбуждения и приемник излучения.

Применение силикагеля обеспечивает малое время реагирования кислорода с возбужденными молекулами красителя. Применение красителя - трипафлавина благодаря его благоприятствующему спектральному диапазону позволяет использовать простые источники света и приемники излучения. В качестве источника возбуждения в данном устройстве используется лампа накаливания, свет которой модулируется с гомощью механического прерывателя (модулятора) 3).

Недостатком известного устройства является наличие элементов возбуждения люминесценции, а именно: механического прерывателя модулятора и лампы накаливания.

Применение механического прерывателя (модулятора ) усложняет схему относительных измерений из-за введения дополнительных элементов для разделения эталонного и измеряемого сигналов. Наличие механически движущихся частей модулятора ведет к ограниченному сроку службы и дополнительным затратам на эксплуатацик. Лампы накаливания также имеют ограниченный срок службы, низкую энергию излучения в диапазоне возбуждения люминесценции и изменение во времени своих световых характеристик.

Цель изобретения — упрощение конструкции и увеличение срока службы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения концентрации кислорода, содержащем люминесцентный чувствительный элемент в виде красителя,. адсорбированного на силикагеле, схему возбуждения и приемник излучения, схема возбуждения выполнена в виде двух электродов, один из которых является источником коронного разряда, а второй выполнен прозрачным к излучению, при этом электроды разделены диэлектриком.

Электрод-источник коронного разряда может быть выполнен в виде проволочной металлической сетки.

Предлагаемое устройство для измерения содержания кислорода основано на принципе динамического тушения люминесценции, возбуждаемой излучением коронного разряда в воздухе.

Коронный разряд возникает тогда, когда имеется конфигурация электродов, при которой поле в разрядном промежутке очень неравномерно. Иони-: рация происходит лишь в тонком слое

1065746 ъ (около электрода с малым радиусом кривизны J, называемом коронирующим. . Ионизированные молекулы азота, которые составляют в воздухе 78%, излучакт свет в диапазоне длин волн 410411 нм, который соответствует спектру поглощения большинства гетероциклических красителей, например трипафлавина, и вызывает их лкминесценцию.

На фиг. 1 показано устройство для измерения концентрации кислорода, общий вид; на фиг.. 2 - чувствительный элемент со схемой возбух-дения.

Устройство состоит из источника 1 возбуждающего напряжения, рабочей 2 и эталонной 3 кювет, в которых размещены чувствительные элементы 4, светофильтра 5, фотоприемника 6, устройства 7 обработки сигналов и измерительного прибора 8. Между светофильтром 5 и чувствительным эле- Я ментом 4 рабочей кюветы 2 имеется канал 9 для протекания анализируемой газовой среды.

Чувствительный элемент состоит из пленки 10, находящейся внутри 25 кювет (рабочей 2 и эталонной 3 ), на которой закреплен силикагель с адсорбированным на нем люминесцентным веществом, и схемы возбуждения, состоящей из прозрачного электрода 11, gp нанесенного на слюдянук пластинку

12, с другой стороны которой приложе:на проволочная металлическая сетка, 13, которая является электродом, создающим"в разрядном воздушном;промежутке неравномерное поле.

Устройства работает следующим образом.

При подаче переменного напряжения. оТ источника 1 возбуждающего напря 40 жения на электроды 11 и 13 схемы возбуждения возникает коронный разряд в слое воздуха между слюдяной пластинкой 12 и проволочной металлической сеткой 13. Возбуждающее напряжение попеременно подается на эталон- 45 ную и рабочую кювету, что соответствует принципу работы модулятора.

Коронный разряд сопровождается .излучением, которое возбуждает люминес ценцию красителя. Кислород, содер- 50 жащийся в анализируемой среде, которая проходит через канал 9 рабочей кюветы 2, тушит эту люминесценцию пропорционально своему парциальному давлению. Свет люминесценции чувстви .55 тельного элемента 4 отделяется с по-"; мощью светофильтра 5 от возбуждаю« щего излучения и в Фотоприемнике б преобразуется в электрический сигнал, :В эталонной кквете 3 находится азот

:или лкбой другой газ, не вызывающий тушения люминесценции, или гаэ с из.вестной концентрацией кислорода. Свет люминесценции чувствительного элемента 4 эталонной кюветы 3 также через .светофильтр 5 -попадает на фото- приемник 6, который преобразует его в электрический сигнал, в результате чего на выходе фотоприемника получается последовательность импульсов, синхронизированных с импульсами возбуждения, отношение амплитуд которых пропорционально содержанию кисрода в анализируемой смеси, согласно закону Штерна-фольмера. о

) 2 где 5 - интенсивность ллюминесценции без кислорода (эталонная кювета ); интенсивность люминесценции при наличии кислорода (рабо- . чая кювета);

К вЂ” константа тушения, P — парциальное давление кисло0 рода в анализируемой смеси.

Электрические сигналы от фотоприемника 6 обрабатываются в блоке 7 обработки сигналов. Полученный в результате обработки сигнал воспроизводится на измерительном приборе 8, проградуированном в единицах парциального дав линия кислорода.

Использование двухканальной cxema измерения позволяет устранить изменение характеристик фотоприемника и источника возбуждения во времени и избавиться от влияния температуры, так как производится измерение отношения интенсивностей люминесценции эталонной и рабочей кювет одним н тем же фотоприемником.

Таким образом, использование в источнике возбуждения люминесценции излучения коронного разряда позволяет отказаться от применения в качест ве источников возбуждения ртутных ламп и лампы накаливания, а также механических модуляторов света. Кроме этого, отпадает необходимость в применении светофильтра для выделения света .возбуждения. Следовательно, чувствительный элемент может быть выполнен небольшим по размеру и гростым по конструкции. Кроме того, возрастет срок его службы, так как в предлагаемой конструкции не расходуется материал источника (у ламп нака ливания вольфрамовая нить ).

На.электроды схемы возбуждения может быть подано напряжение до

500 В с частотой 50 Гц. Величина тока при напряжении 500 B составля.ет около 50 мкА, таким образом, потребляемая мощность равна 2,5 10 Вт,,что значительно ниже, чем у любой лампы накаливания.

1065746

РЕдактор Л. Филь

Закаэ 11033/44 Тираж 828 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

° В ЮФ ю ФЬ

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

18

Составитель Н. Зоров

Техред T. фанта . Корректор И. Шаро и