Абсорбционно-оптический способ измерения концентрации веществ и устройство для его осуществления

 

1. Абсорбционно-оптический способ измерения концентрации веществ, в котором формируют зондирующий пучок света и перемещают его с постоянной скоростью вдоль исследуемого вещества, толщина которого линейно возрастает в направлении перемещения этого пучка света, отфильтровывают высокочастотную составляющую сигнала в пучке света, прощедщем через исследуемое вещество, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений, при перемещении интенсивность пучка света Ф увеличивают во времени по экспоненциальному закону ф Фо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G Ol J 1 44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

К А BTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3658805/24-25 (22) 03.11.83 (46) 23.10.85. Бюл. № 39 (72) В. С. Прохоров (71) Новомосковский филиал Московского ордена Ленина и ордена Трудового Красного

Знамени химико-технологического института им. Д. И. Менделеева (53) 621.383.9(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 673863, кл. G 01 J 1/44, 1977.

Авторское свидетельство СССР № 694800, кл. G 01 N 21/27, 1978. (54) АБСОРБЦИОННО-ОПТИЧЕСКИЙ

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Абсорбционно-оптический способ измерения концентрации веществ, в котором формируют зондирующий пучок света и перемещают его с постоянной скоростью вдоль исследуемого вещества, толщина которого линейно возрастает в направлении перемещения этого пучка света, отфильтровывают высокочастотную составляющую сигнала в пучке света, прошедшем через исследуемое вещество, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, при перемещении интенсивность пучка света Ф увеличивают во времени по экспоненциальному закон

У

Ф =Ф0(1 — е "), — бт где Ф 0 — интенсивность зондирующего пучка света;

„„SU„„1186960 А е — основание натурального логарифма; о — постоянный коэффициент; т — время перемещения пучка света вдоль исследуемого вещества, определяют момент достижения экстремума интенсивности в пучке света, прошедшем через исследуемое вещество и отфильтрованном, а о концентрации вещества судят по интервалу времени от начала измерения до момента достижения экстремума.

2. Устройство для измерения концентрации веществ, содержащее источник излучения с оптическим устройством формирования зондирующего пучка света, состоящим из конденсорной линзы и диафрагмы, сканирующее устройство, кювету, толщина которой линейно возрастает, а также приемник излучения и соединенный с ним фильтр-усилитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерейий, в устройство введены указатель экстремума, измеритель интервала времени и фотоэлектрически и ключ, установленный на сканирующем устройстве, выполненном в виде поворотного диска с прозрачным окном в виде архимедовой спирали, полюс которой совпадает с осью поворота диска, а ширина увеличивается от края диска к центру по экспоненциальному закону, при этом первый вход измерителя интервала времени соединен с фотоэлектрическим ключом, а второй с выходом указателя экстремума, вход которого соединен с выходом фильтра-усилителя.

ll

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при автоматизации научных исследований и промышленных технологических процессов, например, в химической промышленности с применением средств цифровой вычислительной техники.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма его работы.

Устройство содержит последовательно установленные источник 1 излучения, конденсорную линзу 2 с диафрагмой 3, сканирующее устройство 4, кювету 5 с исследуемым веществом, а также линзу 6, фокусирующую узкий пучок света, прошедший через исследуемое вещество, на приемник 7 излучения, который соединен через фильтр-усилитель 8 с указателем 9 экстремума. При этом один вход измерителя 10 интервала времени соединен с выходом указателя 9 экстремума, а другой — с фотоэлектрическим ключом 11.

Кювета 5 с исследуемым веществом выполнена с линейно возрастающей в направлении перемещения узкого пучка света толщиной так, чтобы по мере перемещения этого пучка света линейно увеличивалась толщина исследуемого вещества.

Сканирующее устройство 4 совместно с конденсорной линзой 2 и диафрагмой 3 формирует узкий пучок света, который перемещается вдоль кюветы 5, и одновременно его интенсивность увеличивается по экспоненциальному закону. Для этого посредством конденсорной линзы 2 и диафрагмы 3 формируется пучок света, сечение которого равно сечению торца кюветы 5, через которое входит поток излучения в исследуемое вещество. Из этого пучка света с помощью сканирующего устройства 4 с модулятором интенсивности формируется узкий пучок света, перемещающийся вдоль кюветы 5, интенсивность которого увеличивается по экспоненциальному закону. Для этого сканирующее устройство выполнено в виде вращающегося с постоянной скоростью диска, имеющего прозрачное для потока излучения окно в виде архимедовой спирали, полюс которой совпадает с осью вращения диска, причем ширина окна увеличивается по экспоненциальному закону по мере перемещения его от края диска к его центру. При вращении диска с постоянной скоростью создается эффект периодического перемещения узкого светового пучка, который проходит через окно этого диска и перемещается вдоль длины кюветы от точки с минимальной толщиной до точки с максимальной толщиной слоя исследуемого вещества. При этом ширина окна увеличивается по экспоненциальному закону, поэтому по мере перемещения узкого пучка света одновременно увеличивается его интенсивность.

86960

Поток излучения, прошедший через кювету 5, фокусируется линзой 6 на приемник 7 излучения, где он преобразуется в электрический сигнал и усиливается в фильтреусилителе 8. Далее этот сигнал поступает в указатель 9 экстремума интенсивности излучения, с помощью которого определяют момент достижения экстремума интенсивности в отфильтрованном узком пучке света, Способ осуществляют следующим образом.

Кювета 5 заполняется исследуемым веществом. При этом толщина исследуемого вещества вдоль длины кюветы увеличивается по линейному закону

1= kx, (1) где (— толщина исследуемого вещества;

k — постоянный коэффициент; х — координата длины кюветы в направ10 ленин сканирования узкого пучка света.

От источника 1 излучения с помощью конденсорной линзы 2, диафрагмы 3 и сканирующего устройства 4, выполняющего одновременно функции модулятора интен15 сивности излучения, получают узкий пучок света, который равномерно перемещается вдоль длины кюветы 5 и одновременно интенсивность его увеличивается по экспоненциальному закону

Ф = Фю(1 — е ), (2) где Ф вЂ” интенсивность узкого пучка света, входящего в исследуемое вещество

Фю — интенсивность узкого пучка света от источника 1 излучения; е — основание натурального лога25 рифма; о — постоянный коэффициент; т — время перемещения узкого пучка света вдоль длины кюветы 5.

Проходя через исследуемое вещество, этот узкий пучок света частично поглощается, причем его интенсивность на выходе из кюветы 5 в любой момент времени можно вычислить по формуле, полученной на основании закона Бугера-Ламберта-Бера

Ф =Фе ", (3)

35 где Ф1 — интенсивность узкого пучка света на выходе из кюветы 5 с исследуемым веществом;

E;, — коэффициент поглощения излучения исследуемым веществом;

С вЂ” концентрация исследуемого вещества;

1 — толщина исследуемого вещества (кюветы) через которое проходит узкий пучок света.

Из (1), (2) и (3) получаем

45 + i = Фю(1 — e /е (4)

Учитывается, что узкий пучок света вдоль длины кюветы движется с постоянной скоростью, то

Ф i = Фю(1 — e )e (5) где k i — постоянный коэффициент.

1186960 прошедшем через исследуемое вещество.

Продифференцировав по времени, получаем (6)

О концентрации исследуемого вещества судят по интервалу времени, который измеряют с момента начала пропускания узкого пучка света через вещество до момента определения указанного экстремума интенсивности узкого пучка света на выходе из кюветы 5.

В момент достижения упомянутого экстремума указатель 9 экстремума вырабатывает сигнал на измеритель 10 интервала времени и по этому сигналу заканчивается измерение интервала времени. Начинается его измерение с момента начала пропускания узкого пучка света через исследуемое вещество по сигналу со сканирующего устройства, на диске которого установлен фотоэлектрический ключ, который вырабатывает сигнал на измеритель 10 интервала времени в указанный момент времени.

Измеритель 9 интервала времени градуируется в единицах концентрации исследуемого вещества и с него считывается результат измерения.

При изменении концентрации исследуемо1р го вещества изменяется время до момента достижения экстремума интенсивности уз кого пучка света на выходе из кюветы 5 и, следовательно, изменяется длительность интервала времени, регистрируемая измерителем 10 интервала времени. По изменению длительности этого интервала времени судят об изменениях концентрации исследуемого вещества.

1186960

Сост а в ител ь Ю. Гр и не в а

Редактор Н. Пушненкова Техред И. Верес Корректор С. Черни

Заказ 6536/44 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!

l3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4