Оптический газоанализатор

 

1/ОПТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР , содержапщй оптически связанные источник излучения, чувствительный элемент и регистрирующее устройство, содержащее приемник излучения, о тл и ч аю щ и и с я тем, что, с целью увеличения ресурса работы и упрощения конструкции за счет обеспечения обратимости взаимодействия анализируеьюго газа с индикаторным. ;веществом, чувствительный элемент . выполнен в виде пористого стеклообразного тела с введенными в поры индикаторным веществом, причем размер пор пористого стеклообразного тела примерно на порядок величины меньше длины волны излучения источника и по крайней мере на порядок больше размера молекул анализируемого газа. 2 Оптический газоанализатор по п. ), отличающий ся тем, что для индикащш углекислого газа в поры стеклообразного тела в качестве индикатора введены фенолфталеин и сода. 3.Оптический газоанализатор по п., отли ч а ющи и с я тем, что дпя индикации паров аммиака в поры стеклообразного тела в /.лчестве индикатора введено вещество типа бромкреозолового пурпурового. 4.Оптический газоанализатор по п. I, отличающийся тем, что для индикации паров воды в поры стеклообразного тела в качестве индикатора введена образующая гцдраты соль переходного металла.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1200665 А (5!) 4 G 01 N 21 61

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . 3 „ ".: „,!,.

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ Я :, 1,ур л ",.- .@, (21) 3780819/24-25 (22) 05.06 ° 84 (46) 15,01.88. Бюл.. N 2 (71) Ленинградский институт точной, механики и оптики (72) Г,Н.Дульнев, И,К,Мешковский, А.Ф.Новиков и А.Д.Чернопольский (53) 536.35 (088.8) (56) Павленко В,А. Газоанализаторы., М,, Л.-, "Машиностроение", 1965, с. 194.

Авторское свидетельство СССР

В 492200, МКИ G Ol N 21/26, 1975, (54)(57) 1. ОПТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР,содержащий оптически связанные источник излучения, чувствительный элемент и регистрирующее устройство, содержащее приемник излучения, о т- л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения ресурса работы и упрощения конструкции за счет обеспечения обратимости взаимодействия анализируемого газа с индикаторным

;веществом, чувствительный элемент . выполнен в виде пористого стеклообразного тела с введенными в поры.индикаторным веществом, причем размер пор пористого стеклообразного тела примерно на порядок величины меньше . длины волны излучения источника и по крайней мере на порядок больше размера молекул анапизируемого газа.

2, Оптический газоанализатор по п.1; и т л и ч а ю шийся тем, что дпя индикации углекислого газа в поры стеклообразного тела в качестве индикатора введены фенолфталеин и сода.

3. Оптический. газоанализатор по п,1, отличающийся тем, что для индикации паров аммиака в поры стеклообразного тела в /ачест-: ве индикатора введено вещество типа бромкреозолового пурпурового.

С:

4. Оптический газоанализатор поп.!, отличающийся тем, что для индикации паров воды в поры стеклообразного тела в качестве индикатора введена образующая гидра чы соль переходного металла.

1200665

Изобретение относится к газоаналитическому приборостроению и может быть использовано при разработке и изготовлении газоанализаторов и газо5 сигнализаторов для систем контроля окружающей газовой среды, для промппленной санитарии и для исследовательских газоаналитических систем р аз лично го наз Иач ения . 1Р

Целью изобретения является увеличение ресурса работы и упрощение конструкции, что достигается за счет обеспечения обратимости взаимодейст- 15 вия анализируемого газа с индикаторным элементом в чувствительном элементе.

На фиг.1 показана оптическая схема газоанализатора; на фиг,2 - условное 2Р изображение внутренней структуры чувствительного элемента.

Газоанализатор на фиг.1 содержит источник излучения 1, светофильтры чувствительньпъ элемент 3 B виде пористого стеклообразного тепа, регистрирующее устройство 4, пассивный фильтр 5 (в канале сравнения).

На фиг. 2 изображены молекулы определяемого газа 6, поры 7 в стек- ЗР лообразном теле 8, слой, индикаторного вещества 9, Оптический газоанализатор может быть реализован следующим образом (фиг.1). В качестве источника излучения 1 применяется лампа накаливания со светофильтрами 2, выделяющими излучения с рабочими длинами волн.

Может быть использован вместо этого источник излучения без светофильтров, 4р например, светодиод или лазер, имеющий определенную спектральную характеристику излучения. Рабочие длины волн зависят от спектральной характеристики чувствительного элемента.3, 45 который изменяет свои оптические свойства, например оптическую плотность или люминесценцию, при появлении или исчезновении в окружакицей среде определяемого компонента газовой смеси. Регистрирующее устройство

4 содержит приемник излучения и измеритель электрических сигналов, в которые преобразуется свет, пропущенный или переизлученный чувствительным элементом 3. Источник из.лучения, чувствительный элемент и регистрирующее устройство оптически связаны между собой, Для устойчивой работы регистрирующего устройства в схеме газоанализатора может быть предусмотрен канап бравнения, работаю:щий от того же источника 1, в соответствующем месте в канале сравнения установлен пассивный фильтр 5 °

Чувствительный элемент 3 выполнен в виде пористого стеклообразного тела. В объеме стеклообразного тела

8 (фиг,2) создана система сообщающихся пор 7, на поверхности которых в отдельных участках имеются частицы индикаторного вещества 9, которое специфично реагирует с молекулами определяемого газа 6.

Оптический газоанапизатор работает следующим образом, При появлении в окружающей газовой среде определяемого компонента газовой смеси молекулы последнего диффундируют внутрь стеклообразного тела по системе сообщающихся пор. Диффузия происходит благодаря разности парциальных дав-. лений определяемого компонента газа вне и внутри чувствительного элемен-, та, таким образом, здесь побудитель расхода газа не требуется.

Молекулы газа адсорбируются на поверхности участков индикаторного вещества и изменяют энергетическое состояние и структуру молекул индикаторного. вещества. При этом появляются или исчезают полосы поглощения на спектральной характеристике чувствительного элемента.

Размер пор в стеклообразном теле должен быть примерно на порядок величины ниже, чем длина волны рабочего излучения источника, для того чтобы обеспечивалась прозрачность чувствительного элемента, а с другой стороны, размер пор должен быть достаточен, для того чтобы молекулы анализируемого газа свободно диффундировали в объеме пор, это достигается, когда поры крупнее молекул газа примерно на порядок.

Свет от источника 1 (фиг,1), проходя через чувствительный элемент 3, изменяет свою интенсивность в соответствующем участке спектра, что воспринимается приемником излучения регистрирукщего устройства 4 и преобразуется в соответствующий этому изменению электрический сигнал.

При уменьшении концентрации или исчезновении определяемого газа в окружающей атмосфере парциапьноЕ

:2200665 давление газа вне чувствительного элемента становится меньше, чем внутри (в объеме пор ), и начинается обратная диффузия, сопровождаемая десорбцией молекул газа 6 с поверхнос5 ти индикаторного вещества, которое при этом возвращается в свое исходное состояние, Исходный спектр чувствительного элемента восстанавливается и регистрирующее устройство 4 выдает сигнал об .уменьшении концентрации газа, Пример 1. Для индикации углекислого газа настоящий. оптический газоанализатор реализован следующим образом.. В качестве источника излучения применяется лампа накаливания мощностью 0,5 Вт. Из спектра этой лампы с помощью светофильтра выделя20 ется зеленая область с максимумом про пускания при 560 нм. Эта область спектра согласована со спектральной чувствитепьностью входного фотоприемнйка (СФ2-7У регистрирующего уст- 25 ройства и со спектральной характеристикой чувствительного элемента, Чувствительный элемент выполнен из пористого натриево-боросиликатного стекла в виде пластины размером 10«

«5«1 мм. В пластине создана монодисперсная система сообщающихся пор с максимумом распределения размеров при 7-8 нм, при таких размерах исходное стекло прозрачно в зеленой области спектра. В исходное стекло введены микроколичества фенолфталеина и соды в качестве индикаторного вещества, При этом стеклообразное пористое тело приобретает способ"

:ность поглощать свет в зеленом участке спектра. Известно, что водно-спир.товый раствор фенофталеина и соды . при пробулькивании через него угле;кислого газа обесцвечивается, причем необратимо. В состоянии адсорбации в пористом стекле фенофтапеин и сода начинает взаимодействовать с углекислым газом, продиффундировавшим в объем пор. При этом спектр поглощения стекла изменяется. Изменение спектра обратимо. Характеристика газоанапизатора (зависимость выходного сигнала U от процентного . содержания углекислого газа в воздухе) линейна, обратима и воспроизводима.

Пример 2. Для индикации паров аммиака в-. качестве источника применялись те же источник и приемник излучения.

Чувствительный элемент выполнен так же, только в порах стеклообразного тела s качестве индикаторного вещества введен краситель типа бромкрезолового пурпурового. Выходная характеристика газоанализатора обратима и воспроизводима.

Пример 3. Для индикации паров воды в качестве источника излучения применен светодиод, излучающий с максимумом 670 нм. В качестве приемника излучения,использован согласованный по спектральной характеристике со светодиодом фоторезистор

ФРЗ-12. В порах стекла с приведенны ми выше характеристиками пористости имеется хлорид кобальта в качестве индикаторного вещества. Выходная характеристика также обратима, воспроизводима и линейна.

1200665 фюзи

Составитель Л.Латыев

Техред И.Верес Корректор И,Муска. Редактор Н.Сильнягина

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 715

Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул,Проектная,4