Оптический абсорбционный газоанализатор

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g1) 4 G Ol T 1/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3911435/22-25 (22) 10.06.85 (46) 30.10.86. Бюл. 11 40 (71) Днепропетровский отдел по разработке контрольно-измерительной аппаратуры Всесоюзного научно-исследовательского института горноспасательного дела (72) В.И. Жаботинский (53) 535.24(088.8) (.56) Горелик Д.О., Сахаров E.Б. Оптико-акустический эффект в физикохимических измерениях; M.: Изд-во стандартов,1969, с ° 29.

Тхоржевский В.П. Автоматический анализ химического состава газов.

M.: химия, 1969, с. 118, ÄÄSU ÄÄ 1 267169 А 1 (54), ОПТИЧЕСКИЙ АБСОРБЦИОННЬП1 ГАЗОАНАЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в системах газового анализа, например, при измерениях загрязненности атмосферы, космических исследованиях. Цель изобретения состоит в повыиении чувствительности за счет более полного использования потока излучателя. Для этого газоанализатор содержит кюветы 3 и 4, выполненные из прозрачного, по крайней мере для рабочей области спектра, материала в виде полусфер, разделенных теплоправодящей перегородкой 9, увеличивающей теплообмен излучателя;

1267

1 с внешней средой. Отражающая поверхность перегородки 9 направляет в приемники излучения 13 и 14 попадающую на нее небольшую часть потока излучателя 1, повышая тем самым чувствительность гаэоанализатора. Радиус рабочей кюветы выбран по формуле

B=r+100:(Ê С ), где r — радиус излучателя, м; К вЂ” коэффициент поглощения измеряемого компонента, 1/(м.Ж);

С вЂ” верхний предел диапазона измерения объемной доли измеряемого компонента, Х. Подключение источника питания 2 к излучателю 1 осуществляется через ключ 20, управляемый генератором прямоугольных импульсов 19.

Модулированный в соответствии с этим поток излучателя 1 проходит через кюветы 3 и 4. Ослабляясь на опреде:ленных частотах, характерных для

169 структуры молекул измеряемого компонента, поток излучения, попадающий в приемник излучения 13 рабочего канала, несет информацию о составе анализируемой смеси. В начале каждого измерения, т.е. в момент включения излучателя 1, формирователь импульсов сброса 21 формирует импульс, сбрасывающий информацию измерителя амплитудных значений 22. При этом .сигнал на его выходе на короткое время уменьшается и одновременно, по мере прогрева излучателя 1, возрастает, принимая новое значение, в соответствии с которым устанавливаются показания индикаторного прибора

24, пропорциональные содержанию измеряемого компонента в анализируемой смеси ., 1 з. и. флы, 1 ил.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в системах газового анализа, например, при измерениях загрязненности атмосферы. с;

Целью изобретения является повышение чувствительности газоанализатора за счет более полного использования потока излучателя.

На чертеже представлена схема предлагаемого оптического абсорбционного гаэоанализатора.

Газоанализатор содержит излучатель

1 с источником 2 питания, сравнительную и рабочую кюветы 3 и 4, выполненные из прозрачного для рабочей области спектра материала в виде полусфер, отверстия входа и выхода газа 5-8, метаплическую полированную перегородку 9, имеющую электрический контакт 10 с одним из электродов излучателя 1, соединенную с общим проводом 11 и снабженную на границе устройством 12 теплоотвода, первый и второй приемники излучения (рабочего и сравнительного каналов) 13 и 14 соответственно, побудитель 15 расхода, индикатор 16 расхода, теплообменник 17, соединяющий отверстия 6 и 7, побудитель 18 расхода, генератор 19 прямоугольных импульсов, управляющий ключом 20 и формирователь

21 импульсов сброса измерителя 22 амплитудных значений, соединяющего

5 . регистрирующее устройство 23 с индикаторным прибором 24.

Газоанализатор работает следующим образом.

Через кювету 4 побудителем 18 не1р прерывно продувается анализируемая смесь. Побудитель 15 постоянно откачивает эталонную (нулевую) смесь из кюветы 3, которая, охладившись в теплообменнике 17 до температуры

15 охлаждающей среды, вновь попадает в кювету 3. Эти меры необходимы для устранения локального нагрева смеси, находящейся вблизи излучателя 1. Ин-

| дикатор 16 служит для контроля работы побудителя 15.

Для увеличения теплообмена излучателя 1 с внешней средой и уменьшения времени его остывапи» перегородка 9 выполнена теплопроводящей (металлЪ2 ческой и снабжена на границе устройством 12 теплоотвода. Небольшая часть потока, вследствие неточечных размеров излучателя 1, рассеяния средой кювет, отражения внутренней поверхностью кювет, попадает на от3 1267 ражающую (полированную) поверхность перегородки 9, отражаясь от которой направляется в соответствующие приемники 13 и 14.

Злектрический контакт 10 одпсго из электродов излучателя 1 с перегородкой 9, соединенной с общим проводом 11, упрощает подключение излучателя 1 к ключу 20. Поскольку из кюветы, через приемник излучения, lp необходимо провести только один проводник, то и вызванное им уменьшение потока будет меньше, чем от двух проводников. Соединение перегородки 9 с общим проводом ll устраняет помехи от нее, отрицательно влияющие íà работу высокочувствительной измерительной схемы регистрирующего устройства

23, так как в этом случае перегородка 9 выполняет роль электрического 2п экрана.

Генерато.. 19 через ключ 20 периодически подключает источник 2 к излучателю 1. Модулированный в соответствии с этим поток излучателя 1 про- 25 ходит через кюветы 3 и 4. Ослабляясь на определенных чАстотах характерных для структуры молекул измеряемого компонента, поток излучения, попадающий в приемник 13 излучения несет ин- 3р формацию о составе анализируемой смеси. При этом поток, прошедший через сравнительную кювету 3, попадает в приемник 14 излучения и является опорным. По отношению к нему регист- 35 рирующее устройство 23 измеряет сигнал, !

Подставляя наименьшее значение нелинейности б = 8 Ысь;- получаем оконlчательно

Ксв

Таким образом, радиус рабочей кю;веты, обеспечивающий максимальную чувствительность при наименьшей нелинейнос.си определяется приведенной

Вид регистрирующего устройства 23 определяется типом приемников излучения. Например, в случае оптикоакустических приемников излучения регистрирующее устройство содержит конденсаторный микрофон (индуктивный датчик, терморезистор и т.д.) и измерительную схему, преобразующую физическую величину (соответственно, емкость, индуктивность, сопротивление и т.д.), например, в напряжение.

Сигнал на выходе измерителя 22 амплитудных значений определяется величиной наибольшего сигнала на его входе, подключенном к выходу регистрирующего устройства 23, за время измерения. В начале каждого измерения, т.е. в момент включения излучателя 1, формирователь 21 формирует импульс, сбрасывающий информацию измерителя 22. При эгом сигнал на его

169 4 вьмоде на короткое время уменьшается и одновременно, по мере прогрева излучателя 1 возрастает, принимая новое значение, в соответствии с которым, устанавливается показание инди-. каторного прибора 24, пропорциональное содержанию измеряемого компонента в анализируемой смеси.

Находят чувствительность Ч газоанализатора, равную приращению J В выходного сигнала, вызванному прирашением d C концентрации !

)Ь KC(R-r) () = — n K(R-r) е С 100 где Р; r — радиус кювет и излучателя соответственно;

К вЂ” коэффициент поглощения измеряемого компонента.

Из условия экстремума находим, что

КС является оптимальным значением радиуса рабочей кюветы, при котором чувствительность газоанализатора максимальная.

При измерениях в диапазоне концентрации от С, до, С> (С!! - нижний предел диапазона измерения; C!!— верхшш предел диапазона измерения) чувствительность газоанализатора изменяется соответственно от Я „ дои в .

При этом

К(Я-r) о =е 1QQ 8 ! !! г@е g = — ) 1 — допустимая нелиней(4 ность., Учитывая, что величина В оптимальна для некоторой концентрации С, получаем

Св Си

7 откуда находим

100 1п Б

" + к(с,-с„

Последнее выражение связывает размер кюветы газоанализатора с диапазоном измерения (C!!-C!!) и допустимой нелинейностью I!. электродов излучателя, соединена с общим проводом и снабжена устройством теплоотвода, при этом входное и выходное отверстия сравнительной кюветы соединены между собой через побудитель расхода, индикатор расхода и теплообменник, а радиус рабочей кюветы равен

R=r+

КСВ где r — радиус излучателя, м;

К вЂ” коэффициент поглощения из.меряемого компонента, {м, %)

С вЂ” верхний предел диапазона измерения объемной доли измеряемого компонента, %.

Составитель В. Калечиц

Редактор 10. Середа Техред A.Êðàâ÷óê Корректор С. Шекмар

Заказ 5752/35 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 12671 формулой и не зависит от нижнего прецела измерений С„.

Формула изобретения

1, Оптический абсорбционный газоанализатор, содержащий излучатель с источником питания, оптически связанный с первым и вторым приемниками излучения через сравнительную и !О рабочую кюветы соответственно, регистрирующее устройство с индикаторным прибором, соединенное с приемниками излучения, сравнительная и рабочая кюветы снабжены входными и выходными отверстиями каждая, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьпцения чувствительности газоанализатора, сравнительная и рабочая кюветы выполнены в виде полусфер, 20 соединенных между софой в экваториальной плоскости, причем между полусферами размещена теплопроводящая перегородка с отражающей поверхностью, в центре которой расположен из- 25 лучатель, перегородка выполнена из электропроводящего материала, имеет электрический контакт с одним из

2. Газоанализатор по п. 1; о т— л и ч а ю шийся тем, что источник питания подключен к излучателю через ключ, управляющий вход которого соединен с генератором прямоугольных импульсов, а между регистрирующим устройством и индикаторным прибором введен измеритель амплитудных значений, управляющий вход которого соединен через формирователь импульсов сброса с генератором прямоугольных импульсов.