Способ измерения концентрации газа и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано для создания интерферометрических газоанализаторов. Целью изобретения является повышение точности при измерении концентрации нескольких газов в смеси. Способ измерения включает проведение интерферометрических измерений на нескольких частотах, совпадающих с полосами поглощения анализируемых газов при одновременном измерении интенсивности излучения отдельно в каждом канале интерферометра на каждой частоте, что обеспечивает устранение влияния поглощения излучения на контраст интерференционной картины. В устройстве для реализации способа в схему интерферометра с фотоэлектрической регистрацией интерференционной картины введены блок управления спектром излучения источника, трехрежимный прерыватель каналов интерферометра и перестраиваемая диафрагма для настройки поля зрения приемника на минимум интерференционной полосы на каждой частоте. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

.СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э G 01 N 21/45

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4462633/24-25 (22) 18.07.88 (46) 15.06.90. Бюл. N. 22 (71) Броварский завод пластмасс (72) Ю.А.Скрипник, А,Н.Ильенко, А.П,Бурмистенков, Н.Т.Хоменко и О.Д.Метелкин (53) 543.27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1275271, кл. G 01 N 21/45, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N. 1498193, кл, G 01 N 21/45, 1987. (64) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано для создания интерферометрических газоанализаторов. Целью изобретения является повышение точности при измерении концентрации нескольких газов в смеси. СпоИзобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для многокомпонентного анализа газов, Кель изобретения — повышение точности при измерении концентраций нескольких газов в смеси, На чертеже показана схема устройства, реализующего способ. Устройство для реализации способа измерения концентрации газа включает источник 1 излучения, блок 2 управления спектром излучения источника с приводом

3, интерферометр, образованный двумя делительными элементами 4, 5 и двумя поворотными зеркалами 6, 7, кювету 8 с анализируемой средой, компрессор 9, кювету 10, с эталонной средой, прерыватель ка„„ Ы„„ l 571478 Al соб измерения включает проведение интерферометрических измерений на нескольких частотах, совпадающих с полосами поглощения анализируемых газов при одновременном измерении интенсивности излучения отдельно в каждом канале интерферометра на каждой частоте, что обеспечивает устранение влияния поглощения излучения на контраст интерференционной картины. В устройстве для реализации способа в схему интерферометра с фотоэлектрической регистрацией интерференционной картины введены блок управления спектром излучения источника, трехрежимный прерыватель каналов интерферометра и перестраиваемая диафрагма для настройки поля зрения приемника на минимум интерференционной полосы на каждой частоте. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. налов, включающий приводы 11, 12 управления с соответствующими поворотными зеркалами 6 и 7, перестраиваемую диафрагму 13 с приводом 14, приемник 15 излучения и схему 16 обработки сигналов, включающую фильтр нижних частот 17, аналоговоцифровой преобразователь 18, микроЭВМ

19, цифроаналоговый преобразователь 20 и индикатор 21.

Способ реализуют следующим образом.

Излучение от источника 1 поступает в блок 2, представляющий собой, например. перестраиваемый с помощью привода 3 интерференционный фильтр, в результате чего в излучении выделяется спектральный интервал v>, совпадающий с полосой поглощения анализируемого газа. Затем излучение поступает на делительный эле1571478 мент4 и распределяется в.два канала интер-! ферометра, один иэ которых образован элементами 4, 7,5, а другой -4, 6, 5. При первом положении прерывателя каналов после прохождения излучения через кювету 8 с анализируемой средой и кювету 10 с эталонной средой части излучения объединяются с помощью делительного элемента 5 и образуют интерференционную картину, интенсив,ность излучения в которой !11 измеряется приемником 15, Поле зрения приемника выбирается перестраиваемой диафрагмой 13 в области минимума интерференционной полосы в отсутствие в кювете 8 анализируемого газа, который в рабочем режиме подается компрессором 9.

При втором положении превывателя каналов, реализуемом разворотом зеркала 6 приводом 11, излучение проходит только через анализируемую среду и регистрируется его интенсивность Iz1 без образования интерференционной картины приемником 15.

Аналогично при третьем положении прерывателя каналов регистрируется только излучение, прошедшее через эталонную

Среду I31.

Схема обработки сигналов на основе микроЭВМ обеспечивает управление узлами устройства и расчет концентрации газа в соответствии со следующим алгоритмом.

Интенсивность в области минимума интерференционной полосы равна

111 =121 + tat 2 ЪЯу$0$ф1, (1) где ф1 — разность фаз интерференцирующих пучков, обусловленная разницей показателей преломления п(1 1) и n,(И) анализируемого и эталонного газа на частоте м1.

Или в другом виде

111 = 21 + 131 .

-2 4 и(з со$12$$$, (2) (Ln v1 (,n0 v1 ) где L, 1 о — длины кювет 8 и 10;

С вЂ” скорость света, откуда может быть получен показатель преломления анализируемого газа для частоты излучения у1

1 с 111-Iz1-I31

n(y1) n (y ) — t 2 (arccos

2V I21I31 (3)

Последовательное повторение операций измерений величин l1i",lzvl и 1311 на частотах v1 w.. хм, совпадающих с полосами поглощения N анализируемых газовых компонент позволяет получить N уравнений вида (3) для показателей преломления анализируемой среды на частотах 11, Представляя показатель преломления n(1q)a виде

n(vl ) -n1(yI) С1+ n?(vl) Ст+ ...+A. (м)С, (4) где пи и С вЂ” показатель преломления и концентрация соответствующих компонен5 тов анализируемой среды.

Решение системы N уравнений (4) аналитическим путем обеепечивает нахождение концентраций N компонентов газовой смеси.

10 Способ и устройство для его реализации обеспечивают проведение многокомпонентного анализа при повышении точности измерений за счет исключения влияния поглощения излучения в каналах при интерфе15 рометрических измерениях в спектральных интервалах, совпадающих с полосами поглощения анализируемых газов:

Формула изобретения

1. Способ измерения концентраций га2О за, включающий разделение излучения на зондирующее и опорное, пропускание этих частей соответственно через анализируемую и эталонную среду с последующим совмещением и образованием интерферен25 ционной картины, измерение интенсивности излучения этих картин в поле зрения приемника, о т л и ч а lo ù è и с я тем, что, с целью повышения точности при измерении концентраций нескольких газов в смеси, 30 предварительно в отсутствии измеряемого газа в анализируемой среде выбирают поле зрения приемника в области минимума интенсивности интерференционной картины, после измерения интенсивности интерфе35 ренционной картины прерывают опорное излучение и измеряют интенсивность излучения на выходе анализируемой среды, затем прерывают зондирующее излучение и измеряют интенсивность излучения на вы40 ходе эталонной среды, причем измерения интенсивностей излучений последовательно выполняют на частотах 11 у ... хд, лежащих в полосах поглощений N кбмпонентов анализируемой смеси газов, а их концентра45 ции определяют по результатам измерений аналитическим путем.

2. Устройство для измерения концентрации газа, .содержащее оптически связанные источник излучения, интерферометр, в

50 одном из каналов которого расположена кювета с анализируемой, а в другой — с эталонной средами, прерыватель каналов; приемник излучения и соединенную с ним схему обработки сигналов, о т л и ч а ю55 щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при измерении концентраций нескольких газов, оно дополнительно содержит блок управления спектром излучения источника и перестраиваемую диафрагму, 1571478

Составитель О.Голубев

Редактор М.Недолуженко Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Заказ 1507 Тираж 515 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 расположенную перед приемником излучения, а прерыватель каналов выполнен с возможностью обеспечения трех режимов

I работы: одновременное прохождение излучения по обоим каналам и поочередное — по одному и другому каналам.