Газоанализатор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<> 805138

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву 51 М „з (22) Заявлено 03.10, 78 {2 ) 2671297/18-25 с присоединенивм заявки йо (23) Г)риоритет

Опубликовано 1502.81. Ьоллетень Й9 6

Дата опубликования описания 15 . 02. 81

501 21/01

Государственный коянтет

СССР по делая мзобретенмй и открытий (53) УД< 535. 34. 4 (088. 8) Г. Корольков и A. И. Руд (72) Авторы изобретения (73) Заявитель./

Харьковский институ инженеров строительства (54) ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к исследованию анализу материалов с помощью оптических методов путем поглощения световых лучей.

Известны спе ктроабсорбционные оптические гаэоаналнзаторы, работающие по принципу прямого измерения энергии излучения, ослабленной веществом в результате избирательного поглощения, содержащие источник оптического излучения, сменные интерференционные фильтры, измерительную кювету, устройство забора пробы, приемник излучения, измеряющий эиергию излучения, прошедшую исследуемую пробу, промежуточную электронную схему, систему индикации 1 ).

В газоанализаторах данного типа избирательное выделение аналитичес- 2О ких спектральных составляющих достигается с помощью интерференционных фильтров. Однако имеются значительные трудности в создании дешевых, стабильных, узкополосных (для инфра- 25 красной области) фильтров, а их способность выделять одну составляющую, а не весь спектр излучения., поглощаемый веществом, ограничивает энергетическую эффективность воздей 30 ствия ослабленного излучения на приемное устройство.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гаэоанализатор, содержащий источник излучения, генератор частоты, схему счетчика с дешифратором, измерительную кювету, пробоэаборник, приемник излучения, схему накопления и запоминания сигналов, схему индикации (2 ).

В одном из последовательных циклов забора пробы воздушная смесь, засасываемая в измерительную кювету, проходит через каталитический скруббер, очищакщий ее от озона. В течение одной секунды измеряется и интегрируется интенсивность лучистого потока, прошедшего очищенную пробу (сравнительный полуцикл ). Накопленный сигнал запоминается в запоминающем устройстве. В другом цикле забора пробы исследуемая воздушная смесь засасывается в измерительную кювету неочищенную от озона.

Забор пробы дважды, для каждого случая определения концентрации озона в воздушной среде, снижает достоверность измерения вследствие конвенционйях процессов, происходя805138 щих в воздушном бассейне между двумя циклами забора пробы, а диапазон исследуемых веществ в пробе ограничен одним газом. Кроме того, применение химического катализатора в одном из циклов забора пробы для очистки ее от компонента, на нали-чие которого исследуется проба, представляет определенную техническую сложность обслуживания гаэоаналиэатора.

Цель изобретения — повышение точности анализа, уменьшение влияния дестабилизирующих факторов и улучшение эксплуатационных качеств устройства.

Укаэанная цель достигается тем, что газоанализатор дополнительно содержит барабан с набором эталонных кювет, расположенный за измерительной кюветой, а электронная схема измерения содержит компаратор, триггер, первый элемент Р, формирователь стробирувщих импульсов, второй элемент И, причем первый вход первого элемента И соединен с выходом триггера, второй вход соединен с выходом формирователя стробирующих импульсов, а третий вход соединен с генератором частоты, выход этого же элемента И соединен со схемой индикации, первый вход второго элемента И соединен с одним из выходов схемы накопления и запоминания сигналов, второй вход соединен с выходом схемы счетчика с дешифратором, а выход . с одним иэ входов триггера и вхо.дом формирователя стробирующих импульсов, второй вход триггера подключен к выходу компаратора, соеди.ненного с одним иэ входов схемы накоалеиия и запоминания сигналов, два других выхода которой соединены со входами комиаратора.

Иа фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого, газоанализатора; на фиг.2 — временная диаграмма, поясняющая его работу.

Газоанализатор содержит источник

1 излучения, оптически соединенный с измерительной кюветой 2, имеющей пробозаборник 3, и приемником излу.чения 4, генератор 5 частоты, элек, трически соединенчый через схему счетчика с дешнфратором б со схемой

7 накопления и запоминания сигналов, подключенной выходом ко входу приемника 4 излучения барабан 8 с набором эталонных кювет, оптически связанных с измерительной кюветой и приемником излучения, компаратор 9, подключенный входами к схеме 7 накопления и запоминания сигналов, а выходом — к другому входу этой схемы и к одному из входов триггера 10, другой вход которого подключен к выходу элемента И 11, соединенного с формирователем 12 стробирующих импульсов, при этом один вход элеменга И 11 соединен с выходом дешифратора 6, другой — с выходом схемы 7 накопления и запоминания сигналов, элемент И 13, соединенный с первым входом с выходом триггера 10, вторым — c выходом формирователя 12 стробирующих импульсов, третьим — с генератором 5 частоты, а выходом— со схемой 14 индикации.

B гаэоаналиэаторе исследование газовой среды на интересующие компоненты приводится в одной неочищен10 ной от компонента, на который она исследуется, пробе, а избирательное выделение аналитического спектра для каждого анализируемого вещества многокомпонентной смеси осуществля1$ ется в эталонной кювете с веществом, на наличие которого исследуется содержание пробы, причем переход в исследовании пробы с одного вещества на другое осуществляется при повод роте барабана, обеспечивающем подачу кюветы с требуемым веществом.

На фиг.2 дана временная диаграмма, поясняющая работу газоанализатора с преобразованием типа "вымя-импульс", где И„ - напряжение на выходе приемника излучения;

Ии тор — HaKQIIJIeHHHA интеграто. интср ром сигнал в сравнительном полуцикле в течение времени E (беэ эталонной

30,кюветы);

И, „ - накопленный интегратором сигнал в измерительном полуцикле, доведенный до .уровня .ранее на35 копленного сигнала в сравнительном полуцикле в течение времени C+a% = C (с эталонной кюветой)

Т,II,Ø вЂ” варианты, включающие срав.нительный и измерительный полуциклы, а именно: 1 вариант — в исследуемой пробе отсутствует вещество, которым заполнена эталонная кювета;

П вариант — исследуемая проба эна4> чительно насыщена веществом, которым заполнена эталонная кювета;И! вариантисследуемая проба насыщена веществом, которым заполнена эталонная кювета так, что введение в измерительном

$0 полуцнкле в лучистый поток эталонной кюветы не изменило Оп относительно сравнительного полуцикла.

Экспонента AB отражает нелинейный ный закон поглощения энергии излуд чения эталонной кюветой. Измерительный цикл газоанализатора определяется при заполненной измерительной кювете исследуемой пробой, временем измерения и интегрирования интенсивности лучистого, потока в сравнительном и измерительном полуциклах.

В первом полуцикле сравнительном в течение, например, одной секунды измеряется и интегрируется интенсивность лучистого потока, про805138 шедшего исследуемую пробу. Время интегрирования задается генератором частоты. Накопленный сигнал запоминается и передается на один из входов компаратора.

Во втором полуцикле (измерительном) измеряется и интегрируется интенсивность лучистого II0TQKa про" шедшего исследуемую пробу и эталонную кювету. Накапливаемый сигнал подается на второй вход компаратора.

При этом триггер 10 находится в состоянии, с его выхода на входе элемента И 13 действует потенциал логической "1", формирователь 12 стробирующих импульсов — в соотоя- 15 нии покоя, a c его выхода На входе этого же элемента действует потейциал логического "0". На входе элемента И 11, соединенного с выходом схемы 7 накопления и запоминания 2Î сигналов, — потенциал логического

"0" . Элементы И 11 и 13 закрыты. По истечении одной секунды накоплений сигнала дешифратор б выдает импульс, который поступает на один из входов элемента И 11 и в схему 7 накопления и запоминания сигналов, в последней передним фронтом этого импульса для входа элемента И 11 задается потенциал логической "1". Элемент И 11 пропустит импульс дешифратора, Который изменит состояние триггера 10 с "1" на."0" и запустит формирователь 12 стробирующих импульсов, В результате на входе элемента И 13 с выхода триггера 10 появляется потенциал логического "0", а на выходе этого же элемента с выхода формирователя 12 стробирующих импульсовпотенциал логической "1".

Если в пробе отсутствует исследуемый компонент, то время накопления сигнала во втором полуцикле (измерительном) до уровня накопленного сигнала в первом полуцикле (сравнительном), ввиду спектрального ослабления лучистого потока веществом эталонной кюветы, можно представить как

SO где C — например, равно одной секунде;

bt — время продолжающегося накопления сигнала во втором полуцикле, по истечении одной секунды, задается с выхода формирователя 12 стробирующих импульсов в виде импульса нормированной длительности, причем для каждого вещества д. нормированно, исходя из коэффициента поглощения @> излучения веществом на единицу толщины слоя газа в сантиметрах при нормальном давлении и температуре.

При достижении накапливаемым сигналом в измерительном полуцикле уровня накопленного сигнала в сравнительном полуцикле . компаратор 9 выдает импульс, которым триггер 10 переводится из "0" состояния в "1", а с выхода схемы 7 накопления и запоминания сигналов на выходе элемента И 11 задается потенциал ло-гического "0" ° Нахождение триггера в "0" состоянии можно представить потенциалом длительностью st, задаваемым импульсом дешифратора 6,. по истечении одной. секунды накопления сигнала в измерительном полуцикле, до момента наступления равенства уровней накопленного сигнала в сравнительном и накаливаемого сигнала в измерительном полуцикле. При достижении уровней напряжения на входах компаратора 9 последний переводит триггер 10 в "1" состояние.

При условии, что в пробе отсутствует исследуежй компонент, длительность стробирующего импульса равна времени нахождения в "0" состоянии триггера, 10, т.е.

at = at.

I ч; - Г,4. а.Ь=О (3) На основании изложенного, промежуточную количественную концентрацию компонента в среде можно оценивать временным интервалом

b.+ >гь Ь >so (4) В каждом измерительном полуцикле импульсы длительностью д t с выхода формирователя 12 стробирующих импульI

Импульсы длительностью at u at одновременно действуют на входах элемента И 13, первый в виде потенциала логической "1", второй в виде потенциала логического "0". Элемент

И 13 закрыт и сигналы, действующие на одном из его входов от генератора

5 частоты, в счетчик схемы 14 индикации не поступят, т.е. счетчик остается в состоянии "покоя".

Если в пробе присутствует компонент, на наличие которого производят исследование, то интенсивность лучистого потока, попадающего на слой вещества эталонной кюветы, будет несколько ослаблена. При большой концентрации исследуемого компо-нента в пробе последний полностью поглощает составлякщие спектра излучения, соответствующие полосам поглощения исследуемого вещества, вследствие этого. в измерительном полуцикле в эталонной кювете поглощение энергии не будет иметь место и, следовательно, время накопления сигнала в первом полуцикле Г равно времени накопления сигнала во втором полуцикле e

805138 сов и импульс At с выхода триггера 10, действующие на входах элемента И 13, появляются одновременно.

При условии, что в пробе присутствует исследуемый компонент всегда

) t > (5) дС

At - At = ДГ" (6) 25

В течение времени At элемента

И 13 проводит импульсы генератора

5 частоты в счетчик схемы 14 индикации. Чем выше концентрация ком- Зо понента в газовой пробе, тем меньше д t, а следовательно, большее количество импульсов поступит в счетчик схемы 14 индикации. Окончанием действия импульса длительностью At на входе элемента И 13 заканчивает ся измерение концентрации компонента в среде, При последукщих измерениях последовательнОсть полуциклов и порядок срабатывания электронной схемы повторяются. 40

Предлагаемый газоанализатор обеспечивает высокую степень достовернос- ти анализа воздушной среды. Оценка концентрации компонента в смеси пс длительности процесса накопления 4g сигнала и заполнения интервала процесса .накопления дискретным ходом позволяет проводить измерение концентрации составляк цих смеси с высокой точностью. Устройство отличают высокие эксплуатационные качества, I т.е. время A t продолжающегося накопления сигнала по истечении одной секунды в измерительном полуцикле О до уровня накопленного сигнала в сравнительном полуцикле, меньше времени д с, взятого при условии, что в пробе отсутствует исследуемый.компонент. Поскольку равенство уравнений накопленных сигналов на входах компаратора 9 достигается быстрее, то импульс с компаратора 9 переводит триггер 10 из "0" состояния в "1" (что соответствует действию на входе . элемента И 13 потенциала логической 20

"1") раньше, чем зак нчивает свое действие на входе этого элемента импульс длительностью дt на время обусловленные автоматизированным процессом измерения.

Формула изобретения

Газоанализатор, содержащий источник излучения, измерительную кювету, пробозаборник, приемник излучения и электронную схему излучения, включающую генератор частоты, схему счетчика с дешифратором, схему индикации, схему накопления и запоминания сигналов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности анализа, уменьшения влияния дестабилизирующих факторов и улучшения эксплуатационных качеств, он дополнительно содержит барабан эталонных кювет, расположенный за измерительной кюветой, а электронная схема измерения включает компаратор, триггер, первый элемент И, формирователь стробирующих импульсов, второй элемент И, причем первый вход первого элемента И соединен с выходом триггера, второй вход соединен с выходом формирователя стробирующих импульсов, а третий вход соединен с генератором частоты, выход первого элемента И соединен со схемой индикации, первый вход второго элемента И соединен с одним из выходов. схемы накопления и запоминания сигналов, второй вход соединен с выходом схемы счетчика с дешифратором, а выход — с одним из входов триггера и входом формирователя суробирующих импульсов, второй вход триггера подключен к выходу компаратора, соединенного с одним из входов схемы накопления и запоминания сигналов, два других выхода которой соединены со входами компаратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Описание газоанализатора серии

МИРАН фирмы "MiLks Scietifiе Corp" (ms ) °

2. Обзорная информация. Анализ и контроль загрязнения окружанхцей среды. ЦНИИТЭИ приборостроения, М., 1977, с. 14.

805138

0цит. унт.и.щ

Puz.g

Составитель И. Панитков

Редактор М. Келемеш Техред И.Майорош Корректор Л. Иван

Заказ 10869/64 Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

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