Оптический абсорбционный газоанализатор

 

Союз Советсиил

Социапистичесиил

Реснублии

171

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свих-ву(5 l ) M. Кл. (22) Заявлено 14. 02. 79 (21) 27261 82/1 8 25 с присоединением заявки,%G О1 N 21/61

Геоударстинный комитет

СССР (23) Приоритет ло делам изобретений н открытий

ОпУбликовано 15 ° 12. 81 ° Бюллетень 1 в 46

Дата опубликования описания 15. 12. 81 (53) УД1 535 ° 343..4(088.8) (72) Авторы изобретения

А.О.Салль и М.А,Салль (71) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКИ1! АБСОРБЦИОННЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, конкретнее к оптическим газоанализаторам.

Известен оптический абсорбционный газоанализатор, содержащий источник излучения, модулятор, кювету с анализируемым газом и приемник излучения с .преобразователем излучения в электрический сигнал (1f.

Недостатком этого газоанализатора является большая погрешность, вызванная влиянием условий окружающей среды.

Наиболее близким к изобретению является оптический абсорбционный газо- 5 анализатор, содержащий источник излучения, модулятор, г бочую и сравнительную камеры, приемник излучения с двумя камерами, по крайней мере, 20 одна из которых является лучеприемнои камерой, внутренняя полость которой ограничена окном и внутренней зеркальной поверхностью стенки камеры, и преобразователь излучения в электрический сигнал $2 (.

Недостатком известного газоанали" затора является невысокая надежность, так как вследствие неполной герметичности камер состав лучеприемной смеси постоянно изменяется из-за нате" кания. Кроме того, применение в качестве преобразователя излучения в электрический сигнал микрофона накладывает жесткие ограничения на ус" ловия эксплуатации газоанализатора так же, как отсутствие вибрации>ударных нагрузок и т,д.

Целью изобретения является повы" шение надежности и упрощение конструкции.

Цель достигается тем, что в оптическом абсорбционном газоанализаторе, содержащем источник излучения, модулятор, рабочую и сравнительную камеры, приемник излучения с двумя камерами, по кра" íåé мере, одна из которых является лучеприемной каме"

8901 71 рой, внутренняя полость которой ограничена окном и внутренней зеркальной поверхностью стенки камеры, и преобразователь излучения в электри" ческий сигнал, рабочая и сравнитель" ная камеры совмещены с камерами при" емника излучения, а преобразователь излучения в электрический сигнал выполнен в виде измерителя расхода газа. 16

Кроме того, отношение наименьшей ширины внутренней полости лучепри" емной камеры к диаметру окна - не меньше двух.

Кроме того, внутренняя зеркальная поверхность стенки лучеприемной камеры выполнена сферической, На чертеже схематически показано предлагаемое устройство.

Газоанализатор содержит источник излучения 1 и рефлектор 2, предназначенный для направления излучения че;. рез окно 3 в полость 4 и лучеприемной камеры приемника излучения. Лучеприемная полость ограничена окном 3 и д стенкой 5 с внутренней зеркальной сферической поверхностью, радиус кривизны которой обозначен через R, Стенка 5 лучеприемной камеры собрана, например, иэ двух полусферических вогнутых зеркал, одно из которых имеет в центре отверстие для окна 3.

Синхронный электродвигатель 6 приводит в движение обтюраторный модулятор излучения, содержащий металлические

35 лопасти, разделенные прозрачными секторными промежутками, или поочередно (в направлении вращения) расположенные (без прозрачных промежутков) on" тические фильтры 7 и 8, При опредеео лении паров воды в воздухе в качестве последних можно использовать известные пластины из фтористого лития и фтористого кальция. Небольшая кольцевая часть модулятора 9 выполнена

45 из магнитного материала и используется. совместно с преобразователем 10 в качестве датчика опорного сигнала при синхронном детектировании рабочего сигнала.

В приемнике лучепреломления камера является внутренней: она размещена непосредственно в полости 11 другой камеры " наружной. Полость 11 отделена от окружающей среды корпусом 12 (он состоит, например, иэ двух частей, скрепленных между собой обычными средствами после того, как внутри установлена лучеприемная камера) и диффузионным противопылевым фильтром 13, например, керамическим, через который атмосферный анализируемый воздух непрерывно путем диффузии поступает непосредственно в полость 11 и в полость 4 через отверстие 14 в стенке 5 лучеприемной камеры. Полости 4 и 11 соединены каналом 15, внутри которого последовательно друг за другом установлены терморезисторы 16 и t 7.

Принцип работы гаэоаналиэатора состоит в следующем, При вращении фильтров 7 и 8 поступающее в полость 4 излучение оказывается промодулированным на участке спектра, где поглощает определяемый компонент анализируемой смеси.

Модулированное излучение, поглощаясь в лучеприемной полости 4, вызывает в ней колебания температуры газовой смеси. Последняя периодически расширяется и сжимается (пульсирует). При этом часть смеси периодически с частотой модуляции излучения перетекает из полости 4 в полость 11 и обратно через отверстие 14 и канал 15, в котором последовательно по току газа размещены нагреваемые электрическим током термореэисторы 16 и 1 7, воспри" нимающие зто периодическое перетекание газовой смеси. Действительно, при отсутствии газового потока между полостями 4 и 11 газовая среда, окружающая терморезисторы, неподвижна.

Оба термореэистора нагреты джоулевым теплом практически до одинаковой установившейся температуры. При возникновении газового потока между полостями изменяются условия охлаждения терморезисторов Эти изменения неодинаковы, так как газовый поток уносит тепло от одного терморезистора к другому: газовый поток от полости

4 к полости 11 уносит тепдо от термо" резистора 16 к термореэистору 17.

Последний оказывается больше нагрет, чем первый. Наоборот, противоположно направленный поток (от полости 11 к полости 4) уносит тепло от терморезистора 17 к терморезистору 16. Боль" ше охлаждается терморезистор 17, чем термореэистор 16. Поскольку нап" равление газового потока изменяют с частотой модуляции, то с такой же частотой возникает переменный дополнительный тепловой поток между

8901171

10

1S

2S

5S термореэисторами эа счет частичного переноса тепла газовым потоком.

В зависимости от изменения направлений газового потока изменяется и знак разности температур терморезисторов.

Абсолютное значение разности температур тем больше, чем больше расход газа. Периодические колебания раэ" ности температур терморезисторов 16 и 17 воспринимаются и преобразуются измерительной системой в сигнал измерительной информации.

Измерительная система на входе имеет конденсаторы 18 и 19, образующие с терморезисторами 16 и 17 не-. равновесный мост. Конденсаторы введены для достижения максимально возможной мощности сигнала; она достигается при выполнении условиями)ВСЯ1, где ф - круговая частота модуляции излучения (круговая частота сигнала);

R - номинальные сопротивления терморезисторов; С вЂ” емкости конденсаторов»

Одна диагональ моста подключена к ис" точнику питания 20 постоянного тока, а другая через разделительный конденсатор 21 - ко входу усилителя 22 пе" ременного сигнала. .Сигнал после усиления усилителем

22 выпрямляют синхронным детектором

23 (коммутацию синхронного детектирования осуществляют с частотой модуляции излучения обычным образом, например опорным сигналом от преобразователя 10) и подают через линеаризатор градуировочной характеристики

24 газоанализатора (он может быть выполнен на нелинейном элементе, например на полупроводниковом диоде) на вход прибора 25.

Выключатель 26 и корректор погрешностей 27 (например неравновесный мост Уитстона, сопротивления плеч которого подобраны зависящими от напряжения питающей сети, окружающей температуры, а при необходимости и от атмосферного давления) предназначены для периодического контроля коэффициента передачи выходной электрической схемы газоанализатора (и, в первую очередь, контроля коэффициента усиления усилителя) в процессе

его эксплуатации.. При контроле замыкают контакты выключателя 26 и через корректор погрешностей 27 подают эталонный сигнал переменного тока (при необходимости через дополнительный разделительный конденсатор) на вход усилителя 22, б

Источник регулируемого напряжения постоянного тока 28 подключен ко входу линеаризатора градуировочной характеристики 24. Этот источник дает сигнал, который алгебраически сумми" руют с выпрямленным рабочим сигналом (зависит от концентрации определяемого компонента в анализируемой смеси) перед линеариэацией градуировочной характеристики,. Источник 28 применяют при обнаружении достаточно малых концентраций определяемого компонента в смеси (например поглощающих излучение примесей в воздухе), когда может проявиться сигнал, возникающий эа счет поглощения модулиро" ванного излучения зеркальной стенкой лучеприемной камеры (даже при отсутствии определяемого компонента в анализируемой смеси)..В этом случае полярность и величину дополнительного сигнала от источника 28 подбирают такими, чтобы на входе линеаризатора 24 был практически равен нулю суммарный результирующий сигнал при отсутствии определяемого компонента в анализируемой смеси, Совмещение рабочей и сравнительной камер с камерами приемника иэлу"

S0 чения, оптимизация размеров камерыприменение термочувствительных элементов вместо микрофона — существенно повышают надежность газоанализатора, устойчивость его к вибрации, значительно уменьшают себестоимость полученной информации как за счет увеличения временной наработки, так ,и за счет упрощения эксплуатации.

Формула изобретения

1. Оптический абсорбционный газоанализатор, содержащий источник излучения, модулятор, рабочую и сравнительную камеры, приемник излучения с двумя камерами, по крайней мере, одна из которых является лучеприем" ной камерой, внутренняя полость которой ограничена окнсм и внутренней зеркальной поверхностью стенки камеры, и преобразователь излучения в электрический сигнал, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения конструкции, рабочая и сравнительная ка" меры совмещены с камерами пр емника излучения, а преобразователь излу" чения в электрический сигнал выполнен в виде измерителя расхода газа.

8901 71

Составитель Н,Ананьева

Редактор С.Тимохина Техред A. Бабинец

Корректор М.Демчик а

Заказ 10956/67 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4

R Газоанализатор по п.1, о тличающий cR тем, чтоотнсшение наименьшей ширины внутренней полости лучеприемной камеры к диа". метру окна - не меньше двух.

3. Газоанализатор по п.1 о т л и ч а ю шийся тем,.что внутренняя зеркальная поверхность стенки лучеприемной камеры выполнена сферической.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Горелик Д.О.,Сахаров Б.Б.

Оптико-акустический эффект в физикахимических измерениях. M. изд-Во комитета стандартов. 1969, с,29.

2. Автоматические газоанализаторы. Сб. статей под.ред. В.А.Павленко. М., Цинти "Электропром", 1961, 1о с.195 (прототип).