Способ оптического абсорбционного газового анализа

 

Союз Советскик

Социалистическик

Ресвубник

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ («) 894494 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(21) Заявлено 2501.79 (21) 2716605/18-25 с присоединением заявки H9— (23) Приоритет

Опубликовано 30.1281., Бюллетень т 48

Дата опубликования описания 30.1281 (51)М. Кл З

G N 21/61

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (з) УДК 535,36 (088. 8) P2) Лвтр изобретения.А.О. Салль и М.A Салль

gggggOTElfl

p)) Заявитель (54) СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО АБСОРБЦИОННОГО

ГАЗОВОГО АНАЛИЗА

Изобретекие относится к газовому анализу, а конкретнее к оптическому абсорбционному газовому анализу, и может быть использовано, например, при анализе состава воздуха в быто-. . вых и производственных помещениях.

Известен способ оптического абсорбционного анализа путем измерения сте пени поглощения излучения с помощью-неселективных приемников, например

10 боломе тров f 11 .

Наиболее близким к предлагаемому является способ оптического абсорбционного газового анализа, основанный на поглощении модулированного нз- 15 лучения определяемым компонентом анализируемой газовой смеси путем изме рения колебаний разности температур в двух камерах, по крайней мере, одна из которых является лучеприемной. 20

В этом способе измерение интенсив ности поглощения излучения осуществляют путем измерения колебаний давления, возникающих при нагреве анализируемой смеси под воздействием модулированного потока излучения.

Преобразование колебаний давления в электрический сигнал осуществляют с помощью микрофона (2). 30

Недостаток такого способа заключается в невысокой чувствительности, вызванной ограниченностью объема воспринимающей излучение анализируемой газовой смеси.

Цель изобретения — повышение чувствительности.

Указанная цель достигается тем, что в способе оптического абсорбционного газового анализа, основанного на поглощении модулированного излучения определяемым компонентом айализнруемой газовой смеси путем измерения колебаний разности температур в двух камерах, по крайней мере, одна из которых является лучеприемной, возбуждают перетекание анализируемой газовой смеси из одной камеры в другую и измеряют ннтенсивйость этого перетекания путем преобразования расхода анализируемой газовой смеси в электрический сигнал, при этом коли-, чество анализируемой газовой смеси выбирают из условия обеспечения повышенной интенсивности теплообмена между анализируемой газовой смесью и окружакщей средой, увеличенной по сравнению с тем значением, при котором достигается максимальный температурный сигнал.

894494

На чертеже представлено устройство, реализующее способ.

Устройство содержит источник 1 излучения, отражатель 2, входное окно

3 лучеприемной камеры 4 со стенкой 5, синхронный электродвигатель б, оптические фильтры 7 и 8, образунхцие обтюратор, схему получения опорного сигнала, содержащую эадатчик 9 и цреобразователь 10, наружную камеру

ll, отделенную от окружающей среды стенкой 12, зеркала 13 и 16, запорный вентиль 17, отверстие 18 в стенке 5 лучеприемной камеры 4, термореэисторы 19 и 20, эапорный вентиль 21, измерительную систему, содержащую конденсаторы 22 и 23, образующие,с терморезисторами 19 и 20 неравновесный мост, источник 24 питания, разделительный конденсатор 25, усилитель

26 переменного сигнала, синхрсиный детектор 27, устройство 28 линеарн" зующее градуировочную характеристику, регистратор 29, выкаочатель 30, корректор 31 погрешности, источник 32 регулируемого напряжения постоянного тека. устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 1 отражателем 2 направляется через входное ок-

Но 3 в лучюприеиную камеру 4, Ограниченную стенкой 5. Сннхронаам злектродвигателем б приводится s движение обтюратор, Два Онтнческих фильтра 7 и 8 которегс неоднйаково пропускают излучение в области полосы поглощения определяемого компонента авали зируемой смеси и практически одинаково пропускают излучение в областях спектра, где достаточно интенсивно поглощают нзлученйв нВопращаМяейыа компоненты-аиайнзифуемой смаан, с номщьв задатчнка 9, выполнен» ноге э виде вйсФфйи из ьийгмитнОРО материала, на обюратсра преобразователя 10 получается опорный сигнал для управления работой синхронного детектора 27. лучеприемная камера 4 размецена внутри наружной камеры 11, кетсрая отделена от окружающей среды стенкой 12. Внутренняя Иучепрнаиная Камера содержит вогнутые сферические .зеркала одного и того же реднуса кривизны, причем зеркала 13 и 14 удалены ет зеркала 15 на расстояние рав" нее этому Радиусу. центр кривизны з ркала 15 находится между зеркала-13 и 14, а центры кривизны этих зеркал располагают симметрично на некотором расстояниин друг от друга на поверхности зеркала 15. Излучение после определенного числа бтражений от зеркал (это число зависит от угла поворота зеркал 13 и 14 вокруг центра, расположенного между этими зер калами) попадает на дополнительное зеркало 16. Последнее выполнено из цилиндрического стержня и головки в виде поршня, торцовая зеркальная поверхность которого скошена под таким углом, который позволяет в необходимой мере изменять направление отраженного излучения (путем поворота зеркала вокруг оси стержня) и благодаря этому увеличить и регулировать длину пути лучей в камере.

При заполнении приемника излучения анализируемой газовой смесью ее пропускают последовательно через открытый запорный вентиль 17, лучеприемную камеру 4, отверстие 18 в стенке

5 лучеприемной камеры 4, канал с терморезисторами 19 и 20, наружную камеру 11 и через открытый эапорный вентиль 21 на выброс в окружающую атмосферу.

При вращении фильтров 7 и 8 посту20 пающее в лучеприемную камеру 4 излучение оказывается промодулированным. на участке спектра, где поглощает определяемый компонент анализируемой смеси. Модулированное излучение пог2 лощаясь в лучеприемной камере 4, вызывает в последней колебания температуры газовой смеси. Анализируемая смесь переодически1.. с частотой модуляции перетекает иэ лучеприемной камеры 4 в наружную камеру 11 и обратно через отверстие 18 и канал, в котором последовательно по току газа размещены нагреваемые вящктрическим током терморезиатЩа 19 и 20, воспринимающие вте па4изтекжние газовой смеси, Действительно, арн отсутствии газово,го потока между камерами газовая сре:да, окружающая терморезисторы 19 и

20, неподвижна. Оба терморезистора нагрвты джоулевым теплом практически

46 до одинаковой установившейся температуры, При возникновении потока между камерами изменяются условия охлаждения терморезисторов 19 и. 20. Эти изменений неодинаковы, так как газовый

4к поток уносит тепло от одного терморезистора к другому: поток от лучеприемной камеры 4 к наружной камере ll уносит тепло от термс резистора 19 к термерезистору 20. Последний оказыай вается больше нагретым, чем первый.

Наоборот, противоположно направлен1 ный газовый поток за -счет уноса теп.ла от терморезистора 20 к терморезистору 19, больше охлаждает первый.

Поскольку направление газового потока изменяют с частотой модуляции излучения, то возникает переменный дополнительный тепловой поток между терморезисторами 19 и 20 за счет частичного переноса тепла газовым пото60 ком. 8 зависимости от изменений направления газового потока изменяется I и разность температур терморезисторов 19 и 20. Периодические колебания разности температур термореэи65 сторов 19 и 20 воспринимаются и пре894494 образуются измерительной системой раз ности сравниваемых потоков иэлув сигнал измерительной информации. чения. При таком измерении также не

Измерительная система на ходе име- увеличивается чувствительность оптиет конденсаторы 22 и 23, образующие ческого абсорбционного газового анас терморезисторами 19 и 20 неравно- лиза и увеличение количества воспривесный мост. Одна его диагональ под- 5 ннмающей излучение лучеприемной смеси ключена к источнику 24 питания пос- путем увеличения габаритных размеров, тоянного тока, а другая через разде- ограничивающих лучеприемную смесь в лительный конденсатор 25 — ко входу двух направлениях, перпендикулярных усилителя 26 переменного сигнала. оси потока излучения.

Усиленный сигнал выпрямляют синхрон- Замена в данном способе оптиконым детектором 27 (коммутацию син- акустического метода, основанного на хронного детектирования осуществляют измерении колебаний мембраны микрос частотой модуляции излучения обыч- фона, на метод, основанный на изменым образом — опорным сигналом от ренин интенсивности перетекания час«преобразователя 10) и подают через ти анализируемой смеси иэ одной ка- ° устройство 28, линеаризующее градуи- 1> меры в другую, позволяет увеличить ровочную характеристику (оно может количество лучеприемной смеси в каме быть выполнено на нелинейном эле- рах по сравнению с тем количеством, менте, .например полупроводниковом которое является оптимальным для опдиоде) на вход регистратора. Выклю- тикО"акустического преобразован Я.

-чатель 30 и корректор 31 погрешностей 2О Нри этом УменьшаетсЯ абсолютное энаслужат для периодического контроля чение температурного сигнала (ам" коэффициента передачи выходной элек- . плитуды колебаний разности температрической схемы с усилителем. Источ- тУР) и УвеличиваетсЯ безРаэмеРный ник 32 регулируемого напряжения пос- комплекс GrPr, то есть интенсивность тоянного тока предназначен для кор- 5 теплообмена между лучеприемной камерекции нулевого сигнала. рой и окружающей средой.

Преимущества данного способа перед Способ обладает преимуществами известными заключаются в следующем. перед известными при величине

В известных способах оптического " р" 0t1 т. е. при Увеличении обьабсорбционного газового анализа для 30 еМа лучеприемной смеси доб0 см . каждого заданного концентрационного диапазона измерений стремятся к достижению максимально возможной или Формула изобретения близкой к ней чувствительности газового анализа (отношение выходного )5 Спосо5 оптического абсорбционного электрического сигнала к вызывающему газового анализа, основанный на пог-его изменению концентрации определя- .лощении модулированного излучения емого компонента в анализируемой сме- определяемым компонентом анализируеси), подбирая оптимальным количество мой газовой смеси, путем измерения воспринимающей излучение лучецрием-- колебаний разности температур в двух ной смеси иэ условия достижения мак- 40 КаМерах, по крайней мере, одна из косимально возможной (или близкой к торых является лучецриемной, о т л иней) амплитуды колебаний температуры ч ю шийся тем, что, с целью

9 лучеприемной газовой смеси. В част- повышения чувствительности, возбужности, подбирают оптимальными толщины Дают пер ие аиализнруемой гаэо6 слоев лучеприемной смеси, значения 45 в и меси из одной жамеры в другую которых не превышают обычно 5 мм. и измеряют интенсивность этог пе

Последнее значение принято для серий- ретекания путем преобразования расНо выпускаемых в настоящее время оп- +oNa анализируемой газовой смеси в тико-акустических газоанализаторов. электрический сигнал, прН этом колк чество анализируемой газовой смеси

Дальнейшее увеличение количества выбирают из условия обеспечения повоспринимающей излучение лучеприем- вышенной интенсивности теплообмена ной смеси, т. е. больше оптимально- между анализируемой газовой смесью го значения, соответствующего макси- и окружающей средой. увеличенной по муму амплитуды колебаний температуры 5 .сравнению с тем значением, при кото! (в частности, увеличение толщины слоя роМ цостигается максимальный темпелучеприемной газовой смеси более ратурный сигнал.

5 мм), приводит к уменьшению чувст- Источники информации, вительности оптического абсорбцион- принятые во внимание при экспертизе ного анализа, основанного на измере- 1. Эйкен А., Физико-химический нии разности сравниваемых потоков 60 анализ в производстве. ОНТИЛ, 1936, (один из которых пропускают через с. 99. анализируемую смесь, по величине ам- 2. Автоматические газоанализаторы. плитуды акустического давления, за- Под ред В.А. Павленко. М., ЦИНТИ висящего от температурного сигнала) Электропром, 1961, с. 180-181 последний возникает под действием 65 (прототип).

894494

Составитель И. Ананьева

Техред A.Бабинец Корректор Г. Решетник

° Г

Редактор Н. Безродная

Заказ 11472/б 6 Тираж 910

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород; ул. Проектная, 4