Фотоколориметрический газоанализатор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Сеаатсяна

Сецналнстнчеснни

Распубяни

«» 646234 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 0208.76 (21) 2388297/18-25 (51) М 1(л. с присоединением заявки Ph(23) Приоритет—

1 1 О! М 21/26

Государственный комитет ссСР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 05027Э.Бюллетень № 5 (53 УЮ543.43 (088. 8) Дата опубликования описания 1002.79 (72) Автор изобретения

В.B.Ëèáåðìàí (71) Заявитель (54) ФОТОКОЛОРИЯЕТРИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к фотоколориметрическим газоанализаторам, использующим изменение окраски поверхности индикаторного вещества для определения компонентов газообразной среды, принцип действия которых основан на фотометрировании индикаторного вещества при взаимодействии его поверхности с анализируемым компонентом, например поверхности индика- 10 торной ленты при взаимодействии ее с определяемым компонентом, содержа- щимся в обдувающей поверхность анализируемой смеси.

Известны фотоколориметрические 15 гаэоанализаторы, основанные на ука- занном принципе действия, содержащие, например, индикаторную ленту, источник излучения фотоэлементы, расходомер и т.д. 1, 3)

Недостатком указанных газоанализаторов является недостаточная точность измерения, вызванная изменением параметров индикаторных средств за счет внешних факторов и при пере- оя ходе от одного индикаторного средства к другому.

Ближайшим по технической сущности является фотоколориметрический газоанализатор, содержащий реакционную камеру, фотоприемник, источник света, измерительный преобразователь и побудитель расхода газа (21 .

Недостатком известного устройства является наличие значительной погрешности измерения, вызванной изменением чувствительности индикаторной ленты.

В известном устройстве через контролируемый участок индикаторного вещества с определенной скоростью продувается определенный объем анализируемой смеси. Определяемый компонент анализируемой смеси вступает во взаимодействие с поверхностью индикаторной. ленты, в результате чего окраска последней изменяется.

Измерительный преобразователь измеряет приращение окраски. Выходной сигнал измерительного преобразователя с известными допущениями можно определить по формуле

Мв,„КСС, (1) где ч „- выходной сигнал измеритель ного йреобразователя;

К вЂ” коэффициент пропорциональности;

a — отношение количества определяемого компонента, вступившего в реакцию к общему количеству компо646234 нента, содержащегося в продутой смеси;

С вЂ” концентрация определяемого к@мпонента.—

Из формулы (1) видно, что коэффициент «6 непосредственно влияет на результат измерения. С другой сторо - 8 ны известно, что этот коэффициент значительно зависит от различных внешних факторов, таких, как температура, влажность, скорость продувки и т.п. Причем изменение oG н реальных усло- 10 виях эксплуатации достигает 30-40%.

Так, например, в гаэоанализаторе для измерения микроконцентраций сероводорода, использующем индикаторную ленту, пропитанную ацетатом свинца, при влаж- 5 ности 60% взаимодействует с индикатором 60-70% серонодорода, а при влажности 30% лишь 40-50Ъ.

Наличие погрешности, вызванной изменением «б, является основным фактором, ограничивающим точность измерения известных газоанализаторов.

Цель предлагаемого изобретения— уменьшение погрешности измерения, вызванной изменением чувствительности индикаторного нещества. 26

Она достигается тем; что в фото колориметрический газоаМализатор введены фотоприемник, два дифберенциатора и балансный усилитель, реакционная камера, причем вход дополнительной реакционной камеры соединен с выходом первой, а выход ее— с побудителем расхода газа, входы двух дифференциаторов соединены с фотоприемниками, а выходы — co входами балансного усилителя, связанного с побудителем расхода газа.

В газоанализаторе с помощью введенных элементов получают информацию о действительном значении «б в данный момент, и изменяя скорость продувки, 40 поддерживают постоянное заданйое значение ос

На чертеже дан вариант функциональной схемы предлагаемого устройства, предназначенный для определения серо- 45 водорода.

Участки реагирующей поверхности индикаторной ленты 1 типа ЛИ-4Б расположены в реакционных камерах 2 и 3, соединенных последовательно. у

На фотоприемник 4 падает световой по. ток источника 5 света, отраженный от участка реагирующей поверхности, расположенного в реакционной камере 2. На фотоприемник 6 падает световой поток, отраженный от участка реагирующей поверхности индикаторной ленты 1, расположенного в камере 3.

Выход фотоприемника 4 соединен со входом иэмерительйого, йреобразователя 7 и со входом дифференциатора 8. 60

Выход фотоприемника б.соединен со входом дифференциатора 9. Выходы обоих дифференциаторон соединены со входами балансного усилителя 10, выход которого связан с побудителем

11 расхода газа, который может быть выполнен, например, в виде сильфона, управляемого электродвигателем через редуктор.

Предлагаемый газоаналиэатор работает следующим образом.

Побудитель 11 расхода газа обеспечивает поток анализируемого газа над поверхностью индикаторной ленты

1, пропитанной, например, ацетатом свинца.

В случае, если анализируемая смесь содержит сероводород, последний начинает реагировать с ацетатом свинца

РЬ (СН СОО)2 + H25 Pb5+ 2СНЭСООН.

В результате реакции индикаторная лента начинает темнеть. Причем, распределение окраски по длине индикаторной ленты неравномерное и окраска убывает по мере удаления от входа анализируемого газа. Это объясняется тем, что иэ-за поглощения сердводорода индикаторной л".нтой концентрация сероводорода по мере удаления от входа газа уменьшается.

Нетрудно показать, что распределение окрашенного продукта реакции

РЪ9 по длине ленты описывается диф; ференциальным уравнением

37 — =с(. (с- Р) ()) ,)е дР при начальном условии =ЖС дО 0-0 где P — - количество продукта реакции, образовавшееся на участке индикаторной ленты от входа анализируемой смеси до точки, удаленной от входа на расстояние « .;

«: — расстояние от входа.

При отсчете « не учитывается участок ленты, расположенный между реакционными камерами 2 и 3, так как он не принимает участие в реакции.

Действительно, количество продукта рЕакции на бесконечно малом участ« Р ке k3 определяется концентрацией

d8 поднодимой к этому участку С и коэф- фициентом ««

dV — о(С ф у

d8

Концентрация С меньше измеряемой концентрации на величину, пропорциональную Р {н далЬнейшем для упрощения анализа коэффициент пропорциональности принимается равным 1, так как его величина не влияет на ход анализа).

d9

Поэтому — Ж (С Р) ° ае

Иа участке, непосредственно примыкающем к входу, концентрация, под5 646 водимая к участку аЕ, равна входной с)Р концентрации, поэтому = О(С

dP. Е=О=

Решение дифференциального уравнеДР чия (2) относительно имеет вид де ю е — =-овесе (4)

Количество продукта реакции Р на участке, контролируемом фотоприемником 4, определяется по формуле е. е, p dP r -ыЯ

РJ dдеJ — се dB, (5) ), 4 ei где Е и Е - границы участка, контролируеМого фотоприемником 4.

Из (5) получаем

20 с е1 е2

7 с(Е -я ) (6>

Аналогично для фотоприемника б, получаем

Р =с(е "4 е "4I

/ где Е и Е4 границы участка, контролируемого фотоприемником б, Процесс нарастания величин Р, и Р З во времени описывается уравнениями

Р,(4) =с(е"е< (а (8)

7 Н2 =с(е "".е-"4, (9)

Из равнений (8) и (9) определяем 71 - Е, - Е, а еаР е"е — е-"" (")

dt то есть отношение производных увеличения величин Р и Р не зависит от . концентрации и при постоянных значениях Е1, и 34. определяется 45 только неличиной eh-,, Поэтому для стабилизации величины

;Й достаточно стабилизировать отношение производньп„. ГР 1 50

Производную измеряют„дифферен-.

dt

d7g циатором 8, а производную — — дифа ференциатором 9. 55

d P1 . dP .

Так как 1 всегда больше 2, то

dt 3И. коэффициент передачи дифференциатора

9 выбирают меньшим, чем у дифферен60

234 циатора 8. В случае наличия разности выходных сигналов дифференциаторон, на выхоДе балансного усилителя 10 возникает сигнал рассогласования, который, таким образом, изменяет расход так,что эта разность уменьшается.

Так, например, если в результате повышения влажности коэффициент са увеличивается, то это приведет к тому, что увеличится количество продукта реакции Р1 н единицу времени по сравнению с Р, выходной сигнал дифференциатора 8 превысит выходной сигнал дифференциатора 9, поянится сигнал разбаланса, который унеличит скорость подачи анализируемой смеси, что, естественно, уменьшит величину ы, (при большей скорости уменьшается часть сероводорода, успевающая вступить н реакцию).

Газоаналиэатор работает циклически и измерительный преобразователь 7 измеряет изменение сигнала фотоприемника 4 за время введения н реакционную камеру 2 определенного объема анализируемого газа, например, за время растяжения,сильфона побудителя 11 расхода газа от полностью сжатого состояния до полностью растянутого.

Техническое решение позволяет уменьшить погрешность измерения, вызванную изменением чувствительности индикаторного вещества.

Формула изобретения

Фотоколориметрический гаэоанализ4тор, содержащий реакционную камеру, фотоприемник, источник света, измерительный преобразователь и побудитель расхода газа, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью уменьше ния погрешности измерения, н него введены дополнительно реакционная камера, фотоприемник, два дифференциатора и балансный усилитель, причеМ ,вход дополнительной реакционной камеры соединен с выходом первой камеры, а выход ее — c побудителем расхода газа, входы двух дифференциаторов соединены с фотоприемниками,а выходы — co входами балансного усилителя, связанного с побудителем расхода газа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1.Арутюнов 0 .С. и Цеймах Б.N.

Датчики состава и свойств вещества, комбинированные методы. М., Энергия, 19б9, с.91-98.

2. Газоанализаторы ФЛС1.1. Техническое описание, 5 И0.155.002Т0.

646234

Составитель С.Соколова

Редактор Б.Павлов Техред С. Мигай Корректор Н.Тупица

Эаказ 102/33 Тираж 1089 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

ФиЛиал ППП Патент, г.ужгород, ул. Проектная, 4