Оптический абсорбционный анали-затор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Соеоз Соввтсинк

Сецнанястнческик

Республнк (ui 815606

К АВТ ЪВСКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнит@льнов н авт. свид-ву(22) Заявлено 2Q10.75 (21) 2182231/25 (51) м. к.з

G 01 М 21/31 с присоединением заявни Йе—

Гесудврствееетмй квинтет

СС С Р вв дмви кзебретекттй к еткрмтття (23) Приоритет—

Олублиновано230381. бюллетень É911 (53) УДК 542.43 (088. 8) Дата опубликования описания 250 381

Л. С. Антипов и В. A. Соколов (72) Авторы изобретения

> 1

Специализированное конструкторское бюро автоматйэйровенееых/ гаэоаналитических-систем Министерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления СССР (71) Заявитель (54 ) ОПТИЧЕСКИЙ АБСОРБЦИОННЫЙ АНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к оптическим абсорбционным анализаторам газов.

Известен анализатор, содержащий источник света, сравнительную и рабочую камеры и лучепрнемник, в рабочей и сравнительной камерах которого установлены термочувствительные сопротивления, включенные в схему урав иовешеииого моста переменного тока, и вторичные приборы

Однако иеселектив ый лучеприемник ие позволяет обеспечить независимость выходного еигнала анализатора от изменения содержания неизмеряеиях компонент в анализируемой газовой смеси.

Наиболее близкии к изобретению по технической сущности является анализатор, содержащий источник излучения, 20 две лучеприеиные камеры с установленными в вих термочувствительными элементами, которые включены в схему измерительного моста, рабочую камеру и вторичные приборы (2).

Недостатками известного анализатора,являютсят а> сложность конструкции анализа-. тора, вызванная сложностью его оптической схееы; 30

6) погрешность анализа, вызванная различием уходов во времени параметров зеркал и рабочей и сравнительной камер; в) погрешность анализа, вызванная недостаточной селективностью рабочей камеры лучеприемника для rasos, имеющих полосы поглощения, близкие к полосе погетощення измеряемогс газа и исследуемой газовой смеси (например, СО и СО т СО и СН и т.д.), Цель изобретения — повышение точности нэиерения и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что рабочая камера расположена по пути потока излучения между двумя лучеприемными камерами, причем первая от излучателя лучеприемиая каиера является фильтровой и сравнительной одновременно.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Анализатор содержит излучатель 1, лучеприемную (она же и фильтровая,Т

2, рабочую 3 и лучеприемнув 4 камеры. Все камеры выполнены в одном корпусе. Вильтровая камера заполнена газом или смесью газов, которые имеют полосы поглощения, близкие к полосе

815606

65 поглощения измеряемого газа в исследуемой газовой смеси, пропускаемой через рабочую камеру 3. Лучеприемная камера 4 заполняется 100%-ной концентрацией измеряемого газа. В фильтровой 2 и лучеприемной 4 камерах установлены чувствительные к из5 менению температуры элементы (например, металлические нити, термосопротивления и др.) 5 и 6, которые со стабильными константановыми сопротив- о лениями 7 и 8 образуют измерительную схему сбалансированного моста, питаемого от стабильного генератора 9 прямоугольных импульсов. Выход измерительной мостовой схемы подключают к входу усилителя 10 переменного тока,15 который усиливает сигнал разбаланса мостовой схемы. Синхронный детектор

11, источником сигналов синхронизации которого является генератор 9 прямоугольных импульсов, выпрямляет 20 усиленный сигнал разбаланса мостовой схемы. В суммирующем устройстве 12 осуществляется сложение напряжений от синхронного детектора 11 и источника 13 опорного напряжения, необходимое для точной балансировки нуля анализатора. Далее сигнал поступает на показывающий или регистрирующий прибор 14. Потенциометр 15 предназначен для регулировки чувствительности анализатора, а потенциометр 16для установки нуля анализатора;

Рассмотрим условия баланса моста переменного тока.

Пусть через рабочую камеру 3 пропускается азот ° При отсутствии пото35 ка излучения через камеры баланс.моста,переменного тока соблюдается при условии равенства сопротивлений чувствительных к изменению температуры элементов 5 и 6 и константановых 40 сопротивлений 7 и 8 °

При наличии потока излучения баланс моста соблюдается при равенстве сопротивлений чувствительных к изменению температуры элементов 5 и б, а это возможно при одинаковых изменениях сопротивления этих элементов от воздействия температуры.

Пусть фильтровая камера 2 заполнена 100%-ной концентрацией газа,имеющего полосу поглощения, близкую к полосе поглощения измеряемого газа, с плотностью ф и удельной теплоемкостью С . Пусть лучеприемная камера 4 заполнена 100Ъ-ной концентрацией измеряемого газа с плотностью р и удельной теплоемкостью C Тогда при полном поглощении в фильтровой камере 2 соответствующей полосы в ней поглощается Q< тепла, а при полном поглощении в лучеприемной камере щ0

4 соответствующей полосы в ней поглощается Q тепла.

Л ("I@8@ рС фдТф} qлв rn„C„л

Значит изменение температуры фильтровой камеры 2 и чувствительного элемента, помещенного в ней дТ ф Cq, где п1 = р . f . S — масса газа. в фильтровой камере; коэффициент, показывающий, какая часть тепла идет на нагревание объема фильтровой камеры;

S — площадь фильтровой камеры; длина фильтровой камеры.

Изменение температуры лучеприемной камеры 4 и чувствительного элемента, помещенного в ней

Вл л С л л где m p . 3 S — масса газа в лучеприемной . камере коэффициейт, показывающий, какая часть тепла идет на нагревание объема лучеприемной камеры;

S — площадь лучеприемной камеры; (— длина лучеприемной камеры.

Так как условие баланса моста переменного тока при наличии потока излучения через камеры выполняется при л Тф — äT,, то

О ц % Рф ф "Ip, а а @ .

P <ð5 C Рл 5+ë л Р„Сл 1 ф

Так как "1ф, „, р, р„, С, и С,— величины постоянные,то9в сф Чд -0 тогда =g Рл л 1ю

Ча Е с

Ял Вл

Выполнение полученного соотношения (11 является условием баланса моста переменного тока.

Поскольку из уравнения (1)условия баланса моста определяется отношением Яф t g то изменения потока излучения, не приводящие к заметному перераспределению энергии по спектру, не привьдят к нарушению баланса моста переменного тока, т.е. не вызывают .дрейфа нуля анализатора.

Рассмотрим условия баланса моста переменного тока при наличии в фильтровой камере двух газов, имеющих полосы поглощения, близкие к полосе поглощения измеряемого газа. При полном поглощении этих полос в фильтровой камере в ней поглощается 0 и

Ц отепла.Тогда для соблюдения баланса моста переменного тока с наибольшим

КПД преобразования потока излучения в приращение тЕмпературы необходимо, чтобы д Тф„=дТф =дТф у е ф "м, ю, .цл к.к, к к ь с ь„с, фт

815606 где,д и „ в сумматор 12, а оттуда — в показывающий или регистрирующий прибор 14.

При пропускании азота через рабочую камеру 3 в ней не происходит поглощения инфракрасного излучения и поэтому температура лучеприемника 4 не меняется, и должен отсутствовать сигнал разбаланса на выходе моста переменного тока. Имеющий место небольшой выходной сигнал разбаланса устанавливают равный нулю с помощью потенциометра 16, подающего напряжение смещения на 12.При пропускании через рабочую камеру 3 бинар35 ной смеси азота и измеряемого компонента с концентрацией, соответствующей концу шкапы, сигнал раэбаланса моста переменного тока за счет наибольшего поглощения инфракрасной раК, и К

Pq„" Pq, и С<

«)л л

)Ф Ф, 20

К ф1 а

Ф ф.рф с

" 1фрф,сф, qq1 Кф1

Ц„ ф еф

-b —

e, 30

35 коэффициенты, показывающие, какая часть тепла идет на прогревание соответствующих объемов фильтровой и лучеприемной камер; коэффициенты, показывающие, какую часть объема фильтровой камеры заполняют соответствующие газы (КФ +

КФ =1); плотности газов, заполняющих фильтровую камеру; удельные теплоемкости газов, заполняющих фильтровую камеру.

КФ.рф Е ф сф Кф рф Еф5СФ рлЕл9С

Таким образом, внутри фильтровой камеры необходимо выполнить следующие соотношения:

),.

"ф„ф фа ф ф ) л ф,(рф Ф ф ) ф,,рл л гд

) K р с

-С

=Ь

Ф„) л )л л

Таким образом, при наличии в фильтровой камере двух газов, имеющих полосы поглощения, близкие к полосе поглощения измеряемого газа, условия баланса моста переменного тока соблюдаются.при выполнении соотношений (2 )и (3 ). Иэ соотношений (1) и (3 ) видно, что дрейф излучателя, если он не вызван заметным смещением его спектральной характеристики, не нарушает баланс моста переменного тока.

Измерение концентрации анализируемого газа производят следующим образом.

При изменении концентрации измеряемого газа в исследуемой газовой смеси, пропускаемой через рабочую камеру 3, за счет изменения поглощения инфракрасного излучения в рабочей камере 3 происходит изменение температуры в лучеприемнике 4, что приводит к появлению сигнала разбаланса на выходе моста переменного тока, источником питания которого является стабильный генератор 9 прямоугольных импульсов. Усиленный усилителем 10 переменного тока и выпрямленный синхронным детектором 11, управляемым импульсами синхронизации

55 бО

65 от генератора 9 прямоугольных им пульсов, сигнал разбаланса поступает диации в рабочей камере 3 имеет максимальную величину. Выходной сигнал устанавливают равным концу шкалы с помощью потенциометра 15 ("чувствительность"). Наличие фильтровой камеры 2 позволяет не пропустить в рабочую камеру 3 излучение, соответствующее полосам поглощения, близким полосе поглощения измеряемого газа, и исключить влияние газов, имеющих эти полосы поглощения и пропускаемых через рабочую камеру 3, на сигнал разбаланса моста переменного тока.

Применение однолучевой оптической схемы анализатора позволяет повысить его точность и значительно упростить конструкцию.

Использование сравнительной лучеприемной камеры в качестве фильтровой обеспечивает независимость выходного сигнала анализатора от изменения содержания неизмеряемых компонент в анализируемой газовой смеси. Упрощение конструкции анализатора позволяет повысить его надежность и уменьшить расходы на его изготовление. формула изобретения

Оптический абсорбционный анализатор, содержащий источник излучения, две лучеприемные камеры с установленными в них термочувствительными элементами, которые включены в схему измерительного моста переменного тока, рабочую камеру и вторичные приборы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения конструкции, рабочая камера расположена на пути потока излучения между двумя лучеприемными камерами, причем первая от излучателя лучеприемная камера является фильтровой и сравнительной одновременно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 298877, кл. G 01 N 21/34, 16.,03.71 °

2. АвтОрское свидетельство СССР

Р 209028, кл. G 01 и 21/34 (прототип).

815606 аказ 10 5/72 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель С. Соколова

Редактор Г. Кадалап Техред А.Бабинец Корректор В. Синицкая