Оптический абсорбционный анали-зАТОР

Изобретение относится к оптическим абсорбционным анализаторам газов . Известен анализатор, содержащий источник света, сравнительную и рабочую камеры и лучеприемиик, в рабочей и сравнительной камерах которого установлены термочувствительные сопротивления , включенные в схему урав«иовешенного моста переменного тока, и втофич1ше приборы l. Однако неселектквный лучеприемник ие позволяет обеспечить независимост выходного сигнала анализатора от изменения содержания неизмеряемых компонент в аиализируе|«эй газовой смеси Наиболее, близким к изобретению по технической сущности является анализ гор, содержайдай источник излучения, две лучепри« ные камеьла с установлен в них тepмoчyвcтвитeльны o злемента1ш , которые включены в схему из мерительного моста, рабочую камеру и вторичные приборы 2. Недостаткакм известного анализато ра .являются: а) сложность конструкции анализ а-г тора, вызванная сложностью его оптической схемы; б)погрешность анализа, вызванная различием уходов во времени параметров зеркал и рабочей и сравнительной камер; в)погрешность анализа, вызванная недостаточной селективностью рабочей камеры лучеприемника для газов, икюющих полоета поглощения, близкие к полосе поглощения измеряемого газа в исследуемой газовой смеси (например, СО и СО„ { СО и СН. и т.д.). Цель изобретения - повышение точности измерения и упрсндение конструкции . Поставленная цель достигается тем, что рабочая камера расположена по пути потока излучения ыеяуху двумя лучеприемными камерами, причем первая от излучателя лучеприемная камера является фильтровой и сравнительной одновременно. На чертеже изображена cxefc« предлагаемого устройства. Анализатор содержит излучатсшь 1, лучеприемную (она же и фильтровая 2, рабочую 3 и лучеприемную 4 каме ры. Все камеры выполнены в одном корпусе. 1«льтровая камера заполнена газом или смесью газов, которьй имеют полосы поглощения, близкие к полосе поглощения измеряемого газа в иссле дуемой 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 изменению температуры элементы ( например , металлические нити, термосопротивления и др.) 5 и 6, которые со стабильными кol cтaнтaнoвы /п сопротив лениями 7 и 8 образуют измерительную схему сбалансированного моста, питае мого от стабильного генератора 9 пря моугольных импульсов. Выход измерительной мостовой схемл подключают к входу усилителя 10 переменного ток который усиливает сигнал разбаланса мостовой схемы. Синхронный детектор 11, источником сигналов Синхронизации которого является генератор 9 прямоугольных импульсов, выпрямляет 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 ансшйзатора, а потенциометр 16 для установки нуля анализатора; Рассмотрим условия баланса моста переменного тока. Пусть через рабочую камеру 3 пропускается азот. При отсутствии потока излучения через камеры баланс.мо та, переменного тока соблюдается при условии равенства сопротивлений чув ствительных к изменению температуры элементов 5 и 6 и константановых сопротивлений 7 и 8. При наличии потока излучения баланс моста соблюдается при равенств сопротивлений чувствительных к изме нению температуры элементов 5-и б, а это возможно при одинаковых изменениях сопротивления этих элементов от воздействия температуры. Пусть фильтровая камера 2 заполн на 100%-ной концентрацией газа,имею го полосу поглощения, близкую к пол се поглощения измеряемого газа, с плотностью РФ и удельной теплоемкостью Сф. Пусть лучеприемная камера 4 заполнена 100%-ной концентраци ей измеряемого газа с плотностью Рд и удельной теплоемкостью G. Тогда при полном поглощении в фильтровой камере 2 соответствующей полосы в ней поглощается Сф тепла, а при пол ном поглощении в лучеприемной камер 4 соответствующей полосы в ней поглощается Q, тепла. -m. ( nq,V%S)i4A®/ Значит изменение температуры фильтровой камеры 2 и чувствительного элемента, помещенного в ней Ф 1 С ,.- S - масса газа, в фильтгде m. ровой камере; ф - коэффициент, показывающий , какая часть тепла идет на нагревание объема фильтровой камеры; - площадь фильтровой камеры; длина фильтровой камеры . Изменение температуры лучеприемной камеры 4 и чувствительного элемента , помещенного в ней Плбл л тл С р - г S - масса газа в лучеприемной камере / Ij - коэффициент, по казывающий, какая часть тепла идет на нагревание объема .лучеприемной камеры; S - площадь лучеприемной Кс1меры; I - длина лучеприемной камеры. Так как условие баланса моста переменного тока при наличии потока излучения через камеры выполняется при лТф АТд , то Чф-Оф Лг.- QA ф .Рф- ФЧл ф л П ф так как 1ф , f| ,f ,р ,Сф и Сдвеличины постоянные -торфСфПл „ .0 с)( е РЛ-СЛ-ЧФ 9л ел Выполнение полученного соотношения (11 является условием баланса моста переменного тока. Поскольку из уравнения (1)условия баланса моста определяется отношением Qqj / Q. , то изменения потока излучения, не приводящие к заметному перераспределению энергии по спектру, не ПРИВО.ДЯТ к нарушению .баланса моста переменного тока, т.е. не вызывают дрейфа нуля анализатора. Рассмотрим условия баланса моста переменного тока при наличии в фильтровой каме;ре двух газов, имеющих полосы поглощения, близкие к полосе поглощения измеряемого газа. При полном поглощении этих полос в фильтровой камере в ней поглощается Q и QA,Jтепла.Тогда для соблюдения баланса моста переменного тока с наибольшим КПД преобразования потока излучения в приращение температуры необходимо, чтобы л Тф - 4S. vs. v ;ч,чч I.,и, - коэффициенты, пока ру Фд эывающие, Ksif какая ,. часть тепла идет н прогревание соответствующих объемов фильтровой и лучепр емной камер} Кф и К-, - коэффициенты, показывающие/ какую част§ объема фильтровой кам ры заполняют соответствующие газы (К(р + Кф2. 1 ) ; Яф 9fft плотности газов, запо няющих фильтровую камеру ; Сф и Сф - удельные теплоемкости газов, заполняющих фильтровую камеру. Ча%а Ч; Ч ,гфвс . Таким образом, внутри фильтровой ,камеры необходимо выполнить следую щие соотношения: % . 1д. 1 j. V 1,4,,Pq,, . где q, v,p,s. / ( , Ф-1 . Ч., Л . .Рф, ,, %, е b Ч.РлЧQ,. ., Таким образом, при нгшичии в фильтровой камере двух газов, имею щих полосы поглощения, близкие к полосе поглощения измеряемого газа условия баланса моста переменного тока соблюдаются.при выполнении со отношений (2 )и (3 ). Из соотношений (I) и (3) видно, что дрейф излучателя , если он не вызван заметным смещением его спектральной характе ристики, не нарушает баланс моста переменного тока. Измерение концентрации анализиру емого газа производят следующим образом . При изменении концентрации измеряемого газа в исследуемой газовой смеси, пропускаемой через рабочую камеру 3, за счет изменения поглхэде ния 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 пря моугольных импульсов. Усиленный уси лителем 10 переменного тока и выпря ленный синхронным детектором 11, уп равляемым импульсами синхронизации от генератора 9 прямоугольных импульсов , сигнал разбаланса поступает в сумматор 12, а оттуда - в показывающий или регистрирующей 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 сумматор 12.При пропускании через рабочую камеру 3 бинарной смеси азота и измеряемого компонента с концентрацией, соответствующей концу шкапы, сигнеш разбаланса моста переменного тока за счет наибольшего поглощения инфракрасной радиации в рабочей камере 3 имеет максимальную величину. Й31ХОДНОЙ 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 пропускаекых 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, отличающий ся 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 № 298877, кл. G 01 N 21/34, 16,03.71. 2.АвтОрюкое свидетельство СССР № 209028, кл. G 01 N 21/34 (прототипЛ

м

f f

JL