ФОТОКАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР Российский патент 1997 года по МПК G01N21/78 

Изобретение относится к газовому анализу, в частности к аналитическим приборам, основанным на изменении оптических свойств индикаторного средства, обусловленном химическим взаимодействием индикаторного вещества с определенным компонентом газовой смеси, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в научных исследованиях при определении концентраций примесей или отдельных компонентов в газовой среде.

Известен фотоколориметрический газоанализатор (А.С. СССР N 989407, кл. 3 G 01 N 21/78 опубл.1983), состоящий из источника и приемника излучения, индикаторного средства, выполненного в виде индикаторной ленты, перемещаемой с помощью лентопротяжного механизма, снабженного регулятором скорости перемещения индикаторной ленты, устройства подачи газа, вторичных приборов, преобразующих скорость перемещения индикаторной ленты в электрический сигнал, пропорциональный концентрации определяемого компонента.

Использование в этом газоанализаторе индикаторного средства, выполненного в виде индикаторной ленты, ограничивает номенклатуру определяемых компонентов в газовых смесях, так как для определения целого ряда компонентов индикаторные ленты вообще не применяются (не изготавливаются). Кроме того, известный газоанализатор сложный как по конструкции, так и в эксплуатации.

В основу изобретения поставлена задача в фотоколориметрическом газоанализаторе, изменив конструкцию блока фотометрирования и заменив индикаторное средство, обеспечить расширение номенклатуры определяемых компонентов в газовых смесях, упростить переналадку газоанализатора для анализа различных компонентов и за счет этого расширить функциональные возможности газоанализатора при упрощении его конструкции.

Поставленная задача решается тем, что в фотоколориметрическом газоанализаторе, состоящем из блока фотометрирования, источника и приемника излучения, взаимодействующих с индикаторным средством, устройства подачи газа и вторичных приборов, связанных с приемником излучения, согласно изобретению между источником и приемником излучения установлена перегородка со щелью, индикаторное средство, выполненное в виде индикаторной трубки, размещено вдоль щели, а ширина щели составляет не более 0,4 диаметра индикаторной трубки.

Ширина щели в перегородке определена экспериментально, при этом установлено, что при ширине щели больше, чем 0,4 диаметра индикаторной трубки (ИТ) на приемник излучения попадают световые лучи, которые, как по световоду по боковым стенкам ИТ огибают индикаторную массу. Эти лучи не участвуют в фотоколориметрировании, являясь "паразитными", и снижают чувствительность ИТ.

Минимальная ширина щели в перегородке зависит от силы светового потока излучения. Поэтому нижний предел ширины щели, как показали эксперименты, может быть сколь угодно малым.

Выполнение щели с указанной шириной обеспечивает прохождение световых лучей через слой индикаторной массы (ИМ), заключенный в ИТ, и попадание всех этих лучей на приемник излучения без разбавления их "паразитными" лучами, что позволяет повысить чувствительность ИТ при их фотометрировании.

Размещение между источником и приемником излучения перегородки со щелью позволяет использовать в фотоколориметрических прибора ИТ, что в свою очередь решает задачу по определению широкой номенклатуры компонентов в газовых средах с чувствительностью не ниже, чем при использовании в фотоколориметрических приборах индикаторных лент.

Таким образом, заявляемый газоанализатор обладает чувствительностью газоанализаторов с индикаторными лентами, позволяет определять широкую номенклатуру компонентов в газовых средах.

На фиг.1 изображена схема газоанализатора; на фиг.2 блок фотометрирования, поперечный разрез; на фиг.3 схема прохождения световых лучей через ИТ и щель; на фиг.4 блок фотометрирования, продольный разрез.

Фотоколориметрический газоанализатор содержит блок фотометрирования 1, в котором размещены источник излучения 2, приемник излучения 3 и индикаторная трубка 4, подсоединяемая к устройству подачи газов 5. Приемник излучения 3 через нормирующий усилитель 6 и аналого-цифровое устройство 7 подсоединен к счетно-решающему устройству 8, второй выход которого через усилитель мощности 9 подсоединен к источнику излучения 2. Между источником излучения 2 и приемником излучения 3 размещена перегородка 10 с продольной щелью 11. В перегородке 10 по ее длине выполнено углубление в виде канавки 12 или полуцилиндра, на дне которой выполнена щель 11 по длине меньше, чем длина индикаторного состава 13, и по ширине "В" не больше, чем 0,4 диаметра "О" индикаторной трубки.

Блок фотометрирования снабжен штуцером 14 для присоединения к нему устройства подачи газов 5 и штуцером 15 для присоединения заборного шланга (на чертеже не показан). В отверстие блока 1 помещено кольцо 16 из упругого материала. Штуцер 14 заключен в обойму 17 с кольцевой проточкой 18 на наружной стороне для ее фиксации в блоке 1 и с выступом на внутренней стороне для установки такого же кольца 16, как и в отверстии блока 1, для присоединения штуцера 15.

Стороны канавки 12 (полуцилиндра) в перегородке 10 выполнены зачерненными, чем обеспечивается поглощение световых лучей, проходящих по стенкам ИТ и отраженных от них (фиг.3). Щель 11, ограниченная по ширине не больше 0,4 диаметра ИТ, не пропускает к приемнику излучения световых лучей не прошедших через ИМ.

Газоанализатор работает следующим образом.

Сначала газоанализатор подготавливают к работе: для чего штуцер 14 вместе с обоймой 17 извлекают из блока 1. ИТ 4 с отрезанными концами вставляют в штуцер 14 и, поворачивая его относительно обоймы 17, деформируют эластичное кольцо 16 в следствие чего ИТ 4 зажимается в штуцере 14. После этого штуцер 14 с зажатой ИТ вставляют в блок 1, где он фиксируется благодаря наличию на обойме 17 кольцевой проточки 18. При этом второй конец ИТ 4 заходит в штуцер 15 и поворотом его деформируют эластичное кольцо 16 и зажимают ИТ 4 в штуцере 15. После этого анализируемый газ просасывают с помощью устройства 5 через индикаторную трубку 4 и фотометрируют с помощью блока 1.

Фотометрирование осуществляется следующим образом. Счетно-регистрирующее устройство 8 через усилитель мощности 9 включает источник излучения 1, световые лучи которого проходят через ИТ 4, как показано на фиг.3. Так как щель 11 в перегородке 10 выполнена по ширине "В" не больше, чем 0,4 диаметра "О" ИТ 4, то световые лучи, проникающие через боковые стороны ИТ 4 и не проникающие через массу, не будут попадать через щель 11 на приемник излучения 3, а многократно отражаясь от наружных и внутренних стенок ИТ 4 и проходя через них, будут поглощены зачерненными стенками канавки 12. Экспериментальным путем установлено, что если щель 11 по ширине будет больше чем 0,4 диаметра ИТ 4, то часть световых лучей по стенкам ИТ, как по световоду попадут на приемник излучения и снизят чувствительность ИТ 4. В случае, если щель будет меньше, чем 0,4 диаметра ИТ 4, из-за уменьшения светового потока, проходящего через щель, чувствительность ИТ 4 также будет снижена. В этом случае для повышения чувствительности ИТ 4 необходимо увеличить световой поток, что может быть достигнуто за счет установки более мощного источника излучения. Поэтому минимальная ширина щели зависит от мощности источника излучения. На выходе приемника излучения 3 формируется электрический сигнал, пропорциональный падающему на приемник световому потоку. Через аналого-цифровое устройство 7 сигнал поступает на счетно-регистрирующее устройство 8.

Счетно-регистрирующее устройство 8 запоминает величину исходной оптической плотности зоны ИТ с ИМ, а также производит расчет пороговых величин относительного изменения оптической плотности, например на 5 и 85%
К штуцеру блока фотометрирования подключается устройство подачи газа 5. По мере прохождения потока газа через ИТ ИМ изменяет свои оптические характеристики из-за химического взаимодействия анализируемого компонента газовой среды с веществом ИМ, в результате чего световой поток ослабляется.

Приемник излучения 3 реагирует на ослабление светового потока пропорциональным уменьшением сигнала на своем выходе. Счетно-регистрирующее устройство непрерывно анализирует величину сигнала на своем входе.

При достижении изменения оптических характеристик зоны ИТ пороговой величины, равной 5% счетно-регистрирующее устройство 6 начинает отсчет интервала времени, который оно прекращает при достижении оптической характеристики зоны ИТ пороговой величины 85%
Искомая величина концентрации анализируемого компонента будет обратно пропорциональна величине интервала времени с учетом коэффициентов преобразования. Значение коэффициентов преобразования приводится в сопроводительной документации на каждый тип ИТ.

Использование: изобретение относится к газовому анализу, а именно к аналитическим приборам. Сущность: газоанализатор содержит блок фотометрирования с приемником и источником излучения и установленную между ними перегородку со щелью и индикаторной трубкой, размещенной вдоль щели. Ширина щели составляет не больше 0,4 диаметра индикаторной трубки. 4 ил.

Фотокалориметрический газоанализатор, состоящий из блока фотометрирования, источника и приемника излучения, взаимодействующих с индикаторным средством, устройства подачи газа и вторичных приборов, связанных с источником излучения, отличающийся тем, что между источником и приемником излучения установлена перегородка со щелью, индикаторное средство выполнено в виде индикаторной трубке и размещено вдоль щели, ширина которой составляет не более 0,4 диаметра индикаторной трубки.