ГАЗОАНАЛИЗАТОР Российский патент 2014 года по МПК G01N21/61 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для определения концентрации газообразных веществ.

Известен многокомпонентный анализатор веществ, содержащий оптически связанный источник излучения, спектральный модулятор, кювету, фокусирующую систему, блок приемника излучения, блок синхронизации, блоки накопителей, блок обработки, включающий по меньшей мере два вычитающих элемента, делители аналоговых сигналов, а также блок вторичной обработки (Авт. свид. РФ №1674621, МПК G01N 21/61, 1995).

Недостатком данного устройства является пониженная точность измерения, обусловленная наличием, по меньшей мере, двух подобных вычитающих устройств с изменяющимися случайно во времени характеристиками без осуществления компенсации возникающих погрешностей.

Известен также газоанализатор, наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому изобретению, содержащий оптически связанные излучающий диод, выполненный из двух p-n переходов, размещенных в едином корпусе, и приемник излучения, расположенные в кювете, разделенной прозрачной для излучения перегородкой из сапфирового стекла на два отсека, один из которых предназначен для исследуемой газовой смеси, а во втором расположены источник и приемник излучения, при этом торцовые стенки кюветы выполнены в виде сферических зеркал, а также электронную схему выделения полезного сигнала, подключенную к выходу приемника излучения и содержащую усилитель, вход которого связан с выходом приемника излучения, а выход - с входом резонансного усилителя, синхронные детекторы, входы которых связаны с выходами резонансного усилителя, а управляющие входы - с третьим выходом блока питания источника излучения, первые два выхода которого связаны с источником излучения, логарифмические усилители, входы которых последовательно связаны с выходами синхронных детекторов, а выходы - со схемой вычитания, которая через масштабирующий усилитель, управляющий вход которого связан со схемой коррекции нуля, соединена со входом регистрирующего прибора (Авт.свид. СССР №1188600, МПК G01N 21/61, Бюл. №40 от 20.10.85).

Недостатком данного устройства является также пониженная точность измерения, обусловленная наличием двух подобных логарифмирующих устройств с изменяющимися случайно во времени характеристиками без осуществления компенсации возникающих погрешностей с последующим применением вычитающего устройства.

Техническая сущность предлагаемого изобретения состоит в исключении из измерительной схемы двух подобных логарифмирующих устройств с целью повышения точности измерения при сохранении линейного выходного сигнала.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерения.

Технический результат достигается тем, что газоанализатор, содержащий оптически связанные излучающий диод, выполненный из двух p-n переходов, размещенных в едином корпусе, и приемник излучения, расположенные в кювете, разделенной прозрачной для излучения перегородкой из сапфирового стекла на два отсека, один из которых предназначен для исследуемой газовой смеси, а во втором расположены источник и приемник излучения, при этом торцовые стенки кюветы выполнены в виде сферических зеркал, а также электронную схему выделения полезного сигнала, подключенную к выходу приемника излучения и содержащую усилитель, вход которого связан с выходом приемника излучения, а выход - с входом резонансного усилителя, синхронные детекторы, входы которых связаны с выходами резонансного усилителя, а управляющие входы - с третьим выходом блока питания источника излучения, первые два выхода которого, связаны с источником излучения, а также регистрирующий прибор, дополнительно снабжен двумя блоками памяти, аналоговым делителем напряжения, логарифмирующим усилителем, при этом блоки памяти подключены к входам аналогового делителя напряжения и выходам синхронных детекторов соответственно, а выход делителя связан с входом логарифмирующего усилителя, выход которого подключен к входу регистрирующего прибора.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Газоанализатор содержит источник излучения 1, кювету 2, приемник излучения 3, сферические зеркала 4 и 5, электронную схему выделения полезного сигнала 6, включающую усилитель 7, резонансный усилитель 8, синхронные детекторы (например, селектируемые пиковые детекторы) 9 и 10, блоки памяти (например, запоминающие емкости) 11 и 12, блок аналогового делителя напряжения (например, аналоговый интегральный перемножитель) 13, логарифмирующий усилитель 14, регистрирующий прибор 15, а также блок питания источника излучения 16.

Назначение вновь введенных элементов: блоков памяти 11 и 12, блока аналогового делителя напряжения 13 - понятно из их названия.

Оптически связанный источник излучения 1, входы которого соединены с выходами блока питания источника излучения 16, представляет собой излучающий диод, выполненный из двух p-n переходов, размещенных в едином корпусе, и приемник излучения 3, расположенные в кювете 2, разделенной прозрачной для излучения перегородкой из сапфирового стекла на два отсека, один из которых предназначен для исследуемой газовой смеси, а во втором расположены источник 1 и приемник излучения 3. Торцовые стенки кюветы 2 выполнены в виде сферических зеркал 4 и 5, при этом источник излучения 1 расположен в фокусе зеркала 4, а приемник излучения - в фокусе зеркала 5. К выходу приемника излучения 3 подключена электронная схема выделения полезного сигнала 6, содержащая усилитель 7, вход которого связан с выходом приемника излучения, а выход - с входом резонансного усилителя 8, выходы которого соединены с входами синхронных детекторов 9 и 10, при этом их управляющие входы соединены с третьим выходом источника питания 16. Выходы синхронных детекторов 9 и 10 через блоки памяти 11 и 12 связаны с входами блока аналогового делителя напряжения 13, выход которого в свою очередь связан с входом логарифмирующего усилителя 14, выход которого подключен к входу регистрирующего прибора 15.

Газоанализатор работает следующим образом.

От блока питания 16 поочередно подается питание на эталонный и рабочий p-n переходы источника излучения 1, излучающие на одной и той же длине волны, соответствующей полосе поглощения анализируемого газообразного вещества. Излучение эталонного p-n перехода источника 1 проходит через отсек кюветы 2 без анализируемого газообразного вещества, отражается от сферического зеркала 5 и попадает на приемник излучения 3. Излучение рабочего p-n перехода источника 1 попадает во второй отсек кюветы 2, заполненный газообразным веществом, где, претерпевая поглощение, отражается от сферического зеркала 4 и поступает на приемник излучения 3. Потоки излучения, поступающие на приемник 3, пропорциональны пропусканию измерительного канала при излучении рабочего p-n перехода, а также пропусканию сравнительного канала при излучении эталонного p-n перехода источника излучения 1. Выходной сигнал с приемника излучения 3 поступает на вход усилителя 7, расположенного в схеме выделения полезного сигнала 6, выход которого последовательно соединен с входом резонансного усилителя 8. С выходов резонансного усилителя сигналы поступают на входы синхронных детекторов 9 и 10, при этом на их управляющие входы поступает сигнал с третьего выхода блока питания источника излучения 16. С выходов синхронных детекторов 9 и 10, сигнал через подключенные блоки памяти 11 и 12 поступает на входы аналогового делителя напряжения 13, выполненного, например, с использованием интегрального перемножителя (аналоговые интегральные перемножители реализуются не только для воспроизведения операции перемножения, но и обратной ей - деления, при этом перемножитель используется как элемент отрицательной обратной связи операционного усилителя. Пример: интегральная микросхема 140MAI), при этом выход делителя напряжения 13 последовательно соединен с входом логарифмирующего устройства 14, с выхода которого сигнал поступает на вход регистрирующего прибора 15.

Предлагаемая конструкция газоанализатора позволяет повысить точность измерения концентрации газообразных веществ по сравнению с прототипом за счет исключения из измерительной схемы двух подобных логарифмирующих устройств, погрешности преобразования которых случайно изменяются во времени независимо друг от друга, при сохранении линейного выходного сигнала.

Изобретение относится к области метрологии и может быть использовано для определения концентрации газообразных веществ. Газоанализатор содержит излучающий диод, выполненный из двух p-n переходов, размещенных в едином корпусе и приемник излучения, расположенные в кювете, разделенной прозрачной для излучения перегородкой из сапфирового стекла на два отсека. Один отсек предназначен для исследуемой газовой смеси, а во втором расположены источник и приемник излучения. При этом торцовые стенки кюветы выполнены в виде сферических зеркал, а к выходу приемника излучения подключена схема измерения, содержащая усилитель, вход которого связан с выходом приемника излучения, а выход - с входом резонансного усилителя, синхронные детекторы, входы которых связаны с выходами резонансного усилителя, а управляющие входы - с третьим выходом блока питания источника излучения, первые два выхода которого, связаны с источником излучения, а также регистрирующий прибор. Также схема содержит два блока памяти, аналоговый делитель напряжения, логарифмирующий усилитель. Блоки памяти подключены к входам аналогового делителя напряжения и выходам синхронных детекторов соответственно, а выход делителя связан с входом логарифмирующего усилителя, выход которого подключен к входу регистрирующего прибора. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения. 1 ил.

Газоанализатор, содержащий оптически связанные излучающий диод, выполненный из двух p-n переходов, размещенных в едином корпусе, и приемник излучения, расположенные в кювете, разделенной прозрачной для излучения перегородкой из сапфирового стекла на два отсека, один из которых предназначен для исследуемой газовой смеси, а во втором расположены источник и приемник излучения, при этом торцовые стенки кюветы выполнены в виде сферических зеркал, а также электронную схему выделения полезного сигнала, подключенную к выходу приемника излучения и содержащую усилитель, вход которого связан с выходом приемника излучения, а выход - с входом резонансного усилителя, синхронные детекторы, входы которых связаны с выходами резонансного усилителя, а управляющие входы - с третьим выходом блока питания источника излучения, первые два выхода которого, связаны с источником излучения, а также регистрирующий прибор, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен двумя блоками памяти, аналоговым делителем напряжения, логарифмирующим усилителем, при этом блоки памяти подключены к входам аналогового делителя напряжения и выходам синхронных детекторов соответственно, а выход делителя связан с входом логарифмирующего усилителя, выход которого подключен к входу регистрирующего прибора.