Способ оптического абсорбционного газового анализа Советский патент 1983 года по МПК G01N21/61 

Фс

О

о

1. СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО АБСОРБЦИОННОГО ГАЗОВОГО АНАЛИЗА, основанный на поглощении модулированного излучения определяемым компонентсж анализируемой смеси, включаюпдай пропускание излучения через анализируемую смесь, возбуждение перетекания анализируемой газовой смеси между двумя соединенными между собой соизмеримыми по объему камерами, по крайней мере одна из который является лучеприемнрй, и определении погло|деНИН путем измерения сигнала преобразования расхода газовой смеси в электрический сигнал, о т л и ч а rota и и с .я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и упрощения способа/ осуществляют импульсную модуляцию излучения, возбуждение ijepe- текания анализируемой газовой смеси из одной камеры в другую производят до достижения максимального значения импульсного выходного сигнала, а концентрацию определяемого компонента находят по результату измерения одного из параметров импульсного сигнала, при зтом отношение промежутка времени от начала увеличения потока излучения до начала его yMeHifQ шения к постоянной времени преобра зования расхода газа в выходной сиг(Л нал равно ед11нице. 2, Способ по п. 1, отлича ющ и и с я тем, что концентрацию определяемого компонента определяют по высоте импульсного сигнала.

Cpt/f i

Изобретение относится к оптическому (в частности, инфракрасному.) абсорбционному газовому анализу, ос нованному на поглощении электромагнитного излучения определяемым компонентом анализируемой газовой смеси.

Известен способ оптического абсорбционного анализа, основанный на сравнении .двух модулированных потоков излучения, один из которых пропускают через анализируемую смесь. Разность акустических давлений,, возникающих в лучеприемной ка:мере, заполненной анализируемой смесью и. разделенной на две части чувствительной мембраной микрофона, преобразуется в, электрический сигнал flj . Однако данный способ оптического абсорбционного анализа газов обладает узким диапазоном измерений (область значений концентраций определяемого -компонента, для которой

нормированы допускаемые погрешности измерений)..

Наиболее лизким по .технической сущности к -предлагаемому является способ абсорбционного газового анализа, основанный на поглощении модулированного излучения определяемым компонентом анализируемой смеси, включающий пропускание излучения через анализируемую смесь, возбуждени перетекания анализируемой газовой смеси между двумя соединенными между собой соизмеримЕдми по объему камерами, по крайней мере одна из которых является лучеприемной, и определении поглощения путем -измерени сигнала преобразования расхода газовой смеси в электрический сигнал. При модуляции потока (или потоков) излучения уменьшения потока начинаю через полупериод после начала увеличения, а увеличения - через полупериод после начала уменьшения потока Продолжительность одного анализа составляет большое число периодов, модуляции излучения, как и в других известных способах абсорбционного анализа 2.

Недостатком известного способа является то, что диапазон измеряемых концентраций недостаточный. Возможность расширения диапазона измерений и упрощения способа ограничивается необходимостью осуществления операций усиления и синхронного детектирования рабочего сигнала, зависящего от Концентрации определяемого компонента, обладающих недостаточным для использования в оптическом анализе динамическим диапазоно и усложняющих способ анализа.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений и упрощение спо соба.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу оптического абсорбционного газового анализа, основанному на поглощении модулированного излучения определяемым ком5 понентом анализируемой смеси, включающему излучения через анализируемую смесь, возбуждение перетекания анализируемой газовой смеси между двумя соединенными между собой соизме0 римыми по объему камерами,по крайней мере одна из которых является лучеприемной,и определения поглощения путем измерения сигнала преобразования рас- . хода газовой смеси в электрический сиг5 нал, осуществляют импульсную модуляцию . излучения, возбуждение перетекания анализируемой газовой смеси из одной камеры в другую производят до . достижения максимального значения 0 импульсного выходного сигнала, а

концентрацию определяемого компонента находят по результату измерения одного из параметров импульсного сигнала, при этом отношение проме5 жутка времени от начала увеличения потока излучения до начала его уменьшения к постоянной времени пре- образования расхода газа в выход- 1 ной сигнал равно единице.

Концентрацию определяемого компонента определяют по высоте импульсного сигнала.

В течение одного цикла модуляции излучения (или в течение одного периода модуляции излучения, через который повторяют циклы) осуществляют все основные операции: облучгиот анализируемую смесь импульсом излучения, излучение поглощается определяемым компонентом, измеряют поглощение из0 лучения, для чего регистрируют, по крайней мере один из параметров импульсного выходного сигнала преобразования расхода газа в электрический сигнал, по величине которого 5 судят о концентрации определяемого компонента в смеси. . Перед анализом анализируемувй -га-. зовую смесь впускают в камеры, вы- ; держивают промежуток времени, необ1ХОДИМЫЙ для достаточного выравнива;ния температур порций анализируемой ;смеси в полостях камер, и в конце этого промежутка времени регистрируют установившееся показание и (или)

5 корректируют его, для чего, например, перераспределяют сопротивление плеч моста преобразователя расхода и до.биваются совпадения показания с соответствующей отметкой шкалы

0 (в частности,нижним пределом измерений) . Перед проведением следующего анализа новой пробы анализируемой смеси вновь заполняют полости ,камер анализируемой смесью, выдерживают смесь неосвещенной в течение промежутка времени, необходимого ДЛ выравнивания температур анализируемой смеси в полостях камер, регистрируют и корректируют установившееся показание и т.д. Более просто смену проб анализируемой смеси в камерах осуществляют путем диффузии через газопроницаемые стенки абсорбционных камер и (или) соединяющих их каналов. В этом случае смену.пробосуществляют непрерывно и даже непосредственно в моменты измерений сигналов и корректировок показаний. Импульсную модуляцию излучения осуществляют кратковременным подклю чением источника излучения к источнику его электрического .питания, при этом во входное окно из лучепри емных камер впускают излучение, пог лощаемое определяемым компонентом анализируемой смеси и практически не поглощаемое неопределяемыми компонентами смеси, или в оба входных окна камер одновременно впускают потоки излучения неодинаковых спект ральных плотностей в области полосы поглощения определяемого компонента и практически, одинаковых спектральных плотностей на полосе поглощения мешающего компонента. На фиг. 1 приведена временная диаграмма зависимости рассеиваемой и источнике излучения электрической мощности (Ф) от времени; нафиг. 2 - график зависимости выходно го сигнала ( UB,) от времени; на фиг. 3 - схема устройства, реализующая предлагаемый способ. На фиг. 1 и 2 по осям абцисс отл жены отношения времени t к постоянной времени t преобразования расход газа в выходной сигнал, равной пост янной времени нагрева и охлаждения порций газовых смесей в камерах. „ Рассмотрен случай электрической модуляции излучения. В течение промежутка времени от t 0 до t rHa малоинерционный источник с постоянной времени значительно меньшей 7Г подано напряжение, и поток излучения ( Фц) отличен от нуля только в тече ние этого промежутка времени. Зависимость nofoKa излучения от времени имеет вид прямоугольного импульса 1 Если процесс освещения анализируемой смеси продолжить на время t Г, то зависимость выходного сигнала (Ugyx) имеет вид кривой 2 (фиг.-2). Максимальное значение выходного сиг нала наблюдается в момент времени faT. Ш этому в момент вр1Эмени ib f прекращают доступ излучения в смесь и зависимость выходного сигнала от времени принимает вид кривой 3 (фиг. 2), а максимально достаточное значение сигнала остается прежним. Поэтому чувствительность анализа остается прежней, но уменьшаются затраты электроэнергии на проведение анализа. Если перед началом следующего цикла анализа выдержать промежуток времени Sf, при котором остаточный сигнал составит десятые доли процента, промежуток времени от начала уменьшения потока излучения (izT) до начала его увеличения (i sir-f Г) равен 9Г, при этом их отношение равно 9, что значительно больше единицы, а промежуток времени от начала увеличения потока () до начала его уменьшения (t t) равен С, а их отношение равно единице. В наиболее общем случае .это отношение может иметь с единицей один порядок величины. Устройство, реализующее способ, включает источник излучения 4 подключенный к источнику 5 электрического питания через выключатель О, управляемой от блока управления 7 (фиг. 3). Последний может быть вып° иен на основе реле времени. Через определенные промежутки времени источник излучения запитывают напряжением на заданные интервашы времени,, которые предварительно выбирают из условия достижения максимального значения измеряемого сигнала. Импульсы излучения поступают через фильт у. ры 8 и 9, а также через окна 10 и 11 камеры 12 и 13/ ограниченные стенка|Ми 14 и 15 с зеркальньши внутренними ... -- поверхностями и соединенныемежду собой трубкой 16 преобразователя расхода газовой смеси в электрический сигнал. Одинаковые терморезисторы 17 и 18 выполнены, например, из металлической проволоки с большим температурным коэффициентом изменения сопротивления, намотанной непосредственно на-трубку 16, Резисторы 19 и 20 (для корректировки нуля) и 21 дополняют схему до моста уитстона, к одной диагонали которо подкл чен источник питания 22, а J, ДРУГОЙ - самопишущий измерительный логометрический прибор 23, измеряющий отношение выходного сигнала мо- - ста к эталонному сигналу. Источник эталонного сигнала входит в комплек прибора 23. Для измерения интенсивности (ско рости) перетекания смеси между каме-i рами 12 и 13 применен тепловой преобразователь. При отсутствии потока газа внутри трубки 16 температуры терморезисторов 17 и 18 практически одинаковы, а сигнал на выходе моста практически равен нулю. Для подстройки служит резистор 20. С появлением газового потока от камеры 12 к камере 13 часть тепла от терморези тора 18 переносится массой измеряе