Оптико-акустический газоанализатор Советский патент 1985 года по МПК G01N21/61 

Изобретение относится к бездиспер сионным спектральным абсорбционным приборам газового анализа и может быть использовано в тех случаях, ког да анализируемая смесь подвергается сжатию для создания большей плотности примеси, микроконцентрацию которой надлежит определить, либо уже находится под давлением по условиям эксплуатации. Известны газоанализаторы, в которых двухканальная измерительная схема, обеспечиваювшя достижение требуемой точности и стабильности измерений, включает в себя источник и приемник , рабочую (заполненную анализируемой смесью) и сравнительную (заполняемую непоглощающим газом) кюветы,- регистрирующее устрой ство. Возможность расширения диапазона измеряемых концентраций в область меньших значений (до уровня Сд,у) реализуется путем увеличения длины L рабочей кюветы 1. Однако известные газоанализаторы невозможно применять для определения микроконцентраций С/ С,. Наиболее близким к предлагаемому .по технической сущности является оптико-акустИческий газоанализатор, содержащий рабочий и сравнительный оптические , каждый из которых включает расположенные последовательно на оптической оси источник излучения, модулятор, рабочую кювету, содержащую анализируемый газ под давлением, или сравнительную кювету соответственно и приемник излучения |2 .. Недостатком известного устройства является то, что определяемое значение концентрации примеси Gg оказывается весьма заниженным по сравнению с фактическим значением искомой концентрации С, достигая одного и более порядков. Указанный недостаток обусловлен тем, что измерительная схема устройства выполнена без учета того, что при сжатии анализируемой смеси от некоторого начального, допустим, атмосферного давления Ро до давления Р коэффициент пропускания рабочей кюветы Т и выхо дящий из последней лучисть1Й поток Ф возрастают соответственно с Т Т и с Фо до Ф пропорционально пр Т-Ть Ф-Фо светляющему фактору сС -;jr 7г- Согласно расчетам при Р 200 РП с достаточно высокой степенью точностиJll S , () п где п - показатель преломления Окон кюветы , 5 - рефракция заполняющего кювету инертного газа. Если перед началом измерений каналы измерительной схемы газоанализатора уравновешены, то при заполнении рабочей кюветы, находящейся под давлением Р, анализируемой смесью выходной сигнал (, где и и Ujt - сигналы, вызываемые соответственно определяемой примесью и фактором ы. По определению U(,(l-i-6l)-F - (., гдеио, и - сигналы, вызываемые лучистыми потоками Фр, Ф, а F - соответствующая Cj(L и Р искомая ордината газовой характеристики (в.относительных единицах ).6 даже при достаточно больших Р (порядка сотен атмосфер, и потому с относительной погрешностью в пределах нескольких процентов (,F , а следовательно, (F;ioi). Так как-7Г---Р, fc представляет со- бой соответствующую C.L и Р ординату газовой характеристики, то . . Для микроконцентраций предельные значения газовой характеристики ,02-0,04, а минимальные - по крайней мере на порядок меньше, т.е.. для тяжелых инертных газов (аргон, криптон и ксенон) фактор ot уже при давлениях, составляющих несколько десятков атмосфер, сопоставим по величине с F и его необходимо учитывать во. избежание получения значений Ср, существенно заниженных (вплоть до порядка и более того) по сравнению .с искомой концентрацией Cj,. Существенное увеличение чувствительности прототипа, достигаемое .за счет повышенного давления Р, не удается преобразовать.в соответствующее расширение диапазона измеряемых микроконцентраций в область меньших значений, что является еще одним недостатком известного устройства. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений в область меньших значений концентраций путем исключения влияния

на результаты измерения изменения коэффициента пропускания рабочей кветы.,

Поставленная цель достигается тем, что оптико-акустический газоанализатор, содержащий рабочий и сравнительный оптические каналы, каждый из которых включает расположенные последовательно на оптической оси, источник излучения, модуЛятор, рабочую кювету, содержащу анализируемый газ под давлением, или сравнительную кювету соответственно и приемник излучения, дополнительно содержит кювету, размещен ную непосредственно за сравнительной кюветой и связанную газовой магистралью с рабочей кюветой, при этом длина дополнительной кюветы п крайней мере на два порядка меньше длины рабочей кюветы.

На чертеже показана измерительная схема оптико-акустического, газоанализатора. .

Газоанализатор содержит светооптический узел 1, модулятор 2, рабсчую 3 длиной L, сравнительную 4 и дополнительную 5 длиной L кюветы, газовую магистраль 6, соединякицую кюветы 3 и 5, селективный оптикогакустический приемник 7, регистрирующее устройство 8. Светооптический узел 1 состоит из параболлического отражателя, в фокусе которого установлен источник излучения в виде нагреваемой до 800-900 0 нихромовой спирали. Сравнительная и дополнительная кюветы состыкованы таким образом, что вместо двух прилегающих друг..к другу окон имеется одно о.бщее окно у обеих кювет, которые тем самым .оказываются механически соединенными между.собой, что конструктивно проще двух самостоятельных кювет и позволяет исключить лишние потери и.злучения в сравнительном канале. Конструкции кювет 3 и 5, а также соединенной с ними газовой магистрали 6 рассчитаны на заданный предельный уровень давления анализируемой смеси.

Оптико-акустический газоанализатор работает следующим образом.

Кюветы 3-5 откачивают до форвакуума и по шкале регистрирующего устройства 8 устанавливают нулевой отсчет N . Далее кюветы 3 и 5 заполняют анализируемой смесью и сжимают ее до такого давления Р, при котором получится достаточно большой отсчет N.. Затем, зная градуировочную характеристику, определяют искомую концентрацию С.

Благодаря наличию газовой магистрали рабочая 3 и дополнительная 5 кюветы одновременно и под одним и тем же давлением Р запол.няются анализируемой смесью, т.е. в зтом случае выходной сигнал

((F;-oc,,),

I где Р„ - соответствующая и Р

ордината газовой характеристики;

р и ер величина проевetляющeгo } фактора соответственно в рабочем и сравнительном 20 каналах.

Из формулы (} следует, что этот фактор инвариантен по отношению к толщине сжатого газа (за исключением толщин, сопоставимых 5 с длиной волны излучения ) и определяется только его давлением Р

л -I 1 jiAj«.4v г V .i c:nri ra i

.e.(j. Кроме того, в соответт ствии твии с тем, что bf 0,01 L, мож t .1

но пренебречь Р - F 0,01 Fy Q по сравнению с F , и потому U , 1). Таким образом, искомая концентрация С непосредственно определяется по измеренному значению F и потому относитель5 пая погрешность-r-i -1 находится

С, F,

в пределах инструмента тьной ошибки измерений, присущей серийным оптико-акустическим газоанализаторам (дС и 4 F - абсолютные погрешности С и Fj, соответственно.). Применяя известные методы градуировки диапазона микроконцентраций по газовым смесям с относи5 тельно высокой концентрацией Cf

определяемого компонента (), можно гарантировать 2-3%.

Данный газоанализатор позволяет 0 существенно расширить диапазон измеряемых микрокопцентраций за счет сдвига соответствующего Р нижнего предела концентрации C,(Pj, ) в область меньших значений вплоть 5 до соответствующего Р уровня (Р) причем отношение )/ () пропорционально относительному увеличению чувствительности газоана511589066

nHsatopa, происходящему при сжатии собны в указанном диапазоне, а проанализируемой смеси от РО ДО. Р- тотип работоспособен, но не обеспеВозможность получения достаточно вильного порядка) значений микроконточных (с относительной погрешностью 5 центраций.

в пределах , значений искомой . . Применение, предлагаемого газоанамикроконцентрации в диапазоне С;ц„„(гН лизатора позволяет с достаточной точQVIH PO ) посредством данного газоана- ностью проводить аттестацию чист1г1Х лизатора предопределяет преимущества инертнык газов, а такж газовых сме последнего перед известными газо сей на их основе, содержащих микроанализаторами, аналоги неработоспо- концентрации заданного компонента. чивает получения достоверных (пра

ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержащий рабочий и сравнительный оптические каналы, каждый из которых включает расположенные последовательно на оптической оси источник излучения, модулятор, рабочую кювету, содержащую анализируемый газ под давлением, или сравнительную кювету соответственно и приемник излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений в область меньших значений концентраций путем исключения влияния на результаты измерения изменения коэффициента пропускания рабочей кюветы, он дополнительно содержит кювету, размещенную непосредственно за сравнительной кюветой и связанную газовой магистралью с рабочей кюветой, при длина дополнитель(Л : ной кюветы по крайнеймере на Два порядка меньше длины рабочей кюветы.