Оптический газоанализатор Советский патент 1988 года по МПК G01N21/61 

Изобретение относится к гаэоаналитическому приборостроению и может быть использовано при разработке и изготовлении газоанализаторов и газосигнализаторов для систем контроля окружанщей газовой среды, для про№шшенной санитарии и для исследовательских газоаналитических систем различного назначения

Целью изобретения является увеличение ресурса работы и упрощение конструкции, что достигается за счет обеспечения обратимости взаимодейстВИЯ анализируемого газа с индикаторным элементом в чувствительном элеМенте .

На фиг,1 показана оптическая схем газоанализатора; на фиг,2 - условное изображение внутренней структуры чувствительного элемента

Газоанализатор на фиг,1 содержит источник излучения 1, светофильтры 2, чувствительный элемент 3 в виде пористого стеклообразного теЛа, регистрирующее устройство 4, пассивный фильтр 5 (в канале сравнения).

На фиг, 2 изображены молекулы определяемого газа 6, поры 7 в стеклообразном теле 8, слой.индикаторного вещества 9,

Оптический газоанализатор может быть реализован следукщим образом (4иг,1)о В качестве источника излучения 1 применяется лампа накаливания со светофильтрами 2, выделяющими излучения с рабочими длинами волн. Может быть использован вместо этого источник излучения без свето яшьтров например, светодиод или лазер, имеющий определенную спектральную характристику излучения. Рабочие длины волн зависят от спектральной характристики чувствительного элемента-3, который изменяет свои оптические свойства, например оптическую плотность или люминесценцию, при появлении или исчезновении в окружающей среде определяемого компонента газовой смеси. Регистрирующее устройство 4 содержит приемник излучения и измеритель электрических сигналов, в которые преобразуется свет, пропущенный или переизлученный чувствительным элементом 3 Источник из. лучения, чувствительный элемент и регистрирующее устройство оптически связаны между собой. Для устойчивой

работы регистрирующего устройства в схеме газоанализатора может быть предусмотрен канал dpaвнeния, работаю щий от того же источника 1, в соответствующем месте в канале сравнения установлен пассивный фильтр 5,

Чувствительный элемент 3 выполнен в виде пористого стеклообразного тела, В объеме стеклообразного тела 8 (фиг,2) создана система сообщающихся пор 7, на поверхности которых в отдельных участках имеются частицы индикаторного вещества 9, которое специфично реагирует с молекулами определяемого газа 6,

Оптический газоанализатор работает следующим образом. При появлении в окружающей газовой среде определяемого компонента газовой смеси молекулы последнего диффундируют внутрь стеклообразного тела по системе сообщающихся порс Диффузия происходит благодаря разности парциальных дав-. лений определяемого компонента газа вне и внутри чувствительного элемента, таким образом, здесь побудитель расхода газа не требуется.

Молекулы газа адсорбируются на поверхности участков индикаторного вещества и изменяют энергетическое состояние и структуру молекул индикаторного вещества. При этом появляются или исчезают полосы поглощения на спектральной характеристике чувствительного элемента.

Размер пор в стеклообразном теле должен быть примерно на порядок величины ниже, чем длина волны рабочего излучения источника, для того чтобы обеспечивалась прозрачность чувствительного элемента, а с другой стороны, ра31мер пор должен быть достаточен, для того чтобы молекулы анализируемого газа свободно диффундировали в объеме пор, это достигается, когда поры крупнее молекул газа примерно на порядок.

Свет от источника 1 (фиг,1), проходя через чувствительный элемент 3, изменяет свою интенсивность в соответствующем участке спектра, что воспринимается приемником излучения регистрирующего устройства 4 и преобразуется в соответствукяций этому изменению электрический сигнал

При уменьщении концентрации или исчезновении определяемого газа в окружающей атмосфере парциальное давление газа вне чувствительного элемента становится меньше, чем внут ри (в объеме пор), и начинается обратная диффузия, сопровождаемая де сорбцией молекул газа 6 с поверхности индикаторного вещества, которое при этом возвращается в свое исходное состояние. Исходный спектр чувст вительного элемента восстанавливает- ся и регистрирующее устройство 4 твыдает сигнал об уменьшении концентрации газа о и м е р 1. Для индикации угле кислого газа настоящий оптический газоанализатор реализован следуняцим образом. В качестве источника излуче ния применяется лампа накаливания мовщостью 0,5 Вто Из спектра этой лампы с помощью светофильтра выдепяется зеленая область с максимумом пр пускания при 560 им Эта область спектра согласована со спектральной чувствительностью входного фотоприем1шка (СФ2-7) регнстрирзпощего устройства и со спектральной характеристикой чувствительного элемента, Чувствительный элемент выполнен из пористого натриево-боросиликатного стекла в виде пластины размером ммо В пластине создана монодисперсная система сообщающихся пор с максимумом распределения размеров при 7-8 нм, при таких размерах исходное стекло шрозрачно в зеленой области спектра, В исходное стекло введены микроколичества фенолфталеин и соды в качестве индикаторного ве,щества. При этом стеклообразное пористое тело приобретает способность поглощать свет в зеленом участ ке спектра. Известно, что водно-спиртовый раствор фенофталеина и соды при пробулькивании ч,ерез него углекислого газа обесцвечивается, причем необратимо, В состоянии адсорбации в пористом стекле фенофталеин и сода начинает взаимодействовать с углекислым газом, продиффундировавшим в объем пор. При этом спектр поглощения стекла изменяется. Изменение спектра обратимо. Характеристика газоанализатора (зависимость выходного сигнала U от процентного содержания углекислого газа в воздухе) линейна, обратима и воспроизводимаПример2, Для инднкации паров аммиака в качестве источника применялись те же источник-и приемник излучения. Чувствительный элемент выполнен так же, только в порах стеклообразного тела в качестве индикаторного вещества введен краситель типа бррмкрезолового пурпурового, & 1ходная характеристика газоанализатора обратима и воспроизводима. Примерз, Для индикации паров воды в качестве источника излучения применен светодиод, излучающий с максимумом 670 им, В качестве приемника излучения.использован согласованный по спектральной характеристике со светодиодом фоторезистор ФРЗ-12, В порах стекла с приведенными выше характеристиками пористости имеется хлорид кобальта в качестве индикаторного вещества. Выходная характеристика также обратима, воспро-изводима и линейна.

/

/

1/ОПТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержапщй оптически связанные источник излучения, чувствительный элемент и регистрирующее устройство, содержащее приемник излучения, о тл и ч аю щ и и с я тем, что, с целью увеличения ресурса работы и упрощения конструкции за счет обеспечения обратимости взаимодействия анализируеьюго газа с индикаторным. ;веществом, чувствительный элемент . выполнен в виде пористого стеклообразного тела с введенными в поры индикаторным веществом, причем размер пор пористого стеклообразного тела примерно на порядок величины меньше длины волны излучения источника и по крайней мере на порядок больше размера молекул анализируемого газа. 2 Оптический газоанализатор по п. ), отличающий ся тем, что для индикащш углекислого газа в поры стеклообразного тела в качестве индикатора введены фенолфталеин и сода. 3.Оптический газоанализатор по п., отли ч а ющи и с я тем, что дпя индикации паров аммиака в поры стеклообразного тела в /.лчестве индикатора введено вещество типа бромкреозолового пурпурового. 4.Оптический газоанализатор по п. I, отличающийся тем, что для индикации паров воды в поры стеклообразного тела в качестве индикатора введена образующая гцдраты соль переходного металла.