Оптический абсорбционный газоанализатор Советский патент 1986 года по МПК G01J1/04 

1 с внешней средой. Отражающая поверхность перегородки 9 направляет н приемники излучения 13 и 14 попадающую на нее небольшую часть потока излучателя 1, повьшая тем самым чувствительность газоанализатора. Радиус рабочей кюветы выбран по формуле R r+100: (KCg), где г - .радиус излучателя, м; К - коэффициент поглощения измеряемого компонента, 1/(м.%); Cj, - верхний предел диапазона измереьшя объемной доли измеряемого компонента, %. Подключение источника питания 2 к излучателю 1 осуществляется через ключ 20, управляемый гене ратором прямоугольных импульсов 19. Модулированный в соответствии с этим поток излучателя 1 проходит через кюветы 3 и 4, Ослабляясь на опреде;Ленных частотах, характерных для

67169

структуры молекул измеряемого компонента, поток излучения,, попадающий в приемник излучения 13 рабочег.о канала, несет информацию о составе анализируемой смеси. В начале каждого измерения, т.е. в момент включения излучателя 1, формирователь импульсов сброса 21 формирует импульс, сбрасывающий информацию измерителя амплитудных значений 22. При этом сигнал на его выходе на короткое время уменьшается и одновременно, по мере прогрева излучателя 1, возрастает , принимая новое значение, в соответствии с которым устанавливаются показания индикаторного прибора 24, пропорциональные содержанию измеряемого компонента в анализируемой смеси .- 1 3. п. флы, 1 ил.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в системах газового ана лиза, например, при измерениях загрязненности атмосферы. Целью изобретения является повьше ние чувствительности газоанализатора за счет более полного использования потока излучателя. На чертеже представлена схема предлагаемого оптического абсорбционного газоанализатора. Газоанализатор содержит излучател 1 с источником 2 питания, сравнительную и рабочую кюветы 3 и 4, выполненные из прозрачного для рабочей области спектра материала в виде полусфер, отверстия входа и вьпсода газа 5-8, металлическую полированную перегородку 9, имеющую электрический контакт 10 с одним из электродов излучателя 1, соединенную с общим проводом 11 и снабженную на границе уст ройством 12 теплоотвода, первый и второй приемники излучения (рабочего и сравнительного каналов) 13 и 14 соответственно, побудитель 15 расхода, индикатор 16 расхода, теплообменник 17, соединяющий отверстия 6 и 7, побудитель 18 расхода, генератор 19 прямоугольных импульсов, управляющий ключом 20 и формирователь 21 импульсов сброса измерителя 22 амплитудных значений, соединяющего регистрирующее устройство 23 с индикаторным прибором 24. Газоанализатор работает следующим образом. Через кювету 4 побудителем 18 непрерывно продувается анализируемая смесь. Побудитель 15 постоянно откачивает эталонную (нулевую) смесь из- кюветы 3, которая, охладившись в теплообменнике 17 до температуры охлаждающей среды, вновь попадает в кювету 3. Эти меры необходимы для устранения локального нагрева смеси, находящейся вблизи излучателя 1. Индикатор 16 служит ;у:я контроля работы побудителя 15. Для увеличения теплообмена излучателя 1 с внещней средой и уменьшения времени его остывания перегородка 9 выполнена теплоп-роводящей (металл ческой и снабжена на границе устройством 12 теплоотвода. Небольшая часть потока, вследствие неточечных размеров излучателя 1, рассеяния средой кювет, отраже шя внутренней поверхностью кювет, попадает на от3

ражаюшую (полированную) поверхностьперегородки 9, отражаясь от которой направляется в соответствующие приемники 13 и 14.

Электрический контакт 10 одного из электродов излучателя 1 с перегородкой 9, соединенной с общим проводом 11, упрощает подключение излучателя 1 к ключу 20. Поскольку из кюветы, через приемник излучения, необходимо провести только один проводник, то и вызванное им уменьшение потока будет меньше, чем от двух проводников . Соединение перегородки 9 с общим проводом 11 устраняет помехи от нее, отрицательно влияющие на работу высокочувствительной измерительной схемы регистрирующего устройства 23, так как в этом случае перегородка 9 выпохуняет роль электрического экрана.

Генератог 19 через ключ 20 периодически подключает источник 2 к излучателю I. Модулированный в соответствии с этим поток излучателя 1 проходит через кюветы 3 и 4. Ослабляясь на определенных частотах характерных для структуры молекул измеряемого компонента, поток излучения, попадаю тй в приемник 13 излучения несет информацию о составе анализируемой смеси. При этом поток, прошедший через сравнительную кювету 3, попадает в приемник 14 излучения и является опорным. По отношению к нему регистрирующее устройство 23 измеряет сигнал. I

Вид регистрирующего устройства 23 определяется типом приемников излучения. Например, в случае оптикоакустических приемников излучения регистрирующее устройство содержит конденсаторный микрофон (индуктивный датчик, терморезистор и т.д.) и измерительную схему, преобразующую физическую величину (соответственно, емкость, индуктивность, сопротивление и т.д.), например, в напряжение.

Сигнал на выходе измерителя 22 амплитудных значений определяется величиной наибольшего сигнала на его входе, нодключенном к выходу регистрирующего устройства 23, за время измерения. В начале каждого измерения , т.е. в момент включения излучателя 1, формирователь 21 формирует импульс, сбрасывающий информацию Измерителя 22. При этом сигнал на его

671694

выходе на короткое время уменьшается и одновременно, по мере прогрева излучателя 1 возрастает, принимая новое значение, в соответствии с кото5 рым устанавливается показание инди-. катерного прибора 24, пропорциональное содержанию измеряемого компонента в анализируемой смеси.

Находят чувствительность Ч газо10 анализатора, равную приращению J В выходного сигнала, вызванному прирашением dt; концентрации

,к(К-г)) 100о С

где R, г - радиус кювет и излучателя

соответственно; К - коэффициент поглощения измеряемого компонента. Из условия экстремума находим, . что

100

КС

является оптимальным значением радиуса рабочей кюветы, при котором чувствительность газоанализатора максимальная.

При измерениях в диапазоне концентрации от С,| до, С0 (CH - штаний предел диапазона измерения; Cj верхний предел диапазона измерения) чувствительность газоанализатора изменяется соответственно от ср дос/. При этом

. . . lite (ОС) 100

-L . Чи где S - - допустимая нелиней ность..

Учитывая, что величина R оптимальна для некоторой концентрации С, получаем

откуда находим

°°1

K(Cg-Cj

Последнее выражение связывает размер кюветы газоанализатора с диапазоном измереш1я (Cj-C(|) и допустимой нелинейностью S. .

Подставляя наименьшее значение нелинейности ,; получаем окончательно

100

КСв

Таким образом, радиус рабочей кю;веты, обеспечивающий максимальную : чувствительность при наименьшей нелинейнос-ти определяется приведенной 51 формулой и не зависит от нижнего предела измерений.Сц. Формула изобретения 1. Оптический абсорбционный газоанализатор, содержащий излучатель с источником питания, оптически связанный с первым и вторым приемниками : излучения через сравнительную и рабочую кюветы соответственно, ре гистрирующее устройство с индикаторным прибором, соединенное с приемниками излучения, сравнительная и рабочая кюветы снабжены входными и выходными отверстиями каждая, отличающийся тем, что 9 с целью повьипения чувствительности газоанализатора, сравнительная и рабочая кюветы выполнены в виде полусфер, соединенных между в экваториальной плоскости, причем между полусферами размещена теплопроводящая перегородка с отражающей поверхностью, в центре которой расположен излучатель, перегородка выполнена из электропроводящего материала, имеет электрический контакт с одним из 696 электродов излучателя, соединена с общим проводом и снабжена-устройством теплоотвода, при этом входное и выходное отверстия сравнительной кюветы соединены между собой через побудитель расхода, индикатор расхода и теплообменник, а радиус рабочей кюветыравен где г - радиус изл чателя, м; К - коэффициент поглощения из. меряемого компонента, (м, %) Cg- ь верхний предел диапазона измерения объемной доли измеряемого компонента, %. 2. Газоанализатор по п. I; о т лич ающийс я тем, что источник питания подключен к излучателю через ключ, управляющий вход которого соединен с генератором прямоугольных импульсов, а между регистрирующим устройством и индикаторным прибором введен измеритель амплитудных значений, управляющий вход которого соединен через формирователь импульсов сброса с генератором прямоугольных импульсов.