Способ измерения концентрации газа и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01N21/45 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для многокомпонентного анализа газов

Цель изобретения - повышение точности при измерении концентраций нескольких газов в смеси

На чертеже показана схема устройства, реализующего способ.

Устройство для реализации способа измерения концентрации газа включает источник 1 излучения, блок 2 управления спектром излучения источника с приводом 3, интерферометр, образованный двумя делительными элементами 4, 5 и двумя поворотными зеркалами 6, 7, кювету 8 с анализируемой средой, компрессор 9, кювету 10, с эталонной средой, прерыватель каналов, включающий приводы 11, 12 управления с соответствующими поворотными зеркалами 6 и 7, перестраиваемую диафрагму 13с приводом 14, приемник 15 излучения и схему 16 обработки сигналов, включающую фильтр нижних частот 17, аналогово- цифровой преобразователь 18, микроЭВМ 19, цифроаналоговый преобразователь 20 и индикатор 21.

Способ реализуют следующим образом.

Излучение от источника 1 поступает в блок 2, представляющий собой, например, перестраиваемый с помощью привода 3 интерференционный фильтр, в результате чего в излучении выделяется спектральный интервал Vi, совпадающий с полосой поглощения анализируемого газа. Затем излучение поступает на делительный элесл

VJ

N 4J 00

мент 4 и распределяется в два канала интерферометра, один из которых образован элементами 4,7,5, а другой - 4,6,5. При первом положении прерывателя каналов после прохождения излучения через кювету 8 с анализируемой средой и кювету 10 с эталонной средой части излучения объединяются с помощью делительного элемента 5 и образуют интерференционную картину, интенсивность излучения в которой In измеряется приемником 15. Поле зрения приемника выбирается перестраиваемой диафрагмой 13 в области минимума интерференционной полосы в отсутствие в кювете 8 анализируемого газа, который в рабочем режиме подается компрессором 9.

При втором положении превывателя каналов, реализуемом разворотом зеркала 6 приводом 11, излучение проходит только через анализируемую среду и регистрируется его интенсивность 121 без образования интерференционной картины приемником 15.

Аналогично при третьем положении прерывателя каналов регистрируется только излучение, прошедшее через эталонную среду 1з1.

Схема обработки сигналов на основе микроЭВМ обеспечивает управление узлами устройства и расчет концентрации газа в соответствии со следующим алгоритмом.

Интенсивность в области минимума интерференционной полосы равна

Hi 121 + 131-2 V|21|31COS 1 , .(1).

где - разность фаз интерференцирующих пучков, обусловленная разницей показателей преломления n(vi)n n0(Vi) анализируемого и эталонного газа на частоте п.

Или в другом виде

In 121 +131 /I21l31cos 23wi

Ln(vi)-Lono(vi)

где L, - длины кювет 8 и 10;

С - скорость света,

откуда может быть получен показатель преломления анализируемого газа для частоты излучения Vi

n(vi) n0(Vo)

tarccos-

2Vl2ll31

(3)

Последовательное повторение операций измерений величин 1гц ,l2V| и $v на частотах vi ,.. /им , совпадающих с полосами поглощения N анализируемых газовых компонент позволяет получить N уравнений вида (3) для показателей преломления анализируемой среды на частотах v, Представляя показатель преломления п(и)в виде

n(vi )°m(vi) Ci + n2(vi)C2+ ...+nN(vi)CN,

(4) где пм и См показатель преломления и

концентрация соответствующих компонен5 тов анализируемой среды.

Решение системы N уравнений (4) аналитическим путем обеспечивает нахождение концентраций N компонентов газовой смеси.

10 Способ и устройство для его реализации обеспечивают проведение многокомпонентного анализа при повышении точности измерений за счет исключения влияния поглощения излучения в каналах при интерфе15 рометрических измерениях в спектральных интервалах, совпадающих с полосами поглощения анализируемых газов: Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1.Способ измерения концентраций га- 20 за, включающий разделение излучения на

зондирующее и опорное, пропускание этих частей соответственно через анализируемую и эталонную среду с последующим совмещением и образованием интерферен25 ционной картины, измерение интенсивности излучения этих картин в поле зрения приемника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при измерении концентраций нескольких газов в смеси,

30 предварительно в отсутствии измеряемого газа в анализируемой среде выбирают поле зрения приемника в области минимума интенсивности интерференционной картины, после измерения интенсивности интерфе35 ренционной картины прерывают опорное излучение и измеряют интенсивность излучения на выходе анализируемой среды, затем прерывают зондирующее излучение и измеряют интенсивность излучения на вы40 ходе эталонной среды, причем измерения интенсиеностей излучений последовательно выполняют на частотах v- ,V2 ... .11м, лежащих в полосах поглощений N компонентов анализируемой смеси газов, а их концентра45 ции определяют по результатам измерений аналитическим путем.

2.Устройство для измерения концентрации газа, содержащее оптически связанные источник излучения, интерферометр, в

50 одном из каналов которого расположена кювета с анализируемой, а в другой - с эталонной средами, прерыватель каналов, приемник излучения и соединенную с ним схему обработки сигналов, о т л и ч а ю 55 щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при измерении концентраций нескольких газов, оно дополнительно содержит блок управления спектром излучения источника и перестраиваемую диафрагму,

расположенную перед приемником излучения, а прерыватель каналов выполнен с возможностью обеспе чения трех режимов

работы: одновременное прохождение излучения по обоим каналам и поочередное - по одному и другому каналам.

Изобретение может быть использовано для создания интерферометрических газоанализаторов. Целью изобретения является повышение точности при измерении концентрации нескольких газов в смеси. Способ измерения включает проведение интерферометрических измерений на нескольких частотах, совпадающих с полосами поглощения анализируемых газов при одновременном измерении интенсивности излучения отдельно в каждом канале интерферометра на каждой частоте, что обеспечивает устранение влияния поглощения излучения на контраст интерференционной картины. В устройстве для реализации способа в схему интерферометра с фотоэлектрической регистрацией интерференционной картины введены блок управления спектром излучения источника, трехрежимный прерыватель каналов интерферометра и перестраиваемая диафрагма для настройки поля зрения приемника на минимум интерференционной полосы на каждой частоте. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.