Газоанализатор для определения примесей кислорода в инертных газах Советский патент 1992 года по МПК G01N21/61 

Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано для определения примесей кислорода в инертных газах, в частности для определения примесей кислорода в ксеноне.

Известен газоанализатор для определения примеси кислорода в инертных газах, содержащий люминесцентный чувствительный элемент в виде красителя, адсорбированного на сйликагеле, схему возбуждения и приемник излучения. В качестве источника возбуждения в устройстве используется лампа накаливания, свет которой модулируется с помощью механического прерывателя.

Недостатком известного устройства является низкая чувствительность, так как лампы накаливания имеют низкую энергию

излучения в диапазоне возбуждения люминесценции, а также ограниченный диапазон измерений концентраций кислорода (0,0001 -0,1%).

Известен газоанализатор для опреде- ления примесей в инертных газах, содержащий источник возбуждения разряда, газоразрядную трубку, электроды которой соединены с выходами источника возбуждения разряда, оптически сопряженные с га- зоразрядной трубкой светофильтр и фотоприемник, блок усиления, обработки и регистрации, вход которого соединен с выходом фотоприемника, а также дополнительный заземленный электрод и блок генератора управляющих импульсов, причем источник возбуждения разряда выполнен в виде формирователя положительных высоковольтных импульсов, а заземленный электрод установлен на внешней поверхно- сти газоразрядной трубки в точке, противоположной вводу анода, при этом один выход блока генератора управляющих импульсов/ соединен с управляющим входом блока усиления обработки и регистрации, а другой выход -с входом источника возбуждения разряда.

Недостатком известного газоанализатора является ограниченный диапазон измерения микроконцентраций кислорода в инертных газах, что объясняется низкой эф- фиктивностью возбуждения кислорода в разрядной трубке. В аргоне диапазон измерений кислорода составляет 0,05 - 1%. в азоте 0,05 - 3%, в гелии 0,2 - 1,2%.

Исследования эмиссионного спект- рального метода анализа криптона и ксенона показывают низкую чувствительность при определении содержания кислорода в диапазоне 0,0001- 0,1%.

Целью изобретения является повыше- ние чувствительности газоанализатора и расширение диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в газоанализатор для определения примесей кислорода в инертных газах дополнительно введен блок запирания фотоприемника, а в газоразрядную трубку помещен люминесцентный чувствительный элемент, при этом один вход блока запирания фотоприемника соединен с третьим выходом генератора управляющих импульсов, другой вход - с выходом источника высоковольтного питания фотоприемника, а выход соединен с вторым входом фотоприемника.

Введение в газоразрядную трубку газоанализатора люминесцентного чувствительного элемента, наличие блока запирания фотоприемника в совокупности в остальными элементами схемы позволяет возбуждение чувствительного элемента осуществлять непосредственно электрическим разрядом в анализируемом газе с дальнейшей регистрацией эмиссионного или люминесцентного спектра для формирования информационного сигнала о концентрации кислорода. Кроме того, молекулы кислорода активируются на более высокие энергетические уровни по сравнению с возбуждением от отдельного источника света. Это приводит к повышению чувствительности измерений и расширению диапазона.

На фиг. 1 показана схема соединения блоков газоанализатора; на фиг.2 - электрическая схема фотсприемника, выполненного на основе фотоумножителя, и блока запирания фотоприемника; на фиг.З - выходные сигналы блоков газоанализатора.

На фиг.3 на диаграмме а показаны выходные сигналы блока генератора управляющих импульсов, сигнал положительной полярности поступает на формирователь положительных высоковольтных импульсов, а сигнал отрицательной полярности поступает на блок запирания фотоприемника, на диаграмме б - выходн ые сигнал ы формирователя положительных высоковольтных импульсов, на диаграмме в - выходные сигналы блока запирания фотоприемника, на диаграмме г - выходные сигналы фотоприемника при регистрации содержания кислорода в диапазоне 0.0001 - 0,1 %, для одного фиксированного значения концентрации, информативной характеристикой сигнала является динамика затухания, на диаграмме д - выходные сигналы фотоприемника при регистрации кислорода в диапазоне 0,1 - 1% для одного фиксированного значения концентрации, информативной характеристикой сигнала является амплитуда сигнала. .- .;

Газоанализатор для определения примесей кислорода в инертных газах (фиг.1) содержит газоразрядную трубку 1, в которую помещен люминесцентный чувствительный элемент 2, например, в виде органического красителя, адсорбированного на силикагеле, и оптически сопряженную со светофильтром 3 и фотоприемником 4, источник 5 высоковольтного питания фотоприемника, блок 6 усиления, обработки и регистрации сигнала, формирователь 7 положительных высоковольтных импульсов, который является источником возбуждения импульсного разряда в газоразрядной трубке 1. Управление формирователем 7 осуществляется блоком генератора 8 управляющих импульсов. Импульсы положительной полярности формирователя 7 подаются на анод 9 трубки 1, а отрицательный выход формирователя соединен с катодом 10. Кроме того, газоанализатор содержит блок 11 запирания фотоприемника. Вход фотоприемника 4 соединен с выходом источника 5 высоковольтного питания фотоприемника, а выход - с входом блока 6 усиления, обработки и регистрации сигнала, первый выход генератора 8 управляющих импульсов соединен с входом формирователя 7 положительных высоковольтных импульсов, второй выход - с управляющим входом блока 6 усиления, обработки и регистрации. Один вход блока 11 запирания фотоприемника соединен с третьим выходом блока генератора 8 управляющих импульсов, другой вход -с выходом источника 5 высоковольтного питания фотоприемника, а выход соединен со вторым входом фотоприемника 4.

Газоанализатор работает следующим образом.

Анализируемый инертный газ, содержащий примеси кислорода, пропускают с постоянным расходом через газоразрядную трубку 1 (фиг.1). Блок 6 усиления, обработки и регистрации включает &пок генератора 8 управляющих импульсов, который запускает в работу формирователь 7. Высоковольтные импульсы положительной полярности поступают с выхода формирователя t на электроды газоразрядной трубки и возбуждают в ней импульсные электрические разряды. Световые вспышки этих разрядов вызывают люминесцентные вспышки красителя чувствительного элемента 2, которые через светофильтр 3 поступают на фотоприемник 4. В момент вспышки на фотоприемник 4 поступают и эмиссионные сигналы, обусловленные аналитической линией кислорода (772,2 нм). Если концентрация кислорода находится в пределах 0,0001 - 0,1%, то информационный сигнал газоанализатора обусловлен сигналом люминесценции, динамика тушения которого выступает мерой концентрации кислорода, а эмисионный сигнал будет мал и постоянен. Если концентрация кислорода находится в пределах 0,1 - 1%, то сигнал люминесценции практически отсутствует (он будет потушен), а информация о содержании кислорода будет заключена вэмиеи- онном спектральном сигнале. Запирание фотоприемника производится таким Образом, чтобы была возможность последовательно регистрировать люминесцентный и спектральный сигналы (фиг.З).

Управляя режимом открытия-запира- ния фотоприемника 4 с помощью блока 11, блока генератора 8 управляющих импульсов, блок 6 усиления, обработки и регистрации информации отслеживать изменение концентрации кислорода.

Блок 11 запирания фотоприемника содержит транзистор, например КТ-704, трансформатор на ферритовом кольце (фиг.2) и работает следующим образом. Под действием управляющего импульса, сформированного блоком генератора управляю0 щих импульсов, транзистор открывается и отрицательный высокий потенциал поступает на электрод-модулятор М, фотоприемник 4 на время действия управляющего импульса закрыт, при отсутствии импульса

5 на входе блока 11 фотоприемник 4 открыт. Введение в газоразрядную трубку люминесцентного чувствительного элемента и наличие блока запирания фотоприемника позволяет повысить чувствительность изме0 рений и расширить диапазон измерений концентраций кислорода в 1000 раз, так в известном газоанализаторе диапазон измерений 0,1 - 1%, а в предлагаемом 0,0001 - 1%. Это позволит расширить область при5 менения предлагаемого газоанализатора, так как его можно использовать как в технологическом процессе производства инертных газов, где концентрация кислорода изменяются от процента до тысячных про0 цента, так и при аттестации инертных газов по сортности, где концентрации примесей не должны превышать нескольких миллионных долей 0,0001 - 0,0050%.

Формула изобретения

5 Газоанализатор для определения примесей кислорода в инертных газах, содержащий источник возбуждения разряда, выполненный в виде формирователя положительных высоковольтных импульсов, га0 зоразрядную трубку, электроды которой соединены с выходами источника возбуждения разряда, оптически сопряженные с газоразрядной трубкой светофильтр и фотоприемник, источник высоковольтного

5 питателя фотоприемника, блок усиления, обработки и регистрации, блок генератора управляющих импульсов, причем вход фотоприемника соединен с выходом источника высоковольтного питания фотоприемника,

0 а выход- с входом блока усиления, обработки и регистрации, первый выход блока генератора управляющих импульсов соединен с входом источника возбуждения разряда, второй выход - с управляющим

5 входом блока усиления, обработки и регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности газоанализатора и расширения диапазона измерений, в газоразрядную трубку помещен люминесцентный чувствительный элемент и дополнительно в газоанализатор введен блок запирания фотоприемника, первый вход которого соединен с третьим выходом блока генератора управляющих импульсов, второй вход - с выходом источника высоковольтного питания фотоприемника, а выход соединен с вторым входом фотоприемника.

Изобретение относится к аналитиче ской технике и может быть использовано для определения примесей кислорода в инертных газах, в частности для определения примесей кислорода в ксеноне. Цель - повышение чувствительности газоанализатора и расширение диапазона измерений. Газоанализатор содержит источник возбуждения разряда, выполненный в виде формирователя положительных высоковольтных импульсов, газоразрядную трубку, электроды которой соединены с выходами источника возбуждения разряда, оптически сопряженные с газоразрядной трубкой светофильтр и фотоприемник, источник высоковольтного питания фотоприемника, блок усиления, обработки и регистрации, блок генератора управляющих импульсов. Причем вход фотоприемника соединен с выходом источника высоковольтного питания фотоприемника, а выход- с входом блока усиления, обработки и регистрации, первый выход блока генератора управляющих импульсов соединен с входом источника возбуждения разряда, второй выход- с управляющим входом блока усиления, обработки и регистрации. Введение в газоразрядную трубку газоанализатора люминесцентного чувствительного элемента и блока запирания фотоприемника, первый вход которого соединен с третьим выходом блока генератора управляющих импульсов, второй вход - с выходом источника высоковольтного литания фотоприемника, а выход соединен со вторым входом фотоприемника, позволяет повысить чувствительность газоанализатора.и расширить диапазон измерений. 3 ил. « Ј g 00

./

K&atyl). -$.

(Ю

€Ш

| ibwyi

88888/

Л

e

Л П

г)

Ъ

U

п п

Y

и