Способ экспресс-анализа газов Советский патент 1947 года по МПК G01N21/61 

Уже известны способы экспрессанализа газов путем их облучения модулируемым пучком инфракрасных лучей и измерения интенсивности звука, возникающего в газе вследствие явления Тиндаля-Рентгена. Эти способы имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что они не дают возможности производить анализ многокомпонентных газов одновременно на несколько составляющих.

Настоящее изобретение имеет целью устранить указанный недостаток и заключается в том, что интенсивность звука, возникающего вследствие явления Тиндаля-Рентгена, измеряют не в исследуемом газе, а в индикаторных газах, соответствующих составляющим многокомпонентного газа и освещаемых модулированным пучком инфракрасных лучей, прошедшим через анализируемый многокомпонентный газ. Для увеличения интенсивности измеряемого эффекта и исключения влияния посторонних шумов, собственных шумов ламп усилителя и тому подобного, модуляцию пучка инфракрасных лучей производят с инфразвуковой частотой порядка 20 гц и ниже.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 -

устройство для компенсации ложных сигналов; на фиг. 3 - график спектров поглощения двух анализируемых газов.

Интегральный источник / излучения инфракрасных лучей освещает п сравнительных индикаторных камер 2, находящихся на конце оптического пути. В этих камерах содержатся те же по наименованию индикаторные газы, которые должен индицировать и измерять прибор. источником излучения и индикаторными звуковыми камерами 2 находится модулятор 3, вращаемый электродвигателем 4. Задачей модулятора является превращение излучения источника из сплошного в прерывистое. В газовую камеру 5 поступает многокомпонентная смесь газов, содержащих такие же газы, как и помещенные в индикаторные камеры.

Если в газовой камере 5 находится чистый воздух, то поглощения радиации в ней не произойдет, и в индикаторных камерах возникнут некие максимальные звучания, которые после усиления могут быть преобразованы в условные нулевые показания указательных приборов 6. Когда в газовой камере 5 появится один из газов такой же, как и в индикаторной камере, этот газ соответственно своей концентрации погло337

ТИТ часть радиации и ослабеет интенсивность звучания эталонного газа в индикаторной камере, что скажется на показании указательного прибора 6. Эти показания могут быть выражены в единицах концентрации газа. При полном различии спектров поглощения всех газов смеси, таким образом может измеряться каждая составляющая газа, попадающая в измерительную камеру. Интенсивность звуковых колебаний определится ко.личеством световой энергии, поглощаемой газом и равной:

l-e- d.,(}

/(J/(v)

e:/(v) - функции спектрального распределения источника света;

V - частоты;

s(v)-- молекулярный коэфициент поглощения, харак.. теризующий данный газ и зависящий от частоты;

d - толщина слоя газа;

с - молекулярная концентрация;

МИЛЛИМОЛЬ/СуИ,

760

/с - постоянная для данной конструкции прибора.

Спектр газов не является непрерывным, а состоит из системы полос поглощения, в пределах которых e(v) имеет значительную величину. Вне этих полос s(v) равен нулю, и поглощение практически отсутствует; следовательно, для остальной части спектра газ можно считать прозрачным. Эти рассуждения дают возможность уменьшить пределы интегрирования, тогда формула (1) примет следующий вид:

.E / SJ/fv,). (1- ,(2)

где: v , V; - граница отдельных полос.

Если кoнцe тpaция газа и толщи;ны слоя малы, тогда: 338

1-е (v)crf. .(3)

и формула 2 преобразуется:

i -S f / (,) е (,) cd . rf V (4)

V/

()Li .... (5)

,v,

где: L- (v)dv- коэфициент Эйнv/

штейна, величина, характеризующая интенсивность данной полосы поглощения.

Пусть на пути от источника излучения до камеры, в которой звучит газ, имеется камера для измерения концентрации газа с длиной d. Пусть в этой камере находится тот же газ, что и в индикаторной камере с концентрацией с . Энергия, поглощаемая звуковой ячейкой, будет равна:

„, гг Г г ч -(-) - -( ) 1(

о(6)

Производя преобразования, подобные предыдущим, получаем:

Е Е-КссйаЩ }1;, . . (7)

J где: Lfi s(v)d,

следовательно.

при наличии в газовой камере того же газа, что и в индикаторной, сила звука будет ослаблена. Так как это ослабление пропорционально концентрации, то изменение ослабления звучания и явится мерой концентрации.

Из формулы 7 следует, что L пропорциональног(), следовательно, значение полосы поглощения будет существенно влиять на работу прибора.

Квадратичная зависимость дает возможность считаться, главным образом, со значением величины лишь сильных полос.

Кривые поглощения показывают, что полосы поглощения отдельных газов частью налагаются. Рассмотрим случай, когда в газовую камеру попадает иной газ, чем в индикаторную. Пусть часть полос этих двух газов перекрывается. Тогда будем

(4)cdf

где: e(v) - молекулярный коэфициент постороннего газа, с - концентрация. После преобразования получим: r:S-/ :c& /(v)Z.,.;. . (9)

v)s(v)cfv . . . (10)

V/

Величина ложного сигнала будет определяться по формуле:

М4.,,.

(

Эта величина при измерении концентрации углекислоты в присутствии паров бензина и продуктов их горения будет, составлять в процентах от отдельных компонентов не более: углеводороды 0,15, тетраэтилсвинец I, вода 2 и СО 0,24.

Расчет произведен без учета тонкой структуры спектра, исходя из наличия 100% raSoB в измерительной ячейке. Такой расчет дает возможность заранее определить предел допустимых ошибок в каждом случае приложения способа к анализу каких-либо газов. Для случаев, когда вычисленная величина погрешности может быть больше допустимой, это затруднение разрешается двумя путями. В случае однокомпонентного анализа применимо обычное срезание перекрывающихся полос путем применения газовых фильтров с вредными газами, что -несколько уменьшает чувствительность анализа.

Для многокомпонентного прибора в случае перекрытия полос, измеряемых компонентом, может быть применена схема взаимной компенсации ложных сигналов (фиг. 2). В этой Схеме предусматривается одновременный анализ двух газов, спектры поглощения которых условно показаны на графике (фиг. 3).

Газы А и В имеют по три полос-. -поглощения, расположенные таким

22

иметь некий ложный сигнал, величину л оторого и оценим:

d -)cd 1-е1,

(8)

образом, что две из них совершенно отличны, а одна перекрывается. Отсюда возможно обнаружить газ В вместо присутствующего А, и наоборот. Если в смеси присутствуют оба газа, прибор будет давать искаженные показания количественного содержания каждого газа в смеси.

Для исключения ложных сигналов можно применять схему компенсации с двумя независимыми усилительными трактами. Генерируемые микрофонами напряжения, возникающие от преобразования звуков газов А и В, можно подать на двухсекционные вторичные обмотки выходных трансформаторов. Первая секция первого тракта работает на измерительный прибор, и ее ложный сигнал компенсируется током обратного направления второй секции второго усилительного тракта (сигнал от газа В).

Вторая секция первого тракта работает на компенсацию ложного сигнала первой секции второго усилительного тракта.

Оба сопротивления подбираются при тарировке на чистых смесях. Однако, поскольку в настоящее время задача анализа одного компонента практически не разрещена, приходится заново формулировать ее и решать.

Предмет изобретения

1. Способ экспресс-анализа газов путем их облучения модулируемым пучком инфракрасных лучей и измерения интенсивности звука, возникающего вследствие явления ТиндаляРентгена, отличающийся тем, что, с целью анализа многокомпонентных газов одновременно на несколько составляющих, интенсивность звука, возникающего вследствие явления Тиндаля-Рентгена, измеряют в индикаторных газах, соответствующих составляющим многокомпонентного газа и освещаемых модулированным пучком инфракрас339

ных лучей, прошедшим через анализируемый многокомпонентный газ. 2. Прием выполнения способа по п. 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения интенсивности измеряемого эффектна и исключения

влияния посторонних шумов, собственных шумов ламп усилителя и тому подобного, модуляцию пучка инфракрасных лучей производят с инфразвуковой частотой порядка 20 ei и ниже.

Фиг. 1

3

/.

Гг

Фиг. 2

Al

Фиг. 3