Газоанализатор Советский патент 1982 года по МПК G01N21/61 

(50 ГАЗОАНАЛИЗАТОР

I

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, конкретнее к спектроабсорбционным газоанализаторам, и может быть использовано для контроля технических процессов в различных областях прокфпиленности.

Известен газоанализатор, содержащий источник излучения, измерительную кювету, приемник излучения и регистрирующий прибор .

Недостатком известного газоанализатора является то, что с его помощью нельзя проводить анализ многокомпонентных смесей,

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является газоанализатор, содержащий последовательно расположенные источник излучения, измерительную кювету и приемник излучения, пробозаборник и электронную схему измерений, включающую генератор частоты, схему счетчика с дешифратором, схему накопления и запоминания сигналов, элемент И, компаратор.

ячейку триггеров, формирователь стробирующих импульсов, ячейку элементов И, причем первый вход элемента И соединен со вторым выходом схемы накопления и запоминания сигналов, второй вход соединен с выходом схемы счетчика с дешифратором, а выход - с нулевым входом ячейки триггеров и входом формирователя стробирующих импульсов, первый вход ячейки элементов И соединен с выходом ячейки триггеров, второй вход соединен с выходом формирователя стробирующих импульсов, выход ячейки элементов И соединен со схемой индикации, выход компаратора соединен с третьим входом схемы накопления и запоминания сигналов, первый выход которой соединен с первым его входом.

В этом газоанализаторе в первом полуцикле (сравнительном) измеряют и интегрируют, например, в течение одной секунды электрический сигиап преобразованного лучистого пУк-.к,,

прошедшего исследуемую пробу. Накопленный сигнал запоминают и подают на один из входов компаратора.

Во втором полуцикле (измерительном) измеряют и интегрируют электрический сигнал преобразованного лучистого потока, прошедшего исследуемую пробу и последовательно введенную нормированную кювету (эталонную) с веществом, на наличие которого исследуется проба. Накапливаемый сигнал прикладывают ко второму входу компаратора напряжения. Интегрирование, как и в первом полуцикле, задается секундными импульсами. По истечении ОДНОЙ секунды интегрирования следующий секундный импульс запускает фо{ мирователь стробирующих импульсов, который вырабатывает импульс длительно.стью At, а в схеме продолжается накопление сигнала до уровня накопленного в сравнительном полуцикле. Этот процесс отображается импульсом длительностью At , который вычитается из импульса, вырабатываемого формирователем стробирующих импульсов. Остаток длительностью At есть мера концентрации компонента в пробе. Чем больше по длительности остаток импульса Ut , тем интенсив нее насыщена проба компонентом. Для каждого вещества стробирующий импульс Ли имеет.определенную длительность полученную из способности ве щества поглощать соответствующие составляющие лучистого потока 2.

Однако с помощью известного газоанализатора невозможен анализ многокомпонентных газовых смесей, у которых частично перекрываются спектры поглощения составляющих смесь вещест Кроме того, за каждые два полуцикла (сравнительный и измерительный) газоанализатор производит анализ смеси только на один компонент, что снижает его быстродействие.

Цель изобретения - расширение диапазона исследуемых веществ в смеси и повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем что в газоанализаторе, содержащем последовательно расположенные источник излучения, измерительную кювету и приемник излучения, пробозаборник и электронную схему измерения, включающую генератор частоты, схему счетчика с дешифратором, схему накопления и запоминания сигналов, элемент И

компаратор, ячейку триггеров, формирователь стробирующих импульсов, ячейку элементов И, причем первый вход элемента И соединен со вторым выходом схемы накопления и запоминания сигналов, второйвход соединен с выходом схемы счетчика с дешифратором, а выход - с нулевым входом ячейки триггеров и входом формирователя стробирующих импульсов, первый вход ячейки элементов И соединен с выходом ячейки триггеров, второй вход соединен с выходом формирователя стробирующих импульсов, выход ячейки элементов И соединен со схемой индикации, .выход компаратора соединен с третьим входом схемы накопления и запоминания сигналов, первый выход которой соединен с первым его входом, дополнительно снабжен диском с «окнами, с оптическими фильтрами во всех окнах, кроме, одного, и источником све,та вне уровня окон, приемником светового потока, выполненным в виде обоймы фотоэлементов, схемой И-ИЛИ, аналоговым ключом, второй ячейкой элементов И, вторым генератором частоты при этом дис.к установлен между источником и приемником излучения окнами jHa пути потока излучения, механизм |вращения диска подключен входом к .выходу первого генератора частоты, оптический элемент диска связан световым потоком с окнами фотоэлементов обоймы, выход обоймь фотоэлементов соединен с четвертымiвходом схемы накопления,и запоминания сигналов, подключенной вторым выходом к вторым входам схемы И-ИЛИ и параллельно к вторым входам второй ячейки элементов И, включенных в разрыв цепи между выходом компаратора и единичными входами соответствующих триггеров, третьим выходом - к входу аналогового ключа, включенного в разрыв цепи между этим выходом и вторым входом компаратора, четвертым выходом к третьим входам второй ячейки элементов И и первым входам схемы И-ИЛИ, соединенной выходом с управляющим входом аналогового ключа, пятым входом - к выходу элемента И, причем выход второго генератора частоты соединен с третьими входами первой ячейки элементов И,

В газоанализаторе многокомпонентное исследование газовой среды за одно измерение проводится в два временных полуцикла (сравнительный и измерительный) сопоставлением в измерительном полуцикле отдельно дискретно накопленных электрических потенциалов полученных в сравнительном полуцикле, путем многократного преобразования в электрические сигналы лучистого потока, облучающего исследуемую среду, без соответствующей составляющей в спектре на каждый компонент, поглощаемой им, и дальнейшим дискретным накоплением этих потенциалов до уровня опорного дискретно накопленного электрического потенциала в сравнительном полуцикле, полученного преобразованием в электрические сигналы лучистого потока, облучающего исследуемую среду всем спектром источника излучения. Длительность временных интервалов процесса сопоставления и дальнейшего накопления электрических потенциалов от потока без соответствующих составляющих в спектре до уровня onoffHoro есть величина, обратная концентрации каждого компонента в исследуемой ереде Избирательное исключение из спектра потока .составляющих, с помощью которых ведётся анализ среды, осуществляется абсорбционными фильтрами, отражающими эти составляющие. Фильтры одиночно, но многократно вводятся на пути лучистого потока в процессе каждого измерения. Вхождение каждого фильтра в лучистУйй поток и выход иЗ: него синхронизированы импульсами обой ,мы фотоэлементов.

На фиг. 1 изображена блок-схема газоанализатора; на фиг, 2 - секторообразный диск; на фиг. 3 - обойма фотоэлементов; на фиг. - графики дискретного накопления потенциалов в ячейках запоминания сигналов схемы накопления и запоминания«

Газоанализатор (см, фиг. 1) содержит источник излучения 1, измерительную кювету 2, пробозаборник 3, приемник излучения i, генератор частоты 5, схему счетчика с дешифратором 6, схему 7 накопления и запоминания сигналов, эЛемент И 8, компаратор 9, ячейку триггеров 10, формирователь Стробйрующих импульсов 11, первую ячейку элементов И 12, схему индикации 13, диск , механизм вращения 15| источник света 16, обойму фотоэлементов 1 схему И-ИЛИ 18, аналоговый ключ 19,. вторую ячейку элементов И.20, второй генератор частоты 2U

На фиг. кривые 22, 23 и 2k изображают соответственно графики дискретного накопления потенциалов в ячейках запоминания сигналов схемы 7 от окна без фильтра, от окна с фильтром для случая, когда в пробе содержится определяемый компонент, и от окна с фильтром, когда определяемый компонент отсутст вует.

Газоанализатор работает следующим образоМо

В исходном состоянии на выходе приемника излучения k возникают электрические сигналы через равные времен, ные интервалы их (фиг, А), повторяющиеся в пocлeдoвaтeльнoctи вхождения в поток излучения окон вращающегося диска Н, Генератор частоты 5 вырабатывает колебания, которые управляют вращением диска Н с помощью механизма вращения 15.

Одновременно эти колебания схемой счетчика с дешифратором 6 преобразуются в секундные импульсы. Обойма фотоэлементов 17 выдает импульсы моментов вхождения каждого окна диска в поток излучения и выходов из . ... На входах схемы 7 накопления и запоминания сигналов, элемента И 8, первой ячейки элементов И 12, элементов И схемы И-ИЛИ 18, второй ячей1|и элементов И,20, управляющем входе аналогового ключа 19 заданы запрещающиеуровни. На входах компаратора 9 ну.левые уровни. Триггеры ячейки триггеров 10 находятся в одном из двух возможных состояний. Одновибраторы формирователя стробирующих импульсов 11 находятся в состоянии покоя. Второй генератор частоты 21 вырабатыва-, ,ет импульсы заполнения.

По команде Измерение первый секундный импульс со схемы сметчика с дешифратором 6 (сравнительный полуцикл) задает уровни разрешения на входах 25-27 схемы 7. Одновременно с выхода обоймы фотоэлементов 17 импульс Начало окна без фильтра по входу 27 поставит схему 7 в режим накопления потенциала на время Лх (см. фиг. ) прохождения окном лучистого потока. Импульс Конец окна по этому входу поставит схему 7 в режим хранения накопленного потенциала, который с выхода 29 этой системы поступает на вход 30 компаратора 9. Следующий импульс обоймы фотоэлементов 17 Начало окна с фильтром опять поставит схему 7 в режим накопления на время 4х прохождения фильтром лучис того потока. Импульс Конец окна с фильтра переводит эту схему в режим хранения накопленного потенциала, И так для каждого окна за один оборо диска. Если в исследуемой среде отсутствуют определяемый компонент, то за п оборотов, сделанных диском в сравнительном полуцикле, дискретно накопленный электрический потенциал U от окна с фильтром будет меньше на Ли дискретно накопленного электрического потенциала U от окна без фильтра, принятого за опорный, т.е. и - и AU . Разность ли в уровнях между по тенциалами и и и накапливается в из мерительном полу цикле в течение времeни4t, при этом Ли и соответственно /51 для различных компонентов принимают неодинаковые значения, что обусловлено неодинаковой способность поглощать тем или иным компонентом составляющую облучающую спектра принятую для данного компонента за ана литическую. Временные длительности At задаются в виде стробирующих импульсов, каждая своим одновибратором работающим на определенный компонент Если исследуемая среда насыщена определяемыми компонентами так, что соответствующие составляющие облучающего спектра, принятые за аналитические, для исследования этих компонентов полностью поглощаются ими, то дискретно накопленные электрические потенциалы в сравнительном полуцикле от окна с фильтром и от окна без фил тра будут равны и и, т.е. введение фильтров в поток, сблуча ощий исследуемую среду, не меняет спектрального состава потока, падающего на вход приемника излучения. Соответственно, время дискретного на копления в измерительном полуцикле электрического потенциала идо уровня опорного и равно нулю. Второй секундный импульс со схемы счетчика с дешифратором 6 (измерител ный полуцикл) с выхода 31 схемы 7 задает уровни разрешения на соответствующих входах элементов И схемы И-ИЛИ 18, на одном из входов элемента И 8, на соответствующих входах второй ячейки элементов И 20, на вре , 5 мя исследования среды на все компоненты в полуцикле одного измерения ставит схему 7 в режим хранения дискретно-накопленного электрического потенциала только от окна без фильтра, при этом потенциал приложен ко входу 30 компаратора 9. Элемент И 8 пропустит этот секундный импульс, который подтвердит или переведет триггеры ячейки триггеров 10 в нулевое состояние на время 4t и запустит одновибраторы формирователя стробирующих импульсов 11. С выхода одновибраторов на соответствующих входах первой ячейки элементов И 12 появятся уровни Разрешение в оиде стробирующих импульсов, а с единичных выходов триггеров ячейки триггеров 10 на время 4t запрещающие уровни. Как и в сравнительном полуцикле каждый импульс обоймы фотоэлементов Начало окна с фильтром ставит схему 7 в режим накопления на время Лх прохождения фильтром лучистого потока. Одновременно импульс Начало окна с фильтром задаст уровни Разрешение с выхода 32 схемы 7 на одном из входов соответствующего элемента И, например первого, второй ячейки элементов И 20 и на одном из выходов соответствующего элемента. И, например тоже первого, схемы И-ИЛИ 18, который с ее Л|хода откроет аналоговый ключ 19. Дискретно накопленный потенциал от соответствующего окна с фильтром с выхода 33 схемы 7 через аналоговый ключ 19 на время Дх подается на 3 компаратора 9 и сравнивается с опорным. Импульс Конец окна с фильтром с выхода 32 схемы 7 задаст на входах первых элементов И схемы И-ИЛИ 18 и второй ячейки элементов И 20 запрещающие уровни, прерывая таким образом процесс сравнения. Сравнение дискретно накапливаемого потенциала от следующего окна с опорным фильтром аналогично процессу первого, только теперь в сравнении участвуют вторые элементы И схемы И-ИЛИ 18 и ячейки элементов И 20. При достижении равенства каким-то одним дисосретно накапливаемым потенциалом опорного компаратор 9 выдает импульс, который с его выхода по входу 28 поставит схему 7 в режим сброса этого потенциала, а через элемент И второй ячейки элементов И 20 переведет соответствующий триггер ячейки триггеров 10 в единичное состояние. С выхокДа триггера на входе элемента И перв ячейки элементов И 12, связанной с этим триггером, появится уровень Разрешение, На другом входе этого элемента действует стробирующий импульс длительностью &t. Элемент И fit (см. активен. Временной интервал фиг. 4), равный -4 tj преобразуется в дискретный код путем заполнения его импульсами генератора 21 Чем выше концентрация исследуемого компонента в среде, тем меньше менной интервал t, показывающий нахождение каждого триггера ячейки триггеров 10 в нулевом состоянии. При достижении следующим дискретно накапливаемым потенциалом уровня опорного импульс с выхода компаратора 9 поставит второй триггер ячейки триггеров 10 в единичное состояние, соответственно элемент И первой ячейки элементов И 12, связанный с этим триг/ером примет активное состояние на заданное время, аналогично как и в первом измерении. Импульс последнего сравнения с выхода компаратора 9 поставит схему 7 по входу в исходное состояние Изобретение позволяет производить эксперсс-анализ многокомпонентных проб с высоким быстродействием. Формула лзобретения Газоанализатор, содержащий последо .вательно расположенные источник излучения, измерительную кювету и приемник J злyчeния, пробозаборник и элект ронную схему измерения, включающую генератор, частоты, схему счетчика с дешифратором, схему накопления и запоминания сигналов, элемент И, ком паратор, ячейку триггеров, формирователь стробирующих импулысов, ячейку элементов И, причем первый вход элемента И соединен со вторым выходом схемы накопления и запоминания сигналов, второй вход соединен о вы ходом -схемы счетчика с дешифратором, а выход - с нулевым входом ячейки триггеров и входом формирователя стробирующих импульсов, первый вход ячейки элементов И соединен с выходом ячейки триггеров, второй вход ср 9 5.0 единен с выходом формирователя стробирующих импульсов, выход ячейки элементов И соединён со .схемой индикации, выход компаратора соединен с третьим входом схемы накопления и запоминания сигналов, первый выход которой соединен с первым его входом, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых веществ в смеси и повышения быстродействия, газоанализатор дополнительно снабжен диском с окнами, с оптическими фильтрами во всех окнах, кроме одного, и источником света вне уровня окон, приемником светового потока, выполненным в виде обоймы фотоэлементов, схемой И-ИЛИ, аналоговым ключом, второй ячейкой.элементов И, вторым генератором частоты, при этом диск установлен между источником и приемником излучения окнами на пути потока излучения, механизм вращения диска подключен входом к выходу первого генератора частоты, ошгический элемент диска связан световым потоком с окнами фотоэлементов обойми, выход обоймы фотоэлементов соединен с четвертым входом схемы накопления и запоминания сигналов, подключенной вторым выходом к вторым входам схемы И-ИЛИ и параллельно к вторым входам второй ячейки элементов И, включенных в разрыв цепи между выходом компаратора и единичными входами соответствующих триггеров, третьим выходом - к входу аналогового ключа, включенного в разрыв цепи между этим выходом и вторым входом компаратора, четвертым выходом - к третьим входам второй ячейки элементов И и первым входом схемы И-ИЛИ, соединенной выходом с управляющим входом аналогового ключа, пятым входом - к-выходу элемента И, причем выход второго генератора частоты соединен с третьими входами первой ячейки элементов И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Горелик Д. 0.., Сахаров Б. Бо Оптико-акустический эффект в физикохимических измерениях. М., Стандарты, 1969. с. 55. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке N 2671297/18-25, кл. G 01 N 21/62, 1979.

Фи1.5

nbutHHUKif излучения