Оптико-акустический газоанализатор

Оптико-акустический газоанализатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР , содержащий рабочий и сравнительный оптические каналы, каждый из которых включает расположенные последовательно на оптической оси источник излучения, модулятор, рабочую кювету, содержащую анализируемый газ под давлением, или сравнительную кювету соответственно и приемник излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений в область меньших значений концентраций путем исключения влияния на результаты измерения изменения коэффициента пропускания рабочей кюветы, он дополнительно содержит кювету, размещенную непосредственно за сравнительной кюветой и связанную газовой магистралью с рабочей кюветой, при длина дополнитель (Л : ной кюветы по крайнеймере на Два порядка меньше длины рабочей кюветы.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„115

4(з1) G 01 N 2!/5!

ВСР(., щ р q

13 „..

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOt CHOMY СВИДЕТЕПЬСТВЪ

ГОСУДАРСТОЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (2l) 3690246/24-25 (22) 08.!2,83 (46) 30.05.85. Бюл, В 20 (72) А.Я.Бродский, Ю.В.Гельфонд, Д.О.Горелик и Л.А.Конопелько (53). .543.27(088.8) (56) 1. Салль А.О. Информационные газоаналитические измерения. И., Изд-во стандартов, !971, с. 27.

2. Бреслер П.И, Коган Д.Х. Особенности оптико-акустических газоанализаторов, предназначенных для oriределения микроконцентраций газов.—

"Оптико-механическая промышленность", 1 972, Ф 2, с. 30-33 (прототип), (54)(57) ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержащий рабочий и сравнительный оптические каналы, каждый из которых включает расположенные последовательно на оптической осн источник излучения, модулятор, рабочую кювету, содержащую анализируемый газ под давлением, или сравнительную кювету соответственно и приемник излучения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений в область меньших значений концентраций путем исключения влияния на результаты измерения изме" нения коэффициента пропускання рабочей кюветы, он дополнительно содержнт кювету, размещенную непосредственно эа сравнительной кюветой и свя- » занную газовой магистралью с рабочей кюветой, при этом длина дополнитель. ной кюветы по крайней мере на два порядка меньше длины рабочей кюветы.

1158906

Изобретение относится к бездиспер1

cHoHHbM спектральным абсорбционным приборам газового анализа и может быть использовано в тех случаях, когда анализируемая смесь подвергает- 5 ся сжатию для создания большей плотности"примеси, микроконцентрацию ко торой надлежит определить, либо уже находится под давлением по условиям эксплуатации.

Известны газоанализаторы, в которых двухканальная измерительная схема, обеспечивающая достижение требуемой точности и стабильности измерений, включает в себя источник и приемник излучения, рабочую (заполненную анализируемой смесью) и сравнительную (заполняемую непоглощающим газом) кюветы, регистрирующее устройство. Возможность расширения диана- 20 эона измеряемых концентраций в область меньших значений (до уровня

Сдщ„) реализуется путем увеличения длины I рабочей кюветы (1).

Однако известные газоаналиэаторы невозможно применять для определения мнкроконцентраций С С

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптико-акустический газоанализатор, содержащий рабочий и сравнительный оптические каналы, .каждый из которых включает расположенные последовательно на оптической оси источник излучения, модулятор, рабочую кювету, содержащую анализируемый газ под давлением, или сравнительную кювету соответственно и приемник излучения 21.

Недостатком известного устройства является то, что определяемое значение концентрации примеси С оказывается весьма заниженным по сравнению с.фактическим значением искомой концентрации С„, достигая одного.и более порядков. Укаэанный недостаток обусловлен тем, что измерительная схема устройства выполнена беэ учета того, что при сжатии анализируемой смеси от некоторого начального, допустим, атмосферного давления Ро до давления P коэффициент пропускания рабочей кюветь| Т и выходящий иэ последней, лучистый поток

Ф возрастают соответственно с То

55 . до Т и с Фо до Ф пропорционально про.

Т-Т Ф-Ф„ светляющему фактору

ТО

Согласно расчетам при P с 200 Р с достаточно высокой степенью точности

Р где n — показатель преломления окон кюветы, 8 — рефракция заполняющего кювету инертного газа, Если перед началом измерений каналы измерительной схемы гаэоанализатора уравновешены, то при заполнении рабочей кюветы, находящейся под давлением Р, анализируемой смесью выходной сигнал U =U Уы, где

У„ и У„ — сигналы, вызываемые соответственно определяемой примесью и фактором еС. Па определению 3,г=UFq =

=Ць (1+г ) » "ы=U -Uo =Б,е(, где Uo

U — сигналы, вызываемые лучистыми потоками Ф, Ф, à Г» — соответствующая С L и Р искомая ордината газок вой характеристики (в.относительных единицах 1.М(< 1 даже при достаточно больших P (порядка сотен атмосфер), и потому с относительной погрешностью в пределах нескольких процентов

U» =Ц„F» а следовательно, Us=Ua(F — е ). Так как — = F®представля т со=

0 бой соответствующую С Ь и Р ордиЬ нату газовой характеристики, то юг- +g

Для микроконцентраций предельные значения газовой характеристики

F> =0,02-0,04, а минимальные — по крайней мере на порядок меньше, т.е,. для тяжелых инертных газов (аргон» криптон и ксенон) фактор о уже при давлениях, составляющих несколько десятков атмосфер, сопоставим по величине с F< и его необходимо учитывать во избежание получения значений Со, существенно заниженных (вплоть до порядка и более того1 по сравнению .с искомой концентрацией

С . Существенное увеличение чувствительности прототипа, достигаемое .за счет повышенного давления Р, не удается преобразовать.в соответствующее расширение диапазона измеряемых микроконцентраций в область меньших значений, что является еще одним недостатком известного устройства.

Цель изобретения — повышение точ- . ности и расширение диапазона измерений в область меньших значений концентраций путем исключения влияния

1158906 на результаты измерения изменения коэффициента пропускания рабочей кюнеты.

Поставленная цель достигается тем, что оптико-акустический газоанализатор, содержащий рабочий и сравнительный оптические каналы, каждый из которых включает расположенные последовательно на оптической оси.источник излучения, модулятор, рабочую кювету, содержащую анализируемый газ под давлением, или сравнительную кювету соответственно и приемник излучения, .дополнительно содержит кювету, размещен" ную непосредственно эа сравнительной кюветой н связанную газовой магистралью с рабочей кюветой, при этом длина дополнительной кюветы по крайней мере на два порядка меньше длины рабочей кюветы.

На чертеже показана измерительная схема оптико-акустического. газоанализатора..

Гаэоанализатор содержит светооптический узел 1, модулятор 2, ра-. бочую 3 длиной L, сравнительную 4 н дополнительную 5 длиной L кюветы, газовую магистраль 6, соединяющую кюветы 3 и 5, селективный оптико.-акустический приемник 7, реги стрирующее устройство 8. Снетооптический узел 1 состоит иэ параболлического отражателя, н фокусе кото†. рого установлен источник излучения в виде нагреваемой до 800-900 С нихромовой спирали. Сравнительная и дополнительная кюветы состыкованы таким образом, что вместо двух прилегающих друг .к другу окон имеется одно общее окно у обеих кювет, которые тем самым оказываются механически соединенными между собой, что конструктивно проще днух самостоятельных кювет и позволяет исключить лишние потери излучения в сран» иительном канале. Конструкции кювет 3 и 5, а также соединенной с ними газовой магистрали 6 рассчитаны иа заданный предельный уровень давления анализируемой смеси.

Оптико-акустический гаэоанализатор работает следующим образом.

Кюветы 3-5 откачинают до форнакуума и по шкале регистрирующего устройства 8 устанавливают нулевой отсчет N . Далее кюветы 3 и 5 эао полняют анализируемой смесью и сжимают ее до такого давления Р, при котором получится достаточно большой отсчет М . Затем, зная градуироночную характеристику,определяют искомую концентрацию С .

Благодаря наличию газовой магистрали рабочая 3 и дополнительная 5 кюветы одновременно и под одним и тем же давлением Р запол-. .няются анализируемой смесью, т.е. в этом случае выходной сигнал

""s = ""o(FF, - р)-(„-о „), ( где F — соответствующая C„ Ü и Р

15 ордината газовой характеристики;

0 и 4,! - величина просветляющего з фактора соответственно в рабочем и сравнительном

20 каналах.

Из формулы (!} следует, что этот фактор инвариантен по отношению к толщине сжатого газа (за исключением толщин, сопоставимых

25 с длиной волны излучения ).и определяется только его давлением P

) т, е, ю(=® . Кроме того, в соответствии с тем, что Ь, 0,01 Ь, можно пренебречь F - =Г 0 01 Fr

30 по сравнению с Ру . и потому и =

Ь

U F» =U„Ñr. Таким образом, искомая концентрация Су непосредственно определяется по измеренному значению F) и потому относителььС» 4

35 ная погрешность . " = 4 " находится

r в пределах инструментальной ошибки измерений, присущей серийным оптико-акустическим газоанализа411 торам (ьС„ и Л F» — абсэлютные погрешности С„ и Г„ соответственно).

Применяя известные методы градуировки диапазона микроконцентраций по газовым смесям с относиg5 тельно высокой концентрацией С определяемого компонента (Сг» С» }, можно гарантировать ьС„/С„ =2-3Х.

Данный гаэоанализатор позволяет

511 существенно расширить диапазон измеряемых микрокоицентраций эа счет сдвига соответствующего .Р нижнего йредела концентрации С,„ц,„(Р, ) в область меньших значений вплоть до соответствующего P уровня С „(P) причем отношение См„ Р», ) / r „„(- ) пропорционально о тиос ительному увеличению чувстнительности газоана11 58906

Составитель Л.Сихович

Техред Т.Маточка

Редактор Т.Митейко

Корректор g.щекмар

Заказ 3578/43 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4 лиэатора, происходящему при сжатии анализируемой смеси от Ро до Р.

Возможность получения достаточно точнь|х (с относительной погрешностью в пределах 2-37) значений искомой микроконцентрации в диапазоне С„„„(1 )в

Q„„(P(,) посредством данного гаэоанализатора предопределяет преимущества

10 ( последнего перед иэвеетными газоаналиэаторами, аналоги неработоспособны в укаэанном диапазоне, а прототип работоспособен, но не обеспечивает получения достоверных,(правильного порядка) значений микроконцентраций.

Применение предлагаемого газоанализатора позволяет с достаточной точностью проводить аттестацию чистых инертных газов, а.также газовых смесей на их основе, содержащих микроконцентрацин Заданного компонента.