Способ определения содержания кислорода в газовых смесях

Способ определения содержания кислорода в газовых смесях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к люминесцентному анализу. Цель изобретения - повышение точности измерений. В способе определения содержания кислорода в газовых смесях, основанном на динамическом тушении люминесценции органических красителей кислородом, включающем измерение интенсивности люминесценции чувствительного элемента, находящегося в измерительном кювете, в присутствии эталонного газа и анализируемой смеси, сквозь измерительную кювету пропускают свет, длина волны которого превышает длину волны, соответствующую максимуму в спектре свечения красителя. Регистрируют прошедший опорный сигнал и приравнивают его величину к величине сигнала, полученного при регистрации интенсивности люминесценции в присутствии эталонного газа. При измерении содержания кислорода в анализируемой смеси чередуют пропускание сквозь измерительную кювету света с частотой 20-150 Гц, длина волны которого превышает длину волны, соответствующую максимуму спектра люминесценции красителя света с длиной волны, соответствующей спектру возбуждения красителя. Концентрацию кислорода определяют по отношению опорного сигнала к сигналу, вызванному люминесценцией красителя. 1 ил. 1 табл.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 N 21/64

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4626148/31-25 (22) 27. 1 2.38 (46) 30. 10.90. Бюл. Р 40 (71) Ленинградский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института противопожарной обороны (72) В.А.Савельев, В.Г.Плотников, И,Л.Пилипчук и В.<.Микитченко (53) 543,42(088 8) (56) Патент ФРГ Р 3329257, кл. G О1 N 21/64, 1985.

Патент ФРГ Р 2823318, кл . С 01 N 21/52, 198О. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

КИСЛОРОДА В ГАЗОВИХ СМЕСЯХ (57) Изобретение относится к люмлнесцентному анализу. Пель изобретения повышение точности измерений. В способе определения содержания кислорода в газовых смесях, основанном на динамическом тушении люминесценции органических красителей кислородом, включающем измерение интенсивности люминесценции чувствительного элеменИзобретение относится к люминесцентному анализу, а именно к способам определения содержания кислорода в газовых смесях, использующим метод динамического тушения люминесценции органических красителей кислородом.

Целью изобретения является повьппение точности определения содержания кислорода в потоке путем устранения влияния изменения во времени интенсивности источника излучения (лампы накаливания), изменения интенсивности

„„SU„„1603259 A 1

2 та, находящегося в измерительной кювете, в присутствии эталонного газа и анализируемой смеси, сквозь измерительную кювету пропускают свет, длина волны которого превышает длину волны, соответствующую максимуму в спектре свечения красителя. Регистрируют прошедший опорный сигнал и приравнивают его величину к величине сигнала, полученного при регистрации интенсивности люминесценции в присутствии эталонного газа ° При измерении содержания кислорода в анализируемой смеси чередуют пропускание сквозь измерительную кювету света с частотой 20150 Гц, длина волны которого превышает длину волны, соответствующую максимуму спектра люминесценции красителя, и света с длиной волны, соответствующей спектру возбуждения красителя.

Концентрацию кислорода определяют по отношению опорного сигнала к сигналу, вызванному люминесценцией красителя.

1 ил., 1 табл. люминесценции красителя, а также пили и конденсированной влаги на прозрачность оптического канала.

На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство состоит из источника 1 возбуждения люминесценции, обтюратора 2 с закрепленными на нем оптичес- ° кими фильтрами 3 и 4 и диафрагмой 5, приводимого во вращение двигателем 6, зеркала 7, измерительной кюветы 8 с

3, 160325 раСйоложенным в ней чувствительным .. эаементом 9, оптического фильтра 10, фотоприемника 11„ фотодиода 12, схемы 13 выработки управляющих синхро5 . импульсов, усилителя 14, электронных ключей 15 и 16 схемы 17 формирования опорного сигнала, схемы 18 формирования рабочего сйгнала, сумматора 19, схемы 20 деления и аналого-цифрового преобразования и схемы 21 индикации.

В способе имеется два этапа: калибровка и рабочий режим (непосредствен» ное измерение концентрации кислорода) .

На этапе калибровки через измери- 15 тельную кювету 8 пропускают эталонный газ. Иежду источником 1 возбуждения и измерительной кюветой 8 устанавливают оптический фильтр 4, закрепленный на обтюраторе 2, который выделяет gp

1свет возбуждения люминесценции. Этот свет попадает на чувствительньй элемент 9 и вызывает его люминесценцию, свет которой с помощью оптического фильтра 10 отделяется. от возбуждающе- 25

ro и попадает на фотоприемник 11, преобразующий его в электрический сигнал, который усиливается усилителем 14 и через электронный ключ 16 попадает на схему 18 формирования рабочего сиг-30 нала, к выходу которой через контрольйую точку КТ2 подключается изме рительный прибор. Таким образом регистрируется сигнал, пропорциональный интенсивности люминесценции чувствительного элемента в эталонном газе.

Затем между источником 1 возбуждения и измерительной кюветой 8 устанавливают оптический фильтр 3, закреплен- . ный на обтюраторе 2, который выделяет 40 свет, длина волны которого находится в области больше максимума спектра люминесценции красителя (но не более длинноволновой границы спектральной характеристики чувствительности фото- 45 приемника). Этот свет проходит без поглощения через чувствительный элемент 9 и оптический фильтр 10 и попадает на фотоприемник 11, который преобразует его в электрический сигнал, 5р усилкваемый усилителем 14 и через электронный ключ 15 попадающий на схему 17 формирования опорного сигнала, "к выходу которой через контрольную

-точку КТ1 подключается измерительный 55 прибор. Величина этого сигнала с помощью диафрагмы 5 устанавливается равной величинв сигнала, полученного при пропускании через измерительную кювету эталонного газа. Таким образом происходит установка величины опорного сигнала. На этом калибровка заканчивается.

На этапе рабочего режима свет от источника 1 возбуждения последовательно с частотой 60 Гц с помощью обтюратора 2 через оптические фильтры 3 и 4 попадает на измерительную кювету 8.

Выбор нижней и верхней границ частоты модуляции света от источника излучения был сделан исходя иэ следующих соображений. Нижняя граница была выбрана на основании того, что для чувствительных элементов люминесцентных анализаторов кислорода, используннцнх в качестве подложки для нанесения красителей пористые материалы (в конкретном случае силикагель), время изменения интенсивности люминесценции при изменении концентрации кислорода в анализируемой смеси определяется временем диффузионных процессов в пористом материале и составляет около 0,05-0, 1 с. Таким образом, чтобы не вносить погрешностей при измерении концентрации кислорода необходимо, чтобы частота модуляции была не ниже {f=1/Т=1/0,05) 20 Гц, а если с запасом, то 25 Гц.

Верхняя граница частоты модуляции

150 Гц выбрана исходя из того, что при более высоких частотах тело накала источника излучения (в данном случае лампы накаливания) вследствие его тепловой инерции не будет успевать изменять интенсивность своего излучения.

Таким образом, частота чередования света от источника излучения для получения опорного и рабочего сигналов с целью устранения влияния изменения во времени интенсивности источника излучения и интейсивности люминесценции красителя должна быть в пределах

25-150 Гц.

Свет, прошедший через оптический фильтр 3, проходит через чувствительный элемент 9 и оптический фильтр 10 без поглощения и попадает на фотоприемник 11. Свет, прошедший через оптический фильтр 4, попадая на чувствительный элемент 9, вызывает его люминесценцию. Свет люминесценции, отделенный от возбуждающего света оп16032 тическим фильтром 10, попадает также

/ на фотоприемник 11. Таким образом, на выходе фотоприемника 11 образуется последовательность импульсов, амплитуда которых пропорциональна интенсивностям люминесценции чувствительного элемента 9 в эталонном газе и анализируемой смеси. Получаемая последовательность импульсов посту- 10 пает на усилитель 14.

Для последующей обработки импульсов необходима их жесткая синхронизация. С этой целью устанавливается зеркало 7, отражающее часть светового 15 потока от источника 1 излучения, регжтрируемую фотодиодом 12, подключенным к схеме 13 выработки управляющих синхроимпульсов, Синхроимпульсы подаются на электронные ключи 15 и 16 20 . и на схемы 17 и 18 формирования опорного и рабочего сигналов. В результате на выходе схем 17 и 18 появляются напряжения U „и U<, величины которых пропорциональны интенсивностям люмиПоказатель

Способ

Лредлагаемый Прототип

0,30

0-25

+0,3

+0,6

+О 4

4-2,5

+0,2

Таким образом, использование пред- лагаемого способа позволяет устранить 45 влияние изменения во времени интенсивности источника излучения, интенсивности люминесценции красителя, запыленности измерительной кюветы и конденсации влаги на ее стенках на результаты измерений и тем самым повысить точность измерения содержания кислорода в газовых смесях. Это особенно важно для систем взрывопожаропредупреждений, включение которых происходит при превышении определенного значения содержания кислорода в анализируемой смеси, что позволяет повысить надежность их срабатывания

Диапазон измерения содержания кислорода, 7

Предел. основной абсолютной погрешности, %

Предел допускаемого изменения показаний за регламентированный интервал времени, 7 ° ч

Предел основной приведенной погрешности измерений, 7, 59 несценции чувствительного элемента, в эталонном газе и анализируемой смеси.

Выражение для расчета концЕнтрации может быть записано в виде

U -U — " — -2 .K CO (1)

Для получения числителя выражения (1) вводится сумматор 19 с регулируемым коэффициентом усиления. Выходной сигнал сумматора подается на вход схемы 20 деления и аналого-цифрового преобразования, а на другой вход — Up. Результат деления, соответствующий концентрации кислорода в анализируемой смеси, преобразуется в цифровой код и подается на схему 21 индикации, на дисплее которой высвечивается значение концентрации кислорода.

Основные метрологические характеристики предлагаемого способа в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Формула из обр ет ения

Способ определения содержания кислорода в газовых смесях, основанный на динамическом тушении люминесценции органического красителя кислородом, включающий стадию калибровки, при которой, в измерительную кювету вводят эталонный газ, облучают кювету светом с длиной волны „ отвечающей спектру поглощения красителя, регистрируют люминесценцию красителя .на длине волны ф, соответствующей максимуму в спектре свечения красителя, и стадию измерений, при которой облучение светом с длиной волны "A< и регистрацию люминесценции красителя на

1603259

Составитель О. Ба;,тиева

Редактор А.Лежнина Техред М.Ходанич Корректор Т.Палий

Заказ 3380

Подписное

Тираж 513

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

:,проводят при введении в кювету

; анализируемого га.за, о т л и ч а юшки и с.я тем, что, с целью повышения точности определения содержания . кислорода в потоке, на. стадии калибровки кЮвету дополнительно облучают светом с длиной волны ф ъ, регистрируют при этом опорный сигнал, измейяя его величину посредством диафраг мы, установленной перед кюветой, уравнивают опорный сигнал с сигналом люминесценции красителя в присутствии эталонного газа и фиксируют при этом диафрагму, а на стадии измерений чередуют облучение кюветы светом с h 1 и с частотой 25-150 Гц, причем облучение светом с % проводят при зафиксированной при калибровке -диафрагме, регистрируют опорный сигнал в присутствии анализируемого газа и определяют концентрацию кислорода по отношению опорного сигнала к сигналу люминесценции красителя в присутствии анализируемого газа.