Газоанализатор

Газоанализатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОД ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Свез Соеетскнх

Соцналнстнческнх

Расяублнк (И)569916 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву

22) Заявлено01.03.74 (21) 2002950/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл, G 01 Й 21/26

Гасудзрстьккнык кзмхткт

Совата Нкккстроз СССР в лел1м кэабрвтакка х еткрмтка (43) Опублнковано25,08.77.Бюллетень № З1 (53) УДК 543 422 4 (088.8) (45) Дата опубликования описания З0.10.77

В. И. Красов, Л. В. Малейко, В. А. Цветков и Е. (12) Авторы изобретения

Особое конструкторское бюро технической киберне

Ленинградского ордена Ленина политехнического института им. М. И. Калинина. (Tl) Заявнтель

,54) ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Изобретение:относится к технике- газового анализа и может быть использовано для определения содержания углекислого газа в газовой среде, в том числе в атмосфере гермокабин летательных аппаратов. Известен гаэоаналиэатор, состоашнй из расположенных в кювете с исследуемой газовой смесью источника инфракрасного иэлучения, фокусируюшей системы, механического модулятора. камэртонного типа с закрепленными на нем антерференционными фильтрами с полосами пропускания, соответствуюшими полосе поглошения углекислого газа и полосе, где поглошение атмосферными газами отсутствует, приемник излучения и электронную схему выделениа сигнала, подключенную:к приемнику излу« чения. Механический модулятор колеблется таким образом, что поочередно перекрывает поток инфракрасной радиации рабочим и эталонным фильтрами.

С приемника на схему обработки сигналов поступает последовательная сериа импульсов, при этом амплитуда рабочих импульсов пропорпиональна поглошению инфракрасной радиации угле кислым газом, а амплитуда эталонных импульсов не зависит от содержания углекислотто газа. В таком устройстве необходимо применять механический модулятор, что приводит к снижению надежности и ресурса непрерьтв. ной работы, к повышению веса и габа-,ритов газоанализатора и уменьшению быс тродействия иэ-за низкочастотной модуля30

Белью изобретения является повышение долговременной и температурной стабильности анализатора.

Это достигается использованием в качестве источника излучения светодиода на основе арсенида индиа, состоящего иэ двух излучаюших р-п-элементов, конструктивно выполненных в едином корпусе, причем первый элемент нелегароватк, а второй элемент содержит равные количества 4,5 - 5 1 О см атомов донорной и акцецторткоа,добавка, например, цинка н сары,, На чертеже рриведена структурнаа схема гаэоаналиэатора.

56991 (3

Источник инфракрасной радиации 1 состоит из двух излучающих элементов, выполненнь>х конструктивно в едином корпусе и образованных диффузией кадмия в монокристаллы арсенида индия электронного типа, раз5 личающиеся разной степенью легирования донорной и акцепторной примесями. Источник 1 установлен на входе кюветы 2 с анализируемой газовой смесью. На выходе кюветы 2 имеется приемник инфракрасной ра— диации 3. Электр очная схема газоанализа тора включает малощумяший предусилитель 4 усилитель 5, схему переключения сигналов 0 синхронные детекторы 7 и 8 соответственно рабочего и эта» нного сигналов, схему 9 коррекции и преобразования сигнала с поп; ключенными к ней терморезистором 10 и датчикол1 абсолютного давления 11, блок питания 12 и регулятор напряжения 13.

Импульсное питание высокой частоты подается с блока питания 12 попеременно на рабочий и эталонный излучающие элел1енты источника 1, излучающего в средней инфракрасной области спектра поочередно на долинах волн Л 3,9 мкм и Лр —— 4,2 мкм 5

Излучение эталонной длины волны проходит кювету 2 без поглощения радиации газовыми компонентами анапиэируемой смеси, а иэпучение на рабочей дпине волны поглощается угпекиспым газом. Мощность инфракрасного пс тока радиации, поступающего на приемник 3, пропорциональна пропусканию углекислого газа в анализируемой смеси при излучении рабочего элемента и пропорциональна пропусканию оптической схемы потока З5 радиации источника 1 при излучении эталонного элемента, Сигналы, снимаемые с приемника 3, усиливаются малошумяшим предусилителем 4 и усилителем 5.

Разделение сигналов на рабочий и эта- 4О лонный осуществляется схемой переключения сигналов 6. Эти сигналы для увеличения соотношения сигнал/шум и преобразования импульсного сигнала в постоянное напряжение, пропорциональное интенсивности инфракрасного потока радиации, прошедшего кювету 2, поступают в синхронные детекторы 7 и 8. Преобразование. этих напряжений в выходной сит нал, пропорциональный парциальному давлению углекислого газа, осуществляется схемой 9 коррекции и преобразования сигнала, лредставляюшей собой операционный усилитель, в котором осуществляется вычитание рабочего напряжения иэ эталонного. На сумируюший вход этой схемы подаются также напряжения, пропорциональные давлению и, температуре газовой смеси с соответствующих датчиков 10 и 11 для уменьшения зависимости выходного сигнала от вышеперечисленных факторов. 60

11ля увеличения ресурса неп; рыв .ой бесподстроечной работь1 в схему гаэоанализатора введена отрицательная обратная связь по эталонному сигналу, которая включает регулятор напряжения 13, изменяющий питающее напряжение на источнике радиации

1 при изменении выходного напряжения эталонного сигнала и таким образом поддерживающим его постоянным.

В скойструированном и испытанном газоанализаторе на углекислый газ используется одноканальная цвухлучевая схема с электронной модуляцией в.-яшеописанного источника радиации, излучаю пего в узкой полосе инфракрасного спектра йЛ = 0,3 мкм и позволяющего производить модуляцию нецосредст

/ венно путем переключения питания излучающих элементов источника, что исключает необходимость применения интерференционных фильтров и механического модулятора, не удовлетворяю|пих требованиям вибро- и ударопрочности, что особенно важно для приборов, применяемых в летательных аппаратах.

Конструктивно источник инфракрасного излучения выполнен в транзисторном корпусе от vavouorrrr oro триода типа 1Т 308. Излучающие элементы на основе арсенида индия, изготовленные в вице прямоугольников с основанием. 0,3 х0,,3,,расположены на общем посеребренном медном основании на расстоянии 0,1 мм. Кристаллы компенсированного арсенида индия выращивались по методу Чохральского. Легирование арсенида индия для получения компенсированного мате риала производилось одновременным введением равных количеств цинка и серы до 5 х 1016см-3 что приводило к сужению запрещенной зоны. Светодиоды создавались на основе р-п-переходов, для этого кристаллы арсенида индия, ориентированные в направлении III, резались на плоскопаралдельные шайбы, затем проводилась диффузия акцепторной примеси — кадмия из газообразной фазы.

Различие в спектрах излучения достигнуто благодаря различной степени легирования, что позволило сдвинуть спектральный диапазон в сторону длинных волн к области поглощения углекислого газа. Эталонная излучающая структура, создана на основе р-пперехода.в спвцИМьно нелигированном арсениде ийция;и:иж учает на. длине волны, где поглощение исдедуемым газом отсутствует.

Однородный состав излучающих р-и-структур и расположение их в нецосредственной близости друг от друга дало воэможность создать источник с одинаковым температурным и временным уходом рабочего и эталонного излучателя (2,15 ° 10 » эв/град, что позволило применить в газоанализаторе на углекислый газ одноканальную оптическую схему, отличаюшуюся простотой и высокой стабильностью. Использование этого источника позволило увеличить частоту модуляции до

10 кгц и тем самым повысить.быстродействие прибора до 0,5 сек и снизить вес прибора до 1,5 кг, а энергопотребление до

4 Вт. Газоанализатор прост в обрашении и не требует периодических подстроек благодаря жесткой конструкции оптической час- щ ти прибора, применению стабильных элементов и отрицательной обратной связи по эталонному сигналу.

Внедрение такого газоанализатора дает большой экономический эффект, особенно в д объектах, где длительное присутствие человека затруднительно.

Формула изобретения

Газоанализатор, состояший из источника и приемника излучения, расположенных в кювете с исследуемсй газовой смесью, и электронной схемы выделения сигнала, подключенной к приемнику излучения, о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью повышения долговременной и температурной стабильности, в качестве источника излучения использован светодиод на основе арсенида индия, состояший из двух излучаюших р-п-элементов, выполненных конструктивно в едином корпусе, причем первый элемент нелегирован, а ВТорой элемент содержит равные количества

4,5 —:5 10 см атомов донорной и акцепторной добавки, например, цинка и серы.

Составитель H. Трофимов

Редактор Т, Фадеева Техред H. Андрейчук Корректор П, Макаревич

Заказ 3281/34 Тираж 1 1 01 Подписное

Ш-1ИИПП Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, >К-35, Раушская наб., a. 4/5

Филиал ПИП Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4