Багатоканальний інфрачервоний газоаналізатор

Винахід відноситься до сфери газового аналізу і може бути застосований при розробці інфрачервоних газоаналізаторів для виміру концентрацій найбільш поширених газів (CO, СО2, СН, NO) які є в складі відпрацьованих газів транспортних засобів, промислових підприємств, енергетичних установок. Існуючий інфрачервоний газоаналізатор (В.П.Тхоржевский "Автоматический анализ газов и жидкостей на химических предприятиях", Химия, 1976г., стр.108-112), який складається з джерела інфрачервоного випромінювання, двох вимірювальних кювет - вимірювальної і порівняльної, інтерференційного фільтра, що пропускає інфрачервоне випромінювання для відповідного газу, наприклад СО або СН. Таким чином основним недоліком знаного газоаналізатора є неможливість одночасного вимірювання концентрації декількох газів. Відомий газоанализатор, який складається з двох джерел інфрачервоного випромінювання, двох кювет вимірювальної і порівняльної, інтерференційних фільтрів, блоку електронної обробки інформації. Основним недоліком його є неможливість виміру концентрації декількох газів одночасно. Для виміру концентрації одного газу потрібно дві кювети, відповідно якщо потрібно буде виміряти три-чотири концентрації газу одночасно кількість кювет зросте до 6-8, а це ускладнить конструкцію, знизить надійність. Задачею теперішнього винаходу є можливість одночасного високоточного виміру концентрацій декількох газів одночасно і паралельно, спрощення конструкції газоаналізатора. Поставлена задача вирішується тим, що в багатоканальний інфрачервоний газоаналізатор який складається з блоку пробопідготовки, джерел інфрачервоного випромінювання, вимірювальних кювет, приймачів інфрачервоного випромінювання введено блок джерел інфрачервоного .випромінювання виконаний у вигляді циліндра на торцевій поверхні якого по колу, через кожні 90° розміщені чотири джерела інфрачервоного випромінювання вмонтовані в напівсферичні фокусуючі відбивачі на торцевій поверхні циліндру, електричне джерела інфрачервоного випромінювання послідовно пов'язані між собою і з'єднані з блоком живлення, на оптичній осі кожного з джерел інфрачервоного випромінювання послідовно розміщені вимірювальні кювети і приймачі інфрачервоного випромінювання, вимірювальні кювети з обох кінців закріплені в дискові утримувачі, на торцевих поверхнях яких зроблені прозорі вікна які оптично поєднують входи вимірювальних кювет з джерелами інфрачервоного випромінювання, а виходи вимірювальних кювет з приймачами інфрачервоного випромінювання змонтовані в дисковому блоці приймачів інфрачервоного випромінювання, на поверхню приймачів інфрачервоного випромінювання нанесені відповідні інтерференційні фільтри, дисковий блок приймачів інфрачервоного випромінювання по осі механічно з'єднаний з вихідним валом крокуючого реверсивного електродвигуна, останній з'єднаний з блоком живлення і керування, електричне виходи приймачів інфрачервоного випромінювання через електричний блок обробки інформації з'єднаний з регіструючим вихідним пристроєм, дві з вимірювальних кювет які розміщені через 180° з'єднані між собою відрізком газопроводу мають вхід і вихід для газу що аналізується, дві інші вимірювальні кювети закупорені і заповнені нульовим газом. На рис.1 наведена функціональна схема газоаналізатора. Джерела інфрачервоного, випромінювання 1 змонтовані в циліндричному блоці 2 і розміщені в напівсферичних фокусуючих відбивачах 3 в торці блоку 2 по колу через кожні 90°. Електричне джерела 1 живляться від блоку живлення 4. Вимірювальні кювети 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 вмонтовані в дискові утримувачі 6-1, 6-2. В торцях утримувачів 6-1, 6-2 зроблені прозорі вікна 7 і 8, які оптично з'єднують входи вимірювальних кювет 5 з джерелами 1, а виходи вимірювальних кювет 5 з приймачами інфрачервоного випромінювання 9, останні змонтовані в дисковому блоці приймачів 10. На поверхню приймачів 9 нанесені інтерференційні фільтри 11. Фільтри 11 мають кожен свій спектр поглинання відповідно до обранних аналізуємих газів. На рис.1 це гази СО, СO2, СН, NO - ці гази є найбільш поширеними в викидах автомобілів, енергетичних установках. Вимірювальні кювети 5-1, 5-3 з'єднані між собою. Вхід кювети 5-1 з'єднаний з блоком пробопідготовки 12 на вхід якої подається газ. Кювети 5-2 і 5-4 герметично закупорені нульовим газом - азотом. Дисковий блок приймачів інфрачервоного випромінювання 10 по осі механічно з'єднаний з вихідним валом крокуючого реверсивного електродвигуна 13, останній з’єднаний з блоком живлення і керування 14. Електричні виходи приймачів інфрачервоного випромінювання 9 через пристрій обробки інформації 15 з'єднаний з регіструючим приладом 16. Газоаналізатор працює слідуючим чином. В першому такті роботи (рис.1) блок приймачів інфрачервоного випромінювання 10 за допомогою реверсивного крокуючого електродвигуна 13, по команді з блоку управління 14 встановлений як показано на рис.1. Аналізована газова суміш в складі якої є NO, CO, СО2, СН через блок пробопідготовки 12 поступає на вхід кювети 5-1 і далі з неї на кювету 5-3. Потік інфрачервоного випромінювання від джерел 1-1 і 1-3 проходить через кювети 5-1 і 5-3 і попадає через інтерференційні фільтри 11-1 і 11-3, що розраховані на спектр поглинання СО і СН, на приймачі 9-1 і 9-3. Сигнали з приймачів 9-1 і 9-3 через пристрій обробки інформації 15, регіструється на вихідному приладі 16. Випромінювання від джерел 1-2 і 1-4 проходить через кювети 5-2 і 5-4 які заповнені нульовим газом і відповідно на виході приймачів 9-2 і 9-4 - нульовий сигнал. В другому такті (рис. 2) через 1-2 с крокуючий реверсивний двигун 13 повертає дисковий блок циліндрів 10 на 90° по годинниковій стрілці. Відповідно до джерел 1-1 і 1-3 будуть підведені приймачі 9-2 і 9-4, які за рахунок інтерфільтрів налаштованих на поглинання NО і СО2 видадуть на вихідний прилад інформацію про концентрацію NО і СО2. В цей же час для приймачів 9-1 і 9-3 буде діяти нульовий газ і на виході приймачів нульовий сигнал. Далі робота газоаналізатора проходить аналогічно, тобто дисковий блок 10 з приймачами інфрачервоного випромінювання 9 здійснює поворотно-зворотне реверсивне переміщення на ±90° по колу вимірювальних кювет 5-1...5-4. При цьому кожна з кювет 5-1...5-4 використовується в двох режимах: порівняльному, коли до відповідного приймача 9-1...9-4 підключається кювета з азотом 5-2 або 5-4 і робочому коли до відповідного приймача 9-1...9-4 оптично підключається кювета з аналізованим газом 5-1 або 5-3. Таким чином здійснюється модуляція інфрачервоного потоку без застосування обтюратора. Модульоване випромінювання проходить, через інтерференційні фільтри 11, кожен з яких пропускає свою довжину поглинання інфрачервоного випромінювання відповідно газу, що аналізується (СО, СО2, СН, NО). При такій структурі побудови газоаналізатора не потрібен приймач порівняння, так як кожен приймач являється почергово порівняльним або робочим. Відсутність обтюратора суттєво спрощує конструкцію газоаналізатора. Основні переваги запропонованого газоаналізатора такі: 1. Можливість одночасного виміру чотирьох аналізуємих газів; 2. Відсутність обтюратора, функції якого виконує блок приймачів інфрачервоного випромінювання; 3. Підвищення точності вимірів за рахунок зменшення дрейфу нульових показників. 4. Відсутність термостабілізації приймачів інфрачервоного випромінювання і інтерференційних фільтрів тому що дестабілізуючий вплив температури довкілля фіксується одним і тим же приймачем з фільтром в двох режимах - вимірювальному і порівняльному і відповідно компенсується.