Абсорбційний газоаналізатор

Абсорбційний газоаналізатор, що містить оптично зв'язані кювету у вигляді еліптичного тіла з α де - більша піввісь еліпсоїда; k - коефіцієнт співвідношення між великою і малою півосями еліпсоїда; n - кількість відбиттів світлового про ( ) меня від стінок кювети; x n ; y n - координати точки виходу світлового променя через n відбиттів, Корисна модель відноситься до техніки аналітичного приладобудування і може бути використаний для аналізу газів в хімічній, металургійній та інших галузях промисловості, а також для контролю забруднення оточуючого середовища. Відомі пристрої [1, 2], що мають близьку сукупність ознак щодо пристрою, що замовляється. Відомий газоаналізатор, що містить оптично зв'язані джерело випромінювання, кювету у вигляді інтегруючої сфери, світлофільтр та приймач випромінювання. [1]. , газоаналізатор додатково оснащено модулятором, в одному із отворів якого встановлено вищезазначений світлофільтр, смуга пропускання якого співпадає з смугою поглинання газу, а в іншому отворі - додатковий світлофільтр, смуга пропускання якого не співпадає з смугою поглинання газу. До недоліків цього газоаналізатору відноситься низька метрологічна надійність, викликана невизначеністю довжини оптичного шляху в кюветі, яка залежить від взаємного розташування джерела та приймача випромінювання , а в деяких випадках і повної втрати працездатності , коли промінь від джерела випромінювання після багатократного відбиття від стінок кювети може взагалі не потрапити на приймач випромінювання. В якості прототипу прийнято абсорбційний газоаналізатор, який містить оптично зв'язані джерело випромінювання, кювету у вигляді напівеліп (13) 2 ù æ 2 2 æ ö æ ö ö ç 2 ÷ 2 n ç (- 1)n -1 × x + a × k - 1 ÷ × y 2 + ç (-1) n -1 × x + a × k - 1 ÷ ÷ú - ç y n -1 × k × a × k - 1 + (- 1) × a × n -1 n -1 n -1 ç ÷ ç ÷ ÷ú k k ç è ø è ø ú è øû 34963 ) (11) ( ´ y n -1 + ( -1) n × a × yn -1 × k 2 - 1 U 2 é 2 2 ê y 2 × k × a × k 2 - 1 + (- 1)n × a × æ (- 1)n -1 × x + a × k - 1 ö × y 2 + æ (-1) n -1 × x + a × k - 1 ö ´ ç ÷ ç ÷ n -1 n -1 n -1 ê n -1 ç ÷ ç ÷ k k è ø è ø ê ë 2 2 2 2 ö é æ æ öö a × k -1 ö æ ÷ × ç (- 1)n -1 × x + a × k - 1 ÷ × êa × k 2 - 1 × ç y 2 × k 2 + ç (-1) n -1 × x + a × k - 1 ÷ ÷ + (-1) n -1 × n -1 n -1 ÷ ç ÷ ê ç n -1 ç ÷÷ k k k ø è ø ë è øø è UA æ çx ç n -1 è утворює з більшою віссю еліпсоїда кут α 1 , а приймач випромінювання розташований на осі, що утворює з більшою віссю еліпсоїда кут: (19) α n = arctg внутрішнім дзеркальним покриттям, джерело випромінювання, приймач випромінювання, світлофільтр, смуга пропускання якого співпадає з смугою поглинання газу, який відрізняється тим, що кювета виконана у вигляді еліпсоїда обертання, джерело випромінювання розташовано на осі, що 3 34963 4 соїда з внутрішнім дзеркальним покриттям, приму із отворів якого встановлено світлофільтр, поймач випромінювання із світлофільтром. [2]. лоса пропускання якого співпадає з полосою До недоліків прототипу відносяться низька чупоглинання газу, а в другому отворі - додатковий тливість вимірювання та метрологічна надійність, світлофільтр, полоса пропускання якого не співпатак як світловий промінь йде від джерела випромідає з полосою поглинання газу, що забезпечує нювання, відбивається один раз від стінок кювети і досягнення технічного результату. потрапляє на приймач випромінювання, а також Поставлена задача вирішується тим, що в абцей газоаналізатор є одноканальним, тобто в ньосорбційному аналізаторі, що містить оптично зв'яму не реалізовано порівнювальний канал. зані кювету у вигляді еліптичного тіла з внутрішнім В основу корисної моделі поставлено задачу дзеркальним покриттям, джерело випромінюванпідвищити чутливість та метрологічну надійність ня, приймач випромінювання, світлофільтр, пологазоаналізатора, шляхом того, що кювета виконаса пропускання якого співпадає з полосою поглина у вигляді еліпсоїда з внутрішнім дзеркальним нання газу, новим є те, що кювета виконана у покриттям, оптична вісь джерела випромінювання вигляді еліпсоїда обертання, джерело випромінюпроходить через один із фокусів еліпсоїда під кування розташовано на осі, що утворює з більшою том a 1 , a оптична вісь приймача випромінювання віссю еліпсоїда кут a 1 а приймач випромінювання проходить через другий фокус під кутом a n до великої осі еліпсоїда, та перед приймачем випромінювання додатково введено модулятор в одно розташований на осі, що утворює з більшою віссю еліпсоїда кут: 2 é æ æ ê 2 a × k2 - 1 ö a × k2 - 1 ö ç ÷ ç ÷ 2 n -1 êy n -1 × k × a × k 2 - 1 + ( - 1) n × a × ç ( -1) n-1 × x n -1 + × x n-1 + ÷ × y n- 1 + ç (- 1) ÷ ´ k k ç ÷ ç ÷ ê è ø è ø ê ë a n = arctg 2 é æ ö æ ö æ æ 2 a × k2 - 1 ö ê a × k2 - 1 ö÷ çx n -1 a × k - 1 ÷ ç n-1 ÷ × a × k 2 - 1 × ç y 2 × k 2 + ç ( -1)n -1 × x ÷ × × x n -1 + n-1 + ç n -1 ç n -1 + ( - 1) ÷ × ç ( -1) ÷ ê ç ÷÷ k k k ç ÷ ç ÷ ê ç ÷÷ ç è ø è ø è øø èë æ ö ´ ç y n-1 + ( -1)n × a × y n -1 × k 2 - 1÷ è ø 2 öù æ ç ÷ æ æ a × k2 - 1 ö a × k2 - 1 ö ÷ú ÷ × y 2 + ç (- 1)n -1 × x ÷ ú ç y 2 × k × a × k 2 - 1 + ( - 1) n × a × ç ( -1) n-1 × x - n -1 n -1 + n-1 + ç ÷ n-1 ç ÷ ÷ú ç k k ç ÷ ç ÷ è ø è ø ÷ú ç è øû де a - більша піввісь еліпсоїда; k - коефіцієнт співвідношення між великою і малою півосями еліпсоїда; n - кількість відбиттів світлового променя від стінок кювети; (хn; уn) - координати точки виходу світлового променя через n відбиттів та газоаналізатор додатково споряджено модулятором, в одному із отворів якого встановлено вищезазначений світлофільтр, полоса пропускання якого співпадає з полосою поглинання газу, а в другому отворі – додатковий світлофільтр, полоса пропускання якого не співпадає з полосою поглинання газу. В основу абсорбційного методу вимірювання концентрації шкідливих речовин С покладено закон Бугера - Ламберта - Бера згідно з яким інтенсивність світлового потоку /, що пройшла шар речовини L: I=I0e xp(-‫. ﻼ‬C.L), (1) де Іо - інтенсивність монохроматичного випромінювання, що падає на поглинаючий шар речовини; ‫ - ﻼ‬питомий показник поглинання світла для даної речовини. Згідно цього закону чутливість абсорбційних аналізаторів буде визначатись за формулою: dI dC =I0(- ‫.ﻼ‬L)exp(- ‫.ﻼ‬C.L), (2) dI тобто dC =I0(-‫. ﻼ‬L), (3) Отже, виходячи з вищенаведеної рівності можна зробити висновок, що чутливість абсорбційного аналізатора прямо пропорційно залежить від довжини поглинаючого шару газу L. Тобто чим більша L тим вища чутливість. Поставлені задачі вирішуються в абсорбційному газоаналізаторі завдяки застосуванню кювети, виконаної у вигляді дзеркального еліпсоїда обертання, що забезпечить багатократне проходження світлового променя через аналізуємий газ. Відмінними ознаками пристрою, що заявляється, є: - вимірювальна кювета, виконана у вигляді дзеркального еліпсоїда обертання, що забезпечує багатократне проходження світлового променя через аналізуємий газ; - перед приймачем випромінювання додатково введено модулятор в одному із отворів якого встановлено світлофільтр, полоса пропускання якого співпадає з полосою поглинання газу, а в другому отворі - додатковий світлофільтр, полоса пропускання якого не співпадає з полосою поглинання газу. Завдяки застосуванню кювети, виконаної у вигляді дзеркального еліпсоїда обертання, збільшується довжина проходів світлового променя через 5 34963 6 аналізуємий газ, і таким чином підвищується чутпромінь періодично проходить світлофільтр 4 і 5, в ливість абсорбційного газоаналізатору. результаті чого частина його поглинається, а часДля уникнення нестабільності вимірювального тина пропускається. Різниця цих сигналів буде каналу в газоаналізатор додатково перед приймапрямо пропорційна концентрації аналізуємого газу, чем випромінювання введено модулятор, в отвощо потрапляє на приймач випромінювання 7 і вирах якого містяться світлофільтри, один з яких має мірюється. полосу пропускання, що співпадає з полосою проПринцип вимірювання полягає у тому, що випускання газу, а інший має полосу пропускання, промінювання багаторазово проходить через кющо не співпадає з полосою пропускання газу. Коли вету з аналізуємим газом, світлофільтр 4, поглисвітловий промінь попадає на світлофільтр, полонається на певній довжині хвилі, яка притаманна са пропускання якого співпадає з полосою поглиречовині, що аналізується - працює вимірювальнання газу -маємо на виході сигнал, пропорційний ний канал газоаналізатору. Величина потоку виконцентрації С вимірювальної речовини, коли на промінювання, що поглинається цим газом і буде інший - то сигнал не залежить від концентрації С нести інформацію про концентрацію аналізуємої порівнювальний канал. В результаті порівняння речовини. В момент часу, коли у вимірювальне сигналів з порівнювального і вимірювального каколо попадає світлофільтр 5 буде працювати поріналів ми отримаємо величину, що буде пропорційвнювальний канал газоаналізатора. на концентрації аналізує мого газу. Обробка сигналів з вимірювального і порівнюСуть корисної моделі пояснюється кресленвального каналів дасть можливість уникнути неням, де на фіг. зображена схема абсорбційного стабільності вимірювального каналу і таким чином газоаналізатора. підвищити точність вимірювання. Пристрій містить джерело випромінювання 1, У порівнянні з прототипом рішення, що замовяке знаходиться на осі, що утворює з більшою вісляється, за рахунок використання кювети у вигляді еліпсоїда дозволяє використання максимально сю еліпсоїда кут a 1 ; кювету 2, що має вигляд дземожливого потоку випромінювання при багатораркального еліпсоїда обертання; модулятор 3, що зовому проходженні світлового променя через складається з двох світло фільтрів (4 і 5) і двигуна аналізує мий газ, що призводить до підвищення 6. В одному із отворів модулятора встановлено чутливості, стабільності та метрологічної надійносвітлофільтр 4, полоса пропускання якого співпасті вимірювання та дозволяє використовувати гадає з полосою поглинання газу, а в іншому - світзоаналізатор для різних задач аналітичного прилофільтр 5, полоса пропускання якого не співпаладобудування. дає з полосою поглинання газу та приймач Техніко-економічні переваги пристрою, що завипромінювання 7, який знаходиться на осі, що являється, у порівнянні з пристроєм-прототипом полягають у підвищенні чутливості. утворює з більшою віссю еліпсоїда кут a n . Джерела інформації: Газоаналізатор працює наступним чином. Ви1. Патент Росії № 2022249, кл. G01N21/61, промінювання від джерела випромінювання 1 по1994 трапляє в кювету 2, де взаємодіє з аналізуємим 2. Патент України № 50437, G01N21/61, 2002. газом, багаторазово відбивається від стінок кювети і потрапляє на модулятор 3. Далі світловий Комп’ютерна в ерстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601