Хемілюмінесцентний газоаналізатор оксидів азоту

Хемілюмінесцентний газоаналізатор оксидів азоту, який містить проточну реакційну камеру з першим входом у вигляді каліброваного отвору для надходження газу, що аналізується, другим входом у вигляді каліброваного отвору для надходження озону як допоміжного газу-реактанту, що утворюється в генераторі озону, та виходом, який приєднаний до всмоктувального насоса, а також термокаталітичний перетворювач діоксиду азоту в оксид азоту з пневмоелектричним клапаном і вихідний вимірювальний тракт, що послідовно включає оптичний інфрачервоний світлофільтр, фотоелектронний помножувач та мікропроцесорний пристрій для обробки сигналів виміру, який відрізняється тим, що до його складу додатково введений світлодіод, що працює в інфрачервоному діапазоні випромінювання та розміщений перед вхідним вікном реакційної камери на одній оптичній осі з інфрачервоним світлофільтром та фотокатодом фотоелектронного помножувача, а в U 2 (19) 1 3 функціональна спроможність, оскільки вимірюється тільки оксид азоту, а в аналізованій суміші часто крім оксиду азоту присутній і діоксид азоту. Крім того, відомий газоаналізатор має велику похибку виміру при безперервній роботі. Другий відомий хемілюмінесцентний газоаналізатор [див. Технічний опис та інструкцію з експлуатації газоаналізатора оксидів азоту, модель 645ХЛ04, ЦФ2.840.067ТО. - 1992.- С.1-64] має більш широку функціональну спроможність, оскільки здатний забезпечувати можливість одночасного виміру як оксиду азоту так і діоксиду азоту. Такі технічні переваги досягнуті за рахунок використання двоканальної схеми хемілюмінесцентного газоаналізатора, кожний канал якої складається з окремих реакційних проточних камер, оптичних інфрачервоних світлофільтрів та фотоелектронних помножувачів. В один із каналів відомого газоаналізатора введений термокаталітичний конвертер, завданням якого є перетворення NO2 у NO. Таким чином, по одному каналу здійснюється вимірювання концентрації оксиду азоту (NO), а по другому вимірюється сумарна концентрація оксидів азоту (NOx). Недоліками другого відомого хемілюмінесцентного газоаналізатора оксидів азоту є складність проектування та налагодження для одержання необхідних метрологічних характеристик. Ці недоліки пояснюються складністю досягнення високого ступеню ідентичності (кореляції) характеристик складових вузлів обох каналів. Крім цього при безперервній роботі постійно змінюється точність показів вимірювання, оскільки не враховуються і не коригуються величини нульового фонового сигналу та каліброваного сигналу чутливості. З відомих газоаналізаторів оксидів азоту більш близьким за технічною суттю й прийнятим за прототип [див. проспект на хемілюмінесцентний газоаналізатор оксидів азоту, модель АС 31М, фірма Environment, Франція] є хемілюмінесцентний газоаналізатор оксидів азоту, який містить проточну реакційну камеру з першим входом у вигляді каліброваного отвору для надходження газу, що аналізується, другим входом у вигляді каліброваного отвору для надходження озону, як допоміжного газу реактанту, що утворюється в генераторі озону, та виходом, який приєднаний до всмоктувального насосу, а також термокаталітичний перетворювач діоксиду азоту в оксид азоту з пневмоелектричним клапаном і вихідний вимірювальний тракт, що послідовно включає оптичний інфрачервоний світлофільтр, фотоелектронний помножувач та мікропроцесорний пристрій для обробки сигналів виміру. Даний хемілюмінесцентний газоаналізатор оксидів азоту за рахунок використання двох реакційних камер та спеціального механічного обтюратора є достатньо ефективним і дозволяє аналізувати в навколишньому середовищі концентрацію і оксиду азоту і діоксиду азоту, а також одночасно визначати величину темпового струму фотоелектронного помножувача для подальших розрахунків при обробці результатів 30293 4 вимірів. Однак суттєвими недоліками даного хемілюмінесцентного газоаналізатора оксидів азоту є складність проектування, виконання та обслуговування, підвищена вартість, а також недостатньо високі надійність роботи та точність вимірів. Ці недоліки пояснюються тим, що для забезпечення необхідних вихідних характеристик в газоаналізаторі використовуються дві реакційні камери та спеціальний механічний обтюратор. Наявність механічного обтюратора в газоаналітичному приладі вимагає виконання в процесі експлуатації необхідних ремонтних робіт та спеціального обслуговування. Крім цього, як відомо, механічні елементи негативно впливають на показники надійності, а в даному газоаналізаторі механічні елементи негативно впливають і на точність вимірів, оскільки вони входять до складу вимірювального тракту та вносять при цьому в результати вимірів відповідну похибку. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого хемілюмінесцентного газоаналізатора оксидів азоту, в якому за рахунок використання тільки однієї реакційної камери, виключення механічного обтюратора та забезпечення в режимі безперервної роботи постійного коригування величин нульового фонового сигналу та каліброваного сигналу чутливості суттєво спрощені процеси проектування, виконання та обслуговування, знижена вартість, а також підвищені надійність роботи та поліпшені метрологічні характеристики. Поставлена задача вирішується тим, що до складу хемілюмінесцентного газоаналізатора оксидів азоту, який містить проточну реакційну камеру з першим входом у вигляді каліброваного отвору для надходження газу, що аналізується, другим входом у вигляді каліброваного отвору для надходження озону, як допоміжного газу реактанту, що утворюється в генераторі озону, та виходом, який приєднаний до всмоктувального насосу, а також термокаталітичний перетворювач діоксиду азоту в оксид азоту з пневмоелектричним клапаном і вихідний вимірювальний тракт, що послідовно включає оптичний інфрачервоний світлофільтр, фотоелектронний помножувач та мікропроцесорний пристрій для обробки сигналів виміру, додатково введений світлодіод, що працює в інфрачервоному діапазоні випромінювання та розміщений перед вхідним вікном реакційної камери на одній оптичній вісі з інфрачервоним світлофільтром та фотокатодом фотоелектронного помножувача, а в мікропроцесорному пристрої передбачені додаткові керуючі виходи, які електрично зв'язані з керуючими входами генератора озону, світлодіоду та пневмоелектричного клапану для відповідного впливу на їх режим роботи для забезпечення чотирициклічного режиму роботи газоаналізатору, причому в першому циклі вимірювання в пам'ять мікропроцесорного пристрою заноситься значення електричного сигналу, пропорційного концентрації оксиду азоту (NО) в аналізованому повітрі, в другому циклі вимірювання по команді з 5 відповідного керуючого виходу мікропроцесорного пристрою потік аналізованого повітря поступає в термокаталітичний перетворювач, в якому діоксид азоту перетворюється в оксид азоту і в пам'ять мікропроцесорного пристрою заноситься значення, яке пропорційне сумарній концентрації оксидів азоту (NOx) в аналізованому повітрі, в третьому циклі по команді з мікропроцесорного пристрою вимикається напруга живлення генератору озону, тобто зупиняється генерація газу-реактанту та відбувається вимірювання величини темпового струму фотоелектронного помножувача, в четвертому циклі по команді з відповідного керуючого виходу мікропроцесорного пристрою включається світлодіод при вимкненому живленні генератору озону, визначається величина каліброваного сигналу чутливості та розраховується поправочний коефіцієнт, за допомогою якого автоматично коригуються результати попередніх вимірів. Аналіз науково-технічної та патентної літератури не виявив аналогічних технічних рішень. На Фіг. показана структурна схема запропонованого хемілюмінесцентного газоаналізатору оксидів азоту. Запропонований хемілюмінесцентний газоаналізатор оксидів азоту складається з реакційної камери 1, яка містить вхідне оптичне вікно 2, пневмовходи 3 і 4 та пневмовихід 5, всмоктувального насосу 6, капілярів 7, 8, генератору озону 9, інфрачервоного світлофільтра 10, фотоелектронного помножувача 11, блоку формування електричних сигналів 12, мікропроцесорного пристрою 13 з керуючими виходами 13.1, 13.2, 13.3, блоку вихідних сигналів 14, світлодіода 15, фільтрів від пилу 16, 17, а також з входу 18 для надходження навколишнього повітря, входу 19 для надходження газу, що аналізується, термокаталітичного перетворювача NO2 в NO 20 та пневмоелектричного клапану 21. Перший пневмовхід 3 реакційної камери 1 через калібрований отвір (капіляр) 7, пневмоелектричний клапан 21 та фільтр пиловий 16 з'єднаний з входом 19, що призначений для надходження газу, що аналізується, в реакційну камеру 1 безпосередньо, або через термокаталітичний перетворювач 20. Другий пневмохід 4 реакційної камери 1 через калібрований отвір (капіляр) 8 та фільтр пиловий 17 з'єднаний з виходом генератора озону 9. Вхід 18 генератора озону 9 призначений для надходження в генератор навколишнього повітря для безпосередньої генерації озону, як допоміжного газу-реактанту. Пневмовихід 5 реакційної камери 1 під'єднаний до всмоктувального насосу 6. Фотоелектронний помножувач 11, блок формування електричних сигналів 12, мікропроцесорний пристрій 13 та блок вихідних сигналів 14 утворюють послідовний вимірювальний тракт. Світлодіод 15 оптично через вхідне вікно 2 та інфрачервоний світлофільтр 10 сполучений з фотоелектронним помножувачем 11. Керуючі виходи 13.1, 13.2, 13.3 мікропроцесорного пристрою 13 сполучені, відповідно, з керуючими 30293 6 входами генератора озону 9, світлодіода 15 та пневмоелектричного клапану 21. Запропонований хемілюмінесцентний газоаналізатор оксидів азоту працює в чотирициклічному режимі вимірювань наступним чином. У першому циклі всмоктувальний насос 6 та капіляри 7 і 8 створюють в реакційній камері 1 понижений тиск (розрідження), що спричиняє надходження в генератор озону 9 навколишнього повітря. В генераторі під дією поверхового електричного розряду безпосередньо з навколишнього повітря генерується озон, як допоміжний газ-реактант, який після очистки від пилу за допомогою фільтру 17 подається в реакційну камеру 1. Одночасно в реакційну камеру 1 через вхід 19, фільтр пиловий 16, пневмоелектричний клапан 21, пневмовхід 3 надходить потік газової суміші з оксидом азоту (NO), що аналізується. В результаті змішування зазначених двох потоків в реакційній камері протікає газофазна хімічна реакція між озоном (О3) і оксидом азоту (NO). Ця реакція супроводжується хемілюмінесцентним випромінюванням, яке після проходження через інфрачервоний оптичний світлофільтр 10 попадає на фотокатод фотоелектронного помножувача 11, який реєструє інтенсивність утвореного випромінювання і перетворює його в електричний сигнал, величина якого пропорційна концентрації оксиду азоту (NO) в аналізованому повітрі. Далі сигнал з фотоелектронного помножувача через блок формування електричних сигналів 12 поступає на мікропроцесорний пристрій 13, в пам'ять якого заноситься одержане значення електричного сигналу, пропорційного концентрації оксиду азоту (NO) в аналізованому повітрі. У другому циклі з керуючого виходу 13.3 мікропроцесорного пристрою 13 подається команда на подачу живлення до пневмоелектричного клапану 21, внаслідок чого переключаються входи клапану 21, і потік аналізованої суміші після фільтру пилового 16 поступає в термокаталітичний перетворювач 20, в якому діоксид азоту перетворюється в оксид азоту. Після цього в реакційну камеру через пневмовхід 3 надходить потік газової суміші з сумою оксидів азоту (NOx), що аналізуються, а в пам'ять мікропроцесорного пристрою 13 заноситься одержане значення електричного сигналу, пропорційного сумарному значенню концентрації оксидів азоту (NOx) в аналізованому повітрі. У третьому циклі відбувається вимірювання величини темпового струму фотоелектронного помножувача. При цьому по команді з керуючого виходу 13.1 мікропроцесорного пристрою 13 вимикається напруга живлення генератора озону 9 і таким чином зупиняється генерація газуреактанту, тобто припиняється хемілюмінесцентна реакція. Це забезпечує можливість визначити величину нульового фонового сигналу, яка заноситься в пам'ять мікропроцесорного пристрою. У четвертому циклі по команді з керуючого виходу 13.2 мікропроцесорного пристрою 13 7 вмикається світлодіод 15 при вимкненому живленні генератору озону, і його випромінювання в інфрачервоному діапазоні частот через вхідне вікно 2, реакційну камеру і оптичний світлофільтр 10 передається на фотокатод фотоелектронного помножувача. При цьому визначається величина каліброваного сигналу чутливості, яка зрівнюється з величиною сигналу, яка одержана при першій калібровці газоаналізатора за допомогою повірочних газових сумішей, та з урахуванням від'ємної величини нульового фонового сигналу визначається поправочний коефіцієнт, за допомогою якого автоматично коригуються результати аналізу, що одержані у першому та другому циклах. Ці результати в подальшому перетворюються у відповідні значення концентрацій оксиду та діоксиду азоту і передаються до блоку вихідних сигналів 14. Таким чином в запропонованому газоаналізаторі протягом чотирьох циклів виміру здійснюється визначення концентрації як оксиду азоту так і діоксиду азоту, а при його безперервній роботі періодично коригуються величини нульового фонового сигналу та каліброваного сигналу чутливості для збереження точності виміру. Тобто одержаний хемілюмінесцентний газоаналізатор оксидів азоту, який одночасно володіє спрощеними процесами проектування, побудови та експлуатації, меншою ціною, підвищеною надійністю роботи, а також поліпшеними метрологічними характеристиками при безперервній роботі. Дані технічні переваги дозволяють значно розширити його функціональну спроможність і успішно застосовувати в системах для автоматичного моніторингу забруднення атмосферного повітря. Експериментальні дослідження підтвердили працездатність та позитивні якості запропонованого хемілюмінесцентного газоаналізатора оксидів азоту. В газоаналітичному пристрої з спрощеним конструктивним виконанням одержані високі метрологічні характеристики при безперервній роботі та одночасному автоматичному вимірюванні концентрацій оксиду азоту і діоксиду азоту в повітрі навколишнього середовища. 30293 8