Спосіб вимірювання концентрації газів

Спосіб вимірювання концентрації газів, в якому шляхом виміру приймачем інфрачервоного випромінювання, різниці інтенсивностей пройдених потоків, які від джерела інфрачервоного випромінювання проходять через робочу кювету, та по їх зміні визначають концентрацію газу, який відрізняється тим, що джерело інфрачервоного випромінювання формує n ³ 2 незалежних потоків випромінювання з довжиною хвилі, яка узгоджена з довжиною хвилі власного поглинання газу, що аналізується, незалежні потоки випромінювання проходять в різні інтервали часу через різні точки поперечного перерізу робочої кювети, а концентрація газу, що прокачується через робочу кювету і аналізується, визначається із співвідношення 2 3 31524 4 концентрацію газу, джерело інфрачервоного поглинання інфрачервоного випромінювання, яке від джерела інфрачервоного випромінювання випромінювання формує n ³ 2 незалежних потоків проходить через дві кювети: вимірювальну і випромінювання з довжиною хвилі, яка узгоджена порівняльну, причому через вимірювальну кювету з довжиною хвилі власного поглинання газу, що прокачують газ, що аналізується, а порівняльну аналізується, незалежні потоки випромінювання наповнюють нульовим газом і герметично проходять в різні інтервали часу через різні точки закупорюють, обидва потоки поперемінно поперечного перерізу робочої кювети, а попадають на приймач випромінювання, концентрація газу, що аналізується і прокачується модуляцію інфрачервоного випромінювання через робочу кювету визначається із здійснюють за рахунок реверсивного крокового співвідношення періодичного переміщення приймача n інфрачервоного випромінювання відносно UiC вимірювальної і порівняльної кювет за допомогою 1 = 1 i Cx ln n = реверсивного крокуючого електродвигуна. aL Недоліком даного способу є наявність Ui0 механічного переміщення приймача = 1 i , інфрачервоного випромінювання, що знижує де Cx - концентрація газу, що аналізується; надійність і точність способу, збільшення похибки при вимірюванні концентрацій газу з заданою a - коефіцієнт поглинання газу, що точністю і чутливістю у випадку збільшення аналізується і залежить від ступеня узгодження неселективних втрат випромінювання, зв'язаних з спектрів поглинання газу, спектральної забрудненням оптичних елементів вимірювальної характеристики джерела інфрачервоного кювети з часом та похибки обумовлені впливом випромінювання і спектральної чутливості зовнішніх факторів. визначення концентрації газів у Відомий спосіб приймача інфрачервоного випромінювання; газовій суміші [3], взятий за прототип, у якому L - довжина робочої кювети; визначення концентрації газів у газовій суміші n кількість незалежних потоків здійснюють шляхом прийому оптичного випромінювання, що утворені джерелом випромінювання, що пройшло через газову суміш, інфрачервоного випромінювання; вимірювальним і опорним каналами, число яких UiC - напруга на фотоприймачі при попаданні відповідає числу шуканих газів у газовій суміші. і-го потоку випромінювання з довжиною хвилі, яка При прийманні випромінювання в перший інтервал узгоджена з довжиною хвилі власного поглинання часу фіксують просторове положення оптичних газу, що аналізується і пройшов через робочу входів вимірювального й опорного каналів для кювету; кожного шуканого газу, а потім міняють просторове положення вимірювального й опорного Ui0 - напруга на фотоприймачі при попаданні каналів так, що оптичний вхід вимірювального і-го потоку випромінювання з довжиною хвилі, яка каналу займає просторове положення оптичного узгоджена з довжиною хвилі власного поглинання входу опорного каналу й навпаки. Після цього в газу, що аналізується і пройшов через робочу другий вимірювальний інтервал часу приймають кювету при калібровці. оптичне випромінювання, що пройшло через Вимірювання концентрації газів в широкому газову суміш й визначають концентрацію шуканого діапазоні з заданою точністю і чутливістю у газу по вихідних сигналах вимірювального й випадку збільшення неселективних втрат опорного каналів, прийнятим у два інтервали часу. випромінювання, зв'язаних з забрудненням вікон Просторове положення оптичних входів кювети з часом та похибки обумовленої впливом вимірювального й опорного каналів змінюють зовнішніх факторів (тиск, температура) шляхом закріплення фотоелектричних приймачів досягається за рахунок того, що джерело кожного каналу на насадженому на вал двигуна інфрачервоного випромінювання формує в різні диску, змістивши їх один по відношенню до інтервали часу незалежні потоки випромінювання, другого на кутову відстань, рівну 180°. що просторово розділені, але проходять через Недоліком даного способу визначення робочу кювету. Завдяки цьому досягається концентрації газів у газовій суміші є наявність сканування оптичними потоками об'єму робочої механічного переміщення приймачів кювети та створення n вимірювальних та n інфрачервоного випромінювання та необхідності їх опорних каналів. Вимірювання величини високоточного просторового встановлення в поглинання інтенсивності випромінювання на пристрої, що зменшує надійність і точність виході робочої кювети відбувається приймачем способу. Завданням корисної моделі є розробка такого інфрачервоного випромінювання в різних точках способу визначення концентрації газів, який поперечного перерізу робочої кювети незалежно. дозволяє визначити концентрацію газів з заданою Кінцевий результат обробки сигналів виводиться точністю і чутливістю в широкому діапазоні на пристрій для індикації. Відсутність механічних частин, що концентрацій газів та підвищити його надійність. обертаються збільшує надійність даного способу. Поставлене завдання вирішується тим, що в На кресленні наведена функціональна схема корисній моделі шляхом виміру приймачем реалізації даного способу. інфрачервоного випромінювання, різниці Запропонований спосіб реалізується таким інтенсивностей пройдених потоків, які від джерела чином: інфрачервоного випромінювання проходять через Джерело 1 інфрачервоного випромінювання робочу кювету та по їх зміні визначають оптично зв'язане з приймачем 6 інфрачервоного å å 5 31524 6 кювети і створюють n вимірювальних каналів та n випромінювання через прозорі для оптичного опорних каналів записуються в ПЗУ випромінювання вікна робочої 4 кювети. Приймач мікропроцесора 10 згідно програми включення 6 інфрачервоного випромінювання розташований активних 2 елементів джерела 1 інфрачервоного у фокусі параболічного 5 дзеркала за робочою 4 випромінювання. Блоком 8 обробки сигналів кюветою, вихід якого через підсилювач 7 з'єднаний записується в ПЗУ мікропроцесора 10 також з блоком 8 обробки сигналів в який входять сумарне значення величини електричних сигналів аналогово-цифровий 9 перетворювач, з виходу приймача 6 інфрачервоного мікропроцесор 10 і пристрій 11 для індикації. випромінювання, що отримані при проходженні Активні 2 елементи джерела 1 інфрачервоного незалежних оптичних потоків в об'ємі робочої 4 випромінювання, які розміщені на різних відстанях кювети через n вимірювальних каналів та сумарне від його оптичної осі, включаються за допомогою значення величини електричних сигналів з виходу імпульсного блока 12 живлення, який в свою чергу приймача 6 інфрачервоного випромінювання, що з'єднаний з блоком 8 обробки сигналів. отримані при проходженні незалежних оптичних В перший момент часу, джерело 1 потоків в об'ємі робочої 4 кювети через n опорних інфрачервоного випромінювання формує і-ий каналів. Кінцевий результат вимірювання оптичний потік з довжиною хвилі в максимумі, яка концентрації газу, що аналізується виводиться на співпадає з максимумом довжини хвилі пристрій 11 індикації і визначається із поглинання газу, що аналізується, якому співвідношення відповідає певне просторове розміщення і-го вимірювального каналу в робочій 4 кюветі. n Вимірювання величини поглинання і-ої å UiC інтенсивності випромінювання на виході робочої 4 1 = 1 , = Cx ln i кювети відбувається приймачем 6 інфрачервоного n aL випромінювання синхронно з формуванням å Ui0 оптичного потоку. Електричний і-ий сигнал з = 1 i виходу приймача 6 інфрачервоного де Cx - концентрація газу, що аналізується; випромінювання попадає на підсилювач 7 a - коефіцієнт поглинання газу, що з'єднаний з блоком 8 обробки сигналів, де аналізується і залежить від ступеня узгодження відбувається запис величини і-го сигналу в ПЗУ спектрів поглинання газу, спектральної мікропроцесора 10. У наступний момент часу, характеристики джерела інфрачервоного джерело 1 інфрачервоного випромінювання випромінювання і спектральної чутливості формує (і+1)-ий оптичний потік з довжиною хвилі в приймача інфрачервоного випромінювання; максимумі, яка співпадає з максимумом довжини L - довжина робочої кювети; хвилі поглинання газу, що аналізується, якому n кількість незалежних потоків відповідає своє просторове розміщення (і+1) випромінювання, що утворені джерелом вимірювального каналу в робочій 4 кюветі. інфрачервоного випромінювання; Вимірювання величини поглинання (і+1)-ої інтенсивності випромінювання на виході робочої 4 UiC - напруга на фотоприймачі при попаданні кювети відбувається приймачем 6 інфрачервоного і-го потоку випромінювання з довжиною хвилі, яка випромінювання синхронно з формуванням узгоджена з довжиною хвилі власного поглинання оптичного потоку. Електричний (і+1)-ий сигнал з газу, що аналізується і пройшов через робочу виходу приймача 6 інфрачервоного кювету; випромінювання попадає на підсилювач 7 Ui0 - напруга на фотоприймачі при попаданні з'єднаний з блоком 8 обробки сигналів, де і-го потоку випромінювання з довжиною хвилі, яка відбувається запис величини (і+1)-го сигналу в узгоджена з довжиною хвилі власного поглинання ПЗУ мікропроцесора 10. Програмне включення газу, що аналізується і пройшов через робочу активних елементів джерела 1 інфрачервоного кювету при калібровці. випромінювання приводить до формування n Вирівнювання інтенсивностей сформованих незалежних оптичних потоків, які просторово оптичних потоків n опорних каналів відбувається розділені в об'ємі робочої 4 кювети і створюють n незалежно один від одного за допомогою вимірювальних каналів. Електричні сигнали з імпульсного блока 12 живлення, який в свою чергу виходу приймача 6 інфрачервоного з'єднаний з блоком 8 обробки сигналів при випромінювання попадають на підсилювач 7 прокачуванні через робочу 4 кювету повітря або з'єднаний з блоком 8 обробки сигналів, де нульового газу (калібровці). відбувається програмний запис величини n Вимірювання величини поглинання сигналів в ПЗУ мікропроцесора 10. При інтенсивності випромінювання на виході робочої прокачуванні через робочу 4 кювету повітря або кювети відбувається приймачем інфрачервоного нульового газу, програмне включення активних випромінювання за рахунок його електричної елементів джерела 1 інфрачервоного модуляції синхронно з формуванням потоку випромінювання приводить до формування n випромінювання відповідного каналу. незалежних оптичних потоків, яким відповідають Використання активних елементів з р-nпевні просторові розміщення n опорних каналів в переходами у складі джерела 1 інфрачервоного об'ємі робочої 4 кювети. Величини електричних випромінювання інфрачервоного випромінювання сигналів з виходу приймача 6 інфрачервоного суттєво підвищить надійність та швидкодію випромінювання, що отримані при проходженні запропонованого способу. незалежних оптичних потоків в об'ємі робочої 4 7 31524 8 кювети з часом та зменшення похибки Таким чином, наявність сформованих ( n ³ 2 ) обумовленою впливом зовнішніх факторів (тиск, незалежних потоків випромінювання в різні температура). інтервали часу з довжиною хвилі, яка узгоджена з Джерела інформації. довжиною хвилі власного поглинання газу, що 1. Заявка на патент РФ №96123856, аналізується та розміщення їх в різних точках G01N21/61, Опублікована 1999.02.10. поперечного перерізу робочої кювети дозволяє 2. Патент України №61695, G01N21/01, вимірювати концентрації газів в широкому Опублікований 2003.11.17. діапазоні з заданою точністю і чутливістю у 3. Патент РФ №2075066, кл. G01N21/61, випадку збільшення неселективних втрат G01N21/15, Опублікований 1997.03.10. випромінювання, зв'язаних з забрудненням вікон Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601