Інфрачервоний піроелектричний газоаналізатор

Інфрачервоний піроелектричний газоаналізатор, який складається з кювети, випромінюючого елемента, сапфірового вікна, приймача випромінювання, який відрізняється тим, що в нього введені перше, друге і третє джерела постійної напруги, корпус, біполярний транзистор, чотири резистори, котушка індуктивності, друга ємність і загальна шина, причому випромінюючий елемент за допомогою корпусу конструктивно об'єднаний з сапфіровим вікном у джерело інфрачервоного випромінювання, а як приймач випромінювання використовується піроелектричний інфрачервоний фотоприймач, який складається з відбивача, інтерференційного фільтра, екрана, подвійного піроелектричного елемента, першого резистора, польового транзистора, першої ємності і другого резистора, причому перший вивід першого джере C2 2 (11) 1 3 другий вхід цього підсилювача з'єднаний з опорним джерелом напруги, вихід підсилювача різниці з'єднаний з входом блока керування, вихід якого з'єднаний з джерелом інфрачервоного випромінювання, газовий вхід вимірювальної кювети з'єднаний з блоком пробпідготовки (Патент України на винахід № 69503 М. кл. G01N21/01, Бюл. №9, 2004.). У відомому газоаналізаторі реалізується принцип поглинання електромагнітного випромінювання в інфрачервоній області спектра. Недоліком такого пристрою є низька чутливість і точність вимірів малих (фонових) концентрацій газу. За прототип обрано газоаналізатор (А.с. СССР №1188600, М. кл. G01N21/01, Бюл. №40, 1980.), який містить випромінюючий елемент, кювету, що складається з двох суміжних відсіків ізольованих сапфіровим вікном, приймач випромінювання, сферичні дзеркала і електронну схему, яка складається з підсилювача, резонансного підсилювача, першого і другого синхронних детекторів, першого і другого логарифмічних підсилювачів, схему віднімання, масштабний підсилювач, схему корекції нуля, реєструючий прилад та імпульсний блок живлення джерела випромінювання, причому випромінюючий елемент і приймач випромінювання розташовані у першому відсіку кювети, у якому повітря викачено до вакуума 10-3 тор, другий відсік кювети заповнюється газом, концентрацію якого необхідно виміряти, в обох відсіках розташовано по одному сферичному дзеркалу, при цьому випромінюючий елемент розташований у фокальній площині сферичного дзеркала другого відсіку кювети, а приймач випромінювання розташований у фокальній площині сферичного дзеркала першого відсіку кювети, що забезпечує двократне проходження потоку інфрачервоного випромінювання крізь кювету з досліджуваним газом, вихід приймача випромінювання з'єднаний з входом підсилювача, вихід якого з'єднаний з входом резонансного підсилювача, вихід якого з'єднаний з другими входами першого і другого синхронних детекторів, перші входи яких з'єднанні з другим виходом імпульсного блоку живлення джерела випромінювання, перший вихід якого з'єднаний з випромінюючим елементом, виходи першого і другого синхронних детекторів з'єднані з входами відповідно першого і другого логарифмічних підсилювачів, виходи яких з'єднані з входом схеми віднімання, вихід якої з'єднаний з першим входом масштабного підсилювача, другий вхід якого з'єднаний з виходом схеми корекції нуля, вихід масштабного підсилювача з'єднаний з входом реєструючого приладу. Недоліком такого пристрою є низька надійність за рахунок імпульсного живлення випромінювального елементу, що також підвищує громіздкість електронної схеми і зменшує довготривалість випромінювального елементу. Крім того випромінювальний елемент у відомому газоаналізаторі використовується в неоптимальному режимі роботи, що призведе з часом до зростання похибки вимірювання внаслідок старіння 92211 4 випромінювального елементу, що викликане зниженням його світлового потоку, а також подвійної відстані проходження світлових промінів з подвійним перевідбиттям сферичних дзеркал, які потребуватимуть додаткового юстування. Також до недоліків відомого газоаналізатора слід віднести складність електронної схеми газоаналізатора і значні габаритні розміри, за рахунок використання двох відсіків кювети. В основу винаходу поставлена задача створення інфрачервоного піроелектричного газоаналізатора в якому за рахунок введення нових елементів та зв'язків між ними досягається перетворення концентрації газу в амплітуду генерованих коливань, що призводить до підвищення надійності, спрощення електронної схеми та зменшення габаритних розмірів. Поставлена задача досягається тим, що в інфрачервоний вимірювач концентрації газу, який складається з кювети, випромінюючого елементу, сапфірового вікна, приймача випромінювання, введено перше, друге і третє джерела постійної напруги, корпус, біполярний транзистор, чотири резистори, котушку індуктивності, другу ємність і загальну шину, причому випромінюючий елемент за допомогою корпусу конструктивно об'єднаний з сапфіровим вікном у джерело інфрачервоного випромінювання, а як приймач випромінювання використовується піроелектричний інфрачервоний фотоприймач, який складається з відбивача, інтерференційного фільтру, екрану, подвійного піроелектричного елементу, першого резистору, польового транзистору, першої ємності і другого резистору, причому перший вивід першого джерела постійної напруги з'єднаний з першим виводом джерела інфрачервоного випромінювання, яке складається з корпусу, випромінюючого елементу і сапфірового вікна, другий вивід джерела інфрачервоного випромінювання з'єднане з другим виводом джерела постійної напруги, джерело інфрачервоного випромінювання розташовано в послідовному оптичному з'єднанні через кювету з інтерференційним фільтром, відбивачем і подвійним піроелектричним елементом, який захищений екраном, перший вивід подвійного піроелектричного елементу з'єднаний з першим виводом першого резистора і затвором польового транзистора, другий вивід подвійного піроелектричного елементу з'єднаний з другим виводом першого резистора, першим виводом другого джерела постійної напруги і другим виводом першої ємності, перший вивід якої з'єднаний з витоком польового транзистора та з емітером біполярного транзистора, база якого з'єднана з першим виводом четвертого резистора та другим виводом третього резистора, перший вивід якого з'єднаний з першим виводом котушки індуктивності та другим виводом другого резистора, що утворюють першу вихідну клему, перший вивід другого резистора з'єднаний з витоком польового транзистора, другий вивід котушки індуктивності з'єднаний з першими виводами другої ємності і третього джерела постійної напруги, при цьому колектор біполярного транзистора з'єднаний з другими виводами другого і третього 5 джерел постійної напруги, другими виводами четвертого резистора і другої ємності, що утворюють другу вихідну клему, яка підключена до загальної шини. На кресленні подано схему інфрачервоного радіовимірювального газоаналізатора, який містить перше джерело постійної напруги 1, джерело інфрачервоного випромінювання 2, яке складається з випромінюючого елемента 3 і захисного сапфірового вікна 4, які розташовані у корпусі 5, вимірювальної кювети 6, яка заповнюється газовою суміщу, піроелектричного інфрачервоного фотоприймача 7, який складається з інтерференційного фільтру 8, відбивача 9, екрану 10, подвійного піроелектричного елементу 11, першого резистору 12, польового транзистора 13, другого резистора 14 і першої ємності 15, біполярного транзистора 16, другого джерела постійної напруги 17, третього 18 і четвертого 19 резисторів, котушки індуктивності 20, другої ємності 21, третього джерела постійної напруги 22 і загальної шини 23, причому перший вивід першого джерела постійної напруги 1 з'єднаний з першим виводом джерела інфрачервоного випромінювання 2, яке складається з випромінюючого елементу 3, сапфірового вікна 4 і корпусу 5, другий вивід джерела інфрачервоного випромінювання 2 з'єднане з другим виводом джерела постійної напруги 1, джерело інфрачервоного випромінювання 2 розташовано в послідовному оптичному з'єднанні через кювету 6 з інтерференційним фільтром 8 і відбивачем 9 піроелектричного інфрачервоного фотоприймача 7, потік випромінювання після якого потрапляє на подвійний піроелектричний елемент 11, який захищений екраном 10, перший вивід подвійного піроелектричного елементу 11 з'єднаний з першим виводом першого резистора 12 і затвором польового транзистора 13, другий вивід подвійного піроелектричного елементу 11 з'єднаний з другим виводом першого резистора 12, першим виводом другого джерела постійної напруги 17, другим виводом першої ємності 15, перший вивід якої з'єднаний з витоком польового транзистора 13 та з емітером біполярного транзистора 16, база якого з'єднана з першим виводом четвертого резистора 19 та другим виводом третього резистора 18, перший вивід якого з'єднаний з першим виводом котушки індуктивності 20 та другим виводом другого резистора 14, що утворюють першу вихідну клему, перший вивід другого резистора 14 з'єднаний з витоком польового транзистора 13, другий вивід котушки індуктивності 20 з'єднаний з першими виводами другої ємності 21 і третього джерела постійної напруги 22, при цьому колектор біполярного транзистора 16 з'єднаний з другими 92211 6 виводами другого 17 і третього 22 джерел постійної напруги, другими виводами четвертого резистора 19 і другої ємності 21, що утворюють другу вихідну клему, яка підключена до загальної шини 23. Інфрачервоний піроелектричний газоаналізатор працює таким чином. В початковий момент часу в кюветі 6 газу не має. Перше джерело постійної напруги 1 живить випромінюючий елемент 3 джерела інфрачервоного випромінювання 2. Всередині корпусу 5 джерела інфрачервоного випромінювання 2 повітря викачено до вакуума, сапфірове вікно 4 виконує роль світового фільтру для отримання монохроматичного інфрачервоного випромінювання. При підвищенні напруги другого 17 і третього 22 джерел постійної напруги з деякого їх рівня диференційний опір на електродах колектор біполярного транзистору 16 і стік польового транзистору 13 стає від'ємним, що призводить до компенсації активних втрат і виникнення незатухаючих в часі коливань у коливальному контурі, який складається з котушки індуктивності 20 та реактивної складової повного опору ємнісного характеру на електродах колектор біполярного транзистору 16 і стік польового транзистору 13. При потраплянні газу в кювету 6 на піроелектричний інфрачервоний фотоприймач 7, що має чітко визначений спектр поглинання, який визначається властивостями інтерференційного фільтру 8, буде потрапляти інша кількість оптичної енергії на відбивач 9, який сфокусує потік на подвійний піроелектричний елемент 11, що призведе до зміни величини електрорушійної сили подвійного піроелектричного елементу 11, а це призведе до зміни опору каналу польового транзистора 13, що викликає зміну амплітуди генерованих коливань. Екран 10 призначений для запобігання засвічування подвійного піроелектричного елементу 11. Третій 18 і четвертий 19 резистори використовуються для забезпечення режиму живлення по постійному струму біполярного транзистора 16. Перший резистор 12 і перша ємність 15 призначені для захисту від пробою електричним імпульсом польового транзистора 13. Другий резистор 14 обмежує струм стоку польового транзистора 13. Друга ємність 21 виконує блокувальну функцію для запобігання проходження змінного струму крізь третє джерело постійної напруги 22. Другі виводи другого 17 і третього 22 джерел постійної напруги від'ємної полярності підключені до загальної шини 23. Наступна зміна концентрації газу у вимірювальній кюветі призведе до зміни амплітуди генерованих коливань, що у динаміці призведе до виникнення амплітудномодельованого коливання, який можна в подальшому обробляти відомими методами. 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 92211 8 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