FI69930B

FI69930B - ANORDNING FOER OBSERVERING AV ETT VISST AEMNE I EN GASSTROEM

Info

Publication number: FI69930B
Application number: FI790325A
Authority: FI
Inventors: Frank Kitzinger
Original assignee: Noranda Mines Ltd
Priority date: 1978-03-07
Filing date: 1979-02-01
Publication date: 1985-12-31
Also published as: CA1085647A; JPS54157689A; BE874449A; DE2903017C2; FR2419517B1; GB2016142A; DE2903017A1; FR2419517A1; GB2016142B; FI790325A; FI69930C; JPS5912132B2

Description

[TySFTl ΓΒ1 /11 KUULUTUSJULKAISU ^QQ 7Π jSTm B 11 utlägg Ni ngsskrift Oyyov • (45) ; -, 1 , . : “l ., - - - . , (51) Kv.lk.'/Int.CI.4 G 01 N 21/00 (21) Patenttihakemus — Patentansökning 790325 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 01.02.79 iFI) * " (23) Alkupäivä — Glltighottdag 01.02.79 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 08.09· 79[TySFTl ΓΒ1 / 11 ANNOUNCEMENT ^ QQ 7Π jSTm B 11 utlägg Ni ngsskrift Oyyov • (45); -, 1,. : “L., - - -. , (51) Kv.lk. '/ Int.CI.4 G 01 N 21/00 (21) Patent application - Patentansökning 790325 (22) Application date - Ansökningsdag 01.02.79 iFI) * "(23) Starting date - Glltighottdag 01.02.79 (41) Has become public - Blivit offentlig 08.09 · 79

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm. —National Board of Patents and Registration Date of publication and publication. -

Patent- och registerstyrelsen ' Ansökan utlagd ooh utl.skriften publicerad 31 .12.85 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 07.03.78Patent- och registerstyrelsen 'Ansökan utlagd ooh utl.skriften publicerad 31 .12.85 (32) (33) (31) Requested privilege - Begärd priority

Kanada(CA) 298415 (71) Noranda Mines Limited, P.0. Box 45, Suite 4500, Commerce Court West, Toronto, Ontario, Kanada(CA) (72) Frank Kitzinger, Montreal, Quebec, Kanada(CA) (74) Leitzinger Oy (54) Laite tietyn aineen läsnäolon havaitsemiseksi kaasuvirrassa -Anordning för observering av ett visst ämne i en gasströmCanada (CA) 298415 (71) Noranda Mines Limited, P.0. Box 45, Suite 4500, Commerce Court West, Toronto, Ontario, Canada (CA) (72) Frank Kitzinger, Montreal, Quebec, Canada (CA) (74) Leitzinger Oy (54) Device for detecting the presence of a specific substance in a gas stream -Anordning för observering av ett visst ämne i en gasström

Keksinnön kohteena on laite tietyn aineen läsnäolon havaitsemiseksi kaasuvirrassa, johon laitteeseen kuuluu tuntokammio, joka on sovitettu vastaanottamaan reagenssipaperin, joka on paikallaan mittausjakson aikana ja joka värjäytyy kun sitä koskettaa mainitun kammion kautta kiertävässä kaasussa oleva tietty aine, valolähde, elimet, jotka ovat herkkiä mainitulle valolähteelle valokeilan kehittämiseksi ja sen suuntaamiseksi tuntokammiossa olevaa reagenssipaperia kohti, valokeilan tuntolaite, joka on herkkä reagenssipaperin kaasuvirrassa olevan tietyn aineen johdosta mainitussa kammiossa tapahtuvan värjäytymisen määrän suhteen, ja vahvistin, joka on kytketty mainittuun valokeilan tuntolaitteeseen reagenssipaperin värjäykseen verrannollisen ulostulomerkin aikaansaamiseksi.The invention relates to an apparatus for detecting the presence of a substance in a gas stream, the apparatus comprising a sensing chamber adapted to receive a reagent paper stationary during a measurement period and discolored upon contact with a substance in a gas circulating through said chamber, a light source, means sensitive to said light source for generating a beam and directing it towards the reagent paper in the sensing chamber, a beam sensing device sensitive to the amount of staining in said chamber due to a certain substance in the reagent paper gas stream, and an amplifier connected to said beam sensing device for proportioning the reagent paper to the output.

2 699302,69930

Yleisesti tunnettua on käyttää reagenssipaperin värjäytymistä määrättäessä kaasuseoksen tai ilman kaasun tai kaasukomponentin läsnäolo. Tunnetuissa laitteissa, jotka on selitetty esimerkiksi IJS-patenteissa 4,023,930 ja 4,032,297, käytetään tavallisesti lamppua valonlähteenä reagenssipaperin valaisemiski, joka on sijoitettu mittauskammioon, jonka läpi tarkkailtavaa kaasua kierrätetään ja valoherkkää välinettä, kuten valokennoa reagenssi-paperin lisääntyneen valon absorption paljastamiseksi, johtuen reagenssipaperin värjäytymisestä kaasun vaikutuksesta. Kaikki tunnetut laitteet aikaansaavat yksinkertaisesti ulsotulon, joka on reagenssipaperin kanssa reagoivan kaasun kumulatiivisen määrän epälineaarinen osoitus, johtuen Rouguerin ja Lambertin valon absorption eksponenttilaista. Tavallisesti ne asetetaan toimittamaan hälytyksen, kun ennalta määrätty määrä havaittavaa kaasua on saavutettu. Mikään tunnettu laite ei aikaansaa tarkkailtavan kaasun pitoisuuden silmänräpäyksellistä osoitusta, kun se kulkee laiteen läpi.It is well known to use staining of reagent paper to determine the presence or absence of a gas mixture or gas component. In known devices, described, for example, in the IJS patents 4,023,930 and 4,032,297, a lamp is usually used as a light source for a reagent paper . All known devices simply provide an output, which is a non-linear indication of the cumulative amount of gas reacting with the reagent paper, due to the exponential state of light absorption by Rouguer and Lambert. Normally, they are set to sound an alarm when a predetermined amount of detectable gas is reached. No known device provides a visual indication of the concentration of the gas being monitored as it passes through the device.

Toisena epäkohtana tunnetuissa laitteissa on se, että ne eivät aikaansaa automaattista nolla-asennon tarkistusta eli säätöä ennen lukeman ottamista ja sen tähden niitä täytyy säätää käsin.Another drawback of the known devices is that they do not provide an automatic zero position check, i.e. an adjustment before the reading is taken, and therefore have to be adjusted manually.

Sen tähden tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada laite, joka on pääasiallisesti vapaa edellä esitetyistä epäkohdista ja joka erityisesti aikaansaa tarkkailtavan aineen pitoisuuden silmänräpäyksellisen osoituksen.It is therefore an object of the present invention to provide a device which is substantially free of the above-mentioned drawbacks and which, in particular, provides a visual indication of the concentration of the substance to be monitored.

Keksinnön mukainen laite tunnetaan siitä, että merkin käsittely-piiri on kytketty mainittuun vahvistimeen sellaisen ulostulon aikaansaamiseksi, joka on reagenssipaperin kanssa kosketuksessa olevan etsittävän aineen kumulatiivisen määrän lineaarinen funktio, ja että derivaattori on herkkä mainitun lineaarisen ulostulomerkin suhteen sellaisen ulostulon aikaansaamiseksi, joka on tarkkailtavan aineen hetkellinen pitoisuuden osoitus.The device according to the invention is characterized in that the signal processing circuit is connected to said amplifier to provide an output which is a linear function of the cumulative amount of the target substance in contact with the reagent paper, and that the derivative is sensitive to said linear output signal to provide an output that is accurate concentration indication.

il 3 69930il 3 69930

Sopivimmin siihen kuuluu edelleen valokeilan jakoväline velokeilan jakamiseksi kahdeksi erilliseksi keilaksi, joista toinen on suunnattu tuntokammiossa olevaa reagenssitestipaperia kohti ja toinen säädettävää optista tiheyssuodatinta kohti, toinen valokeilan tuntolaite, joka on yhdistetty mainittuun vahvistimeen ja joka on herkkä mainitun säädettävän optisen tiheyssuodattimen läpäisy-kyvylle, ja automaattinen nolla-asennon säätölaite johon kuuluu mainitun vahvistimen ulostuloon kytketty käyttövahvistin ja servomoottori, joka on herkkä mainitun käyttövahvistimen suhteen ja joka on yhdistetty säädettävään optiseen tiheyssuodattimeen vahvistimen ulostulon asettamiseksi uudelleen nollaan ennen mittauksen suorittamista.Preferably, it further comprises beam dividing means for dividing the beam into two separate beams, one directed towards the reagent test paper in the sensing chamber and the other towards the adjustable optical density filter, a second beam sensing device connected to said amplifier and sensitive to said adjustable optical density filter, a zero position control device comprising a drive amplifier connected to the output of said amplifier and a servomotor sensitive to said drive amplifier and connected to an adjustable optical density filter to reset the output of the amplifier to zero before measuring.

Laitteeseen kuuluu edelleen moottori ennalta määrätyn pituisen testipaperinauhan sysäyksellisesti syöttämiseksi kammion läpi ja ohjelmointilaite, joka toimii ensin virran johtamiseksi moottoriin ennalta määrätyin aikavälein nauhan syöttämiseksi, sitten virran johtamiseksi mainittuun automaattisen nolla-asennon säätölaitteeseen toista ennalta määrättyä aikaväliä varten vahvistimen asettamiseksi uudelleen nollaulostulon ja lopuksi mittausjakson aloittamiseksi.The apparatus further comprises a motor for impulsely feeding a test paper strip of a predetermined length through the chamber and a programming device operating first to supply current to the motor at predetermined intervals to feed the strip, then to supply current to said automatic zero position control device for a second predetermined start time

Edullisesti merkin käsittelypiiri on kytketty vahvistimen sisääntuloon ja varustettu positiivisella takaisinkytkennällä vahvistimen ulostulosta, vahvistimen sisääntulon vaihtelemiseksi sellaisessa suunnassa, että sen ulostulo on lineaarinen, jolloin vahvistimen lineaarisen ulostulon erottaminen tulee aikaansaamaan ilmaistavan aineen pitoisuuden hetkellisen osoituksen.Preferably, the signal processing circuit is connected to the input of the amplifier and provided with positive feedback from the output of the amplifier, to vary the input of the amplifier in such a direction that its output is linear, whereby separating the linear output of the amplifier will provide a momentary indication of detectable concentration.

Myös sopivimmin laitteeseen kuuluu edelleen hajaantumiskompen-saattori, joka yhdistää vahvistimen derivaattoriin reagenssipaperin kanssa reagoivan aineen pienien hajaantumien komponsoimiseksi.Also preferably, the device further includes a dispersion compensator that combines an amplifier with a reagent paper to react the reactant to form small dispersions.

Keksintöä selitetään nyt eräänä esimerkkinä viitaten erääseen edulliseen sovellutusmuotoon ja oheisiin piirustuksiin, joissa: 4 69930The invention will now be described, by way of example, with reference to a preferred embodiment and the accompanying drawings, in which: 4 69930

Kuvio 1 esittää lohkokaaviota keksinnön mukaisesta laitteesta.Figure 1 shows a block diagram of a device according to the invention.

Kuvio 2 esittää ohjelmointilaitteella saatua peräkkäin seuraavaa kaaviota.Figure 2 shows the following diagram obtained in succession by the programming device.

Kuvio 3 esittää reagenssipaperin läpäisykykyä sen kanssa reagoivan aineen funktiona.Figure 3 shows the permeability of the reagent paper as a function of the reactant.

Kuvio 4 esittää kuvion 1 mukaisen laitteen osien virtapiirikaaviota.Figure 4 shows a circuit diagram of the parts of the device according to Figure 1.

Kuvio 5 esittää valokennovahvistimen ulostuloa reagenssipaperin kanssa reagoivan määrän funktiona yhdessä epälineaarisen käsittelyn eri asteiden kanssa.Figure 5 shows the output of the photocell amplifier as a function of the amount reacting with the reagent paper together with the different degrees of nonlinear processing.

Kuviossa 1 on esitetty mittauskammio, joka on tehty kahdesta osasta 12 ja 14. Osa 12 on liikuteltavissa nuolen A suuntiin niin, että reagenssipaperi 16 voidaan kuljettaa kammion läpi moottorin 18 avulla. Osan 12 liikettä ohjaa moottori 18 tavallisen kytkinlaitteen välityksellä (ei esitetty). Kaasuvirta, joka sisältää ilmaistavaa eli havaittavaa ainetta, syötetään tulojohdon 20 kautta kammion osaan 12 sopivan pumpun välityksellä (ei esitetty) ja se poistuu kammion osassa 14 olevan poistojohdon 22 kautta. 0-rengas tai jokin muu sopiva väline (ei esitetty) on sijoitettu kammion kahden osan väliin kammion tiivistyksen varmistamiseksi mittauksen aikana.1 shows a measuring chamber, which is made of two parts 12 and 14. Part 12 is movable in the directions of arrow A so that the reagent 16 may be transported through the chamber by means of the motor 18. The movement of the part 12 is controlled by the motor 18 via a standard switching device (not shown). The gas stream containing the substance to be detected is introduced through the inlet line 20 to the chamber part 12 by means of a suitable pump (not shown) and exits through the outlet line 22 in the chamber part 14. An O-ring or other suitable means (not shown) is placed between the two parts of the chamber to ensure sealing of the chamber during measurement.

Mittauskammiossa olevan reagenssipaperin osaa valaistaan valolähteenä toimivasta lampusta 24 tulevalla valokeilalla. Valokeilan muodostavat kuperat linssit 26 ja 28, jotka on sijoitettu juuri aukkolevyn 30 eteen. Aukkolevyn 30 läpikulkevan valokeilan kuva muodostetaan akromaattisen linssin 32 ja valokeilan jakovälineen 34 välityksellä reagenssipaperiin 16 ja säädettävään oensitometriin eli säädettävään optiseen tiheyssuodattimeen 36. Erilaisia optisia toimenpiteitä voidaan käyttää edellä mainittujen kuvien muodostamiseksi. Niinpä esimerkiksi reikälevyn ja akromaattisten linssien välinen välimatka voi olla sovitettu linssien kaksinkertaisen polttovälin f pituuden päähän toisistaan. Samoin akromaattisten linssien ja valokeilan jakovälineen välinen välimatka plus välimatka valokeilan jakovälineen ja reagenssipaperin välillä tai säädettävän densitometrin välillä voi olla säädettävissä kaksinkertaiseksi polttoväliin f nähden. Akromaattisia linssejä käytetään tavallisesti kromaattisen aberraa-A portion of the reagent paper in the measuring chamber is illuminated by a beam of light from the light source lamp 24. The light beam is formed by convex lenses 26 and 28 located just in front of the aperture plate 30. The image of the light beam passing through the aperture plate 30 is formed by the achromatic lens 32 and the light beam splitter 34 to the reagent paper 16 and the adjustable oenitometer, i.e., the adjustable optical density filter 36. Various optical measures can be used to form the above images. Thus, for example, the distance between the perforated plate and the achromatic lenses may be spaced the length of the double focal length f of the lenses apart. Similarly, the distance between the achromatic lenses and the beam splitter plus the distance between the beam splitter and the reagent paper or the adjustable densitometer may be adjustable to twice the focal length f. Achromatic lenses are commonly used for chromatic aberration

IIII

5 69930 tion estämiseksi, kuten yleisesti on tunnettua. Mittauskammion 14 pää on suljettu läpinäkyvällä levyllä ^7 niin että se sallii valokeilan läpikulun.5,69930 to prevent tion, as is generally known. The end of the measuring chamber 14 is closed by a transparent plate ^ 7 so as to allow the light beam to pass through.

Valonlähteen 24 ja linssien 26 sekä 28 väliin on sijoitettu lämpö-suodatin 38, joka estää lampun vaikutuksen reagenssipaperin kosteuteen. Tällä on todettu olevan huomattava vaikutus osoituksen tarkkuuteen, erityisesti mittausjakson lopussa, koska paperi kuivuu vähitellen lampun kehittämän lämmön johdosta. Luonnollisesti lämpö-suodatin voi olla sijoitettu mihin tahansa kohtaan valonlähteen ja valokeilan jakovälineen välille.A heat filter 38 is interposed between the light source 24 and the lenses 26 and 28 to prevent the lamp from affecting the moisture of the reagent paper. This has been found to have a significant effect on the accuracy of the indication, especially at the end of the measurement period, as the paper gradually dries due to the heat generated by the lamp. Of course, the heat filter can be located anywhere between the light source and the light beam splitter.

Suodatin 40, jona voi olla interferenssisuodatin tai optinen lasi-suodatin, on sijoitettu valokeilan jakovälineen eteen ennalta määrätyn aallonpituuden omaavan värin suodattamiseksi. Esimerkiksi, jos reagenssipaperin väri on keltainen, käytetään edullisesti sinistä suodatinta. Erittäin tärkeää on, että suodatin on sijoitettu valokeilan jakovälineen eteen niin, että se vaikuttaa samalla tavalla molempiin valokennoihin. Valintasuodattimen käyttö on tärkeää suuren herkkyyden säilyttämiseksi erikoisten värjäysten tai värien tuntemiseksi .A filter 40, which may be an interference filter or an optical glass filter, is placed in front of the beam splitter to filter a color having a predetermined wavelength. For example, if the color of the reagent paper is yellow, a blue filter is preferably used. It is very important that the filter is placed in front of the beam splitter so that it affects both photocells in the same way. The use of a selection filter is important to maintain high sensitivity to feel special stains or colors.

Valo, joka kulkee reagenssipaperin 16 läpi, ilmaistaan eli havaitaan valokennolla 42, joka on sijoitettu läpinäkyvän levyn 44 mittauskammion taakse osaan 12. Samoin valo, joka kulkee säädettävän densito-metrin 36 läpi, ilmaistaan valokennolla 46, joka on sijoitettu säädettävän aensitometrin 36 taakse. On ymmärrettävää, että voidaan käyttää muita valoherkkiä laitteita, jotka ovat herkkiä valolle, joka kulkee reagenssipaperin läpi tai jonka tämä tai säädettävä aensitometri heijastaa. Valokennot 42 ja 46 ovat muuttuvia impedans-silaitteita, jotka on kytketty sopivan valokennovahvistimen 48 virtapiiriin aikaansaamaan ulostulon, joka on suhteellinen reagenssipaperin värjäykseen ja joka on suorassa suhteessa siihen valoon, jonka mainitut kaksi valokennoa ovat tunteneet riippumatta valolähteen voirnakkuusvaihteluista, jotka johtuvat lampun vanhenemisesta ja lampun jännitteen vaihteluista. Tällaisen vahvistimen eräs esimerkki on havainnollistettu kuviossa 4 ja sitä selitetään yksityiskohtaisesti jäljempänä. Mainittakoon nyt, että kun säädettävän aensitomet- 69930 rin 36 läpäisykyky on sovitettu yhteen reagenssipaperin läpäisykyvyn kanssa (kun mitään kaasua ei virtaa mittauskammion läpi) molempien valokennojen 42 ja 46 impedanssi on yhtä suuri ja valokenno-vahvistimen ulostulo on nolla. Tämä nollajänniteulostulo ilmaisee tilan tämän jälkeen, jota pidetään läpäisyarvona 1 ennen kaasun syöttämistä mittauskammion läpi. Jos säädettävän densitometrin läpäisykyky ei tarkalleen sovi yhteen reagenssipaperin läpäisykyvyn kanssa ennen kaasun syöttämistä mittauskammion läpi, valokennolla 46 tulee olemaan impedanssi, joka on erilainen kuin valokennon 42 impedanssi ja valokennovahvistimen 48 ulostulo tulee eroamaan nollasta. Tämä ulostulo syötetään itsepalautuvaaan servovahvistimeen 50, joka aikaisemmin on mainittu automaattisena noll-asennon tarkistus- tai säätölaitteena. Servovahvistimen ulostulo syötetään ohjelmointilait-teen 52 ohjauksen alaisena servomoottoriin 54, joka käyttää säädettävää desitometriä 36. Niin, jos valokennovahvistimen ulostulo ei ole nolla ennen kaasun syöttämistä mittauskammioon, servomoottori 54 tulee automaattisesti pyörittämään säädettävää densitometriä sovittamiseksi yhteen tällaisen densitometrin läpäisykyvyn paperin läpäisykyvyn kanssa ja tällöin saattamaan vanvistimen ulostulon takaisin nollaan.The light passing through the reagent paper 16 is detected, i.e. detected, by a photocell 42 located behind the measuring chamber of the transparent plate 44 in the portion 12. Likewise, the light passing through the adjustable densitometer 36 is detected by a photocell 46 located behind the adjustable sensitometer 36. It will be appreciated that other photosensitive devices may be used which are sensitive to light passing through the reagent paper or reflected by this or an adjustable enzymometer. Photocells 42 and 46 are variable impedance devices connected to the circuit of a suitable photocell amplifier 48 to provide an output proportional to the dyeing of the reagent paper and directly proportional to the light sensed by said two photocells regardless of the voltage variations of the light source. interest rate fluctuations. An example of such an amplifier is illustrated in Figure 4 and will be explained in detail below. It should now be noted that when the transmittance of the adjustable aensitometer 69930 is matched to the permeability of the reagent paper (when no gas flows through the measurement chamber), the impedance of both photocells 42 and 46 is equal and the output of the photocell amplifier is zero. This zero voltage output then indicates a state which is considered to be a permeability value of 1 before the gas is fed through the measuring chamber. If the permeability of the adjustable densitometer does not exactly match the permeability of the reagent paper prior to feeding gas through the measurement chamber, the photocell 46 will have an impedance different from the impedance of the photocell 42 and the output of the photocell amplifier 48 will deviate from zero. This output is fed to a self-resetting servo amplifier 50, previously referred to as an automatic zero position check or adjustment device. The output of the servo amplifier is fed, under the control of the programmer 52, to a servomotor 54 which operates an adjustable desitometer 36. Thus, if the output of the photocell amplifier is not zero before output back to zero.

Ohjelmointilaitteena 52 on tavallinen ajanottolaite, joka on sovitettu kytkettäväksi moottoriin 18, servomoottoriin 54 ja kaasumpump-puun (ei esitetty) kuvion 2 mukaisessa järjestyksessä. Ennalta mainittua aikaväliä varten, esimerkiksi 20 s, moottori 18 toimii mittaus-kammion 10 avaamiseksi ja reagenssipaperin kuljettamiseksi. Sitten moottori pysäytetään ja mittauskammio suljetaan. Sen jälkeen servo-vahvistin 50 kytketään servomoottoriin 54 aikaansaamaan vahvistimen 48 automaattisen nollaulostulon säädön. Ajan 1 - 10 s uskotaan olevan riittävä tämän säädön suorittamiseksi. Sitten servomoottori 54 tehdään virrattomaksi ja pumppua säätävä kaasun syöttö mittauskammioon käynnistetään mittauskierroksen aloittamiseksi, joka suoritetaan ennalta määrätyn ajan kuluttua, joka on sopiva siksi, kunnes tila 0,5 läpäisykyky reagenssipaperin läpi on saavutettu tai ennalta valitun ajan 2-8 tuntia kuluttua, jos kaasunäyte ei sisällä mitään merkittävää määrää ilmaistavaa ainetta.The programming device 52 is a conventional timing device adapted to be connected to a motor 18, a servomotor 54 and a gas pump tree (not shown) in the order shown in FIG. For the aforementioned time interval, for example 20 s, the motor 18 operates to open the measuring chamber 10 and to transport the reagent paper. The engine is then stopped and the measuring chamber is closed. The servo amplifier 50 is then coupled to the servomotor 54 to provide automatic zero output control of the amplifier 48. A time of 1 to 10 s is believed to be sufficient to perform this adjustment. The servomotor 54 is then de-energized and the pump-adjusting gas supply to the metering chamber is started to initiate a metering cycle after a predetermined time suitable until a permeability of 0.5 through reagent paper is reached or after a preselected time 2-8 hours if the gas sample does not contains no significant amount of detectable substance.

Mittausjakson aikana ilmaistavan eli havaittavan aineen, kuten esimerkiksi ilmassa olevan arsiinin läsnäolo tulee vähitellen muuttamaan reagenssipaperin värin, joka reagenssipaperi on kyllästetty merkuri-During the measurement period, the presence of a detectable substance, such as arsenic in the air, will gradually change the color of the reagent paper, which is saturated with mercury.

IIII

7 69930 bromidilla, valkoisesta keltaiseksi. Kun valotetaan sinisellä valokeilalla (käyttäen sinistä suodatinta), tällainen värin muutos tulee alentamaan paperin läpäisykykyä ja valokennon 42 impedanssi tulee kasvamaan, kun taas valokennon 46 impedanssi ei tule muuttumaan.7 69930 with bromide, from white to yellow. When exposed to a blue beam of light (using a blue filter), such a color change will lower the paper transmittance and the impedance of the photocell 42 will increase, while the impedance of the photocell 46 will not change.

Tämä tulee aiheuttamaan valokennovahvistimen ulostulon kasvamaan arvoon, joka vastaa reagenssipaperin kanssa reagoivan arsiinin kumulatiivista määrää. Kuvion 3 mukainen käyrä havainnollistaa reagenssipaperin läpäisykykyä arsiinin määrän pg funktiona, joka määrä reagoi reagenssipaperin kanssa. Tämä käyrä ei ole lineaarinen, johtuen Bouguerin ja Lambertin valon absoprtion eksponenttilaista ja valokennovahvistimen ulostulosta minkä tahansa kompensaation puuttuessa ja tulee siten myöskin olemaan epälineaarinen. Kuten tävdellisemmin selitetään jäljempänä, tämän keksinnön tarkoituksena on differentioi-da valokennon lähtömerkki sopivan derivaattorin 56 avulla aineen pitoisuuden hetkellisen osoituksen aikaansaamiseksi, kun tämä aine reagoi reagenssipaperin kanssa ja tämän pitoisuuden esittämiseksi näyttölaitteessa, joka on esitetty lohkolla 58. Kuitenkin, koska valokennovahvistimen ulostulo ei ole lineaarinen, tämän ulostulon erottaminen ei tule aikaansaamaan reagenssipaperin kanssa reagoivan aineen pitoisuuden todellista osoitusta. Jotta vahvistin 48 aikaansaataisiin tuottamaan lineaarinen ulostulo, keksinnön mukaan ehdotetaan järjestää merkin käsittelypiiri 60, joka on kytketty valokennovahvistimen ulostuloon valon absorption eksponenttilaista johtuvan reagenssipaperin läpäisykyvyn epälineaarisuuden kompensoimiseksi. Merkin käsittelypiirin erästä esimerkkiä selitetään täydellisesti kuvion 4 seuraavassa selityksessä.This will cause the output of the photocell amplifier to increase to a value corresponding to the cumulative amount of arsine reacting with the reagent paper. The curve in Figure 3 illustrates the permeability of the reagent paper as a function of the amount of arsine pg that reacts with the reagent paper. This curve is non-linear, due to the exponential state of Boupter's and Lambert's light absorption and the output of the photocell amplifier in the absence of any compensation, and thus will also be nonlinear. As will be explained in more detail below, it is an object of the present invention to differentiate the photocell output by a suitable derivative 56 to provide an instantaneous indication of substance concentration when reacting with reagent paper and to display this concentration in the display device shown at block 58. However, the photocell output is not , the separation of this outlet will not provide a true indication of the concentration of the substance reactive with the reagent paper. In order to provide the amplifier 48 to produce a linear output, it is proposed according to the invention to provide a signal processing circuit 60 connected to the output of the photocell amplifier to compensate for the nonlinearity of the permeability of the reagent paper due to the exponential state of light absorption. An example of a character processing circuit is fully explained in the following description of Fig. 4.

Viitaten nyt kuvioon 4 siinä on esitetty kytkentäkaavion eräs sovel-lutusmuoto, johon kuuluu valokennovahvistin 48, itsepalautuva servo-vahvistin 50, derivaattori 56, merkin käsittelypiiri 60, alipäästö-suodatin 62 ja hajaantumiskompensaattori 64.Referring now to Figure 4, there is shown an embodiment of a circuit diagram including a photocell amplifier 48, a self-recovering servo amplifier 50, a derivative 56, a signal processing circuit 60, a low pass filter 62, and a scatter compensator 64.

Valokennovahistimeen kuuluu käyttövahvistin OPI, jonka inveroitu tulonapa on kytketty positiivisen jännitteen lähteeseen (varustettu merkin käsittelvpiirillä 60), valonherkän vastuksen Rl kautta (valokenno 42 kuviossa 1). Käyttövahvistimen ei-inveroitu napa on kytketty maahan. Valonherkkä vastus R2 (valokenno 46 kuviossa 1) on kytketty käyttövahvistimen takaisinkytkentäsilmukassa sen invertoidun tulonavan ja sen lähtönavan väliin. Kun muuttuvan optisen tiheyssuodattimen 36 läpäisykyky on sovitettu yhteen reagenssipape- 69930 rin läpäisykyvyn kanssa (kun mitään kaasua ei virtaa mittauskam-raion kautta) Rl = R2 ja käyttövahvistimen ulostulo on vastakkainen kuin Rlteen johdettu jännite. Käyttövahvistimen OPI ulostulo syötetään käyttövahvistimen OP2 invertoituun tulonapaan toimien invertorina verkon ensimmäisen vastuksen R3 kautta, johon verkkoon kuuluu toinen vastus R4, jonka toinen napa on kytketty vertailulähteeseen V+REF ja toinen napa on kytketty käyttövahvistimen OP2 tulonapaan. Läpäisykyvyn 1,0 tilassa vertailujännite V+REF on valittu siten, että 0 volttia johdetaan invertorin 0P2 invertoituun tulonapaan ja siten lähtöjännite VQ = O esiintyy sen ulostulossa. Vastus R5 on kytketty vahvistimen 0P2 tulonavan ja sen invertoidun tulonavan väliin vahvistimen vahvistuksen määräämiseksi tunnetulla tavalla. Käyttövahvistimen ei-invertoitu tulonapa on kytketty maahan.The photocell amplifier comprises a drive amplifier OPI, the inverted input terminal of which is connected to a positive voltage source (provided with a signal processing circuit 60), via a photosensitive resistor R1 (photocell 42 in Fig. 1). The non-inverted pole of the drive amplifier is connected to ground. A photosensitive resistor R2 (photocell 46 in Fig. 1) is connected in the feedback loop of the drive amplifier between its inverted input terminal and its output terminal. When the transmittance of the variable optical density filter 36 is matched to the transmittance of the reagent paper (when no gas flows through the measurement chamber), R1 = R2 and the output of the drive amplifier is opposite to the voltage applied to R1. The output of the power amplifier OPI is fed to the inverted input terminal of the power amplifier OP2 acting as an inverter via a first resistor R3 of the network, which network includes a second resistor R4, one terminal of which is connected to the reference source V + REF and the other terminal is connected to the input terminal of the power amplifier OP2. In the throughput mode 1.0, the reference voltage V + REF is selected so that 0 volts are applied to the inverted input terminal of the inverter 0P2 and thus the output voltage VQ = O is present at its output. Resistor R5 is connected between the input terminal of amplifier 0P2 and its inverted input terminal to determine the gain of the amplifier in a known manner. The non-inverted input terminal of the drive amplifier is connected to ground.

Kun säädettävän aensitometrin 36 läpäisykykyä ei ole sovitettu yhteen reagenssipaperin läpäisykyvyn kanssa (ennen kaasun syöttämistä mittauskammion läpi) vastuksella R2 (valokenno 46) erilainen impedanssi kuin vastuksella Rl (valokenno 42) ja käyttövahvistimen OPI ulostulo ja siten käyttövahvistin 0P2 eroavat nollasta. Tällainen ulostulo syötetään komparaattorina toimivan käyttövahvistimen 0P3 invertoituun tulonapaan vastuksen R6 kautta. Käyttövahvistimen 0P3 ei-inertoitu tulonapa on kytketty maahan. Vastus R7 on kytketty tämän käyttövahvistimen invertoidun tulonavan ja sen ulostulon väliin käyttövahvistimen vahvistuksen määräämiseksi tunnetulla tasalla. Käyttövahvistimen OP3 ei-invertoitu tulonapa on kytketty maahan. Käyttövahvistimen 0P3 ulostulo on johdettu servomoottoriin 54 (kuvio 1) releen RL koskettimien RL-1 kautta, johon releeseen johdetaan virta ohjelmointilaitteella 52 (kuvio 1). Käyttövanvistin 0P3 on itsepalautuva servovahvistin 50 (kuvio 1) ja käyttää moottoria 54 säädettävän aensitometrin 36 pyörittämiseksi suuntaan iai toiseen riippuen virhejännitteen polarisuudesta, jonka virhejännite esiintyy käyttövahvistimen 0P2 ulostulossa jokaisen mittausjakson alussa, jota ohjataan ohjelmointilaitteella 52.When the transmittance of the adjustable sensitometer 36 is not matched to the permeability of the reagent paper (before feeding gas through the measuring chamber), the resistor R2 (photocell 46) has a different impedance than the resistor R1 (photocell 42) and the output of the operating amplifier OPI Such an output is applied to the inverted input terminal of the comparator drive amplifier 0P3 via a resistor R6. The non-inerted input terminal of the drive amplifier 0P3 is connected to ground. Resistor R7 is connected between the inverted input terminal of this drive amplifier and its output to determine the gain of the drive amplifier at a known level. The non-inverted input terminal of the operating amplifier OP3 is connected to ground. The output of the drive amplifier 0P3 is supplied to the servomotor 54 (Fig. 1) via the contacts RL-1 of the relay RL, to which relay is supplied by the programming device 52 (Fig. 1). The drive amplifier 0P3 is a self-resetting servo amplifier 50 (Fig. 1) and drives a motor 54 to rotate an adjustable sensitometer 36 in one direction or another depending on the polarity of the error voltage at the output of the drive amplifier 0P2 at the beginning of each measurement period controlled by the programmer 52.

Valokennovahvistimen käyttövahvistimen 0P2 ulostulo Vq voidaan johtaa suoraan derivaattoriin 56, mutta käytännössä on huomattu, että tällainen ulostulo sisältää huomattavan määrän odottamatonta melua, joka poistetaan sopivimmin alipäästösuodattimella, joka käsittää käyttövahvistimen OP4 ja tavallisen toisen ohjesuoaatusverkon, johon kuuluvat vastukset R8 ja R9 sekä kondensaattorit Cl ja C2.The output Vq of the photocell amplifier drive amplifier 0P2 can be fed directly to the derivative 56, but in practice it has been found that such output contains a considerable amount of unexpected noise, preferably removed by a low pass filter comprising a drive amplifier OP4 and a conventional second reference network R2 and a resistor R8 .

Il 9 69930Il 9 69930

Vastukset R8 ia R9 on kytketty sarjaan käyttövahvistimen OP2 lähtö-navan ja käyttövahvistimen OP4 ei-invertoidun tulonavan väliin. Kondensaattori Cl on kytketty käyttövahvistimen OP4 ei-invertoidun tulonahan.. . väliin. Kondensaattori Cl on kytketty käy ttövahvistimen OP4 ei-invertoidun tulonavan ja maan välille, kun taas kondensaattori C2 on kytketty vastusten R8 ja R9 yhteisen pisteen ja käyttö-vahvistimen OP4 lähtönavan väliin. Tämän käyttövahvistimen invertoitu tulonapa on kytketty sen lähtönapaan. Vastusten R8 ja R9 sekä kondensaattoreiden Cl ja C2 arvot riippuvat alipäästösuodatti-men rajataajuudesta. Melukomponenttien tyydyttävä kumoaminen aikaansaadaan rajataajuudella rajoissa 0,1 - 2 Hz.Resistors R8 and R9 are connected in series between the output terminal of the power amplifier OP2 and the non-inverted input terminal of the power amplifier OP4. The capacitor C1 is connected to the non-inverted input skin of the drive amplifier OP4 ... between. Capacitor C1 is connected between the non-inverted input terminal of the drive amplifier OP4 and ground, while capacitor C2 is connected between the common point of resistors R8 and R9 and the output terminal of the drive amplifier OP4. The inverted input terminal of this drive amplifier is connected to its output terminal. The values of resistors R8 and R9 and capacitors C1 and C2 depend on the cut-off frequency of the low-pass filter. Satisfactory cancellation of noise components is achieved at a cut-off frequency in the range of 0.1 to 2 Hz.

Käyttövahvistimen 0P2 ulostulo on myös johdettu merkin käsittely-piiriin 60 (kuvio 1), johon kuuluvat käyttövahvistin 0P5 sekä vastukset RIO, Rll ja R12. Vastuksen RIO toinen napa on kytketty vertailu-jännitteeseen V REF ja sen toinen napa on kytketty käyttövahvistimen 0P5 invertoituun tulonapaan. Vastus Rll on säätövastus ja se on kytketty käyttövahvistimen OP5 invertoidun tulonavan ja käyttövah-vistimen OP2 lähtönavan väliin. Vastus R12 on tavallinen takaisin-kytkentävastus ja se on kytketty käyttövahvistimen lähtönavan ja tämän vahvistimen invertoidun tulonavan väliin. Merkin käsittely-piirin tarkoituksena on kompensoida reagenssipaperin läpäisykyvyn epälineaarisuus, kuten on havainnollistettu kuviossa 3. Jos tätä epälineaarisuutta ei kumota, derivaattori 56 ei aikaansaa tarkkailtavan aineen silmänräpäyksellistä pitoisuutta, kun se reagoi reangens-sipaperin kanssa.The output of the power amplifier 0P2 is also fed to the signal processing circuit 60 (Fig. 1), which includes the power amplifier 0P5 and the resistors R10, R11 and R12. The second terminal of the resistor RIO is connected to the reference voltage V REF and its other terminal is connected to the inverted input terminal of the drive amplifier 0P5. Resistor R11 is a control resistor and is connected between the inverted input terminal of the power amplifier OP5 and the output terminal of the power amplifier OP2. Resistor R12 is a standard feedback resistor and is connected between the output terminal of the drive amplifier and the inverted input terminal of this amplifier. The purpose of the mark processing circuit is to compensate for the nonlinearity of the permeability of the reagent paper, as illustrated in Figure 3. If this nonlinearity is not reversed, the derivative 56 does not provide an eye-catching concentration of the monitored substance when it reacts with the reactive paper.

Viitaten kuvioon 4 merkin käsittelypiiri 60 valokennovahvistimen takaisinkytkentäsilmukassa aikaansaa vahvistimen tuottamaan jänni-tystulon V , jolla on seuraavat ominaisuudet: V _ V REF(T-l) 0Referring to Fig. 4, the character processing circuit 60 in the feedback loop of the photocell amplifier causes the amplifier to produce a voltage input V having the following characteristics: V _ V REF (T-1) 0

1 + kT1 + kT

jossa V REF = jännite, joka on johdettu merkin käsittelyniiriin VQ = valokennovahvistimen lähtöjännite T = läpäisykyky tai valon suhde, joka lankeaa valokennoihin 42 ja 46 k =where V REF = voltage applied to the signal processing ring VQ = output voltage of the photocell amplifier T = transmittance or light ratio incident on the photocells 42 and 46 k =

Rll 69930 10Rll 69930 10

Kuten on esitetty kuviossa 5, käyrien luku on johdettu k:n eri arvoille käyttäen elohopeabromidia reagenssipaperina arsiinin ilmaisemiseksi. Käyrä, joka on lähinnä lineaarista, on käyrä, jossa k = 0,5. Tämä käyrä on lineaarinen aina kohtaan B saakka, joka vastaa läpäisyarvoa T = 0,5.As shown in Figure 5, the number of curves is derived for different values of k using mercury bromide as the reagent paper to express arsine. The curve that is closest to linear is the curve where k = 0.5. This curve is linear up to point B, which corresponds to a transmission value of T = 0.5.

Käytännössä ulostulon tekemiseksi lineaariseksi ilmaistavan eli havaittavan aineen tunnettu vakiopitoisuus reagoi jatkuvasti reagens-sipaperin kanssa ja käyttövahvistimen vahvistusta määrättynä säätö-vastuksella Rll vaihdellaan siksi, kunnes saadaan lineaarinen kalteva ulostulo.In practice, in order to make the output linear, a known constant concentration of the substance to be detected or detected reacts continuously with the reagent paper and the gain of the drive amplifier determined by the control resistor R11 is varied until a linear inclined output is obtained.

Käyttövahvistimen 0P4 ulostulo suunnataan derivaattorivirtapiiriin, johon kuuluu käyttövahvistin 0P6, vastus R13 ja kondensaattori C3. Vastus R13 on kytketty käyttövahvistimen 0P6 invertoidun tulonavan ja lähtönavan väliin. Kondensaattori C3 on kytketty sarjaan käyttövahvistimen OP4 lähtönavan kanssa ja käyttövahvistimen 0P6 invertoidun tulonavan kanssa. Tämän käyttövahvistimen ei-invertoitu napa on kvtketty maahan. Derivaattoriin 56 kuuluu edelleen vastus R14, joka on kytketty sarjaan kon ensaattorin C3 kanssa ja kondensaattori C4 on kytketty vastuksen R13 poikki. Vastus R14 ja konaensaattori C4 toimivat alipäästösuodattimena melukomponenttien poistamiseksi. Suhteen R13:R14 täytyy olla 100 tai enemmän. Samoin C3:n täytyy olla 100 kertaa tai enemmän C4:n arvo.The output of the drive amplifier 0P4 is directed to a derivative circuit comprising a drive amplifier 0P6, a resistor R13 and a capacitor C3. Resistor R13 is connected between the inverted input terminal and the output terminal of the drive amplifier 0P6. Capacitor C3 is connected in series with the output terminal of the power amplifier OP4 and the inverted input terminal of the power amplifier 0P6. The non-inverted pole of this power amplifier is connected to ground. Derivative 56 further includes a resistor R14 connected in series with a capacitor C3 and a capacitor C4 connected across a resistor R13. Resistor R14 and capacitor C4 act as a low-pass filter to remove noise components. The ratio R13: R14 must be 100 or more. Likewise, C3 must be 100 times or more the value of C4.

Väritäplät reagenssipaperissa hajaantuvat tai haalistuvat jossakin määrin ajan mukana ja sopivinta on kompensoida tällaista hajoamista. Sen tähden on järjestetty kompensaattivirtapiiri, johon kuuluu vastukset R15 ja R16 sekä säätövastus R17. Vastukset R15 ja R17 ovat jännitteen jakajia, aikaansaaden V^:n fraktion Rl6:n kautta käyttövahvistimen 0P6 ei-invertoituun tulonapaan. R16:n arvon täytyy olla sama kuin R13:n arvo niin, että VQ:n fraktio määrättynä suhteella R15-:R17 tulee ilmenemään käyttövahvistimen ulostulossa polari-suuden ollessa vastakkainen. Tätä kompensaatiovirtapiiriä voidaan säätää pysäyttämällä kaasuvirran kierrätys sen jälkeen, kun rea-genssipaperin huomattava värjäytyminen on huomattu. Ilman kompensaatiota clerivaattorin ulostulo tulee tavallisesti laskemaan nollan alapuolelle seurauksena reagenssipaperin haalistumisesta, mikä johtuu hajaantumisesta. Säätövastus R17 säädetään siten, että derivaattorin ulostulojännite menee takaisin nollaan.The spots of color in the reagent paper disintegrate or fade to some extent with time, and it is best to compensate for such disintegration. Therefore, a compensating circuit is provided which includes resistors R15 and R16 and a control resistor R17. Resistors R15 and R17 are voltage dividers, providing a fraction of V1 through R16 to the non-inverted input terminal of the drive amplifier 0P6. The value of R16 must be the same as the value of R13 so that the fraction of VQ determined by the ratio R15-: R17 will appear at the output of the drive amplifier with the opposite polarity. This compensation circuit can be adjusted by stopping the recirculation of the gas stream after noticeable discoloration of the reagent paper is observed. Without compensation, the output of the clarifier will usually drop below zero as a result of fading of the reagent paper due to scattering. The control resistor R17 is adjusted so that the output voltage of the derivative goes back to zero.

Il 11 69930Il 11 69930

Vaikka keksintö on selitetty viitaten erääseen edulliseen sovellu-tusmuotoon, on selvää, että erilaisia muutoksia voidaan tehdä tähän sovellutusmuotoon patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä esimerkiksi merkin käsittelyvirtapiiri voi olla muunkinlainen kuin edellä selitetty virtapiiri. Se voi olla mikä tahansa tunnettu eksponenttifunk-tiolaite, joka on kytketty valokennovahvistimen ja derivaattorin väliin kuvion 3 mukaisen käyrän oikaisemiseksi ja tekemään sen lineaariseksi niin, että tämä lineaarinen funktio voi di fferentuoida yksinkertaisella erottelupiirillä reagenssipaperin kanssa reagoivan kaasun silmänräpäyksellisen pitoisuuden ilmaisun aikaansaamiseksi. Muun tyyppisiä automaattisia nolla-asennon säätöpiirejä voidaan myöskin käyttää. Samoin voidaan käyttää muita välieitä lampun vanhenemisen ja jännitteen vaihteluiden kompensoimiseksi. Lopuksi voidaan muun tyyppisiä valokennoja, vahvistimia, alipäästösuouattimia, hajaantumisen kompensaattoreita ja derivaattoreita myöskin käyttää.Although the invention has been described with reference to a preferred embodiment, it is clear that various modifications can be made to this embodiment within the scope of the claims. Thus, for example, the character processing circuitry may be different from the circuitry described above. It can be any known exponential function device connected between the photocell amplifier and the derivative to correct the curve of Figure 3 and make it linear so that this linear function can differentiate with a simple separation circuit to provide a reactive paper reacting with the reactor paper. Other types of automatic zero position control circuits may also be used. Similarly, other means can be used to compensate for lamp aging and voltage fluctuations. Finally, other types of photocells, amplifiers, low-pass filters, scatter compensators and derivatives can also be used.

Claims

1. Apparatus for observing a particular substance in a gas stream, to which the device belongs a detector radar, arranged to. receiving a reagent paper, which is in place during the curing period and which stains as it comes into contact with a particular substance in a gas circulating through said chamber, a light source, means which are sensitive to said light source for development of a light cone and its alignment with the reagent paper in the detector chamber, a detector device intended for the light cone which is sensitive to the degree of staining the reagent paper in said chamber due to the particular substance in the gas stream, and an amplifier, coupled to said detector device for the light cone for generating a output signal proportional to the color, characterized in that the signal processing circuit (60) is coupled to said amplifier (48) to generate an output which is a linear function of the cumulative amount of this contact with the reagent paper presently sought, and that a derivator (56) is sensitive to said linear output signal to produce a signal. 1, which is an indication of the instantaneous content of the substance under review.

Device according to claim 1, characterized in that there is also a light cone dividing means (34) for dividing the light cone (24) into two separate cones, one of which is directed towards the reagent paper contained in the detector chamber (12, 14). and the other towards an adjustable. optical density filter (36), a second detector device (46) connected to said amplifier and which is sensitive to the permeability of said adjustable density filter, and an automatic zero position control device (50) comprising an output of said amplifier an operating amplifier and a servo motor (54) which is sensitive to said operating amplifier and connected to the adjustable optical density filter (36) to reset the output of the amplifier to zero before the measurement is performed. Il