RU172629U1

RU172629U1 - Фотоакустический газоанализатор

Info

Publication number: RU172629U1
Application number: RU2016114847U
Authority: RU
Inventors: Роберт Артушевич Захарян; Борис Сергеевич Лунин
Priority date: 2016-04-18
Filing date: 2016-04-18
Publication date: 2017-07-17

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике. Фотоакустический газоанализатор содержит источник инфракрасного излучения, выполненный в виде нити накаливания, набор полосовых оптических фильтров, установленных перед входом в измерительную камеру на вращающемся диске, обтюратор, насос, измерительную камеру с входным оптическим окном, впускными и выпускным клапанами и измерительными микрофонами, выходы которых подключены через блок сопряжения к сигнальному микропроцессору. Перед впускным клапаном измерительной камеры установлен ионитовый поглотитель паров воды. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения точности измерения концентрации газовых соединений, имеющих спектр поглощения в инфракрасной области близкий к спектру поглощения воды, в пробе воздуха. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для определения концентрации газообразных соединений в воздухе в лабораторных и промышленных условиях.

Известны измерительные приборы, основанные на различных физических принципах и предназначенные для измерения концентрации газообразных соединений в воздухе [Метрологическое обеспечение безопасности труда. Справочник / Под ред. И.Х. Сологяна. - М.: Стандарты, т. 2., 1989, с. 7-21]. Среди них наилучшие характеристики имеют приборы, использующие фотоакустический эффект, возникающий при поглощении молекулами газа инфракрасного излучения.

Известен оптико-акустический газоанализатор [Оптико-акустический газоанализатор. Авторское свидетельство СССР 201763. Опубл. 08.09.1967. Бюл. №18], предназначенный для целей газового анализа. В качестве источника инфракрасного излучения в нем использованы нити накаливания, имеющие сплошной спектр испускания. Для выделения спектрального диапазона, соответствующего спектру поглощения исследуемого газа, использованы фильтровые камеры. Измерения ведутся с использованием сравнительной камеры с эталонным газом, при этом инфракрасный поток с помощью обтюратора поочередно направляется в рабочую и измерительную камеры, проходя через которые он регистрируется в мерной камере с помощью двух микрофонов. По разнице сигналов с микрофонов определяют концентрацию исследуемого газа в воздухе. Известный газоанализатор имеет высокую чувствительность, но позволяет одновременно измерять концентрацию только одного газового соединения.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели (прототип) является фотоакустический газоанализатор фирмы Брюль и Кьер, модель 1302 [Технические данные. Универсальный газовый монитор - модель 1302, Брюль и Кьер], содержащий источник инфракрасного излучения, выполненный в виде нити накаливания, набор полосовых оптических фильтров, установленных перед входом в измерительную камеру на вращающемся диске, обтюратор, насос, измерительную камеру с входным оптическим окном, впускными и выпускным клапанами и измерительными микрофонами, выходы которых подключены через блок сопряжения к сигнальному микропроцессору. Известный фотоакустический газоанализатор позволяет проводить одновременно определение концентрации пяти газовых соединений в одной пробе воздуха, причем спектральный состав излучения, попадающего в измерительную камеру, устанавливается автоматически в ходе измерения с помощью набора полосовых оптических фильтров, установленных на вращающемся диске перед входом в измерительную камеру. Газовая проба вводится в измерительную камеру с помощью насоса и клапанов впуска и выпуска. При поглощении инфракрасного излучения газовыми молекулами происходит разогрев газа и возникновение акустических волн, которые регистрируются микрофонами, сигналы с которых поступают через блок сопряжения в сигнальный микропроцессор, который управляет работой прибора и обрабатывает результаты измерений. По результатам измерений сигналов микрофонов на различных длинах волн определяется концентрация до пяти газовых компонент в одной пробе. Используя различные комбинации полосовых оптических фильтров, можно проводить определение большого числа примесей, поглощающих инфракрасное излучение.

Недостатком прототипа является зависимость результатов измерений от присутствия паров воды. Пары воды практически всегда присутствуют в пробах воздуха и имеют широкую и интенсивную полосу поглощения в инфракрасной области спектра, что приводит к большим ошибкам при определении концентрации многих газов, имеющих спектр поглощения в инфракрасной области близкий к спектру поглощения воды, (например, CO₂). По оценке авторов величина ошибки определения концентрации при этом может достигать 100%.

Задачей заявляемой полезной модели является повышение точности измерения концентрации газовых соединений, имеющих спектр поглощения в инфракрасной области близкий к спектру поглощения воды, в пробе воздуха.

Эта задача в заявляемом фотоакустическом газоанализаторе, содержащем источник инфракрасного излучения, выполненный в виде нити накаливания, набор полосовых оптических фильтров, установленных перед входом в измерительную камеру на вращающемся диске, обтюратор, насос, измерительную камеру с входным оптическим окном, впускными и выпускным клапанами и измерительными микрофонами, выходы которых подключены через блок сопряжения к сигнальному микропроцессору, решается за счет того, что перед впускным клапаном измерительной камеры установлен ионитовый поглотитель паров воды.

Предложенный фотоакустический газоанализатор отличается от известных тем, что на входе в измерительную камеру имеется ионитовый поглотитель паров воды.

На Фиг. 1 приведена структурная схема фотоакустического газоанализатора.

Фотоакустический газоанализатор содержит источник инфракрасного излучения 1, параболический отражатель 2, обтюратор 3, вращающийся диск 4 с установленными на нем полосовыми оптическими фильтрами 5, измерительную камеру 6 с входным оптическим окном 7, микрофоны 8, блок сопряжения 14 и сигнальный микропроцессор 15. Газовая система включает насос 9, впускные клапаны 10 и 11, выпускной клапан 12, а также ионитовый фильтр 13.

Предложенный фотоакустический газоанализатор работает следующим образом.

Исследуемый воздух поступает в камеру 6 через открытые клапаны 10-12, при этом воздух проходит сквозь ионитовый фильтр 13. Всасывание воздуха происходит за счет разрежения, создаваемого насосом 9. После заполнения камеры 6 исследуемым воздухом клапаны 10-12 закрывают. Поток инфракрасного излучения формируют с помощью источника инфракрасного излучения (нить накаливания) 1, параболического отражателя 2, обтюратора 3 и полосовых оптических фильтров 5, установленных на вращающемся диске 4. Сквозь оптическое окно 7 в камеру 6 поступает импульсное инфракрасное излучение с длиной волны, определяемой характеристикой полосового оптического фильтра, находящегося в этот момент перед окном 7 камеры 6. При поглощении инфракрасного излучения компонентами газовой смеси в камере 6 формируются акустические волны, которые регистрируют микрофонами 8. Электрические сигналы микрофонов 8 через блок сопряжения 14 поступают в сигнальный микропроцессор 15, и используются для определения концентрации газовых соединений, поглощающих инфракрасное излучение в выбранной спектральной области. Ионитовый фильтр 13 сорбирует пары воды, содержащиеся в исследуемой воздушной пробе, благодаря чему точность измерения концентраций газовых компонентов повышается. Так, при использовании ионитового фильтр марки 6.112.004 концентрация паров воды в измерительной камере уменьшается, по оценке авторов, примерно в 100 раз, что позволяет уменьшить ошибку определения концентрации исследуемых газообразных соединений, имеющих спектр поглощения в инфракрасной области близкий к спектру поглощения воды, до 3-5%.

Таким образом, по сравнению с известным газоанализатором, заявленная полезная модель позволяет уменьшить ошибку измерения концентрации газовых компонент, имеющих спектр поглощения в инфракрасной области близкий к спектру поглощения воды, примерно в 20 раз.

Claims

Фотоакустический газоанализатор, содержащий источник инфракрасного излучения, выполненный в виде нити накаливания, набор полосовых оптических фильтров, установленных перед входом в измерительную камеру на вращающемся диске, обтюратор, насос, измерительную камеру с входным оптическим окном, впускными и выпускным клапанами и измерительными микрофонами, выходы которых подключены через блок сопряжения к сигнальному микропроцессору, отличающийся тем, что перед впускным клапаном измерительной камеры установлен ионитовый поглотитель паров воды.