RU2029288C1

RU2029288C1 - Gas analyzer

Info

Publication number: RU2029288C1
Authority: RU
Inventors: М.А. Булдаков; И.И. Ипполитов; Б.В. Королев; В.Е. Лобецкий; И.И. Матросов
Original assignee: Сибирский физико-технический институт им.В.Д.Кузнецова при Томском государственном университете
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: gas analyzer has wideband ultraviolet or visible radiation source, unit for forming beam of the radiation, interference filter, mechanism for changing spatial orientation of the filter, radiation intensity meter and control unit. Transmission band of the filter at one position of its spatial orientation partially coincides with at least electron absorption band of component to be measured. Mechanism for changing spatial orientation of interference filter is made for fixing two preset spatial orientations of the filter. Interference filter is made with transmission band which does not either width of electron absorption band of the component to be measured, or width of allowed electron-oscillation absorption band of the component to be measured. Thermostating unit introduced of the interference filter provides temperature stability of its transmission band. EFFECT: improved precision. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области контроля содержания газообразных и жидких сред и может быть использовано для измерения в оптически прозрачных средах концентрации атомной или молекулярной компоненты, поглощающей ультрафиолетовое или видимое излучение. The invention relates to the field of monitoring the content of gaseous and liquid media and can be used to measure the concentration of atomic or molecular components absorbing ultraviolet or visible radiation in optically transparent media.

Контроль концентрации отдельных атомных или молекулярных компонент является, в частности, важной составной частью ряда технологических процессов. В последнее время для решения этой задачи используются различные физико-химические методы. Среди них спектроскопические методы занимают одно из ведущих мест. Так, использующие метод инфракрасного поглощения устройства коммерчески доступны и относительно просты в конструктивном отношении. Однако в связи с интенсивным развитием промышленных технологий и потребностями экологии требования к чувствительности и конструктивной простоте диагностических устройств непрерывно возрастают. В части повышения чувствительности эти потребности могут быть удовлетворены, в принципе, за счет привлечения лазерных спектроскопических методов. Однако устройства на основе этих методов сложны, дороги и требуют обслуживающего персонала высокой квалификации. The control of the concentration of individual atomic or molecular components is, in particular, an important component of a number of technological processes. Recently, various physicochemical methods have been used to solve this problem. Among them, spectroscopic methods occupy one of the leading places. Thus, devices using the infrared absorption method are commercially available and relatively structurally simple. However, due to the intensive development of industrial technologies and environmental requirements, the requirements for the sensitivity and constructive simplicity of diagnostic devices are constantly increasing. In terms of increasing sensitivity, these needs can be satisfied, in principle, by involving laser spectroscopic methods. However, devices based on these methods are complex, expensive, and require highly qualified service personnel.

Известен инфракрасный датчик для обнаружения метана [1], содержащий источник инфракрасного излучения, измерительную головку с подводящими к ней и отводящими от нее инфракрасное излучение оптическими волокнами, коллиматор отводимого излучения, интерференционный фильтр, установленный на пути сколлимированного отводимого излучения с возможностью поворота, инфракрасный анализатор и управляющую ЭВМ. A known infrared sensor for detecting methane [1], containing an infrared radiation source, a measuring head with optical fibers leading to and removing infrared radiation from it, a collimator of the extracted radiation, an interference filter mounted on the path of the collimated extracted radiation with the possibility of rotation, an infrared analyzer and control computer.

Основные недостатки датчика обусловлены недостаточной чувствительностью и невозможностью проведения бесконтактных измерений вследствие необходимости размещения измерительной головки в измеряемом объеме газа. The main disadvantages of the sensor are due to insufficient sensitivity and the inability to conduct contactless measurements due to the need to place the measuring head in the measured gas volume.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является инфракрасный анализатор [2] для определения концентрации газа, который содержит источник широкополосного инфракрасного излучения, блок формирования пучка излучения и размещенные на пути пучка интерференционный фильтр и измеритель интенсивности излучения, а также подключенный к его выходу блок обработки и управления. Блок обработки и управления обрабатывает результаты измерений и управляет блоком формирования пучка излучения, который поочередно формирует два пространственно разнесенных пучка излучения, падающих на неподвижный интерференционный фильтр. The closest to the invention in technical essence is an infrared analyzer [2] for determining the gas concentration, which contains a source of broadband infrared radiation, a radiation beam forming unit and an interference filter and a radiation intensity meter located on the beam path, as well as a processing unit and connected to its output management. The processing and control unit processes the measurement results and controls the radiation beam forming unit, which alternately generates two spatially separated radiation beams incident on a stationary interference filter.

Прототипу также свойственна недостаточная чувствительность. Кроме того, различие геометрических путей распространения пучков излучения приводит к дополнительным погрешностям. The prototype is also characterized by a lack of sensitivity. In addition, the difference in the geometric paths of propagation of radiation beams leads to additional errors.

Таким образом, как аналог, так и прототип обладают недостаточной чувствительностью и конструктивно сложны. Последнее обстоятельство значительно усложняет применение названных устройств, например, в реальных технологических процессах и увеличивает их стоимость. Thus, both the analog and the prototype have insufficient sensitivity and are structurally complex. The latter circumstance greatly complicates the use of these devices, for example, in real technological processes and increases their cost.

Изобретение направлено на создание измерительного устройства с повышенными чувствительностью и точностью измерений при упрощении и удешевлении его конструкции. The invention is directed to the creation of a measuring device with increased sensitivity and accuracy of measurements while simplifying and cheapening its design.

В соответствии с поставленной задачей заявляемое устройство для измерения в оптически прозрачных средах концентрации атомной или молекулярной компоненты содержит, как и прототип, источник широкополосного оптического излучения, блок формирования пучка излучения и последовательно размещенные на пути пучка интерференционный фильтр и измеритель интенсивности излучения, а также подключенный к его выходу блок обработки и управления. Устройство отличается от прототипа тем, что в него введен механизм изменения пространственной ориентации интерференционного фильтра, подключенный к управляющему выходу блока обработки и управления. Источник, фильтр и измеритель выполнены ультрафиолетового или видимого диапазона длин волн. Полоса пропускания фильтра в одном из положений пространственной ориентации, по крайней мере, частично совпадает с полосой электронного поглощения упомянутой измеряемой компоненты. При этом в предпочтительном воплощении устройства механизм изменения пространственной ориентации интерференционного фильтра выполнен с возможностью фиксации двух заданных пространственных ориентаций фильтра. In accordance with the task of the claimed device for measuring the concentration of atomic or molecular components in optically transparent media, it contains, like a prototype, a broadband optical radiation source, a radiation beam forming unit and an interference filter and a radiation intensity meter sequentially placed on the beam path, as well as connected to its output is a processing and control unit. The device differs from the prototype in that it introduced a mechanism for changing the spatial orientation of the interference filter, connected to the control output of the processing and control unit. The source, filter and meter are made of ultraviolet or visible wavelength range. The passband of the filter in one of the spatial orientation positions, at least partially coincides with the electronic absorption band of the measured component. Moreover, in a preferred embodiment of the device, the mechanism for changing the spatial orientation of the interference filter is configured to fix two predetermined spatial orientations of the filter.

Целесообразно также выполнение интерференционного фильтра с полосой пропускания, не превышающей полосу электронного поглощения измеряемой компоненты. It is also advisable to perform an interference filter with a passband not exceeding the electronic absorption band of the measured component.

Дальнейшее развитие устройства связано с выполнением в нем интерференционного фильтра с полосой пропускания, не превышающей ширину разрешенной электронно-колебательной полосы поглощения измеряемой компоненты. Further development of the device is associated with the implementation of an interference filter with a passband that does not exceed the width of the allowed electronic-vibrational absorption band of the measured component.

Целесообразно размещение интерференционного фильтра внутри блока термостатирования. It is advisable to place an interference filter inside the temperature control unit.

Введение механизма изменения пространственной ориентации интерференционного фильтра, подключенного к управляющему выходу блока обработки и управления, в сочетании с другими признаками устройства позволяет получить максимальный контраст измеренной интенсивности излучения при различающихся пространственных ориентациях фильтра и тем самым повысить чувствительность и точность измерений. The introduction of a mechanism for changing the spatial orientation of the interference filter connected to the control output of the processing and control unit, in combination with other features of the device, allows one to obtain the maximum contrast of the measured radiation intensity for different spatial orientations of the filter and thereby increase the sensitivity and accuracy of measurements.

Выполнение в заявляемом устройстве источника, фильтра и измерителя ультрафиолетового или видимого диапазона длин волн позволяет использовать электронные или электронно-колебательные полосы поглощения измеряемой компоненты, а не колебательно-вращательные полосы поглощения для инфракрасного диапазона длин волн, как в прототипе. Сечения поглощения (коэффициенты поглощения) электронных полос σ_э и колебательно-вращательных полос σ _кв связаны соотношением
δ_э=

σ_кв где ν_э и ν_кв - частоты соответствующих переходов.The implementation of the inventive device source, filter and meter of the ultraviolet or visible wavelength range allows the use of electronic or electronic-vibrational absorption bands of the measured component, and not vibrational-rotational absorption bands for the infrared wavelength range, as in the prototype. The absorption cross sections (absorption coefficients) of the electronic bands σ _e and vibrational-rotational bands σ _kv are related by the relation
δ _e =

σ _q where ν _e and ν _q are the frequencies of the corresponding transitions.

Анализ научно-технической литературы показывает, что значения отношения ν_э/ν_кв лежат в пределах от 10 до 100, т.е. σ_э/σ_кв≈ 10-100. Таким образом, заявляемое устройство использует полосы с большим, по крайней мере на порядок, сечением поглощения, что и обусловливает его более высокую чувствительность в сравнении с прототипом.Analysis of the scientific and technical literature shows that the values of the ratio ν _e / ν _kv range from 10 to 100, i.e. σ _e / σ _q ≈ 10-100. Thus, the inventive device uses bands with a large, at least an order of magnitude, absorption cross section, which determines its higher sensitivity in comparison with the prototype.

Неизменность в процессе измерений пространственного положения пучка излучения в измеряемой среде приводит к повышению точности измерений. Использование излучения ультрафиолетового или видимого диапазона длин волн освобождает от необходимости применять охлаждаемый до низких температур измеритель интенсивности излучения, что упрощает и удешевляет устройство. The constancy in the process of measuring the spatial position of the radiation beam in the measured medium leads to an increase in the accuracy of measurements. The use of ultraviolet or visible wavelength radiation eliminates the need to use a radiation intensity meter cooled to low temperatures, which simplifies and reduces the cost of the device.

Возможность фиксации с помощью механизма изменения пространственной ориентации двух заданных пространственных ориентаций интерференционного фильтра позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения влияния случайно изменяющихся во времени параметров среды. Одновременно обеспечивается возможность настройки устройства на максимальную чувствительность путем выбора оптимальных положений указанных пространственных ориентаций интерференционного фильтра. The ability to fix using the mechanism of changing the spatial orientation of two given spatial orientations of the interference filter allows to increase the accuracy of measurements by reducing the influence of randomly varying environmental parameters. At the same time, it is possible to configure the device for maximum sensitivity by selecting the optimal positions of the indicated spatial orientations of the interference filter.

Выполнение в устройстве интерференционного фильтра с полосой пропускания, не превышающей полосу электронного поглощения или отдельную электронно-колебательную полосу поглощения (в случае разрешенной структуры электронной полосы), обеспечивает возможность проведения измерений с наибольшим контрастом поглощения излучения. Вследствие этого повышается чувствительность устройства. The implementation in the device of an interference filter with a passband not exceeding the electronic absorption band or a separate electronic-vibrational absorption band (in the case of the allowed structure of the electronic band), makes it possible to carry out measurements with the highest contrast absorption of radiation. As a result, the sensitivity of the device increases.

Размещение интерференционного фильтра внутри блока термостатирования позволяет избежать изменений полосы пропускания фильтра при колебаниях температуры окружающей среды и, следовательно, способствует повышению точности и надежности измерений. Placing the interference filter inside the thermostatic control unit allows avoiding changes in the passband of the filter with fluctuations in the ambient temperature and, therefore, improves the accuracy and reliability of measurements.

На фиг. 1 представлена блок-схема газоанализатора; на фиг.2 показано возможное конструктивное выполнение механизма изменения пространственной ориентации интерференционного фильтра, заключенного в блок термостатирования; на фиг.3 представлена схема четырехфазного модуля управления шаговым двигателем; на фиг.4 показаны взаимное расположение при измерениях электронно-колебательной полосы поглощения измеряемой компоненты и полосы пропускания интерференционного фильтра, а также предпочтительное соотношение ширины этих полос. In FIG. 1 is a block diagram of a gas analyzer; figure 2 shows a possible structural embodiment of the mechanism for changing the spatial orientation of the interference filter, enclosed in a thermostatic block; figure 3 presents a diagram of a four-phase stepper motor control module; figure 4 shows the relative position when measuring the electronic vibrational absorption band of the measured component and the passband of the interference filter, as well as the preferred ratio of the width of these bands.

Газоанализатор содержит источник 1 широкополосного оптического излучения, блок 2 формирования пучка этого излучения и последовательно размещенные на пути пучка интерференционный фильтр 3 и измеритель 4 интенсивности излучения. К выходу измерителя 4 подключен блок 6 обработки и управления, к управляющему выходу которого подключен механизм 5 изменения пространственной ориентации интерференционного фильтра 3, кинематически связанный с фильтром 3. Блок 6 обработки и управления включает магистраль 12 с подключенными к ней аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 7, четырехфазным модулем 8 управления шаговым двигателем, выход которого является управляющим выходом блока 6, модулем 9 индикации, периферийным запоминающим устройством (ПЗУ) 10, оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) 11, процессором 13. The gas analyzer comprises a source 1 of broadband optical radiation, a block 2 for generating a beam of this radiation, and an interference filter 3 and a radiation intensity meter 4 sequentially placed in the path of the beam. A processing and control unit 6 is connected to the output of the meter 4, and a mechanism 5 for changing the spatial orientation of the interference filter 3 kinematically connected to the filter 3 is connected to the control output 6. The processing and control unit 6 includes a line 12 with an analog-to-digital converter (ADC) connected to it 7, a four-phase module 8 for controlling a stepper motor, the output of which is the control output of block 6, an indication module 9, peripheral storage device (ROM) 10, random access memory property (RAM) 11, processor 13.

Механизм 5 измерения пространственной ориентации интерференционного фильтра 3 (фиг.2) содержит шаговый двигатель 14 с укрепленным на его валу 15 непрозрачным диском 16, имеющим радиальную прорезь, светодиод 17, который может быть подключен, например, к отдельному источнику питания, фотодиод 18. Интерференционный фильтр 3 закреплен на конце вала 15 с помощью кольцевой оправки 19. В предпочтительном воплощении устройства интерференционный фильтр 3 заключен в блок 20 термостатирования, продольное сечение которого показано на фиг.2. Блок 20 содержит кожух 21, на торцах которого выполнены окна, герметично закрытые прозрачными для излучения источника 1 пластинами 22. Внутри кожуха 21 размещена электрическая цепь из последовательно соединенных терморегулятора 23 и нагревателя 24, которая может быть подключена, например, к вышеупомянутому отдельному источнику питания. Вал 15 шагового двигателя 14 введен в блок 20 термостатирования через закрепленный в кожухе 21 подшипник 25 скольжения. The spatial orientation measurement mechanism 5 of the interference filter 3 (FIG. 2) comprises a stepper motor 14 with an opaque disk 16 mounted on its shaft 15 having a radial slot, an LED 17 that can be connected, for example, to a separate power source, a photodiode 18. Interference the filter 3 is fixed to the end of the shaft 15 with an annular mandrel 19. In a preferred embodiment of the device, the interference filter 3 is enclosed in a temperature control unit 20, a longitudinal section of which is shown in FIG. 2. Block 20 includes a casing 21, on the ends of which there are windows hermetically closed by plates 22 transparent to the radiation of the source 1. Inside the casing 21 there is an electric circuit made of series-connected thermostat 23 and heater 24, which can be connected, for example, to the aforementioned separate power source. The shaft 15 of the stepper motor 14 is introduced into the temperature control unit 20 through a sliding bearing 25 fixed in the casing 21.

Модуль 8 управления шаговым двигателем содержит (фиг.3) подключенные к магистрали 12 блока 6 регистр 26 фаз, одновибратор 27, компаратор 28. К выходам регистра 26 фаз подключены усилители 29 тока, выходы которых подключены к шаговому двигателю 14. Вход компаратора 28 соединен с фотодиодом 18. The stepper motor control module 8 contains (FIG. 3) a phase 26 register, a single vibrator 27, a comparator 28 connected to the highway 12 of the block 6. Current amplifiers 29 are connected to the outputs of the phase register 26, the outputs of which are connected to the stepper motor 14. The comparator input 28 is connected to photodiode 18.

Модуль 9 индикации обеспечивает возможность визуального восприятия информации, полученной при измерениях, и содержит пять идентичных каналов отображения цифр и дешифратор. Каждый канал включает регистр кода цифры, преобразователь кода и цифровой индикатор. Таким образом, модуль 9 индикации воплощен согласно хорошо известной из научно-технической литературы схеме. The indicating module 9 provides the possibility of visual perception of the information obtained during measurements, and contains five identical channels for displaying numbers and a decoder. Each channel includes a digit code register, code converter, and digital indicator. Thus, the indication module 9 is implemented according to a circuit well known from the scientific and technical literature.

В реализованном устройстве для определения концентрации окиси азота в дымовых газах в качестве источника 1 широкополосного оптического излучения использована серийно выпускаемая газоразрядная дейтериевая лампа ДДС - 30. Типичные характеристики коммерчески доступных интерференционных фильтров: полуширина полосы пропускания около 2 нм, пропускание в максимуме примерно 10% и пропускание вне полосы примерно 0,1%. Измерителем 4 интенсивности излучения служит фотоэлемент Ф-29. Структурные элементы модуля 8 выполнены на основе серийно выпускаемых микросхем и транзисторов: регистр фаз - К155 ТМ8, усилитель тока - КТ817, одновибратор - К155АГ3, компаратор КР554СА3. Процессор 13 представляет собой микропроцессор КР580 ВМ80А, шаговый двигатель - ДШИ-200. In the implemented device for determining the concentration of nitric oxide in flue gases, a DDS-30 commercially available gas-discharge deuterium lamp was used as a source of 1 broadband optical radiation. Typical characteristics of commercially available interference filters: half-width of a passband of about 2 nm, maximum transmittance of about 10% and transmittance out of band about 0.1%. The radiation intensity meter 4 is a photocell F-29. The structural elements of module 8 are based on commercially available microcircuits and transistors: phase register - K155 TM8, current amplifier - KT817, single-shot - K155AG3, comparator KR554CA3. The processor 13 is a microprocessor KP580 VM80A, a stepper motor - DSHI-200.

Спектр поглощения окиси азота расположен в ближней ультрафиолетовой области спектра и представляет собой набор отдельных хорошо разрешенных электронно-колебательных полос 30, сечения поглощения которых достигают значений порядка 10^-18 см². При измерениях использовалась электронно-колебательная полоса поглощения с центральной длиной волны 227 нм и полушириной примерно 1,5 нм. Режим работы газоанализатора определяется программой, находящейся в ПЗУ 10.The absorption spectrum of nitric oxide is located in the near ultraviolet region of the spectrum and is a set of individual well-resolved electron-vibrational bands 30, the absorption cross sections of which reach values of the order of 10 ^-18 cm ² . In the measurements, an electron-vibrational absorption band with a central wavelength of 227 nm and a half-width of about 1.5 nm was used. The operating mode of the gas analyzer is determined by the program located in the ROM 10.

Газоанализатор работает следующим образом. The gas analyzer operates as follows.

При его включении начинает излучать источник 1 излучение, которое формируется блоком 2 в пучок и направляется в среду с измеряемой компонентой. Выходящий из среды пучок излучения падает на интерференционный фильтр 3, и интенсивность прошедшего через этот фильтра пучка излучения регистрируется измерителем 4. Одновременно блок 6 начинает отрабатывать управляющую программу, состоящую из двух фаз. В первой фазе работы программы производится поиск начальной пространственной ориентации интерференционного фильтра 3. Для этого от процессора 13 в модуль 8 поступают команды на поворот шаговым двигателем 14 его вала 15 до тех пор, пока свет от светодиода 17 не будет зафиксирован фотодиодом 18 через радиальную щель в непрозрачном диске 16. Поступающий при этом с фотодиода 18 в модуль 8 электрический сигнал останавливает шаговый двигатель 14. В результате интерференционный фильтр 3 занимает начальную пространственную ориентацию. Последняя выбрана так, что плоскость интерференционного фильтра оказывается перпендикулярной пучку падающего на фильтр излучения. В этом случае полоса 32 пропускания фильтра 3 с центром на длине волны 230 нм и полуришиной около 2 нм не совпадает с полосой поглощения на длине волны 227 нм отдельной электронно-колебательной полосы 30 поглощения окиси азота. Далее блок 6 переходит к выполнению второй фазы программы. When it is turned on, the source 1 begins to emit radiation, which is formed by the block 2 into the beam and is sent to the medium with the measured component. The radiation beam emerging from the medium is incident on the interference filter 3, and the intensity of the radiation beam transmitted through this filter is recorded by the meter 4. At the same time, block 6 starts to execute a control program consisting of two phases. In the first phase of the program, a search is made for the initial spatial orientation of the interference filter 3. For this, commands from the processor 13 to module 8 are received to turn the shaft 15 of the stepper motor 14 until the light from the LED 17 is detected by the photodiode 18 through a radial slot in an opaque disk 16. The electric signal coming from the photodiode 18 to the module 8 stops the stepper motor 14. As a result, the interference filter 3 occupies the initial spatial orientation. The latter is chosen so that the plane of the interference filter is perpendicular to the beam of radiation incident on the filter. In this case, the passband 32 of the filter 3 centered at a wavelength of 230 nm and a half-width of about 2 nm does not coincide with the absorption band at a wavelength of 227 nm of a separate electronic vibrational absorption band 30 of nitric oxide. Next, block 6 proceeds to the execution of the second phase of the program.

Во второй фазе работы программы постоянно выполняется циклический алгоритм, в одном цикле которого выполняются следующие действия. По команде процессора 13 АЦП 7 производит преобразование электрического сигнала измерителя 4 в цифровой код, который записывается затем в ОЗУ 11. Этот сигнал I₁ соответствует интенсивности излучения, когда полоса пропускания фильтра не совпадает с полосой поглощения измеряемой компоненты. После этого процессор 13 записывает в регистр 26 фаз кодовую комбинацию, соответствующую определенному положению вала 15 шагового двигателя 14. Слаботочные выходные сигналы регистра 26 фаз усиливаются усилителями 29 тока, выходы которых подключены к входным клеммам обмоток шагового двигателя 14. Временем удержания тока фаз определяется угол, на который поворачивается вал 15 шагового двигателя. Функцию формирователя необходимого времени удержания тока фаз выполняет одновибратор 7. Он запускается при записи кода в регистр 26 фаз и запрещает процессору 13 изменять кодовую комбинацию фаз до сбрасывания одновибратора.In the second phase of the program, a cyclic algorithm is constantly executed, in one cycle of which the following actions are performed. At the command of processor 13, ADC 7 converts the electrical signal of meter 4 into a digital code, which is then written to RAM 11. This signal I ₁ corresponds to the radiation intensity when the filter passband does not coincide with the absorption band of the measured component. After that, the processor 13 records in the phase register 26 a code combination corresponding to the determined position of the shaft 15 of the stepper motor 14. The low-current output signals of the phase register 26 are amplified by current amplifiers 29, the outputs of which are connected to the input terminals of the windings of the stepper motor 14. The angle of the phase current holding time determines the angle on which the shaft 15 of the stepper motor rotates. The function of the driver of the necessary time for holding the phase current is performed by a single vibrator 7. It starts when the code is written to the register 26 of the phases and prevents the processor 13 from changing the code combination of the phases until the single vibrator is reset.

При повороте интерференционного фильтра относительно пучка падающего на него излучения полоса пропускания фильтра смещается в сторону коротких длин волн. В данном случае угол поворота фильтра задан таким, чтобы сместившаяся полоса 31 пропускания фильтра совпала с полосой поглощения окиси азота на длине волны 227 нм. После завершения поворота фильтра повторно осуществляются преобразование электрического сигнала измерителя 4 в цифровой код и запись его в ОЗУ 11. Этот сигнал I₂ соответствует интенсивности излучения, когда полоса пропускания фильтра совпадает с полосой поглощения измеряемой компоненты. Затем по команде процессора 13 включается шаговый двигатель 14, возвращающий фильтр 3 в исходное положение. На основе полученных значений I₁ и I₂процессор 13 выполняет расчет концентрации измеряемой компоненты по формуле
N =

A+B

+C

, где N - концентрация измеряемой компоненты;
l - длина пути, проходимого пучком излучения в среде с измеряемой компонентой;
А, В, С - постоянные коэффициенты, конкретные значения которых определяются в процессе калибровки газоанализатора путем проведения измерений в средах с известными (эталонными) концентрациями измеряемой компоненты. Численные значения коэффициентов А, В, С и l находятся в ПЗУ 10. Полученное значение концентрации выводится на модуль 9 индикации. На этом цикл алгоритма завершается. Весь цикл выполняется примерно за 4 с. Циклический алгоритм повторяется до тех пор, пока на газоанализатор подано питание.When the interference filter is rotated relative to the beam of incident radiation, the filter passband shifts toward short wavelengths. In this case, the angle of rotation of the filter is set so that the shifted bandwidth 31 of the filter coincides with the absorption band of nitric oxide at a wavelength of 227 nm. After the rotation of the filter is completed, the electrical signal of the meter 4 is converted to a digital code and written to RAM 11. This signal I ₂ corresponds to the radiation intensity when the filter passband coincides with the absorption band of the measured component. Then, at the command of the processor 13, the stepper motor 14 is turned on, returning the filter 3 to its original position. Based on the obtained values of I ₁ and I _{2, the} processor 13 calculates the concentration of the measured component by the formula
N =

A + B

+ C

where N is the concentration of the measured component;
l is the length of the path traveled by the radiation beam in a medium with a measured component;
A, B, C - constant coefficients, the specific values of which are determined during the calibration of the gas analyzer by conducting measurements in media with known (reference) concentrations of the measured component. The numerical values of the coefficients A, B, C and l are located in the ROM 10. The obtained concentration value is displayed on the display module 9. This completes the algorithm cycle. The entire cycle takes about 4 s. The cyclic algorithm is repeated until power is supplied to the gas analyzer.

Вышеприведенная формула для расчета концентрации измеряемой компоненты получена стандартным путем в предложении справедливости закона Бугера и учитывает спектральное распределение интенсивности излучения источника 1, спектральное распределение чувствительности измерителя 4, спектральное распределение сечения поглощения 30 измеряемой компоненты и спектральные характеристики 31 и 32 фильтра в фиксированных его положениях. The above formula for calculating the concentration of the measured component was obtained in the standard way in proposing the validity of the Bouguer law and takes into account the spectral distribution of the radiation intensity of source 1, the spectral distribution of the sensitivity of the meter 4, the spectral distribution of the absorption cross section 30 of the measured component and the spectral characteristics of filters 31 and 32 in its fixed positions.

Таким образом, газоанализатор может автономно в рамках программно-заданного режима непрерывно осуществлять в реальном масштабе времени измерение концентрации измеряемой компоненты. Thus, the gas analyzer can autonomously continuously measure the concentration of the measured component in real time in the framework of a program-defined mode.

Опытный образец предлагаемого газоанализатора был испытан в реальных технологических условиях на Тюменской ТЭЦ-1 для измерения концентрации окиси азота в дымовых потоках газовых котлов ТЭЦ. Испытания показали высокую точность измерений (погрешность не более 2%) в диапазоне концентраций окиси азота 0-400 мг/м³.A prototype of the proposed gas analyzer was tested in real technological conditions at the Tyumen TPP-1 to measure the concentration of nitric oxide in the smoke streams of gas boilers of the TPP. Tests showed high measurement accuracy (error not more than 2%) in the range of concentrations of nitric oxide 0-400 mg / m ³ .

Claims

1. A gas analyzer containing an optically coupled radiation source, a radiation beam forming unit, an interference filter and a radiation intensity meter arranged in series, as well as a processing and control unit connected to its output, characterized in that it additionally introduces a mechanism for changing the spatial orientation of the interference filter, made with the possibility of fixing two preset positions of the interference filter and connected to the control output of the processing and control unit In this case, the radiation source, filter, and meter are made operating in the ultraviolet or visible wavelength range and in at least one of the spatial spatial orientations of the filter, the filter passband and the electronic absorption band of the measured component have the same frequency interval.

2. The gas analyzer according to claim 1, characterized in that the interference filter is made with a passband not exceeding the electronic absorption band of the measured component.

3. The gas analyzer according to claim 1, characterized in that the interference filter is made with a passband not exceeding the width of the allowed electronic-vibrational absorption band of the measured component.

4. The gas analyzer according to claims 1 to 3, characterized in that the interference filter is enclosed in an additionally introduced temperature control unit.