UA53675C2

UA53675C2 - Method for optical analysis of substances

Info

Publication number: UA53675C2
Application number: UA99073817A
Authority: UA
Inventors: Володимир Григорович Каширцев; Владимир Григорьевич Каширцев; Наталя Автанділівна Абралава
Original assignee: Севастопольський державний технічний університет; Севастопольский государственный технический университет
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2003-02-17

Abstract

The present invention relates to the methods for optical analysis of mixes of substances and can be employed in the chemical, metallurgical, and food industries, as well as in monitoring environment. The proposed method consists in transmitting operation and reference infrared radiation fluxes through the analyzed mix and measuring output signals of an infrared radiation transducer. The operation radiation flux is discretely varied, in reverse phase relative to the reference radiation flux, and the time interval is measured within which the output signal of the infrared radiation transducer changes between two specified values. The proposed method provides for decreasing time of analysis and dynamic error of measurement.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до галузі оптичного аналізу сумішей речовий і може бути використаний в хімічній, 2 металургійній, харчовій промисловості, а також для потреб охорони навколишнього середовища.The invention relates to the field of optical analysis of material mixtures and can be used in the chemical, 2 metallurgical, food industry, as well as for the needs of environmental protection.

Відомий спосіб оптичного абсорбційного аналізу (А.С. СрСр Мо369473 (з01М 1/26, 1973. Бюлетень. Відкриття, винаходи, промислові зразки. Товарні знаки Мо10, с.125), згідно якому здійснюють стрибкоподібне зменшення порівняльного потоку випромінювання, визначають проміжок часу від моменту зменшення порівняльного сигналу до моменту зникнення вихідного сигналу і по цьому проміжку часу судять про концентрацію компонента, що 70 досліджується. Даному методу властиві великі погрішності,A known method of optical absorption analysis (A.S. СрСр Мо369473 (з01М 1/26, 1973. Bulletin. Discovery, inventions, industrial samples. Trademarks Мо10, p. 125), according to which a jump-like reduction of the comparative radiation flux is carried out, the time interval is determined from the moment of reduction of the comparative signal to the moment of disappearance of the original signal, and from this time interval the concentration of the component under investigation is judged 70. This method is characterized by large errors,

Відомий спосіб оптичного абсорбціонного аналізу (А.С. СРСР Мо566170, 01М 1/26, 1977. Бюлетень.A known method of optical absorption analysis (AS USSR Mo566170, 01M 1/26, 1977. Bulletin.

Відкриття, винаходи, промислові зразки. Товарні знаки Мо27, с.125), згідно якому здійснюється лінеалізація градуйовочної кривої газоаналізатора, збуджують автоколивання в робочому потоці, немодульовану величину якого добирають залежною від концентрації визначуваного компонента. Описаний спосіб має нелінійну 72 залежність вимірюваної величини від концентрації визначуваного компонента в суміші, що аналізується.Discoveries, inventions, industrial samples. Trademarks Mo27, p.125), according to which linearization of the calibration curve of the gas analyzer is carried out, excite self-oscillations in the working flow, the unmodulated value of which is selected depending on the concentration of the determined component. The described method has a non-linear 72 dependence of the measured value on the concentration of the determined component in the mixture being analyzed.

Найбільш близьким до заявленого способу є спосіб оптичного абсорбційного аналізу (А.С. СРСР Мо519049,The closest to the claimed method is the method of optical absorption analysis (AS USSR Mo519049,

О1М 21/00, БО01М 21/26 1976. Бюлетень. Відкриття, винаходи, промислові зразки. Товарні знаки Мо27, с.199), згідно якому зменшують порівняльний потік випромінювання до мінімального значення, контролюють наступні зміни вихідного сигналу оптичного датчика і вимірюють проміжок часу від моменту стрибкоподібного зменшення порівняльного потоку до моменту зникнення вихідного електричного сигналу, в момент зникнення вихідного сигналу порівняльний потік стрибкоподібно збільшують до максимального значення, витримують збільшеним на протязі проміжку часу, який дорівнює тривалості попереднього вимірювального проміжки, впродовж якого порівняльний сигнал більше робочого, а потім зменшують порівняльний потік до мінімального значення. По параметрам отриманого автоколивального процесу судять про концентрацію визначуваного компоненту. с 29 Недоліком викладеного способа є мала швидкодія, як наслідок, велика динамічна похибка. Ге)О1М 21/00, БО01М 21/26 1976. Bulletin. Discoveries, inventions, industrial samples. Trademarks Mo27, p. 199), according to which reduce the comparative flux of radiation to a minimum value, monitor the subsequent changes in the output signal of the optical sensor and measure the time interval from the moment of the jump-like reduction of the comparative flux to the moment of disappearance of the output electrical signal, at the moment of disappearance of the output signal, the comparative flux is increased in leaps to the maximum value, kept increased for a time interval equal to the duration of the previous measurement interval, during which the comparative signal is greater than the working one, and then the comparative current is reduced to the minimum value. Based on the parameters of the obtained self-oscillation process, the concentration of the determined component is judged. p 29 The disadvantage of the described method is low speed, as a result, a large dynamic error. Gee)

Швидка зміна концентрації визначуваного компонента в аналізуємій суміші призводить до перехідного процесу, який має значну тривалість. Крім того, час виходу газоаналізатора на режим також надто великий.A rapid change in the concentration of the determined component in the analyzed mixture leads to a transient process that has a significant duration. In addition, the time the gas analyzer enters the mode is also too long.

В основу теперішнього винаходу поставлена удосконалювання задача вимірювального процесу, шляхом стрибкоподібної зміни в протифаз по відношенню до змін порівняльного потоку робочого потоку і вимірювання о різниці проміжків часу змін вихідного сигналу датчика між двома фіксованими рівнями напруги, забезпечити - прискорення часу аналізу.The basis of the present invention is the improvement of the task of the measurement process, by means of a jump-like change in anti-phase in relation to changes in the comparative flow of the working flow and measurement of the difference in the time intervals of changes in the output signal of the sensor between two fixed voltage levels, to ensure - acceleration of the analysis time.

Сутність винаходу пояснюється графіком, креслення на якому зображена залежність вихідного сигнала о датчика Од від часу ї і показані рівні напруги Овух1 Овихо, при досягненні яких вихідним сигналом датчика со створюється стрибкоподібне збільшення одного з потоків і стрибкоподібне зменшення іншого. 3о Швидкість наростання тиску в камері променеприймача фе , отже і швидкість наростання вихідного сигналу о й датчика дід є функцією величини потоку випромінювання, що поступає в променеприймальну камеру. ня «The essence of the invention is explained by the graph, the drawing of which shows the dependence of the output signal o of the Od sensor on time and shows the voltage levels Ovuh1 Oviho, upon reaching which the output signal of the sensor SO creates a jump-like increase of one of the flows and a jump-like decrease of the other. 3о The rate of increase of pressure in the chamber of the radiation receiver fe , therefore, the rate of increase of the output signal o and of the sensor dyd is a function of the magnitude of the radiation flux entering the radiation chamber. not "

Порівняльний поток випромінювання може приймати тільки два значення: максимальне Фо лах і ще) с мінімальне Фу діп- й Величини цих потоків не залежать від концентрадії визначуваного компонента в аналізованій суміші. Робочий и"? потік Фо також приймає тільки два значення: максимальне Фр тах і мінімальне Фо тіп: оОДНак, на відміну від величин порівняльного потоку, ці величини залежать від концентрації визначуваного компонента.The comparative flux of radiation can take only two values: the maximum Fo and the minimum Fu dip. The values of these fluxes do not depend on the concentration of the determined component in the analyzed mixture. The working i" flow Fo also takes only two values: the maximum Fr tah and the minimum Fo tip: oODNak, unlike the values of the comparative flow, these values depend on the concentration of the determined component.

Так, згідно закону Бугерта-Ламберта, величину робочого потока, що пройшов через кювету з сумішшю, яка сл досліджується і поступає в променеприймальну камеру, можна визначити слідуючим чином: о Фр-Форе-хіо (1) (22) -І 20 де, Фор - величина робочого потоку, що створюється джерелом інфрачервоної радіації;So, according to the Bugert-Lambert law, the amount of the working flow that passed through the cuvette with the mixture that is being investigated and enters the radiation chamber can be determined as follows: o Fr-Fore-hio (1) (22) -I 20 where, For - the value of the working flow created by the source of infrared radiation;

Х - показник поглинання визначуваного компонента; сл І - довжина абсорбційної робочої кювети;X - absorption index of the determined component; sl I - the length of the absorption working cuvette;

С - концентрація визначуваного компонента в аналізованій суміші.C is the concentration of the determined component in the analyzed mixture.

До початку вимірювання (момент часу (0) порівняльній потік має мінімальне значення Ф, піп, вихідний сигнал 22 датчика дорівнює вих. Крім цього припустимо концентрацію визначуваного компонента в суміші, що дорівнюєBefore the beginning of the measurement (moment of time (0), the comparative flow has a minimum value of Ф, pip, the output signal of the sensor 22 is equal to в. In addition, let us assume the concentration of the determined component in the mixture equal to

ГФ! нулю. В цей момент часу порівняльний потік стрибкоподібно збільшують до максимального значення Ф п тах, починаючи з моменту Ю вихідний сигнал датчика починає монотонно зростати і досягає рівня Ш вихо. В момент о часу Ц за допомогою автоматичного пристрою стрибкоподібно зменшують порівняльний потік до мінімального значення Ф, діп (це можна здійснити за допомогою діафрагми, оптичної заслінки чи іншим способом), а робочий 60 потік збільшують до значення Фр тах Починаючи з моменту Ц, вихідний сигнал датчика починає монотонно зменшуватися і приймає значення Овух 1 В момент 5, процес зміни потоків повторюється.GF! zero At this point in time, the comparative flow is increased in leaps and bounds to the maximum value Ф p tach, starting from the moment Х the output signal of the sensor begins to monotonously increase and reaches the level Х выхо. At the instant of time Ц using an automatic device, the comparative flow is abruptly reduced to the minimum value Ф, dip (this can be done with the help of a diaphragm, an optical shutter or another method), and the working 60 flow is increased to the value Ф tach Starting from the moment Ц, the output signal of the sensor begins to decrease monotonically and takes the value Ovukh 1 At moment 5, the process of changing flows is repeated.

Якщо концентрація визначуваного компонента в суміші дорівнює нулю, то і різниця проміжків часу дЕ(Н-Юю)-(2-Н)-0 (за умови, що обидва потоки з достатньою ступінню точності збалансовані, тобто Фр в тах "Рп тах).If the concentration of the component to be determined in the mixture is zero, then the difference in time intervals is dE(Н-Хую)-(2-Н)-0 (provided that both flows are balanced with a sufficient degree of accuracy, i.e. Фр in тах "Рп тах).

Нехай в момент часу і концентрація визначуваного компонента стала відмінною від нуля. Це призведе до зменшення величини Ф; пах У співвідношенні з виразом 1. і зменшення швидкості зростання вихідного сигналу датчика Яд . Величина непорівняльного потоку Фі лах і відповідно швидкість зменшення вихідного сигналуLet the concentration of the determined component become different from zero at the moment of time. This will lead to a decrease in the value of Ф; groin In relation to expression 1. and a decrease in the rate of growth of the output signal of the Yad sensor. The magnitude of the incomparable flow of Fila and, accordingly, the rate of decrease of the output signal

Ф датчика не зміниться. Відповідна різниця проміжків часу А (-(і5-4)-(і5-ї5) стане відмінною від нуля і може служити мірою концентрації визначуваного компонента.F of the sensor will not change. The corresponding difference of time intervals A (-(i5-4)-(i5-i5) will be different from zero and can serve as a measure of the concentration of the determined component.

Claims

The formula of the invention The method of gas analysis, which consists in a jump-like change of the comparative flow of infrared radiation, followed by monitoring the output signal of the sensor and measuring the time interval of the change of the output signal, which is characterized by the fact that the working flow is jump-changed in antiphase with respect to the changes in the comparative flow and the difference between the intervals is measured time of change of the output signal of the sensor between two fixed voltage levels. with more 6) IF) in (Se) (ze) I c)

- and? 1 (95) (o) -i sl ime) 60 b5