Способ измерения концентрации газа и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ЕСПУБЛИК(ям 6 01 й 21/45 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Броварский завод пластмасс(56) Авторское свидетельство СССР М 1275271, кл. 6 01 й 21/45, 1985.Авторское свидетельство СССР йЬ 1498193, кл, 6 01 й 21/45, 1987.(64) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение может быть использовано для создания интерферометрических газоанализаторов. Целью изобретения является повышение точности при измерении концентрации нескольких газов в смеси. СпоИзобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для многокомпонентного анализа газов,Кель изобретения - повышение точности при измерении концентраций нескольких газов в смеси,На чертеже показана схема устройства, реализующего способ.Устройство для реализации способа измерения концентрации газа включает источник 1 излучения, блок 2 управления спектром излучения источника с приводом 3, интерферометр, образованный двумя де-. лительными элементами 4, 5 и двумя поворотными зеркалами 6, 7, кювету 8 с анализируемой средой, компрессор 9, кювету 10, с эталонной средой, прерыватель каЫ 1571478 А 1 соб измерения включает проведение интерферометрических измерений на нескольких частотах, совпадающих с полосами поглощения анализируемых газов при одновременном измерении интенсивности излучения отдельно в каждом канале интерферометра на каждой частоте, что обеспечивает устранение влияния поглощения излучения на контраст интерференционной картины. В устройстве для реализации способа в схему интерферометра с фотоэлектрической регистрацией интерференционной картины введены блок управления спектром излучения источника, трехрежимный прерыватель каналов интерферометра и перестраиваемая диафрагма для настройки поля зрения приемника на минимум интерференционной полосы на каждой частоте. 2 с,п. ф-лы, 1 ил. налов, включающий приводы 11, 12 управления с соответствующими поворотными зеркалами 6 и 7, перестраиваемую диафрагму 13 с приводом 14, приемник 15 излучения и схему 16 обработки сигналов, включающую фильтр нижних частот 17, аналогово- цифровой преобразователь 18, микроЭВМ 19, цифроаналоговый преобразователь 20 и индикатор 21,Способ реализуют следующим образом.Излучение от источника 1 поступает в блок 2, представляющий собой, например. перестраиваемый с помощью привода 3 интерференционный фильтр, в результате чего в излучении выделяется спектральный интервал 1, совпадающий с полосой поглощения анализируемого газа. Затем излучение поступает на делительный эле 3 1571478мент 4 и распределяется в.два канала интерферометра, один иэ которых образован элементами 4,7,5, а другой, 6,5. При первом положении прерывателя каналов после прохождения излучения через кювету 8 с анализируемой средой и кювету 10 с эталонной средой части излучения объединяются с помощью делительного элемента 5 и образуют интерференционную картину, интенсив,ность излучения в которой 111 измеряется приемником 15, Поле зрения приемника выбирается перестраиваемой диафрагмой 13 в области минимума интерференционной полосы в отсутствие в кювете 8 анализируемого газа, который в рабочем режиме подается компрессором 9.При втором положении превывателя каналов, реализуемом разворотом зеркала 6 приводом 11, излучение проходит только через анализируемую среду и регистрируется его интенсивность 121 без образования интерференционной картины приемником 15.Аналогично при третьем положениипрерывателя каналов регистрируется только излучение, прошедшее через эталонную среду Ь,Схема обработки сигналов на основемикроЭВМ обеспечивает управление узлами устройства и расчет концентрации газа в соответствии со следующим алгоритмом.Интенсивность в области минимума интерференционной полосы равна111 = 121+ 131 2 ъЯзсОЗф 1, .(1)где ф - разность фаз интерференцирующих пучков, обусловленная разницей показателей преломления п(Р 1) и п,(И) анализируемого и эталонного газа на частоте т .Или в другом виде111 = 121 +131 .-2 421 зсов 2 и с, (2)и юпогде 1, 1 о - длины кювет 8 и 10;С - скорость света, откуда может быть получен показатель преломления анализируемого газа для частотыизлучения У 1 п(у 1) = по(уо) ---- фагссов о с 111-12-1 з24 ЫзПоследовательное повторение операций измерений величин 11 И,2 И и 1 ЗИ на частотах ю 1,э 2 хи, совпадающих с полосами поглощения Й анализируемых газовых компонент позволяет получить Й уравнений вида (3) для показателей преломления анализируемой среды на частотах И, Представляя показатель преломления п(И)в ви- де п(И )-п(И) С 1+ п 2(И) С 2+ +П.д(И)Сд,(4)где пи и С 1 - показатель преломления иконцентрация соответствующих компонен 5 тов анализируемой среды,Решение системы М уравнений (4) аналитическим путем обеепечивает нахождение концентраций й компонентов газовойсмеси.10 Способ и устройство для его реализации обеспечивают проведение многокомпонентного анализа при повышении точностиизмерений за счет исключения влияния поглощения излучения в каналах при интерфе 15 рометрических измерениях в спектральныхинтервалах, совпадающих с полосами поглощения анализируемых газов:Формула изобретения1. Способ измерения концентраций га 2 О за, включающий разделение излучения назондирующее и опорное, пропускание этихчастей соответственно через анализируемую и эталонную среду с последующимсовмещением и образованием интерферен 25 ционной картины, измерение интенсивности излучения этих картин в поле зренияприемника, отличающийся тем,что,сцелью повышения точности при измеренииконцентраций нескольких газов в смеси,30 предварительно в отсутствии измеряемогогаза в анализируемой среде выбирают полезрения приемника в области минимума интенсивности интерференционной картины,после измерения интенсивности интерфе 35 ренционной картины прерывают опорноеизлучение и измеряют интенсивность излучения на выходе анализируемой среды, затем прерывают зондирующее излучение иизмеряют интенсивность излучения на вы 40 ходе эталонной среды, причем измеоенияинтенсивностей излучений последовательно выполняют на частотах ту 2 . хв, лежащих в полосах поглощений М компонентованализируемой смеси газов, а их концентра 45 ции определяют по результатам измеренийаналитическим путем.2, Устройство для измерения концентрации газа, содержащее оптически связанные источник излучения, интерферометр, в50 одном из каналов которого расположенакювета с анализируемой, а в другой - с эталонной средами, прерыватель каналов; приемник излучения и соединенную с нимсхему обработки сигналов, о т л и ч а ю 55 щ е е с я тем, что, с целью повышенияточности при измерении концентраций нескольких газов, оно дополнительно содержит блок управления спектром излученияисточника и перестраиваемую диафрагму,1571478 Составитель О. ГолубевРедактор М.Недолуженко Техред М.Моргентал Корректор И.Муска Заказ 1507 Тираж 515 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5роизводственно-издательский ком атент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 расположенную перед приемником излучения, а прерыватель каналов выполнен с возможностью обеспечения трех режимов 3работы: одновременное прохождение излучения по обоим каналам и поочередное - по одному и другому каналам,