Устройство для измерения концентрации кислорода

(50 О 0 4 ГОСУДАРСТВ ПО ДЕЛАМ И ЫЙ КОМИОБРЕТЕНИЙ и 4 РЕТЕНИЯЬСТВУ ЗОБ СА(71 Ленинградский Филиал Всесойзного научно-исследовательского института противопожарной обороны(56)1. Авторское свидетельство СССРВ 274486, кл. 0 01 Б 21/64, 1969.2. Патент ФРГ В 2346792,кл. 0 01 Б 21/52, опублик. 1979.3. Патент ФРГ В 2823318,кла 01 И 21/52, опубЛик. 1980(54)(57) УСТРОЙСТВО цЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОНПЕНТРАцИИ ИСЛОРОПА, содержащее люмннесцентный чувствительный элемент в виде красителя, адсорбированного на силикагеле, схему возбуждения и приемник излучения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что с целыс упрощения его конструкции и увеличения срока службы, схема возбуждения вы" : полнена в виде двух электродов, один из которйх является источником коронного разряда, а второй выполнен прозрачным к излучению, при этом ;электроды разделены диэлектриком.Изобретение относится к газоанализаторам, а более конкретно к анализаторам кислорода, использующимдинамическое тушение лкминесценцииорганических красителей.Известен анализатор кислорода, который имеет чувствительный элемент,изготовленный путем электрохимического окисления танталовой фольгии нанесения на полученную окись тантала прозрачного электрода из Япо 10Возбуждение лкминесценции осуществляется как постоянным, так и переменным напряжением. Кислород свободно проникает сквозь тонкий слой Бп 02в глубину пористой пленки окиси тантала, вызывая свечение электролкминесцентной системы Та-ТаСпО.Интенсивность свечения чувствительного элемента пропорциональна концентрации кислорода в анализируемой газовой среде 1 3.Недостатками устройства являктсяналичие неоднозначности в определении концентрации кислорода, связанной с существованием оптимальной 25концентрации кислорода, отклонениеот которой в ту или другую сторонууменьшает яркость свечения, прак. тически полное прекращение свеченияпри отсутствии кислорода, а такжесильная зависимость яркости свечения от температуры.Известен анализатор кислорода,использующий динамическое тушениелюминесценции органических красителей кислородом, в котором интенсивность свечения пропорциональна пар"циальному давлению кислорода в анализируемой среде,Известное устройство имеет измерительный элемент в 4 орме трубки,который расположен в зоне действияисточника света и имеет слой вещества, обладакщего люминесценцией, зависящей от парциального давления кислорода. Люминесцентное вещество состоит из раствора антрацена. Со стороны потока измеряемой среды онопокрыто мембраной. Кислород диффундирует через мембрану в раствор антрацена и ослабляет возбуждаемую в нем 50источником света люминесцеицию пропорционально своей концентрации 2 ,Применяемое в устройстве люминес-.центное вещество - антрацен - возбуж;дается в Уф-свете, что требует применения газоразрядных ламп, имеющихограниченный срок службы. ПрименениеУФ-света для возбуждения приводитк фотоокислению раствора антрацена. и:; как следствие, сокращению его 60срока службы.Недостатком данного устройства является также большая инерционностьвследствие длительного времени диффузии кислорода через мембрану. 65 Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для измеренияконцентрации кислорода, содержащеелюминесцентный чувствительный элементв виде красителя, адсорбированногона силикагеле, схему возбуждения иприемник излучения.Применение силикагеля обеспечивает малое время реагирования кислорода с возбужденными молекулами красителя. Применение красителя - трипафлавина благодаря его благоприятствующему спектральному диапазонупозволяет использовать простые источники света и приемники излучения, Вкачестве источника возбуждения в данном устройстве используется лампанакаливания, свет которой модулируется с гомощью механического прерывателя (модулятора) 33.Недостатком известного устройстваявляется наличие элементов возбуждения люминесценции, а именно: механического прерывателя модулятора илампы накаливания.Применение механического прерывателя (модулятора ) усложняет схемуотносительных измерений из-за введения дополнительных элементов дляразделения эталонного и измеряемогосигналов. Наличие механически движущихся частей модулятора ведет к ограниченному сроку службы и дополнительным затратам на эксплуатацик, Лампынакаливания также имеют ограниченный срок службы, низкую энергиюизлучения в диапазоне возбуждениялюминесценции и изменение во времени своих световых характеристик.цель изобретения - упрощение конструкции и увеличение срока службыустройства,Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для измеренияконцентрации кислорода, содержащемлюминесцентный чувствительный элемент в виде красителя,. адсорбированного на силикагеле, схему возбужденияи приемник излучения, схема возбуждения выполнена в виде двух электродов, один из которых является источником коронного разряда, а второйвыполнен прозрачным к излучению, приэтом электроды разделены диэлектриком.Электрод-источник коронного разряда может быть выполнен в видепроволочной металлической сетки.Предлагаемое устройство для измерения содержания кислорода основано на принципе динамического тушениялюминесценции, возбуждаемой излучением коронного разряда в воздухе.Коронный разряд возникает тогда,когда имеется конфигурация электродов, при которой поле в разрядномпромежутке очень неравномерно, Ионирация происходит лишь в тонком слоег. Ионизированные молекулы азота, которые составляют в воздухе 78, излучакт свет в диапазоне длин волн 410411 нм, который соответствует спектрупоглощения большинства гетероциклических красителей, например трипафлавина, и вызывает их лкминесценцию.На фиг. 1 показано устройство дляизмерения концентрации кислорода,общий вид; на фиг 2 - чувствительный элемент со схемой возбуждения.Устройство состоит из источника 1возбуждающего напряжения, рабочей 2и эталонной 3 кювет, в которых размешены чувствительные элементы 4,светофильтра 5, Фотоприемника 6,устройства 7 обработки сигналов иизмерительного прибора 8. Между светофильтром 5 и чувствительным элементом 4 рабочей кюветы 2 имеетсяканал 9 для протекания анализируемойгазовой среды.Чувствительный элемент состоитиз пленки 10, находящейся внутри 25кювет ( рабочей 2 и эталонной 3 ), накоторой закреплен силикагель с адсорбированным на нем люминесцентнымвеществом, и схемы возбуждения, состоящей из прозрачного электрода 11, ЗОнанесенного на слюдянук пластинку12, с другой стороны которой приложе:на проволочная металлическая сетка,13, которая является электродом,создающим"в разрядном воздушном;про- З 5межутке неравномерное поле.Устройства работает следующимобразом,При подаче переменного напряжения;От источника 1 Воз буждающего напря 40жения на электроды 11 и 13 схемы возбуждения возникает коронный разрядв слое воздуха между слюдяной пластинкой 12 и проволочной металлической сеткой 13. Возбуждающее напряжение попеременно подается на эталонную и рабочую кювету, что соответствует принципу работы модулятора.Коронный разряд сопровождаетсяизлучением, которое возбуждает люминесценцию красителя. Кислород, содержащийся в анализируемой среде, которая проходит через канал 9 рабочейкюветы 2, тушит эту люминесценциюпропорционально своему парциальномудавлению. Свет люминесценции чувстви .55тельного элемента 4 отделяется с по-",мощью светофильтра 5 от возбуждающего излучения и в Фотоприемнике бпреобразуется в электрический сигнал,:или лк 1 бой другой газ, не вызывающийтушения люминесценции, или гаэ с известной концентрацией кислорода, Светлюминесценции чувствительного элемента 4 эталонной кюветы 3 также через .светофильтр 5 попадает на фото- приемник 6, который преобразует его в электрический сигнал, в результате чего на выходе фотоприемника получается последовательность импульсов,синхронизированных с импульсами возбуждения, отношение амплитуд которых пропорционально содержанию кисрода в анализируемой смеси, согласно закону Штерна-фольмера.о03 где 5 - интенсивность ллюминесценциибез кислорода (эталоннаякювета );") - интенсивность люминесценциипри наличии кислорода (рабо- .чая кювета);К - константа тушения,Р - парциальное давление кисло 0рода в анализируемой смеси.Электрические сигналы от фотоприемника 6 обрабатываются в блоке 7 обработки сигналов. Полученный в результатеобработки сигнал воспроизводится наизмерительном приборе 8, проградуиро.ванном в единицах парциального давлиния кислорода.Использование двухканальной схемы измерения позволяет устранить изменение характеристик фотоприемникаи источника возбуждения во времении избавиться от влияния температуры,так как производится измерение отношения интенсивностей люминесценции эталонной и рабочей кювет однимн тем же фотоприемником,Таким образом, использование в нс.точнике возбуждения люминесценцииизлучения коронного разряда позволяет отказаться от применения в качестве источников возбуждения ртутныхламп и лампы накаливания, а такжемеханических модуляторов света. Кроме этого, отпадает необходимостьв применении светофильтра для выделения света .возбуждения. Следовательно, чувствительный элемент может бытьвыполнен небольшим по размеру и гростым по конструкции, Кроме того,возрастет срок его службы, так как впредлагаемой конструкции не расходу"ется материал источника (у ламп накаливания вольфрамовая нить ). На,электроды схемы возбужденияможет быть годано напряжение до500 В с частотой 50 Гц. Величинатока при напряжеиии 500 В составля,ет около 50 мкА, таким образом,потребляемая мощность равна 2,5 10 Вт,1065746 едвкто ил Закаэ писно а Сий тавитель Н. ЗохРеД,Т. Фанта . 44 Тирам 828 ВНИИПИ Государственного комитпо делам изобретений иоткр 13035, Москва, Ж, Раушская Филиал ППП "Патент", г. Ужг Корректор М. Шароши д. 4/5 роектная,