Способ определения содержания кислорода в газовых смесях

603259 А СООЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСК СПУБЛИ 9 1/64(5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относитцентному анализу. ель иповышение точности измерсобе определения содержада в газовых смесях, осндинамическом тушении люмиорганических красителейвключающем измерение интлюминесценции чувствител Всесоюзноого институ 1отник енк ОДЕРЖАНИХ к люка обретенияний, В спония кислорованном на есценции слор одом нси ного эл Изобретение относится к люминесцентному анализу, а именно к способам определения содержания кислорода в газовых смесях, использующим метод динамического тушения люминесценции органических красителей кислородом.Целью изобретения является повьппение точности определения содержания кислорода в потоке путем устранения влияния изменения во времени интенсивности источника излучения (лампы накаливания), изменения интенсивности рачка 1 ато- чесб ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ С та, находящегося в измерительнойкювете, в присутствии эталонного газа и анализируемой смеси, сквозь измерительную кювету пропускают свет, длина волны которого превьппает длину волны, соответствующую максимуму в спектре свечения красителя. Регистрируютпрошедший опорный сигнал и приравнивают его величину к величине сигнала, полученного при регистрации интенсивности люминесценции в присутствииэталонного газаПри измерении содержания кислорода в анализируемой смеси чередуют пропускание сквозь измерительную кювету света с частотой 20- 150 Гц, длина волны которого превыша- а ет длину волны, соответствующую максимуму спектра люминесценции красителя, и света с длиной волны, соответствующей спектру возбуждения красителя. С Концентрацию кислорода определяют по отношению опорного сигнала к сигналу, вызванному люминесценцией красителя.1 ил., 1 табл.Юфф люминесценции красителя, а такж и конденсированной влаги на про ность оптического канала.На чертеже представлена шунк нальная схема устройства, реали го предлагаемый способ.Устройство состоит из источж возбуждения люминесценции, обтюр ра 2 с закрепленными на нем опти кими Фильтрами 3 и 4 и диайрагмо приводимого во вращение двигател зеркала 7, измерительной кюветы3 , 160325 раСположенным в ней чувствительным эпементом 9, оптического Фильтра 10, фотоприемника 11 Фотодиода 12, схе. мы 13 выработки управляющих синхро 5 импульсов, усилителя 14, электронных ключей 15 и 16, схемы 17 формирования опорного сигнала, схемы 18 формирования рабочего сйгнала, сумматора 19, схемы 20 деления и аналого-цифрового преобразования и схемы 21 индикации.В способе имеется два этапа: калибровка и рабочий режим (непосредственное измерение концентрации кислорода),На этапе калибровки через измери тельную кювету 8 пропускают эталонный газ. Иежду источником 1 возбужденияи измерительной кюветой 8 устанавливают оптический фильтр 4, закрепленный на обтюраторе 2, который выделяет 20 1 свет возбуждения люминесценции. Этот свет попадает на чувствительньй элемент 9 и вызывает его люминесценцию, свет которой с помощью оптического Фильтра 10 отделяется. от возбуждающе го и попадает на фотоприемник 11, преобразующий его в электрический сигнал,который усиливается усилителем 14 и через электронный ключ 16 попадает на схему 18 Формирования рабочего сигнала, к выходу которой через контрольйую точку КТ 2 подключается изме- рительный прибор. Таким образом регистрируется сигнал, пропорциональный интенсивности люминесценции чувствительного элемента в эталонном газе. Затем между источником 1 возбуждения и измерительной кюветой 8 устанавливают оптический фильтр 3, закреплен- . ный на обтюраторе 2, который выделяет 40 свет, длина волны которого находитсяв области больше максимума спектра люминесценции красителя (но не более длинноволновой границы спектральной характеристики чувствительности Фото приемника). Этот свет проходит без поглощения через чувствительный элемент 9 и оптический Фильтр 10 и попадает на Фотоприемник 11, который пре" образует его в электрический сигнал, 50 усилкваемый усилителем 14 и через электронный ключ 15 попадающий на схему 17 формирования опорного сигнала, "к выходу которой через контрольную точку КТ 1 подключается измерительный 55 .гприбор. Величина этого сигнала с помощью диафрагмы 5 устанавливается равной величинв сигнала, полученного при пропускании через измерительнуюкювету эталонного газа. Таким образом происходит установка величиныопорного сигнала. На этом калибровказаканчивается,На этапе рабочего режима свет отисточника 1 возбуждения последовательно с частотой 60 Гц с помощьюобтюратора 2 через оптические фильт"ры 3 и 4 попадает на измерительнуюкювету 8.Выбор нижней и верхней границ частоты модуляции света от источника излучения был сделан исходя иэ следующих соображений. Нижняя граница былавыбрана на основании того, что длячувствительных элементов люминесцентных анализаторов кислорода, исполь"зуннцнх в качестве подложки для нане"сения красителей пористые материалы(в конкретном случае силикагель),время изменения интенсивности люминесценции при изменении концентрациикислорода в анализируемой смеси определяется временем диффузионных процессов в пористом материале и составляет около 0,05-0, 1 с. Таким образом,чтобы не вносить погрешностей приизмерении концентрации кислорода необходимо, чтобы частота модуляции была не ниже И=1/Т=1/0,05) 20 Гц, аесли с запасом, то 25 Гц.Верхняя граница частоты модуляции150 Гц выбрана исходя из того, чтопри более высоких частотах тело накала источника излучения (в данном случае лампы накаливания) вследствие еготепловой инерции не будет успеватьизменять интенсивность своего излучения.Таким образом, частота чередованиясвета от источника излучения для получения опорного и рабочего сигналовс целью устранения влияния измененияво времени интенсивности источникаизлучения и интейсивности люминесценции красителя должна быть в пределах25-150 Гц.Свет, прошедший через оптическийФильтр 3, проходит через чувствительный элемент 9 и оптический Фильтр 10без поглощения и попадает на Фотоприемник 11. Свет, прошедший через оптический фильтр 4, попадая на чувствительный элемент 9, вызывает его люминесценцию. Свет люминесценции, отделенный от возбуждающего света оп/на Фотоприемник 11, Таким образом, на выходе Фотоприемника 11 образуется последовательность импульсов, амплитуда которых пропорциональна интенсивностям люминесценции чувствительного элемента 9 в эталонном газе и анализируемой смеси. Получаемая последовательность импульсов посту пает на усилитель 14.Для последующей обработки импульсов необходима их жесткая синхронизация. С этой целью устанавливается зеркало 7, отражающее часть светового 15 потока от источника 1 излучения, регжтрируемую Фотодиодом 12, подключенным к схеме 13 выработки управляющих синхроимпульсов, Синхроимпульсы подаются на электронные ключи 15 и 16 20 . и на схемы 17 и 18 Формирования опорного и рабочего сигналов. В результате на выходе схем 17 и 18 появляются напряжения Би 1, величины которых пропорциональны интенсивностям люмиПоказатель Способ Лредлагаемый Прототип 0,30 0-25+0,2 Таким образом, использование пред- лагаемого способа позволяет устранить 4 влияние изменения во времени интенсивности источника излучения, интенсивности люминесценции красителя, запыленности измерительной кюветы и конденсации влаги на ее стенках на результаты измерений и тем самым повысить точность измерения содержания кислорода в газовых смесях. Это особенно важно для систем взрывопожаропредупреждений, включение которых происходит при превышении определенного значения содержания кислорода в анализируемой смеси, что позволяет повысить надежность их срабатыванщ Диапазон измерения содержания кислорода, 7 Предел. основной абсолютной погрешности, ЕПредел допускаемого измене- ния показаний за регламентированный интервал времени, 7 чПредел основной приведенной погрешности измерений, Х 59 . 6несценции чувствительного элемента, в эталонном газе и анализируемой смеси.Выражение для расчета концЕнтрации может быть записано в видеПопЫ йпСО (1)2Для получения числителя выражения (1) вводится сумматор 19 с регулируемым коэффициентом усиления. Выходной сигнал сумматора подается на вход схемы 20 деления и аналого-цифрового преобразования, а на другой вход - 10 р, Результат деления, соответствующий концентрации кислорода в анализируемой смеси, преобразуется в цифровой код и подается на схему 21 индикации, на дисплее которой высвечивается значение концентрации кислорода.Основные метрологические характеристики предлагаемого способа в сравнении с прототипом приведены в таблице. В Формула из обр ет енияСпособ определения содержания кислорода в газовых смесях, основанный на динамическом тушении люминесценции органического красителя кислородом, включающий стадию калибровки, при которой, в измерительную кювету вводят эталонный газ, облучают кювету светом с длиной волны 9отвечающей спектру поглощения красителя, регистрируют люминесценцию красителя на длине волны ф, соответствующей максимуму в спектре свечения красителя, и стадию измерений, при которой облучение светом с длиной волны %1 и регистрацию люминесценции красителя на,тиева оставитель О.ехред И.Ходан рректор Т,ЛалиГ А.Лежни еда Подениям кая и раж 5 Заказ 338 ВНИИПИ Го ное открытиям при ГКНТ ССС д. 4/5 митета по изоб сква, Ж-Э 5, Ра ственного113035,изводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 1 Ъ 1 проводят при введении в кювЕту ; анализируемого газа, о т л и ч а ю"щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения содержания .кислорода в потоке, на. стадии калибровки кавету дополнительно облучают светом с, длиной волны Ъ 1 ъ 9 , регистрируют приэтом опорный сигнал, измейяя его величину посредством диафрагмы, установленной перед кюветой, уравнивают опорный сигнал с сигналом люминесценции красителя в присутствии эталонного газа и фиксируют при этомдиафрагму, а на стадии измерений чередуют облучение кюветы светом с Ъ 1и 5 с частотой 5-150 Гц, причем облучение светом с % проводят прн зафиксированной при калибровке диафрагме, регистрируют опорный сигнал вприсутствии анализируемого газа иопределяют концентрацию кислорода поотношению опорного сигнала к сигналулюминесценции красителя в присутствии анализируемого газа,