CC BY
29
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЦЕССА АТТЕСТАЦИИ ЭТАЛОННЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГАЗОАНАЛИЗАТОРА «ЛАЗИР-2МК»
М.В. Беднова, А.В. Вяргизов
Лазерный интерференционный рефрактометр «ЛАЗИР-2МК» представляет собой полуавтоматический газоанализатор для анализа бинарных газовых смесей. Информационным параметром, который регистрируется измерительной системой прибора, является смещение интерференционной картины, возникающее в процессе замещения газовой смесью чистого газа в рабочей кювете рефрактометра [1].
Управление измерительным процессом осуществляется персональным компьютером, обработка информации производится программой «Рефрактометр», которая позволяет накапливать данные, формировать и выдавать протокол измерения. При использовании программы оператор заносит в информационные окна данные об аттестуемой смеси (ее качественный состав), условия измерения (температуру внутри кюветы и атмосферное давление), а также информацию, не участвующую в вычислении объемной доли аттестуемого компонента, но необходимую для составления итогового протокола. В зависимости от того, какие составляющие бинарной газовой смеси введены, программой выбираются соответствующие компонентам показатели преломления пА и пВ, которые, наряду с данными об условиях измерения, необходимы для расчета объемной доли содержания компонентов в аттестуемой газовой смеси.
Расчет осуществляется ЭВМ по заданной программе по формуле:
СА = кАВТ-ДЫ -100%, (1)
А АВ Дв-Р
где кАВ = 0,47111, ДЫ = Ыа -Ыс - разность значений числа интерференционных полос для анализируемого и сравнительных газов, Т - температура газовой смеси, К, Дв = в0В -в0А - разность преломляющих усилий сравниваемых газов.
Значения преломляющих усилий для некоторых газов при X = 0,632991 мкм (длина волны излучения гелий-неонового лазера), Р0 = 760 мм. рт. ст., Т0 =273,2 К приведены в таблице.
Газы Преломляющее усилие в0
Воздух 291,68
Кислород, О2 270,38
Азот, N2 397,57
Водород, Н2 138,91
Гелий, Не 34,81
Аргон, Аг 281,41
Метан СН4 440,09
Пропан С3Н8 1074,0
Бутан С4Н10 1380,2
Диоксид углерода СО2 447,51
Таблица. Значения преломляющих усилий для некоторых газов
Попеременное поступление в измерительную кювету чистого газа и аттестуемой газовой смеси осуществляется оператором путем переключения соответствующих кранов на лицевой панели газосмесительного блока. Начало измерения, отсчет интерфе-
ренционных полос и анализ результатов измерения, а именно определение числа измерений и подходящего размаха их результатов, также производится оператором.
Таким образом, очевидно, что при аттестации газовых смесей с помощью интерференционного рефрактометра «ЛАЗИР-2МК» необходимо постоянное присутствие оператора для осуществления переключения кранов газосмесительного блока, начала измерения, управления отсчетом и контроля результатов измерения.
Разработка алгоритма полностью автоматизированного процесса аттестации эталонных газовых смесей с применением газоанализатора «ЛАЗИР-2МК» (рис. 1) проводится с целью уменьшения количества действий оператора, влияющих на достоверность результатов измерения [2]. Например, при несвоевременном или преждевременном переключении клапанов газосмесительного блока в измерение концентрации газового компонента будут внесены значительные ошибки. Та же картина будет наблюдаться и при запоздалом начале измерения или скором окончании замещения одного газа другим.
Вывод
А
Отсчет полос смещения Дп X
1 -н г
10 Исключение
А=^11А]/1
Протокол
Конец
Рис.1. Алгоритм автоматизированного процесса аттестации эталонных газовых смесей с применением газоанализатора «Лазир-2МК».
Проведя необходимые предварительные действия, а именно - включение в газовую схему баллонов с анализируемой газовой смесью и чистым сравнительным газом, занесение параметров, определяющих условия измерения (значение температуры кюветы и атмосферного давления), а также данных, необходимых для формирования протокола (номер аттестуемого баллона, его вместимость и давление смеси), приступают к процессу измерения по представленному алгоритму.
На начальном этапе измерительного процесса, который осуществляется газоанализатором «ЛАЗИР-2МК», пользователем в программе задаются компоненты а и Ь, из которых состоит анализируемая газовая смесь. Происходит выбор преломляющих усилий газов в0. Затем задается количество измерений Ы, необходимых для обеспечения достоверности результатов (оптимально производить 10 измерений). Следующим этапом является напуск в измерительную кювету анализируемой газовой смеси аЬ или
9
сравнительного газа Ь. По истечении времени ДТ, за которое смещение интерференционной картины проходит полностью, производится отсчет числа прошедших интерференционных полос Дп. Закончив цикл измерений и накопив данные А¡, программа формирует из них массив и приступает к его обработке. Проверяется соответствие полученных в результате измерений данных А} условию:
ДА < Б , (2)
где ДА - разность между максимальным и минимальным результатом измерения, Б -допустимый размах наблюдений. Если данные не удовлетворяют условию 2, проводится исключение максимального или минимального значения, после чего проверка повторяется. При соблюдении условия 2 программа рассчитывает среднее значение результатов измерений, после чего формируется итоговый протокол.
Литература
1. Иоффе Б.В. Рефрактометрические методы химии./ 3-е изд. Л.: Химия, 1983.
2. Горелик Д.О., Конопелько Л.А., Панков Э.Д. Экологический мониторинг. Оптико-электронные приборы и системы. СПб.: ЗАО «Крисмас+», 1998. Т. 2.
