CC BY
8
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМЕНИ С. М. КИРОВА
Том 267
1975
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВ И ЕГО РЕАЛИЗУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
М. С. АЛЕЙНИКОВ, Е. П. КОЛЬЦОВ, В. И. ЛУКОВНИКОВ, С. А. ГРАЧЕВ,
К. Л. ПЕСТЕРЕВ, В. С. ТИТОВ
(Представлена научно-техническим семинаром кафедры приборов и устройств систем
автоматики)
Известны способы определения концентрации газа с использованием инфракрасного (ИК) излучения на основе негативной фильтрации с применением позитивной и негативной сенсибилизаций [1].
Использование в указанных способах сенсибилизации обоих типов приводит к усложнению устройств, реализующих эти способы, и к снижению их точности.
Описываемый способ свободен от этих недостатков. Он может быть реализован, например, с помощью блок-схемы, представленной на рис. 1.
Рис. 1. Блок-схема газоанализатора.
Поток ИК-излучения от источника 1 пропускается через исследуемую среду в рабочей кювете 2, а далее разделяется на два равных потока делителем 3. Разделенные потоки проходят через кювету 4 с вакуумом (или с газом, не поглощающем в ИК-Диапазоне) и через эталонную кювету 5 с предельной концентрацией определяемого газа. Измерение концентрации можно осуществлять с помощью логарифмирования частного от деления сигналов, пропорциональных мощностям инфракрасных потоков, прошедших кюветы, или с помощью логарифмирования разности этих сигналов.
Действительно, пропускание газовой смеси определяется выражением
Т= | П е 1 '<и. (1)
где Р/ (К) — коэффициент поглощения ИК-радиации /-го газа; —осажденный слой /-го газа;
Я 1-7^2 — спектральный интервал, в котором излучает ИК-источник.
Значит интенсивность ИК-излучения после прохождения рабочей кюветы с исследуемой средой и канала с вакуумной кюветой будет равна:
/4=0,5/0 Г е
>■
а интенсивность ИК-излучения после прохождения канала с эталонной кюветой
<ГР»(Х)- ЧЛА,
(3)
где —осажденный слой измеряемого газа, содержащийся в рабочей кювете с исследуемой средой;
урх0 — осажденный слой измеряемого газа предельной концентрации, содержащийся в эталонной кювете;
/о — интенсивность ИК-излучения источника. Поскольку Я^о»^*, то е-ем^+^г-ем*^ и тогда искомая концентрация может быть найдена по соотношению
тед. 0,9
0,6 0,3 о
»—
¿6
1=Юатмсм \/н2о - 0,02 ое см
0,025 0,25 8$¥со,атмсм
Рис. 2. Зависимость выходного сигнала от концентрации угарного газа.
усл.е$.
аа 06 ач 0.2 О
&
V,
/
Ыт. со'^тмсн ИфЯШатяск
О.ОГО
оШ о,в/8 осе*
Рис. 3. Зависимость выходного сигнала от концентрации паров воды.
либо
их = 1п
х3
Ге 'х
I
и2= 1п
" ......(Г*п№п (IX-
(4)
(5)
.......
Полученные выражения, несмотря на громоздкость, близки к линейным зависимостям между £/2 и Так, например, для одной длины волны ИК-излучения Л0 выражение (4) сводится к виду
(б)
Достаточно высокая линейность зависимостей видна также из рис. 2, где приведены расчетные кривые и1(\ц№со) и ), получен-
ные по формулам (4) и (5). Расчет произведен для случая, когда измеряемым является угарный газ (СО), а мешающим газом — пары воды Н2О. При этом в рабочей кювете давление Р= 1 атм, а температура Г=293°К.
Интересно отметить, что изменение в широких пределах концентрации мешающего газа не приводит к заметному изменению выходного сигнала, как показывает рис. 3. Это говорит о небольшой величине методической погрешности, которой обладает предложенный способ ИК-газоанализа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Д. Кендалл. Прикладная инфракрасная спектроскопия. М., «Мир», 1970.
