Способ калибровки оптических абсорбционных газоанализаторов

 

СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ОПТИЧЕС а1Х АБСОРБЦИОННЫХ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ, работакйцих по методу дифференциального поглощения излучения, вклгочакядай из .менение потока излучеиия в соответствии с определенными значениями концентра1даи анализируемого компонен-; та и подачу его на вход газоанализатора , отличающийся тем, что, с целью повьппения точности калибровки путем увеличения числа калибруемых точек шкалы газоанализатора и упрощения процесса калибровки, предварительно разделяют общий поток излучения источника на два пучка, в одном из которых устанавга1вают каi i6pOBO4HyK кювету, заполненную анализируемым компонентом постоянной концентрации, при этом изменение потока излучения в соответствии с определенными значениями концентрагцш анализируемого компонента осуществляют путем регулировки отношения СО энергии потоков излучения в пучках с помощью нейтральных ослабителей с: с последующим сведением пзгчков излучения в обпщй поток.

4(51) G 01 Н 21/61 (21:) 3555997/24-25 (22) 17 . 02. 83 (46) 07.03.85. Бюл. 9 9 . (72) Э.А. Чаянова и И.К. Шайков (71) Центральная аэрологическая обсерватория (53) 535.27(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 919475, кл. G 01 Н 21/31, 1981.

2. Sonafe U. et al. Nask Correlation spectrophotometry advanced

methodology for atmospheric measurements - Atmospheric Environment,.

f976 v, 10, р. 470 (прототип). (54)(57) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ОПТИЧКСЕИХ

АВСОРВЦИОИИЫХ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ, работамицих по.методу дифференциального жилощения излучения, включающий из,э еиение потока излучения в соответствии с определенными значениями концентрации анализируемого компонен та и подачу его на вход гаэоанализатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности калибровки путем увеличения числа ка либруемых точек шкалы газоанализатора и упрощения процесса калибровки, предварительно разделяют общий поток излучения источника на два пучка, в одном из которых устанавливают калибровочную кювету, заполненную анализируемым компонентом постоянной концентрации, при этом изменение потока излучения в соответствии с определенными значениями концентрации анализируемого компонента осуществляют путем регулировки отношения энергии потоков излучения в пучках с помощью нейтральных ослабителей с последующим сведением пучков излучения в общий поток.

1144036

Изобретение относи ся к абсорбционной спектрометрии газообразных веществ в атмосфере.

Известны абсорбционные газоанализаторы, работающие по методу дифференциального поглощения излучения и предполагающие периодическое или непрерывное применение калибровочных газовых кювет. Оптические газоаиализаторы подобного типа измеряют f6 .интегральное содержание или оптическую плотность искомого газа, находящегося на пути света между источником оптического излучения и приемником газоанализатора. В соответст- .15 вии с этим существующий метод кюветной калибровки газоанализатора заключается в помещении на пути принимаемого -газоанализатором от излучателя пучка света калибровочной 20 кюветы (1) .

Данный способ кюветной калибровки оптических газоанализаторов требует целого набора оптических калибровочных кювет, содержащих. искомый газ с оптическими плотностями, перекрывающими весь диапазон работы указанных приборов. Изготовление непрерывно перестраиваемой кюветы вызывает еще большие трудности. К ка30 либровочным кюветам предъявляются строгие требования по постоянству и точности находящегося в них газового состава. Особенно сложным является получение, измерение и сохране- 35 ние газового состава в кюветах с очень низкими содержаниями искомых газов. Поэтому данный способ калибровки проводится, чаще всего, для кювет с большими оптическими плотнос-"0 тями искомого газа с .экстраполяцией полученных результатов в область малых оптических плотностей.

Наиболее близким к предлагаемому 45 является способ калибровки оптических абсарбционных газоанализаторов, работающих но методу дифференциального поглощения излучения, включаю. щий изменение потока излучения в со- 50 ответствии .с определенными значениями концентрации анализируемого компонента и подачу его на вход газоанализатора. В основе работы устройства, реализующего известный способ, 55 лежит использование калибровочной кюветы с переменной оптической плотностью анализируемого компонента за счет изменения длины кюветы и поддер-. жания в ней постоянного давления f2j .

Однако изготовление и контроль перестраиваемых по длине кювет, наполненных такими агрессивными газа" ми, как двуокись серы, двуокись азота и другие, измерение которых в атмосфере представляет повышенный интерес, усложняет конструкцию прибора, не обеспечивает необходимой точности и воспроизводимости его метрологических характеристик. К недостаткам известного способа следует отнести и ограничения, накладываемые на диапазон перестройки кюветы, долговечность конструкции и время проведения отдельного измерения. Измерения с помощью набора калибровочных кювет вносят дополнительные ошибки ввиду неидентичности конструкций кювет и нестабильности концентра ций заключенной в них газовой смеси.

Особенно значительны ошибки калибровки приборов уникальными калибровочными кюветами с микроконцентрациями искомого газа.

Цель изобретейия — повышение точности калибровки путем увеличения числа калибруемых точек шкалы гаэо- аналиэатора и упрощения процесса калибровки.

Поставленная цель достигается,тем, что согласно способу калибровки оптических абсорбционных газоанализаторов, работающих по методу дифференциального поглощения излучения, включающему изменение потока излучения в соответствии с определенными значениями концентрации анализируемого компонента и подачу его на вход гаэоанализатора, предварительно разделяют общий поток излучения источника на два пучка, в одном из которых устанавливают калибровочную кювету, заполненную анализируемым компонентом постоянной концентрации, при этом изменение потока излучения в соответствии с определенными значениями концентрации анализируемого компонента осуществляют путем регулировки отношения энергии потоков излучения в.пучках с помощью нейтральных ослабителей с последующим сведением пучков излучения в общий поток

На чертеже представлено устройство для реализации способа.

1144

ЬННИПИ Заказ 897/36 Тираж 897 Подписное

Ф@лшап ПП6 Натащит" 3 . Ужгород, gR I Ï rnaa, 4

Устройство содержит источник 1 излучения, калибровочную кювету 2 с постоянной концентрацией анализируемого компонента, газоанализатор

3, светоделители 4 и 5, нейтральные ослабители 6 и 7, поворотные зеркала 8 и 9.

Калибровка газоанализатора осуществляется в следующей последовательности.

Поток излучения, направляемый от. источника 1 излучения, разделяют светоделителем 4:и часть излучения направляют через нейтральный ослабитель 7 и светоделитель 5 непосредственно на вход газоанализатора 3.

Вторую часть потока энергии излучения пропускают через перестраиваеьый нейтральный ослабитель 6 и далее через калибровочную кювету 2 и cse- 20 тоделитель 5 на вход газоанализатора.

Дискретной или непрерывной перестройкой пропускания нейтральных ослабителей 6 и 7 получают перестройку отношения энергии потоков излучения 25 в обоих пучках в нужном диапазоне.

В результате в общем количестве света, попадающего на вход газоанализатора, в такой же пропорции меняется доля излучения, прошедшего калибровочную кювету, что эквивалентно для газоанализатора изменению в таком же отношении оптической плотности искомого газа в калибровочной кювете. Учитывается тот факт, что в процессе измерения оптическими газоанализаторами, работающими по методу дифференциального поглощения, ис.пользуется .автоматическая регулировка усиления оптико-электронной схемы и 40 на выходной сигнал влияет не изменение общего количества потока энергии приходящего излучения, а относительная интенсивность присутствующих в нем линий спектра поглощения искомого газа.

При реализации способа в качестве набора нейтральных ослабителей использован стандартный набор нейтральных светофильтров из стекол НС-6, 036 4

НС-?, НС-8, НС-9, НС-10 и калибровочная кювета с оптической плотностью

-! газа двуокиси азота, равной 1000 млйм.

В результате получают градуировочную таблицу отклика показаний газоанализатора в зависимости от изменения отношения интенсивностей света

IZ/I1 в двух разделенных пучках излучения, где I Z — интенсивность пучка света, прошедшего калибровочную кювету; I — интенсивность пучка света, прошедшего на вход газоанализатора, минуя калибровочную кювету.

Получаемая эффективная оптическая плотность искомого газа Р, пересчитывается от оптической плотности калибровочной кюветы Р по формуле р

1/ 2

Отношение I /IZ в пучках излучения регулируется нейтральными ослабите лями °

Получают калибровку оптического абсорбционного газоанализатора во всем диапазоне его работы с помощью одной неперестраиваемой кюветы с высокой оптической плотностью анализируемого газа, а также показания прибора в области оптических плотностей, в десятки раз меньших, чем в исходной калибровочной кювете. При этом точность такой калибровки при малых оптических плотностях остается такой же, как и при высоких.

Предлагаемый способ позволяет производить точные и надежные калибровку и контроль аких характеристик целого ряда оптических газоанализаторов, как чувствительность, воспроизводимость результатов измерений и порог обнаружения во всем диапазоне их работы, включая и область оптических плотностей, обеспечиваемую микроконцентрациями газа в калибровочных кюветах, в которой ранее контроль был практически невозможен. Способ обеспечивает высокую оперативность и низкую стоимость подобного контроля.