Оптический газоанализатор для измерения n компонентов смеси

 

Изобретение может быть использо . вано при проведении многокомпонентного анализа газовых сред. Цель - повышение точности и обеспечение ее постоянства в период между калибровками . Газоанализатор выполнен по схеме многоканального фильтрового фотометра и имеет дополнительный канал .в спектральной области, не содержащей полос поглощения неизмеряемых компонент , измеряемый сигнал по которому сравнивается с ожидаемым, вычисленным на основе измеренных концентраций п компонент, и их разностташ сигнал используется для управления источником излучения и блоком автоматической калибровки. Используемый алгоритм измерения позволяет проводить корректировку результатов измерения по п+1 каналам с помощью поправок, измеренных для каждого канала во время калибровки, а также проводить калибровку только при условии превыше-, ния погрешности измерений заданного класса точности. 1 ил. е «э

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (Я)з G 01 N 21/61

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4177900/24-25 (22) 06.01.87 (46) 30.01.90. Бюл. У 4 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт аналитического приборостроения (72) Ю.Н.Максименко, Б.И.Буряк, Ю.П.Коваль и Т.П.Кудинова (53) 543.27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 1160821, кл. G 01 N 21/61, 1983.

Заявка ФРГ 11"- 3206427, кл. G 01 N 21/59, 1983. (54) ОПТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ и КОМПОНЕНТОВ СМЕСИ (57) Изобретение может быть использовано при проведении многокомпонентного анализа газовых сред. Цель — повышение точности и обеспечение ее постоянства в период между калибровка-.

Предлагаемое изобретение относится к технике аналитического приборостроения и может быть использовано для контроля чистоты окружающей среды, а также для анализа газов в химической, металлургической и других отраслях промьш ленности.

Цель изобретения — повышение точности и обеспечение ее постоянства в периоды между калибровками.

На чертеже показана структурная схема устройства.

Устройство содержит излучатель 1 с источником 2 питания, согласующую оптику 3, газовую кювету 4, обтюратор 5, калибраторы 6, установленные с возможностью перемещения, интерфеÄÄSUÄÄ 1457574 А1

2 ми. Газоанализатор выполнен по схеме многоканального фильтрового фотометра и имеет дополнительный канал .в спектральной области, не содержащей полос поглощения неизмеряемых компонент, измеряемый сигнал по которому сравнивается с ожидаемым, вычисленным на основе измеренных концентраций и компонент, и их разностный сигнал используется для управления источником излучения и блоком автоматической калибровки. Используемый алгоритм измерения позволяет проводить корректировку результатов измерения по п+1 каналам с помощью поправок, измеренных для каждого канала во время калибровки, э. также проводить калибровку только при условии превыше-. ния погрешности измерений заданного класса точности. 1 ил, ренционные фильтры 7, установленные с возможностью перемещения, фотоприемник 8, схему 9 обработки сигнала, схему 10 сравнения, электронный ключ

11, схему !2 управления источником питания, вычислительную схему 13, например, на основе микропроцессора, схему 14 автоматической калибровки.

Устройство работает следующим образом..

Рабочий режим устройства начинается процессом калибровки с помощью ка- либраторов 6. Газовую кювету 4 продувают азотом или нулевым" газом, не содержащим компонентов с полосами поглощения в рабочей спектральной области газоанализатора. В опт. ческий

1457574 канал газоаналиэатора вводят "нулевой калибратор (герметичную камеру, заполненную азотом или "нулевым" газом), с помощью которого устанавливают "нуль газоаналиэатора. Затем в оптическом канале газоанализатора поочередно устанавливают калибраторы, содержащие определенное количество измеряемого компонента, по которым проверяют концентрированную чувсTBH .тельность гаэоанализатора. При положительных результатах проверки в оптический канал гаэоанализатора снова вводят "нулевой калибратор и при поочередной установке в оптическом канале каждого .иэ. n+I интерференционных фильтров 7 измеряют "нулевые" измерительные сигналы ("нулевые полк

pGBKH) Для и+! Длин вОлн UО) UО ю 2О к к 10 ., Uо„+,, которые после преобоп ° разования в схеме 9 обработки сигнала поступают в оперативное запоминающее устройство (03у) вычислительной схемы 13 и используются в дальнейшем 25 при вычислении концентрации и компонентов смеси до последующей калибровки.

Если калибровку газоанализатора проводят впервые, в оперативно-зало- 30 минающее устройство вычислительной схемы поступает значение напряжения питания излучателя 0,1д, соответствующее этой первоначальной калибровке.

В процессе измерения в газовую кювету 4 поступает измеряемая газовая смесь и при поочередной установке в оптическом канале каждого из п+1 интерференционных фильтров 7 измеряются измерительные сигналы U<„

U,..., U, U Эти сигналы после преобразования э схеме 9 обработки сигнала поступают в вычислительную схему 13 в которой с учетом имеющих- 45 к ся в ОЗУ данных о значениях U o

О1

Уа, U „, вычисляются значения концентрации и компонентов смеси и корректирующий сигнал по и+1-му каналу.

5Î

Концентрации п,компонентов смеси вычисляются схемой 13 путем решения системы и уравнений, записанной согласно закону Ламберта-Вера: и

1nU = 1nUo; — 1 + К; С„, ! -I где i — порядковый номер интерференционного фильтра) 1 1 ° ° nq

) †.порядковый номер измеряемого компонента смеси, j = I п; !

1; — измерительный сигнал по i-му каналу;

U нулевой сигнал по i-му каналу, измеренный во время последней калибровки, 1 — оптическая длина газовой кюветы;

К вЂ” спектральный коэффициент по

С вЂ” концентрация 1-того измеря1 емого компонента смЕси.

Для формирования корректирующего сигнала по и+1-му каналу вычисляется

6 сигнал U, обусловленный поглощениЬ ем в крыльях полос поглощения измеряемых компонентов смеси на п+)-ой длине волны, т.е. сигнал, ожидаемый по и+1-му каналу при данном составе

С измеряемой газовой смеси, находящейся в газовой кювете: и+ 1),1

Вычисленный ожидаемый по п+1-му каналу сигнал U„+, поступает иэ вы8 числительной схемы 13 на второй вход схемы 10 сравнения, на первый вход которой из схемы 9 поступает измеренный по и+1-му каналу сигнал Uz,.

Схема IO сравнения формирует разностный сигнал 6 U„+,, который через электронный ключ 11 поступает на первый вход схемы 12 управления, где он преобразуется в пропорциональный ему сигнал изменения напряжения питания излуча теля Ь U „ „. С иг нал Ь U „„с выхода схемы 12 с управления поступает на вход источника 2 питания и в вычислительную схему 13.

Поступив на вход источника 2 питания,. сигнал 6U„ „ изменяет напряжение питания излучателя 1 и сигнал

U и+, становится равным сигналу U>+ т. е. влияние флуктуаций, возникших во всех схемах газоанализатора, устраняется.

Одновременно, поступив в вычисли-. тельную схему, сигнал Ь U„>< складывается в ней с текущим значением напряжения питания излучателя Uä „ и сравнивается с предельно допустимым значением напряжения питания излучателя, внесенным в постоянногэапоминающее устройство вычислительной схемы во

5 1457574 время ее отладки. Если вновь полученное значение напряжения питания излучателя не превосходит предельно до1 при этом в каждом из кaíàëîâ из заданного класса точности, Формула изобретения пустимого, измерение продолжается.

В противном случае на управляющий вход электронного ключа )1, на вход схемы 12 управления и на вход схемы

14 автоматической калибровки 14 поступает сигнал Uo < „. В результате напря-1р жение питания излучателя изменяется до величины U „, имевшей место при первоначальной калибровке газоанали затора, и процесс калибровки повторяется. f5

Устройство обеспечивает повышение точности измерений за счет кбрректировки результатов измерений по и+1-м каналам с помощью поправок, измеренных для каждого из п+1-ro каналов во 20 время калибровки, позволяет проводить автоматическую калибровку не по строгому, заранее установленному, регламенту, который не всегда устанавливает момент реальной необходимости 25 ее проведения и необоснованно мешает проведению измерений, а. в момент, когда реальная необходимость калиб-, ровки действительно обусловлена требованием сохранения значения необхо- gp димой точности измерений.

Кроме того, устройство обеспечивает в определенных пределах уменьшение влияния на результаты измерений се35 лективных потерь путем перераспределения за счет управления излучением, источника возникающей погрешности по всем каналам измерения, не выходя

Оптический газоанализатор для измерения п компонентов смеси, содержащий излучатель с источником питания, согласующую оптику, газовую кювету, обтюратор, установленные с возможностью перемещения и+1 интерференционных фильтров, причем полоса про-пускания каждого из и фильтров соответствует полосе поглощения одного из и измеряемых компонентов, фотоприем- . ник соединенный со схемой обработки сигнала, вычислительную схему, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и обеспечения ее постоянства в период между калибровками, он дополнительно содержит схему сравнения, электронный ключ, схему управления источником питания, схему автоматической калибровки, причем первый вход схемы сравнения соединен с выходом схемы обработки сигнала, второй вход соединен с вычислительной схемой, а выход через электронный ключ, управляемый вход которого соединен с вычислительной схемой, соединен с входом схемы управления источником питания, второй вход которой соединен с вычислительной схемой, а выход — с источником питания, схема автоматической калибровки соединена с вычислительной схемой, а полоса пропускания n+I-го фильтра соответствует области, в которой отсутствуют полосы поглощения неизмеряемых компонентов смеси.

1457574

Составитель О.Голубев

Редактор Т.Федотов Техред Л.Сердюкова

Корректор Т.Палий

Заказ 157 Тираж 510 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно †издагельск комбинат Патент, г, Ужгород, ул. Га|ари а, л с л 1 «г ина 101