Газоанализатор для определения примесей кислорода в инертных газах

 

Изобретение относится к аналитиче ской технике и может быть использовано для определения примесей кислорода в инертных газах, в частности для определения примесей кислорода в ксеноне. Цель - повышение чувствительности газоанализатора и расширение диапазона измерений. Газоанализатор содержит источник возбуждения разряда, выполненный в виде формирователя положительных высоковольтных импульсов, газоразрядную трубку, электроды которой соединены с выходами источника возбуждения разряда, оптически сопряженные с газоразрядной трубкой светофильтр и фотоприемник, источник высоковольтного питания фотоприемника, блок усиления, обработки и регистрации, блок генератора управляющих импульсов. Причем вход фотоприемника соединен с выходом источника высоковольтного питания фотоприемника, а выходс входом блока усиления, обработки и регистрации, первый выход блока генератора управляющих импульсов соединен с входом источника возбуждения разряда, второй выходс управляющим входом блока усиления, обработки и регистрации. Введение в газоразрядную трубку газоанализатора люминесцентного чувствительного элемента и блока запирания фотоприемника, первый вход которого соединен с третьим выходом блока генератора управляющих импульсов, второй вход - с выходом источника высоковольтного литания фотоприемника, а выход соединен со вторым входом фотоприемника , позволяет повысить чувствительность газоанализатора.и расширить диапазон измерений . 3 ил. « Ј g 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 и 21/6!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4783573/25 (22) 23.01.90 (46) 07.02,92. Бюл. N. 5 (71) Особое проектно-конструкторское бюро

Научно-производственного обьединения

"Черметавтоматика" (72) Е.Б.Плавинский, В.Г.Шкурапети А.В.Колесников (53) 621.53 (088.8) (56) Заявка ФРГ

М 2823318, кл. G 01 N 21/52, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N. 1383998, кл. G 01 N 21/61, 1987. (54) ГАЗОАНАЛИЗАТОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ КИСЛОРОДА В ИНЕРТНЫХ ГАЗАХ (57) Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано для определения примесей кислорода в инертных газах, в частности для определения примесей кислорода в ксеноне. Цель— повышение чувствительности газоаналиэатора и расширение диапазона измерений.

Гаэоанализатор содержит источник возбуждения разряда, выполненный в виде формирователя положительных высоковольтных импульсов, газоразрядную трубку, электроИзобретение относится к аналитической технике и может быть использовано для определения примесей кислорода в инертных газах, в частности для определения примесей кислорода в ксеноне.

Известен газоанализатор для определения примеси кислорода в инертных газах, содержащий люми несцентн ый чувствительный элемент в виде красителя, адсорбиро„„ Ы,, 1711043 А1 ды которой соединены с выходами источника возбуждения разряда, оптически сопряженные с газоразрядной трубкой светофильтр и фотоприемник, источник высоковольтного питания фотоприемника, блок усиления, обработки и регистрации, блок генератора управляющих импульсов.

Причем вход фотоприемника соединен с выходом источника высоковольтного питания фотоприемника, а выход- с входом блока усиления, обработки и регистрации. первый выход блока генератора управляющих импульсов соединен с входом источника возбуждения разряда, второй выход— с управляющим входом блока усиления, обработки и регистрации. Введение в га- Я зоразрядную трубку гаэоанализатора люминесцентного чувствительного элемента и блока эапирания фотоприемника, первый вход которого соединен с третьим выходом блока генератора управляющих импульсов, второй вход — с выходом источника высоковольтного питания фотоприемника, а выход соединен со вторым входом фотоприемника, позволяет повысить чувствительность 4 гаэоанализатора.и расширить диапазон измерений. 3 ил. ° Ъ. ванного на силикагеле, схему возбуждения и приемник излучения. В качестве источника возбуждения в устройстве используется лампа накаливания, свет которой модулируется с помощью механического прерывателя, Недостатком известного устройства является низкая чувствительность, так как лампы накаливания имеют низкую энергию

1711043 излучения в диапазоне возбуждения люминесценции, а также ограниченный диапазон измерений концентраций кислорода (0,0001 — 0,1 7ь).

Известен газоанализатор для опреде- 5 ления примесей s инертных газах, содержащий источник возбуждения разряда, гаэораэрядную трубку, электроды которой соединены с выходами источника возбуждения разряда, оптически сопряженные с га- 10 зораэрядной трубкой светофильтр и фотоприемник, блок усиления, обработки и регистрации, вход которого соединен с выходом фотоприемника, а также дополнительный заземленный электрод и блок 15 генератора управляющих импульсов, причем источник возбуждения разряда выполнен в виде формирователя положительных высоковольтных импульсов, в заземленный электрод установлен на внешней поверхно- 20 сти гаэоразрядной трубки в точке, противо- . положной вводу анода, при этом адин выход блока генератора управляющих импульсов. соединен с управляющим входом блока усиления обработки и регистрации. а другой выход 25 — с входом источника возбуждения разряда.

Недостатком известного газоанализатора является ограниченный диапазон измерения микроконцентрзций кислорода в инертных газах, что объясняется низкой зф- 30 фективностью возбуждения кислорода в разрядной трубке, В зргоне диапазон измерений кислорода составляет 0,05 — 1, в азоте 0,05- 37ь, в гелии 0,2 — 1,2 .

Исследования эмиссионного спект- 35 рального метода анализа криптона и ксенона показывают низкую чувствительность при определении содержания кислорода в диапазоне О;0001 — 0,1 7ь.

Целью изобретения является повыше- 40 ние чувствительности газоанализатора и расширение диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в гаэоанализатор для определения примесей кислорода в инертных газах 45 дополнительно введен блок эапирания фотоприемника, а в гаэоразрядную трубку помещен люминесцентный чувствительный элемент, при этом один вход блока эапирания фотоприемника соединен с 50 третьим выходом генератора управляющих импульсов, другой вход — с выходом источника высоковольтного питания фотоприемника,.а выход соединен с вторым входом фотоприемника. 55

Введение в гаэоразрядную трубку газоанализатора люминесцентного чувствительного элемента, наличие блока эапирания фотоприемника в совокупности в остальными элементами схемы позволяет возбуждение чувствительного элемента осуществлять непосредственно электрическим разрядом в анализируемом газе с дальнейшей регистрацией эмиссионного или люминесцентного спектра для формирования информационного сигнала о концентрации кислорода. Кроме того, молекулы кислорода активируются на более высокие энергетические уровни по сравнению с возбуждением от отдельного источника света.

Это приводит к повышению чувствительности измерений и расширению диапазона, На фиг.1 показана схема соединения блоков газоанализатора; на фиг.2- электрическая схема фотоприемника, выполненного на основе фотоумножителя, и блока эапирания фотоприемника; на фиг.3 — выходные сигналы блоков газоанализатора.

На фиг.3 на диаграмме а показаны выходные сигналы блока генератора управляющих импульсов, сигнал положительной полярности поступает на формирователь положительных высоковольтных импульсов, а сигнал отрицательной полярности поступает на блок запирания фотоприемника, на диаграмме б — выходные сигналы формирователя положительных высоковольтных импульсов, на диаграмме в — выходные сигналы блока запирания фотоприемника„на диаграмме г — выходные сигналы фотоприемника при регистрации содержания кислорода в диапазоне 0,0001 — 0,1$, для одного фиксированного значения концентрации, информативной характеристикой сигнала является динамика затухания, на диаграмме д — выходные сигналы фотоприемника при регистрации кислорода в диапазоне 0 1 — 17ь для одного фиксированного значения . концентрации, информзтивной характеристикой сигнала является амплитуда сигнала.

Газоанализатор для определения примесей кислорода в инертных газах (фиг.1) содержит гаэоразрядную трубку 1, в которую помещен люминесцентный чувствительный элемент 2, например, в виде органического красителя, адсорбированного на силикагеле, и оптически сопряженную со светофильтром 3 и фотоприемником 4, . источник 5 высоковольтного питания фотоприемника, блок 6 усиления, обработки и регистрации сигнала, формирователь 7 положительных высоковольтных импульсов, который является источником возбуждения импульсного разряда в газоразрядной трубке 1. Управление формирователем 7 осуществляется блоком генератора 8 управляющих импульсов. Импульсы положительной полярности формирователя 7 подаются на анод 9 трубки 1, з отрицатель1711043

55 ный выход формирователя соединен с катодом 10. Кроме того, газоанализатор содержит блок 11 запирания фотоприемника.

Вход фотоприемника 4 соединен с выходом источника 5 высоковольтно;о питания фотоприемника, а выход — с входом блока 6 усиления, обработки и регистрации сигнала, первый выход генератора 8 управляющих импульсов соединен с входом формирователя 7 положительных высоковольтных импульсов, второй выход — с управляющим входом блока 6 усиления, обработки и регистрации. Один вход блока 11 запирания фотоприемника соединен с третьим выходом блока генератора 8 управляющих импульсов, другой вход — с выходом источника

5 высоковольтного питания фотоприемника, а выход соединен со вторым входом фотоприемника 4, Газоанализатор работает следующим образом.

Анализируемый инертный гаэ, содержащий примеси кислорода. пропускают с постоянным расходом через газоразрядную трубку 1 (фиг.1), Блок 6 усиления, обработки и регистрации включает блок генератора 8 управляющих импульсов, который запускает в работу формирователь 7. Высоковольтные импульсы положительной полярности поступают с выхода формирователя 7 на электроды газоразрядной трубки и возбуждают в ней импульсные электрические разряды. Световые вспышки этих разрядов вызывают люминесцентные вспышки красителя чувствительного элемента 2, которые через светофильтр 3 поступают на фотоприемник 4, В момент вспышки на фотоприемник 4 поступают и эмиссионные сигналы, обусловленные аналитической линией кислорода (772, 2 нм). Если концентрация кислорода находится в пределах

0,0001 — 0,1%, то информационный сигнал гаэоанализатора обусловлен сигналом люминесценции, динамика тушения которого выступает мерой концентрации кислорода, а эмисионный сигнал будет мал и постоянен. Если концентрация кислорода находится в пределах 0,1 — 1%, то сигнал люминесценции практически отсутствует (он будет потушен), а информация о содержании кислорода будет заключена в эмисионном спектральном сигнале. Запирание фотоприемника производится таким образом, чтобы была воэможность последовательно регистрировать люминесцентный и спектральный сигналы (фиг,3).

Управляя режимом открытия-запирания фотоприемника 4 с помощью блока 11, блока генератора 8 управляющих импуль10

45 сов, блок 6 усиления, обработки и регистрации информации отслеживать изменение концентрации кислорода, Блок 11 запирания фотоприемника содержит транзистор, например КТ-704, трансформатор на ферритовом кольце (фиг.2) и работает следующим образом. Под действием управляющего импульса, сформированного блоком генератора управляющих импульсов, транзистор Т открывается и отрицательный высокий потенциал поступает на электрод-модулятор М, фотоприемник 4 на время действия управляющего импульса закрыт, при отсутствии импульса на входе блока 11 фотоприемник 4 открыт, Введение в газоразрядную трубку люминесцентного чувствительного элемента и наличие блока запирания фотоприемника позволяет повысить чувствительность измерений и расширить диапазон измерений концентраций кислорода в 1000 раэ, так в известном газоанализаторе диапазон измерений 0,1 — 1%, а в предлагаемом 0,0001—

1%, Это позволит расширить область применения предлагаемого газоанализатора, так как его можно использовать как в технологическом процессе производства инертных газов, где концентрация кислорода изменяются от процента до тысячных процента, так и при аттестации инертных газов по сортности, где концентрации примесей нв должны превышать нескольких миллионных долей 0,0001 — 0,0050%.

Формула изобретения

Газоанализатор для определения примесей кислорода в инертных газах, содержащий источник возбуждения разряда, выполненный в виде формирователя положительных высоковольтных импульсов, газораэрядную трубку, электроды которой соединены с выходами источника возбуждения разряда, оптически сопряженные с газоразрядной трубкой светофильтр и фотоприемник, источник высоковольтного питателя фотоприемника, блок усиления, обработки и регистрации, блок генератора управляющих импульсов, причем входфотоприемника соединен с выходом источника высоковольтного питания фотоприемника, а выход — с входом блока усиления, обработки и регистрации, первый выход блока генератора управляющих импульсов соединен с входом источника возбуждения разряда, второй выход — с управляющим входом блока усиления, обработки и регистрации, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения чувствител ьности газоанализатора и расширения диапазона измерений, в газоразрядную трубку помещен люминесцентный чувствительный элемент и допол1711043

i dnaey3 нительно в газоанализатор введен блок эапирания фотоприемника, первый вход которого соединен с третьим выходом блока генератора управляющих импульсов, второй вход — с выходом источника высоковольтного питания фотоприемника, а выход соединен с вторым входом фотоприемника.

1711043

Составитель Е. Аносова

Техред ММоргентал Корректор Т.Малец

Редактор Н. Гулько

Заказ 334 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-36, Раушская наб., 4/б

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101