Устройство для измерения содержания хлора в газовой смеси

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к устройствам измерения содержания хлора в смеси газов, содержащей хлор, хлорид бериллия, аргон, водород, и может быть использовано при оптимизации работы установки сухой переработки облученного бериллия в хлорид бериллия.
Известно устройство для измерения содержания хлора в газовой смеси, содержащее реакционную камеру с измеряемой газовой смесью, оптически прозрачные окна, установленные с противоположных сторон камеры, источник ультрафиолетового излучения, в качестве которого использована ртутная лампа, излучающая свет в ультрафиолетовом диапазоне, установленный с одной стороны камеры, и детектор излучения, установленный с другой стороны камеры. В качестве детектора излучения может быть использован фоторезистор, или вакуумный фотоэлемент, или фотоумножитель. Газовая смесь может быть проточной, что обеспечивает возможность оперативного проведения измерений. Содержание хлора определяется по поглощению светового излучения заданной спектральной линии (Бражников В.В. Дифференциальные детекторы для газовой хроматографии / В.В. Бражников. - М.: Наука, 1974. - С. 223.; Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств / М.В. Кулаков. - М.: Машиностроение, 1983. - С. 464).
3
Основным недостатком данного устройства для измерения содержания хлора в газовой смеси является малый диапазон измеряемых концентраций хлора в газовой смеси - до 30 г/м.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство для измерения содержания хлора в газовой смеси, содержащее реакционную камеру, корпус которой выполнен в виде цилиндра из кварцевого стекла, с газовой смесью, источник излучения света, детектор излучения, собирающую оптическую линзу. Источник излучения выполнен в виде светодиодов интенсивного излучения желто-зеленого свечения, расположенных по периферии реакционной камеры в плоскости, перпендикулярной оси корпуса реакционной камеры, по обе стороны от оси «реакционная камера - детектор». Детектор излучения выполнен в виде цифровой матрицы и установлен в плоскости светодиодов на оси, проходящей через центр корпуса. Собирающая оптическая линза установлена ниже детектора излучения сфокусированной на рабочую полость реакционной камеры. Устройство позволяет выполнять оперативные измерения концентрации хлора в смеси газов, содержащих хлор, хлорид бериллия, аргон, водород (инновационный патент KZ 30009, МПК (51) G01J 1/02 (2006.01), G01N 21/00 (2006.01)).
Основным недостатком описанного данного устройства является повышенная погрешность измерений вследствие влияния внешнего освещения, дневного или искусственного, и ослабления полезного сигнала за счет рассеянного светового потока от светодиодов, расположенных по периферии реакционной камеры.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, заключается в создании устройства измерения содержания хлора в газовой смеси, содержащих хлор, хлорид бериллия, аргон, водород, со сниженной погрешностью измерения полезного светового сигнала.
Решение названной технической проблемы достигается тем, что в устройстве для измерения содержания хлора в газовой смеси, содержащем реакционную камеру, корпус которой выполнен в виде цилиндра из кварцевого стекла, с газовой смесью, источник излучения света, расположенный в плоскости, перпендикулярной оси корпуса реакционной камеры, и детектор излучения, выполненный в виде цифровой матрицы и установленный в плоскости источника излучения на оси, проходящей через центр корпуса, собирающую оптическую линзу, установленную ниже детектора излучения сфокусированной на рабочую полость реакционной камеры, согласно полезной модели источник излучения в виде одного светодиода интенсивного излучения размещен под реакционной камерой соосно с детектором излучения. Между источником излучения света и стенкой корпуса реакционной камеры на заданном расстоянии от источника излучения расположена регулируемая рассеивающая линза, имеющая возможность перемещения вместе с источником излучения света в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, и позволяющая распределить световой поток по объему реакционной камеры. При этом устройство снабжено светозащитным кожухом, охватывающим источник излучения света, рассеивающую линзу, выходную часть реакционной камеры, собирающую линзу и детектор излучения.
Снижение погрешности измерения полезного сигнала, поступающего в детектор излучения, обусловлено повышением отношения «сигнал/шум» за счет направленной подачи светового излучения в детектор излучения через регулируемую рассеивающую линзу и исключением влияния на измерения внешнего освещения, охватывающего рабочие элементы устройства - источник излучения света, рассеивающую линзу, выходную часть реакционной камеры, собирающую линзу и детектор излучения - светозащитным кожухом.
Устройство для измерения содержания хлора в газовой смеси содержит реакционную камеру 1, корпус которой выполнен в виде цилиндра, из кварцевого стекла, с газовой смесью, источник 2 излучения света, расположенный в плоскости, перпендикулярной оси корпуса реакционной камеры 1, детектор 3 излучения, выполненный в виде цифровой матрицы и установленный в плоскости источника 2 излучения света на оси, проходящей через центр корпуса реакционной камеры 1, собирающую оптическую линзу 4, установленную ниже детектора 3 излучения сфокусированной на рабочую полость реакционной камеры 1, введенные регулируемую рассеивающую линзу 5 и светозащитный кожух 6.
Источник 2 излучения, выполненный в виде одного светодиода интенсивного излучения, размещен под реакционной камерой 1 соосно с детектором 3 излучения.
Регулируемая рассеивающая линза 5, позволяющая распределить световой поток 7 достаточно высокой интенсивности, образуемый рассеянным от хлора 8 излучением, по объему реакционной камеры 1, расположена между источником 2 излучения света и стенкой корпуса реакционной камеры 1 на заданном расстоянии от источника 2 излучения света с возможностью перемещения вместе с источником 2 излучения света в плоскости, перпендикулярной оси корпуса реакционной камеры 1.
Светозащитный кожух 6 устройства установлен охватывающим источник 2 излучения света, рассеивающую линзу 5, выходную часть реакционной камеры 1, собирающую линзу 4 и детектор 3 излучения.
Устройство для измерения содержания хлора в газовой смеси работает следующим образом.
В первую очередь калибруется детектор 3 излучения путем регистрации его показаний при отсутствии излучения от источника 2 излучения света, то есть таким образом проверяется функция светозащитного кожуха 6.
Световой поток от источника, проходя через рассеивающую линзу 5, попадает в полость реакционной камеры 1, наполненную хлором 8 и разбавляющими газами, световой поток с измененной интенсивностью за счет отражения хлором части лучей с длиной волны 589,3 нм попадает чрез собирающую оптическую линзу 4 на детектор 3 излучения.
3
В полости реакционной камеры 1 устанавливалась различная плотность хлора 8, как за счет давления газов в полости, так и за счет изменения состава газов. Концентрации хлора 8 в реакционной камере 1 устанавливалась до 200 г/м, давление газовой смеси от 1 бар до 5 бар. Полученные экспериментальные данные подтвердили обратно пропорциональную зависимость между концентрацией хлора и интенсивностью регистрируемого светового потока.
Работоспособность устройства измерения содержания хлора в газовой смеси проверена в серии измерений, отличающихся содержанием хлора в полости реакционной камеры.
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет уменьшить погрешность проведения оперативных измерений в онлайн-режиме количества хлора в смеси газов, содержащих хлор, аргон, при высоких концентрациях хлора при исключении влияния внешнего освещения, дневного или искусственного, и усилении полезного сигнала, поступающего в детектор излучения.