ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначено для определения концентрации различных газов в воздухе в лабораторных и промышленных условиях.
Известны измерительные приборы, предназначенные для измерения концентрации газообразных соединений в воздухе, и основанные на различных физических принципах [Метрологическое обеспечение безопасности труда. Справочник / Под ред. И.Х. Сологяна. - М.: Стандарты, т. 2., 1989, с. 7-21]. Наилучшие характеристики среди них имеют газоанализаторы, использующие фотоакустический эффект, возникающий при поглощении молекулами газа инфракрасного излучения.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели (прототип) является фотоакустический газоанализатор [Фотоакустический газоанализатор. Патент на полезную модель RU 172629 U1, приоритет от 18.04.2016, опубл. 17.07.2017. Бюл. №20], содержащий источник инфракрасного излучения, выполненный в виде нити накаливания, набор полосовых оптических фильтров, установленных перед входом в измерительную камеру на вращающемся диске, обтюратор, насос, ионитовый фильтр, измерительную камеру с входным кремниевым оптическим окном, впускной и выпускной клапаны и измерительные микрофоны, выходы которых подключены через блок сопряжения к сигнальному микропроцессору. Известный фотоакустический газоанализатор позволяет проводить одновременно определение концентрации нескольких газовых соединений в одной пробе воздуха, причем спектральный состав излучения, попадающего в измерительную камеру, устанавливается автоматически в ходе измерения с помощью набора полосовых оптических фильтров, установленных на вращающемся диске перед входом в измерительную камеру. Газовая проба вводится в измерительную камеру с помощью насоса и клапанов впуска и выпуска. При поглощении инфракрасного излучения газовыми молекулами происходит разогрев газа и возникновение акустических волн, которые регистрируют микрофонами, сигналы с которых поступают через блок сопряжения в сигнальный микропроцессор, который управляет работой прибора и обрабатывает результаты измерений. По результатам измерений сигналов микрофонов на различных длинах волн, определяют концентрации нескольких газовых компонент в одной пробе.
Недостатком прототипа является недостаточно высокая точность измерения концентрации газовых компонент. Это связано с тем, что полосовые оптические фильтры, используемые в прототипе для формирования спектрального состава излучения, имеют неидеальную характеристику. Идеальный оптический полосовой фильтр имеет 100% оптическое пропускание в рабочей полосе частот, а вне ее - полностью поглощает падающее излучение. Оптическое пропускание реального полосового фильтра в рабочей полосе составляет ~ 85%, а вне ее уменьшается не до нуля, а до уровня ~ 1%. В результате поглощение энергии излучения газом имеет место не только в рабочей полосе длин волн, но и вне ее, что искажает точность результатов измерений. По оценке авторов, величина ошибки определения концентрации газовых компонентов при этом может достигать 10%.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности измерения концентрации газовых соединений за счет уменьшения уровня падающего потока излучения вне рабочей полосы частот в коротковолновой области спектра.
Этот технический результат в заявляемом газоанализаторе, содержащем источник инфракрасного излучения, выполненный в виде нити накаливания, набор полосовых оптических фильтров, установленных перед входом в измерительную камеру на вращающемся диске, обтюратор, ионитовый фильтр, насос, измерительную камеру с входным оптическим окном, впускными и выпускным клапанами и измерительными микрофонами, выходы которых подключены через блок сопряжения к сигнальному микропроцессору, достигается за счет того, что входное оптическое окно измерительной камеры изготовлено из, арсенида индия.
Предложенный газоанализатор отличается от известных тем, что входное оптическое окно измерительной камеры изготовлено из арсенида индия.
На Фиг. 1 приведена структурная схема газоанализатора.
Газоанализатор содержит источник инфракрасного излучения 1, параболический отражатель 2, обтюратор 3, вращающийся диск 4 с установленными на нем полосовыми оптическими фильтрами 5, измерительную камеру 6 с входным оптическим окном из арсенида индия 7, микрофоны 8, блок сопряжения 14 и сигнальный микропроцессор 15. Газовая система включает насос 9, впускные клапаны 10 и 11, выпускной клапан 12, а также ионитовый фильтр 13.
Предложенный газоанализатор работает следующим образом.
Исследуемый воздух поступает в камеру 6 через открытые клапаны 10-12, при этом воздух проходит сквозь ионитовый фильтр 13. Всасывание воздуха происходит за счет разрежения, создаваемого насосом 9. После заполнения камеры 6 исследуемым воздухом, клапаны 10-12 закрывают. Поток инфракрасного излучения формируют с помощью источника инфракрасного излучения (нить накаливания) 1, параболического отражателя 2, обтюратора 3 и полосовых оптических фильтров 5, установленных на вращающемся диске 4. Сквозь оптическое окно из арсенида индия 7 в камеру 6 поступает импульсное инфракрасное излучение с длиной волны, определяемой характеристикой полосового оптического фильтра, находящегося в этот момент перед окном 7 камеры 6, а также оптической характеристикой окна из арсенида индия. При толщине окна 0.5-3 мм происходит практически полное поглощение коротковолнового излучения с длиной волны до 3 мкм, исключая его влияние на результат измерения. Для излучения с длиной волны свыше 3 мкм окно из арсенида индия практически прозрачно. Прошедший через окно 7 поток излучения проходит измерительную камеру 6, при этом часть энергии излучения поглощается газовыми компонентами, что приводит к формированию акустических волн, регистрируемых микрофонами 8. Электрические сигналы микрофонов 8 через блок сопряжения 14 поступают в сигнальный микропроцессор 15, и используются для определения концентраций газовых соединений, поглощающих инфракрасное излучение в выбранной спектральной области. Благодаря тому, что входное окно измерительной камеры изготовлено из арсенида индия, исключается влияние коротковолнового внеполосного входного излучения на разогрев компонентов газовой смеси в измерительной камере на поглощение инфракрасного излучения и формирование акустических волн. По сравнению с известным газоанализатором, заявленная полезная модель позволяет уменьшить ошибку измерения концентрации газовых компонент примерно в 2 раза.