Оптические газоанализаторы

Принцип действия оптических ГА основан на явлении избиратель-

ного поглощения анализируемым компонентом энергии излучения

определенной длины волны, причем интенсивность этого поглощения

зависит от концентрации анализируемого компонента в АГС. Эта за-

висимость описывается законом Бугера—Ламберта—Бера:

где I_0λ — интенсивность монохроматического излучения с длиной

волны λ, на входе в поглощающий слой газа и после прохождения

через него соответственно; ε_λ — коэффициент поглощения излучения

определяемым компонентом на длине волны λ; С — концентрация

определяемого компонента в газовой смеси; L — толщина погло-

щающего слоя.

Произведение _ελCL называется оптической плотностью D, :

Каждый газ характеризуется определенным спектром поглощения.

Газы, содержащие в своем составе два и более разнородных атомов,

такие как СО, С02, СН4, NH3, С2Н2, имеют спектры поглощения в

инфракрасной (ИК) области.

Для использования этого метода измерения необходимо, чтобы

определяемый компонент имел спектр поглощения, отличающийся

от спектров поглощения других компонентов анализируемой смеси.

Лежащие в ИК-области спектры поглощения СО, С02, СН4, NH3

изображены на рис. 8.2, а. Хотя спектры С02 и СО, С02 и СН4 ча-

стично перекрываются, можно выделить длины волн, на которых

имеет место селективное поглощение ИК-излучения этими компо-

нентами, что позволяет измерять их концентрацию в многокомпо-

нентных АГС. В качестве источников излучения инфракрасных ГА

используются нихромовые излучатели, нагретые до 700... 800 "С. При-

емниками излучения служат батареи термопар или терморезисторов,

фоторезисторы или конденсаторные микрофоны. Схема одного из

вариантов акустического приемника ИК-излучения представлена на

рис. 8.2, б. Источником 1 создается постоянное излучение, которое

с помощью вращающегося диска с отверстиями (обтюратора) 2 и

светофильтра 3 преобразуется в пульсирующее монохроматическое

излучение. Определяемый компонент, находящийся в камере 4, по-

глощает излучение, при этом в камере возникают пульсации темпе-

ратуры, а следовательно, и давления, изображенные на рис. 8.2, в.

Эти пульсации воспринимаются микрофонным чувствительным

элементом 5, представляющим собой конденсатор, образованный

подвижной мембраной и неподвижной пластиной. Под действием

давления мембрана перемещается, вызывая из-за колебаний зазора 5

изменение емкости С конденсатора.

Используемые в промышленности оптико-акустические ГА, как

правило, представляют собой дифференциальные двухлучевые схемы

и имеют две кюветы: измерительную, через которую прокачивается

АГС, и сравнительную, которая заполняется вспомогательной газовой

смесью. В нее входят какой-либо не поглощающий ИК-излучение газ

и неопределяемые компоненты АГС со средними значениями концен-

траций. ИК-излучение (2... 8 мкм) поступает в измерительную и срав-

нительную камеры через фильтровые камеры, служащие для уменьше-

ния влияния на результаты измерения неопределяемых компонентов,

полосы поглощения которых частично перекрываются с полосой по-

глощения определяемого компонента. Они заполняются этими компо-

нентами, причем их концентрация должна быть больше их возможной

концентрации в АГС. Если определяемый компонент отсутствует в АГС,

поглощение импульсного ИК-излучения в обеих камерах будет одина-

ково. При появлении в АГС определяемого компонента он поглощает

часть энергии излучения, проходящего через измерительную камеру, в

результате чего в конденсаторном микрофоне возникают колебания,

частота которых составляет несколько герц.

Оптико-акустические ГА используются для измерения в много-

компонентных смесях концентраций СО, С02, СН4, С2Н2, С3Н6 и др.

Диапазоны измерений этих анализаторов от 0...0Д до 0... 100% об.

Классы точности 2,5... 10 (в зависимости от диапазона измерений).