Диссертация (1143140), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

4-21 ÷ 4-23 приведены зависимости спектральной плотности мощности143рассеянного излучения воздуха и одной аэрозольной частицы диизобутилфталата от длиныволны оптического излучения при различных углах рассеяния.Рис. 4-21. Зависимость спектральной плотности мощности рассеянного излучения воздуха иодной аэрозольной частицы от длины волны оптического излучения при угле рассеяния 5°Рис.

4-22. Зависимость спектральной плотности мощности рассеянного излучения воздуха иодной аэрозольной частицы от длины волны оптического излучения при угле рассеяния 20°Рис. 4-23. Зависимость спектральной плотности мощности рассеянного излучения воздуха иодной аэрозольной частицы от длины волны оптического излучения при угле рассеяния 40°144Как следует из графиков светорассеяние аэрозольными частицами при оптимальном углесветорассеяния в нефелометре θ = 40°, преобладает над паразитным светорассеяниемвоздухом фотометрируемого объема нефелометра при длинах волн оптического излучения,превышающих 0.43 мкм.Наилучшие результаты по чувствительности газоанализатора на МоЯК к детектируемымвеществам можно получить, как указывалось в предыдущей главе, при использовании вфотометре яркого белосветного суперлюминесцентного светодиода, спектральная плотностьмощности излучения которого как раз и имеет максимум на длине волны 0.45 мкм. Для расчетаспектральной плотности мощности рассеянного воздухом излучения при использованииодноваттного белосветного светодиода в выражение (4.14) подставляем P0 ( ) в соответствиис выражением (4.11).Спектральная плотность мощности рассеянного излучения воздухом на фотодетекторепри использовании белосветного светодиода представлена на рис.

4-24.Рис. 4-24. Спектральная плотность мощности рассеянного излучения воздухом нафотодетекторе при использовании белосветного светодиода.Интегральную оптическую мощность светорассеяния воздухом, регистрируемуюфотодетектором, получаем интегрированием спектральной плотности мощности рассеянноговоздухом поля P _ air ( ) (4.14) по длине волны оптического излучения в соответствии свыражением2Pинт _ air   P _ air ( )d1(4.15)145в пределах диапазона длин волн от λ1 = 0.43 мкм до λ2 = 0.7 мкм, в котором действуетаппроксимацияспектральнойхарактеристикибелосветногосуперлюминесцентногосветодиода (4.11).Зависимости интегральной мощности Pинт _ air рассеянного излучения одной аэрозольнойчастицей 0.23 мкм и воздухом в фотометрируемом объеме, регистрируемого фотодетекторомс радиусом светочувствительной площадки rd = 1 см на расстоянии R = 10 см, от угланаблюдения фотодетектора (совпадает с углом рассеяния в расчетах) представлены на рис.

425.Рис. 4-25. Зависимость интегральной мощности рассеянного излучения воздуха иодной аэрозольной частицы диизобутилфталатаот угла рассеяния.Таким образом, одна аэрозольная частица диизобутилфталата, в центре которойрасполагается молекула детектируемого вещества (например, карбонила металла), рассеиваетсвет также, как и примерно 1019 молекул воздуха.Интересно сравнить светорассеяние одной молекулы детектируемого вещества(например, тетракарбонила никеля) со светорассеянием аэрозольной частицы, в центрекоторой находится та же молекула детектируемого вещества. Для этого в выражение (4.14)подставляем параметры молекулы тетракарбонила никеля: радиус молекулы r0 = 0.3 нм,показатель преломления ns = 1.47, фактор деполяризации света ρn = 0.03.Параметрынефелометра используются те же, что и для светорассеяния аэрозольными частицами ивоздухом: радиус светочувствительной площадки фотодетектора rd = 1 см, расстояние дофотодетектора R = 10 см, источник света – одноваттный белосветный суперлюминесцентныйсветодиод.На рис.

4-26 приведена зависимость интегральной мощности рассеянного излученияодной молекулы карбонила никеля от угла рассеяния.146Рис. 4-26. Зависимость интегральной мощности рассеянного излучения одноймолекулы карбонила никеля от угла рассеянияИз расчетов следует, что применение метода МоЯК увеличило светорассеяние одноймолекулы тетракарбонила никеля в 1015 раз.Таким образом, в результате проведенных расчетов выявлено:1. Интенсивность светорассеяния воздухом в фотометрируемом объеме нефелометрамаксимальна и одинакова в направлениях угла рассеяния 0° («вперед») и 180° («назад») иминимальна при углах рассеяния 90°, резко уменьшается (~ 1 4 ) с увеличением длины волныоптического излучения и по своему значению сопоставима со светорассеянием аэрозольнымичастицами. В ультрафиолетовой области оптического излучения равенство мощностейсветорассеяния воздухом и аэрозольной частицей достигается при меньших углахсветорассеяния, чем в видимой и инфракрасной области.2.

Интенсивность рассеяния аэрозольной частицей при оптимальном угле наблюдениявсего в три раза превышает интенсивность рассеяния воздухом в фотометрируемом объемеаэрозольной камеры нефелометра и в 1015 раз превышает светорассеяние самой молекулыдетектируемой примеси.1474.5Сравнение экспериментальных и расчетных значений оптико-электронныхпараметров ППУ детектора МоЯКК оптико-электронным параметрам детектора МоЯК, определяющим предельнуюспособность газоанализатора к определению концентрации детектируемых веществ,относятся чувствительность фотоприемного устройства нефелометра, светорассеяниевоздухом в фотометрируемом объеме и светорассеяние одной аэрозольной частицей, в центрекоторой находится молекула вредного детектируемого вещества. Темновой фототок,светорассеяние воздухом и аэрозольными частицами замерено на базовом детекторе МоЯК,подробно описанном в следующем параграфе.Пороговая чувствительность.

На рис. 4-27 представлен внешний вид экранногоинтерфейса газоанализатора в режиме измерения темнового тока ППУ на основе ФЭУ H6780и интегратора фототока IVC102. График представляет собой многократно повторяемыезначения фототока (при времени интегрирования 1 с) в течении 290 с, которые фиксируютсяпри пропускании газа-носителя через лабораторную установку. Красным и белым цветамизаписаны две реализации измерений.Рис. 4-27. Темновой фототок ФПУ нефелометра с ФЭУ.Величина порогового фототока, соответствующего пороговой чувствительности,определяется через размах шумовой дорожки и имеет значение I0 эксп = 1.8·10-12 А. Прирабочем анодном напряжении 600 В усиление μ = 4·104, анодная чувствительностьSa = 4 А/Лм, Ida = 2·10-10 А.

Анодная крутизна в единицах А/Лм соответствует величинеанодной крутизны в А/Вт в соответствии с выражением: Sa A Лм  K m  Sa A Вт, гдекоэффициент пересчета K m  683 Вт Лм [147]. Таким образом, Sa = 4 А/Лм соответствуетзначениюS a  4  683  2730A/Вт. Пороговая чувствительность составляет значение148P0 эксп I 0 эксп 1.8 1012 0.66 1015 Вт.Sa2730Теоретическое значение пороговой чувствительности определяется выражениемP0 теор 1Sa2qI da ,Tintчтосоставляетприанодномнапряжении600ВвеличинуP0 теор  0.59 1015 Вт.Светорассеяние воздухом.

Для экспериментального определения светорассеяниявоздухом в фотометрируемом объеме нефелометра проведен эксперимент по измерениюфототока нефелометра при различных давлениях. На рис. 4-28 записан фототоксветорассеяния малогабаритного нефелометра при давлении воздуха в камере 1 атм (верхняякривая) и 0,22 атм (нижняя кривая).Рис.

4-28. Фототок светорассеяния воздухом при давлении1 атм. (верхний график) и 0.22 атм. (нижний график).Экспериментальная зависимость фототока светорассеяния воздухом от давления вкамере нефелометра представлена на рис. 4-29.Рис. 4-29. Зависимость фототока светорассеяния воздухомот давления в камере нефелометра149При нулевом давлении в камере молекулы воздуха отсутствуют, и фототок полностьюопределяется паразитной фоновой засветкой от стенок нефелометра.

Значение фототоказасветки составляет величину I эксп засветки  0.62 109 А, фототок светорассеяния воздухом равенI эксп воздуха  0.3 109 А. Оптическая мощность, соответствующая фототоку светорассеяния,определяетсяPвоздух эксп черезI эксп воздухаSaаноднуючувствительностьФЭУ:0.3 109 0.111012 Вт.2730Теоретическое значение оптической мощности, соответствующее светорассеянию12воздухом в камере нефелометра, определяется выражением (4.15), и равно Pвоздух теор  0.110Вт. Таким образом, экспериментальное и теоретическое значение мощности оптическогоизлучения светорассеяния воздухом в фотометрируемом объеме нефелометра соответствуютдруг другу, что подтверждает правильность теоретического расчета.Светорассеяниеаэрозольнойчастицей.Дляэкспериментальногоизмерениясветорассеяния одной аэрозольной частицей поток газа-носителя с известной счетнойконцентрацией аэрозольных частиц подавался в малогабаритный аэрозольный фотометр ирегистрировалось приращение рассеянного светового потока.

Экспериментально измеренноезначение оптической мощности светорассеяния одной аэрозольной частицей составилоPчастицы эксп  0.38 1012 Вт.Теоретическое значение оптической мощности, соответствующее светорассеянию одной12аэрозольной частицей, определяется выражением (4.12) и равно Pчастицы теор  0.35 10 Вт .Результаты расчетов и экспериментальных измерений сведены в Таблицу 4-1:Таблица 4-1.

Сравнение экспериментальных и расчетных значений.ПороговаячувствительностьСветорассеяние воздухомСветорассеяние однойаэрозольной частицейТеорияЭкспериментPпор теор  0.59 1015 ВтPпор эксп  0.66 1015 ВтPвоздух теор  0.11012 ВтPвоздуха эксп  0.111012 ВтPчастицы теор  0.35 1012 ВтPчастицы эксп  0.38 1012 ВтТаким образом, в результате исследований выявлено:1. Экспериментально измеренные значения мощности светорассеяния аэрозольнымичастицами и воздухом в фотометрируемом объеме малогабаритного аэрозольного фотометраППУ детектора МоЯК превышают теоретически рассчитанные значения всего на 8-10%, чтодля термодинамических величин, каковыми являются молекулярное светорассеяние воздухоми аэрозольными частицами, считается измерениями с высокой степенью точности.1502. Использование ФЭУ и интегратора в составе фотоприемного устройства фотометраППУ детектора МоЯК позволяет калибровать газоанализатор по светорассеянию воздуха вфотометрическом объеме камеры нефелометра.3.

Характеристики

Список файлов диссертации