Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 139
Текст из файла (страница 139)
2!-5-1, а схематично показан оптико-акустический луче- приемник 1, в котором находится газ, способный поглощать инфракрасные лучи. Окно 2 этого лучеприемника выполнено из материала, пропускающего инфракрасное излучение. Через это окно поступает поток инфракрасного излучения от источника 3, прерываемый с определенной частотой обтюратором 4, приводимым в действие синхронным двигателем 5. Вследствие этого газ будет периодически нагреваться за счет поглощения энергии и охлаждаться и в замкнутом объеме лучеприемника возникнут периодические колебания температуры, вызывающие периодические колебания давления газа Рис. 21-5-1. Схема оптико-акустического лучеприемника.
(рис. 21-5-1, б). Колебания давления могут быть преобразованы конденсаторным микрофоном б в электрический выходной сигнал, который кожно измерить. Описанное оптико-акустическое явление известно как явление Тиндаля — Рентгена, которое ими наблюдалось при звуковых частотах модуляции излучения. Рассмотренный лучеприемник, заполненньпй данным газом, является селективным (избирательным), так как процесс поглощения модулированного инфракрасного излучения и связанные с ннм периодические колебания темпе- сст сие ратуры и давления возникают только прн определенных дли- сн, пах волн, соответствующих $ спектру поглощения газа, иахс- рес сс, дящегося в лучеприемнике(рис.
~ сие 21-5-2). Предположим, что перед оп- с тико-акустическим лучеприем- У Ф Б б 7 селя ником УстанО Лена Д"палниж~ Рис. 21-5-й. Спектры поглощении СО игя (рабочая) камера с д~умя ССе и СН, е инфракрасной области. окнами из материала, пропускающего инфракрасное излучение. Если через эту камеру пропускать газовую смесь. содержащую также и анализируемый газ, которым наполнен лучеприемник, то при прохождении потока инфракрасного излучения часть его поглотится газом, находящимся в рабочей камере. Поэтому в лучеприемннк будет поступать ослабленный поток излучения, степень ослабления которого будет зависеть от концентрации определяемого компонента в газовой смеси.
Это приводит к изменению амплитуды ксле- баний температуры и давления в замкнутом обьеме лучеприемника. Таким образом, амплитуда будет определять концентрацию определяемого компонента в газовой смеси, пропускаемой через рабочую каме у. Х' еобходимо отметить, что наличие в анализируемой сложной газовой смеси неопределяемых компонентов, спектры поглощения которых могут частично перекрывать спектр поглощения определяемого компонента (например, наличие СО и СН4 при определении СОэ в газовой смеси), приведет к увеличению погрешности измерения.
Это обусловливается тем, что в данном случае степень ослабления потока инфракрасного излучения в рабочей камере будет определяться и концентрацией мешаюших неопределяемых компонентов. Значение погрешносги измерения будет зависеть от соотношения удельных коэффициентов (показателей) поглощения определяемого н неопределяемого компонентов, от выбранной схемы и конструкции газоанализатора, а также от концентрации неопределяемого мешающего компонента. Для уменьшения влияния не- определяемых компонентов на точность измерения в оптическом канале газоанализатора устанавливают фильтровую камеру, наполняемую неопределяемыми мешаюшими компонентамн в смеси с газом, не поглощающим инфракрасное излучение в требуемой пропорции. Рассмотренная одноканальная оптическая схема газоаналнэатора, состоящая из источника инфракрасного излучения, обтюратора, рабочей камеры и лучеприемника,не может обеспечить необходимую точность измерения.
Для повышения точности измерения в большинстве отечественных и зарубежных газоанализаторов применяют двухканальную (днфференциальную) оптическую схему. Первые типы газоанализаторов, использующие оптнко-акустическое явление Тиидаля — Рентгена, были созданы вСССРМ.Л. Вейнгеровым. Они работалн на звуковых частотах модуляции инфракрасного излучения и поэтому получили наименование оптикоакустическнх газоанализаторов. Выпускаемые же в настоящее время газоаналнзаторы этого типа работают с частотой модуляции 5 — 6 Гц„но наименование их осталось прежним.
Рассмотрим принципиальную схему оптико-акусткческого газо- анализатора с газовой компенсацией, показанную на рис. 21-5-3, широко применяемого для определения СО (тип ОА2109), СО, (тип ОА2209) и СНч (тип ОА2309) в сложных газовых смесях. Газоанализатор состоит из приемного преобразователя 1 н вторичного прибора 2, выполненного на базе автоматического уравновешенного моста типа МС (МСР) илн КСМ2. Приемный преобразователь состоит из следуюших элементов и узлов: 8 — излучателя из нихромовой проволоки; 4 — отражателя", 5 — обтюратора; 6— синхронного двигателя, приводящего в действие обтюратор; 7— фнльтровых камер, заполненных неопределяемымн мешающими компонентамн в смеси с газом, не поглощающвм инфракрасное излучение в требуемой пропорции; 8 — рабочей камеры, через ко- горую протекает анализируемая газовая смесь; 9 — отражающей пластины; 1Π— лучеприемника; 11 — лучеприемных камер, заполненных анализируемым компонентом или газовой смесью, содержащей измеряемый компонент и газ, не поглощающий инфракрасное излучение в определенной пропорции в зависимости от диапазона измерений; 12 — конденсаторного микрофона, предназначенного для преобразования кслебання давления в лучеприемнике в электрический выходной си~пал; 13 — компенсационной камеры, заполненной газовой смесью, содержащей измеряе- Г мыи компонент и газ, не поглощающий инфракрасное излучение в определенной пропорции в зависимости от диапазона измерений; 14— поршня лля изменения толщины поглошающего слоя газа (передняя плоскость поршня одновременно выполняет функции отражателя); 15— усилителя со вспомогательным блоком питания; 1б— реверсивного двигателя, вал которого через редуктор мо- 1 ! ! у! емн жег перемещать поршень; 17 — реохорда, включенного в мостовую измерительную ! схему вторичного прибора.
Окна фгльтровых, рабочей, ! компенсационной и лучепри- ! емных камер выполнены из 1 синтетического ксрунда, пропускающего инфракрасное Рнс. 21-5-3. Принципиалънен схема опизлучение. Для гЕрмегизации тико-акустического ганоенализаторв с гекомпенсационной камеры при- вовай компенсацией. меиен сильфон. Питание электрической схемы приемного преобразователя газо- анализатора осуществляется ст сети напряженнем 127 или 220 В, частотой 50 Гц через стабилизатор И. Потоки инфракрасного излучения (показаны стрелками на рис. 2Вб-о) ст двух излучателей, одновременно прерываемые обпоратором, поступают в два оптических канала.
В правом канале поток излучения проходит через фильтровую и рабочую камеры и ослабляется в фильтровой камере, а затем в рабочей пропорционально концентрации определяемого компонента в анализируемой газовой смеси. Ослабленный поток излучения поступает через отражатель в правую лучеприемную камеру. В левом сравнительном канале поток излучения проходит через фильтровую и компенса- ционную камеры и, отражаясь в последней от передней плоскости поршня, поступает в левую лучеприемную камеру. В этом канале инфракрасное излучение ослабляется в фильтровой камере (на то же значение, что и в фильтровой камере правого канала), а затем в компенсационной камере пропорционально толщине слоя газа в ней.
При равенстве интенсивностей инфракрасного излучения в правой и левой лучеприемных камерах мембрана конденсаторного микрофона остается неподвижной. Периодическое нагревание и охлаждение газа хотя и вызывают в левой и правой лучеприемных камерах колебания давлений, но они возникают одновременно с обеих сторон мембраны и равны по амплитуде. Поэтому выходной сигнал конденсаторного микрофона практически равен нулю. Если интенсивность поступающего инфракрасного излучения в правую лучеприемную камеру будет меньше, чем в левую, то и амплитуда периодического колебания давлений в правой луче- приемной камере будет меньше, чем в левой. При этом разность давлений, действующая на мембрану конденсаторного микрофона, будет тем больше, чем больше будет концентрация определяемого компонента в анализируемой газовой смеси.
Лмплитуда колебаний мембраны и связанное с ней изменение выходного сигнала пропорциональны разности давлений в лучеприемных камерах, а следовательно, н концентрации определяемого компонента в газовой смеси. Выходной сигнал конденсаторного микрофона, пропорциональный амплитуде колебаний его мембраны, подастся на вход усилителя. Вал реверсивного двигателя, управляемого усилителем, через редуктор и преобразовательное устройство перемещает поршень компенсационной камеры, заполненной определяемым компонентом, и изменяет тем самым толщину слоя газа в ней до тех пор, пока интенсивность поступающего инфракрасного излучения в левую лучеприемную камеру не будет равна интенсивности излучения, поступающего в правую лучеприемную камеру.
Положение поршня прн его перемещении, а следовательно, и толщину слоя газа можно определить по вспомогательной шкале, нанесенной на вращающийся циферблат, жестко соединенный с каркасом реохорда (шкала на рис. 21-5-3 не показана). Таким образом, в пределах диапазона измерения прибора каждому значению концентрации определяемого компонента в анализируемой газовой смеси соответствует определенная толщина слоя этого же компонента в компенсационной камере, а вместе с тем и сопротивление рабочего участка реохорда, измеряемое вторичным прибором. В рассмотренном газоанализаторе с газовой компенсацией поглощение инфракрасного излучения в обоих оптических каналах имеет одинаковый спектрально-избирательный характер.
Приборы с газовой компенсацией по сравнению с оптико-акустическими газоаиализаторами с электрической и оптической компенсацией обла- дают более высокой чувствительностью, равномерной шкалой и лучшими метрологическими характеристиками (891. Пределы допускаемой основной погрешности газоанализаторов ОА2109, ОА2209 и ОА2309 составляют -+ 2,5 7ь диапазона измерения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
