Оптико-акустические газоанализаторы

                                                             

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Отчёт по лабораторной работе

По дисциплине:               Технические приборы и измерения.                                                                                 

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема:                             Оптико-акустические газоанализаторы.

Выполнил: студент  гр. АПМ-03     ______________    /Никифоров М.Н./

                                                                                                     ^{(подпись)                                  (Ф.И.О.)}  

ПРОВЕРИЛ:

Руководитель:                                     ____________         /Иванов В.А./

                                                                                                      ^{(подпись)                                (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург                                 

2006 год.

Оптико-акустические газоанализаторы.

Для измерения концентраций веществ в настоящее время используется излучение практически всего спектра электромагнитных колебаний, начиная с радиоволн и кончая излучением. Наиболее широкое применение имеют излучение инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой области спектра.

Рассмотрим принцип действия инфракрасного газоанализатора.

Способность поглощать инфракрасное излучение (ИК-излучение) обладают вещества, молекулы которых состоят не менее чем из двух различных атомов (рис.1).

На рисунке можно выделить длины волн, на которых имеет место селективное поглощение ИК-излучения: например углеводородами. Такие газы, как азот, кислород, водород, гелий, аргон и др. не поглощают ИК-излучение. Разработано несколько схем ИК анализаторов. Как правило, эти излучатели, изготавливаемые их хромникелевой проволоки (нихром). Приемниками служат болометры с батареей термоэлектрических элементов или терморезисторов, фоторезисторов и конденсаторные микрофоны. ИК газоанализаторы, использующие в качестве приемников конденсаторные микросхемы, называют оптико-акустическими (частота колебаний мембраны 200 Гц – область звуковых частот). В настоящее время частота снизилась до 6 Гц.

Схема работает следующим образом. ИК-излучение от нихромовых нагревателей 1, нагрев которых осуществляется от источника питания 3, отражается от механических сферических зеркал 2 и поступает в два канала через фильтровые камеры 6, где часть энергии, соответствующая линиям поглощения не измеряемых компонентов поглощается. Потоки радиации прерываются обтюратором 5 с двигателем 4 примерно шесть раз в секунду в обоих каналах попеременно. В одном канале расположена рабочая камера 7, через которую непрерывно протекает анализируемый газ. Камера 18 во втором канале заполнена чистым воздухом. Проходя через рабочую камеру, поток радиации теряет часть энергии, соответствующую линиям поглощения определяемого компонента, далее благодаря отражателю 8 попадает в нижнюю часть камеры приемника излучения 9. ИК-излучение в сравнительном канале, пройдя кювету 18 и компенсационную отражающую кювету 16, попадает в верхнюю часть камеры 9. В приемные части мерной камеры 9, заполненные газовым компонентом, поступают потоки радиации, разность энергий которых пропорциональна содержанию определяемого компонента в исследуемом газе. В связи с этим в мерной камере возникают периодические колебания давлений, связанные с колебаниями температуры газа за счёт поглощения тепловой энергии радиации. Под действием разности давлений мембрана 12 совершает периодические колебания. Колебания давления вызывают изменение ёмкости конденсаторного микрофона, составленного из мембраны 12 и неподвижной пластины 11, укрепленной на изоляторе 10. Конденсаторный микрофон является входным устройством усилителя 13, который управляет реверсивным двигателем 14, который перемещает отражающий шток 17, что изменяет толщину поглощающего слоя газа в кювете 16 до тех пор, пока колебания мембраны не станут симметричными. Угол поворота ротора двигателя с помощью реохорда 15 передается вторичному прибору 19.

Класс точности прибора  в зависимости от диапазона измерений.