Основными трудностями в технологии ППЧЭ являются необходимость обеспечения избирательности по отношению к определяемому компоненту, большой разброс (около одного порядка ) значений сопротивлений ЧЭ, сравнительно высокая погреш­ность измерения (несколько процентов), низкая производи­тельность  при  изготовлении  ЧЭ,  высокая  стоимость,  большая потребляемая мощность. Избирательность улучшают оптималь­ным подбором основного материала. Однако остальные недостат­ки разрешить довольно сложно.

Положительным качеством полупроводниковых керамических газочувствительных элементов является использование порошков оксидов высокой чистоты с заданным размером частиц.

Пленочные ППЧЭ в зависимости от толщины пленки чувстви­тельного материала бывают толстопленочные (толщина пленки 20 и более мкм) и тонкопленочные (толщина пленки менее 20 мкм).

Толстопленочные газочувствительные элементы состоят из диэлектрической подложки, пленки чувствительного материала и электродов. Их изготовляют из тех же материалов, что и кера­мические. Изменяется в основном технология формирования плен­ки чувствительного материала и электродов. В качестве мате­риала электродов часто используют систему серебро — палладий, применяют также системы с платиной, золотом, серебром, медью, никелем и оксидом рутения. Все эти материалы используются в виде паст.

В качестве диэлектрической подложки, как правило, применяют оксид алюминия(III).

Используя толстопленочную технологию, получают много­слойные структуры из толстых пленок (20 мкм и более) на ди­электрической подложке оксида алюминия(Ш). Это повышает степень миниатюризации и улучшает надежность. Кроме того, толстопленочная технология позволяет совместить процессы изго­товления газочувствительного элемента и электрической схемы.

Для создания тонкопленочных газочувствительных элементов применяют технологию, характерную для микроэлектроники: вакуумное напыление, фотолитографию, осаждение пленок окси­дов металлов различными способами. При использовании этого типа ППЧЭ повышается производительность, уменьшаются его размеры и потребляемая мощность. Все это создает предпосылки для массового производства микроэлектронных ППЧЭ.

В настоящее время основным материалом при изготовлении таких ППЧЭ являются диоксид олова и монооксид цинка. Пленки из диоксида олова обладают высокой химической стабильностью, механической прочностью, термостойкостью, высокой адгезией к стеклу и другим подложкам. Пленки на основе диоксида олова получают с удельным сопротивлением от 1,5-10^-3 до 2,5⁹ Ом-см.

Пленка из диоксида олова — полупроводник n-типа, т. е. про­водимость ее обусловлена свободными электронами. Когда электроотрицательные молекулы, такие, как кислород, достигают поверхности полупроводника, они стремятся получить электрон из зоны проводимости полупроводника и таким образом хемо-сорбируются на поверхности. В результате адсорбции акцептор­ных молекул О₂ работа выхода электрона из полупроводника n-типа увеличивается, а поверхность его обедняется свободными носителями. Таким образом, кислород на поверхности диоксида олова хемосорбируется в два этапа: физическая сорбция и хемосорбция (захват электрона).

Газочувствительный элемент из монооксида цинка ZnO в нагретом состоянии адсорбирует кислород из окружающей атмо­сферы. Центрами адсорбции являются сверхстехиометрические атомы Zn⁺, расположенные в междоузлиях решетки кристаллов монооксида цинка. Обладая большим сродством к электрону, кислород захватывает электроны из зоны проводимости и хемо­сорбируется в заряженной форме. При этом уменьшается концент­рация свободных носителей заряда в чувствительном слое и тем самым — его электропроводность. При низких температурах кислород захватывает 4s-электрон и стабилизируется на ионах Zn⁺ в виде молекулярного иона О₂^- образуя Zn ²⁺O^2-. При ком­натной и более высоких температурах кислород адсорбируется как в форме О^2-, так и в форме О^-. Ионы О- при адсорбции мо­лекулы кислорода образуются сразу на двух ионах Zn⁺ :

O₂+2Zn⁺→2O^-Zn²⁺  (55)

В результате у монооксида цинка устанавливается электро­проводность, соответствующая температуре образца и давлению кислорода.

Конструкции ППЧЭ весьма разнообразны. Наиболее сущест­венными различиями являются: отсутствие или наличие подогре­вателя, а также объемное или пленочное использование ППЧЭ. Из-за малой поверхности адсорбции пленочных ППЧЭ часто ис­пользуют керамические пористые конструкции, изготовленные из спрессованных порошков оксидов полупроводниковых материалов.

Дальнейшее использование ППЧЭ для газового анализа предполагает повышение их чувствительности и избирательности, стойкости по отношению к веществам, вызывающим отравление катализатора, исключение необходимости в подогревателе. Оп­ределенные надежды возлагаются на применение полимеров.

Хроматографический метод

В аналитической хроматографии пробу АГС вносят в поток газа-носителя перед входом в хроматографическую колонку. При прохождении через слой сорбента, заполняющего колонку, проба разделяется на компоненты. При этом измеряется расход газа-носителя и может стабилизироваться температура. Разделенная проба поступает на вход детектора — измерительный преобразо­ватель состава в хроматографии, который преобразует концент­рацию компонентов в пропорциональный электрический сигнал. О концентрациях компонентов судят по высотам «пиков» либо по их площадям.

Для определения концентрации молекулярного кислорода в газовых смесях с помощью хроматографов можно использовать любой детектор, принцип действия которого основан на одном или на комбинации вышеописанных методов.

Аналитический хроматограф содержит не менее двух измери­тельных преобразователей: хроматографическую колонку, обеспе­чивающую разделение пробы АГС на отдельные компоненты, и детектор, определяющий наличие и (или) концентрацию каждого компонента. Подбором характеристик каждого из этих преоб разователей   разделяют   и   количественно   определяют   состав пробы АГС.

Точность и надежность результатов хроматографического анализа определяется полнотой разделения компонентов, которая, в свою очередь, зависит от избирательности сорбента и эффек­тивности колонки.

В большинстве хроматографов, предназначенных для произ­водственных технологических установок, применяют насадочные колонки диаметром 3—4 мм и длиной до Oм. В лабораторных хроматографах используют как насадочные, так и калиллярные колонки.

В качестве материала для колонок применяют нержавеющую сталь, медь, стекло, фторопласт и ряд других материалов.

Для разделения кислородсодержащих газов наибольшее рас­пространение получили цеолиты (молекулярные сита) 5А и 13Х, а также алюмосиликаты.

Для экспресс-анализа молекулярного кислорода (время ана­лиза менее 1 мин) повышают температуру колонки, уменьшают ее длину и диаметр либо повышают скорость потока газа-носителя. Иногда изменения этих параметров комбинируют .

Для определения микропримесей молекулярного кислорода наибольшее распространение получил детектор по теплопро­водности (катарометр), Катарометр — универсальный детектор средней чувствительности, пригодный для определения практи­чески любых компонентов.

Однако в некоторых случаях чувствительность катарометров, равная примерно 10^-3 % (об.), не удовлетворяет требованиям промышленности при определении микроконцентраций молеку­лярного кислорода. Поэтому большое внимание уделяется повы­шению чувствительности катарометров, а также разработке но­вых детекторов.

Измерительной схемой детектора по теплопроводности служит электрический мост, состоящий из четырех терморезисто­ров, в качестве которых применяют проволочные моно- или биспи-рали из вольфрама и сплава вольфрама с рением, а также полу­проводниковые терморезисторы. Последние имеют температурный коэффициент на порядок выше сопротивления и, следовательно, более высокую чувствительность. Но в связи с тем, что у полу­проводниковых терморезисторов чувствительность резко снижает­ся с повышением температуры, в большинстве случаев применяют проволочные терморезисторы.

Охлаждение детекторов, в том числе и катарометров, на термисторах увеличивает их чувствительность при определении микроконцентраций неорганических и инертных газов в де­сятки раз.

При этом чувствительность детектора снижается, однако од­новременно увеличивается соотношение сигнал — шум. Поэтому возможны последующее усиление сигнала и общее увеличение чувствительности.

При определении концентрации молекулярного кислорода минимальная концентрация, которую можно достичь с помощью охлаждаемых катарометров, составляет ≈5-10^-5% (об.) .

Если принять чувствительность обычного катарометра за 1, то чувствительность охлажденного катарометра на термисторах будет больше в 40 раз, детектора с применением высокочастот­ного разряда — в 300 раз и гелиевого детектора — в 500 раз .

Примеси молекулярного кислорода в этилене определяют с помощью термохимического детектора, используя в качестве газа-носителя водород, очищенный от примесей кислорода , а для повышения чувствительности метода — смешанный газ-носитель, состоящий из 3 % водорода и 97 % азота . В том и в другом случае применяют адсорбент — молекулярные сита 5А. Минимальная концентрация кислорода, определяемая детек­тором, составляет 5-10^-5 % (об.).

При использовании в качестве газа-носителя гелия водород постоянно дозируется в количествах, достаточных для гидриро­вания на поверхности чувствительного элемента детектора всего кислорода, присутствующего в пробе АГС . При объеме пробы АГС 5 см определяют 1,5-10^-2 % (об.) кислорода с отно­сительной погрешностью ±1,0%.

Чувствительность аргонового ионизационного детектора можно повысить до 10^-4 % (об.) кислорода, если в поток газа-носителя между хроматографической колонкой и детектором вводить не­большие количества органических веществ, например этилена или ацетилена .

Газовый хроматограф «Сигма» , использованный для анализа атмосферы Венеры, состоял из двух, детекторов; неонового ионизационного детектора и детектора электронного захвата. Минимальная концентрация кислорода, которая была определена с помощью хроматографа, составила 4-10^-5 % (об.).

Газохроматографический метод определения концентрации кислорода с помощью пламенно-ионизационного детектора про­водят при температуре 700—900 °С . Кислород превра­щают на угле в монооксид углерода, который затем в водороде на никелевом катализаторе восстанавливается до метана. Минимальная концентрация кислорода, определяемая с помощью де­тектора, составляет менее 10^-4% (об.).

Хроматографические методы широко применяются в газовом анализе благодаря простоте и универсальности аппаратуры, а также возможности автоматизации.

Метод прямого измерения поглощения (оптико-абсорбционный метод)

Основы метода

Общие принципы и закономерности

Количественный абсорбционный анализ основан на существовании зависимости между концентрацией поглощающих атомов или молекул газа и изменением интенсив­ности прошедшего через анализируемую газовую среду зондиру­ющего излучения. Поглощение излучения происходит на резо­нансных частотах, определяемых в атомах их электронными энергетическими состояниями, а в молекулах – электронно - колебательно - вращательными состояниями. В первом случае спектр поглощения представляет собой набор отдельных спектральных линий, а во втором - набор полос, образованных совокупностью спектральных линий.[6]

В общем виде поглощение излучения в газе описывается зако­ном Бугера-Ламберта:

I_п=I_o(1- exp[-k(v)L])(36)

где I_п, Iо- интенсивность поглощенного и зондирующего излучений; k(v)-спект­ральный коэффициент поглощения; L-толщина поглощающего слоя газа.

Поглощение газовой средой зондирующего излучения строго описывается выражением (36) лишь в условиях монохроматич­ности излучения, независимости коэффициента поглощения от частоты и концентрации поглощающих частиц и при отсутствии фотохимических реакций в газовой среде. Вычисление концентрации поглощающих частиц возможно путем измерения величины k (v), характеризующей интенсивность линии поглощения, и пара­метров контура линии поглощения. Для расчета необходимо также использовать в качестве исходных предпосылок те или иные теоретические приближения, описывающие форму спект­ральных линий в зависимости от условий эксперимента.

В реальных условиях прямое исследование контура линии поглощения представляет весьма сложную задачу. Поэтому на практике при определении концентраций атомов и молекул измеряют интегральную интенсивность линий (полос) поглоще­ния. Аналитический сигнал в этом случае определяется раз­ностью интенсивностей зондирующего излучения до и после кюветы с поглощающей газовой средой. Аналитическую связь между изменением интенсивности зондирующего излучения и концентрацией поглощающих частиц находят экспериментально и используют в виде градировочных графиков.

Основные способы повышения чувствительности и селектив­ности

Аналитические характеристики рассматриваемого варианта абсорбционного ана­лиза определяются прежде всего точностью регистрации и значением изменений интен­сивности прошедшего поглощающую среду зондирующего излучения и возможностью выделения отдельных линий (полос) поглощения определяемых компонентов газовых смесей. Реше­ние основных проблем анализа, связанных с улучшением чувстви­тельности и селективности метода, достигается путем увеличения толщины поглощающего слоя газа, повышения разрешающей способности приборов, а также использования различных прие­мов формирования и обработки аналитического сигнала.

Очевидность первого способа вытекает из выражения (36), второй способ оправ­дан стремлением полного выделения аналитической линии из регистрируемого спектра поглощения. Применение этих способов при анализе газовых сред дает хорошие резуль­таты. Однако в широкой прак­тике только такой-прямой-путь увеличения чувствительности и селективности не всегда возможен, да и реализация его требует применения довольно сложной аппаратуры. Поэтому остановим­ся более подробно на третьем способе, включающем различные приемы формирования и обработки аналитического сигнала.

Можно выделить по крайней мере два нетривиальных приема формирования ана­литического сигнала-дифференциальное поглощение и модуляция амплитуды сигнала. Преимущество таких приемов заключается в изменении характера сигнала и условий

измерения, а именно: переход от регистрации малых изменений амплитуды отно­сительно большого постоянного сигнала к регистрации либо амплитуды сигнала на нуле­вом фоне, либо меняющейся по периодическому закону амплитуды сигнала. Как известно, в этом случае может быть достигнута значительно большая точность измерений.

Существуют также две методики обработки сигнала: диффе­ренцирование перемен­ного аналитического сигнала и расчетный метод учета мешающих наложений.

Дифференциальный метод формирования аналитического сигнала имеет два вари­анта. Первый вариант - метод двух линий состоит в том, что поглощение измеряют на двух частотах  путем последовательного или одновременного пропускания через поглощающую газовую среду зондирующего излучения  совпадающего с максиму­мом поглощения  линии (полосы) определяемого компонента, и  то, измеряя отношение интенсивностей, можно рассчитать концентрацию поглощающих частиц по формуле:

где L- толщина поглощающего слоя газа.

Второй вариант - метод двух лучей - состоит в том, что зондирующее излучение с некоторой частотой, желательно совпадающей с максимумом поглощения определяемого компонента, пропускают через две идентичные кюветы, одна из которых - рабочая - за­полнена анализируемой газовой смесью, а вторая опорная (или сравнения) - газовой сме­сью известного состава. Разность сигналов опорного и рабочего каналов есть мера концен­трации определяемого компонента. Этот вариант метода обычно используют в автомати­ческих абсорбционных газоанализаторах, применяя электрическую или оптиче­скую ком­пенсации нулевого сигнала .

 Модуляционный метод формирования аналитического сигнала состоит в том, что различными способами добиваются синусоидального изменения интенсивности излуче­ния попадающего на приемник излучения. Такой модуляции можно достичь как с помо­щью специальных устройств, помещаемых перед приемни­ком излучения, так и путем изменения частоты зондирующего излучения или частоты поглощения определяемых атомов или молекул.

В первом случае измеряемый сигнал зависит только от той части зондирующего излучения, которая соответствует (коррелирует) спектру поглощения определяемого ком­понента газовой смеси. Эта часть излучения выделяется специальными устройствами (коррели­рующими элементами), пропускающими излучение только на определенных участках спектра, соответствующих структуре спектра поглощения определяемых атомов или мо­лекул.

Такие элементы, помещенные перед приемником излучения, обеспечивают модуля­цию амплитуды регистрируемого сигнала. В сочетании с синхронным детектированием, т. е. регистрацией сигнала в момент, когда коррелирующий элемент выделяет только спектр поглощения определяемого компонента, корреля­ционные методики позволяют су­щественно ослабить влияние на результаты определения любых примесей, спектр поглоще­ния которых мало коррелирует по структуре с анализируемым.

В качестве коррелирующих элементов можно использовать специальные пластинки (маски) с чередующимися прозрачными и не прозрачными зонами, повторяющими положе­ние линий по­глощения в плоскости изображения спектра на выходе спектраль­ного прибора. Модуляция амплитуды сигнала в этом случае происходит за счет колебания маски в плоскости изображения спектра поглощения. Недостаток такой методики модуляции сигнала необходимость использования диспергирующей аппаратуры с хорошим разрешением и создания целого набора масок для анализа различных газов.

Модуляция амплитуды зондирующего излучения может про­изводиться также и с по­мощью специальных кювет с некоторым количеством определяемого газа за счет изменения в них давле­ния. В отличие от предыдущей схемы эта более универ­сальна, так как при смене аналитической задачи необходимо лишь заполнить кювету соот­ветствующим газом. Однако существенным ее недостатком является малая глубина моду­ляции амплитуды сигнала.

По-видимому, более перспективно использование в качестве коррелирующего эле­мента сканирующего интерферометра Фаб­ри-Перо, постоянная которого может быть вы­брана в со структурой полосы поглощения определяемого компо­нента газовой смеси. Длина волны максимума пропускания интерферометра сканируется за счет изменения положения одного из зеркал, а переход к определению нового компонента изме­нением базы интерфе­рометра.

Иной принцип заложен в методах, основанных на использова­нии явлений смещения частоты поглощения молекулами или частоты излучения источников при помещении их в магнитное (Зееман-эффект) или электрическое (Штарк-эффект) поля. В первом случае ис­пользуется явление расщепления энергетических уровней поглощающих или излучающих атомов или молекул во внешнем магнитном поле на три (нормальный Зееман-эффект) или большее число (аномальный Зееман-эффект) компонент. Если источник излу­чения или абсорбционная кювета помещена в переменное магнитное поле, то наблюдается соответствующее сканирование частоты зондирующего излучения относительно линии по­глощения или сканирование частоты линии поглощения относительно частоты зондирую­щего излучения. В этих случаях сигнал приемника модулируется по амплитуде с частотой изме­нения напряженности магнитного поля. Как правило, в перемен­ное магнитное поле помещают источник излучения , реже - абсорбционную кювету .

Расщепление линий поглощения в электрическом поле (Штарк-эффект) используют для определения полярных молекул, например, аммиака  или диоксида серы . При этом в переменное электрическое поле помещают абсорбционную кюве­ту с анализируемым газом.

Остановимся на специальных способах обработки регистриру­емого сигнала.

Дифференциальный метод обработки аналитического сигнала - метод производной - основан на измерении первой или второй производной от меняющегося по гармоническому закону сигнала приемника. Такая методика обработки аналитического сигнала позволяет выделять слабые линии поглощения на сильном фоне и тем самым улучшать аналитические характеристики метода за счет увеличения отношения полезного сигнала к шуму. Так, в работе [7] показаны сравнительные возможности различных методик обработки регистрируемого сигнала: большие концентрации определяли методом прямого детектирования, средние по первой, а малые до 10^-7-10^-8% (мол.) по второй производным.  

Интегральный метод обработки аналитического сигнала метод учета мешающих на­ложений основан на исследовании характера и интенсивности спектров поглощения анали­зируемых газов в некоторой области длин волн и учете их взаимных наложений. Такая методика обработки сигналов весьма трудоемка и практически невозможна без применения ЭВМ. Наиболее простой способ при анализе сложных технологических газов, где наложения учитывали путем решения системы уравнений, характеризующих вклад в поглощение на трех регистрируемых длинах волн от основных компонентов газовой смеси.

Рассмотренные нами методы обработки регистрируемого сигнала, наряду с прямым детектированием изменения интенсивности зондирующего излучения, прошедшего поглощающую газовую среду, широко используют в различных схемах абсорбционных газоанализаторов.

Аппаратура

Важнейшие элементы абсорбционных газоанализа­торов это источники и приемники зондирующего излучения; их мы и рассмот­рим наиболее подробно. Оптические схемы газоанализаторов довольно просты и мы остановимся лишь на общем описании некоторых из них.

Источники зондирующего излучения

Для решения разнообразных задач в аб­сорбционных газоанализаторах используют различные источни­ки зондирующего излучения: газоразрядные, тепловые, когерент­ные. По характеру излучения их можно разделить на источники сплошного, линейчатого и монохроматического излучения в УФ-, видимом и ИК- спектральном диапазонах.

Тепловые источники характеризуются сплошным спектром излучения в ИК диапазоне, высокой стабильностью излучаемой мощности, малым потреблением энергии и большими сроками эксплуатации. Используют несколько разновидностей таких источников:

глобар, представляющий собой стержень из карбида кремния; рабочая температура ≈1300 К;

штифт Нернста, представляющий собой стержень, содержа-* щий смесь оксидов циркония, тория, иттрия; обычная рабочая температура ≈1700 К;

лампы накаливания с вольфрамовой или нихромовой спи­ралью, нагретой до 1000-1100 К, излучающие в видимой и ближней ИК-областях спектра .

Газоразрядные источники характеризуются линейчатым спек­тром излучения в УФ-, видимом и ближнем ИК-диапазоне длин волн, а также сплошным спектром в УФ-области спектра. К источникам этого типа относятся:

водородные или дейтериевые лампы, представляющие собой стеклянные колбы с кварцевыми окошками, заполненные газом при давлении в несколько сотен Па; лампы являются источниками сплошного спектра в видимой и УФ (до200 нм)-областях спектра;      

высокочастотные безэлектродные лампы, заполненные инертным газом при давлениях в несколько сотых долей Па и вещест­вом-источником атомных паров; лампы являются источниками линейчатого спектра излучения в видимой и УФ-об­ласти;

ртутные газоразрядные лампы низкого, высокого или сверх­высокого давления, представляющие собой кварцевые трубки с впаянными электродами и заполненные аргоном и ртутью;

лампы являются источниками линейчатого спектра излуче­ния наиболее интенсивные линии которого имеют длины волн: 253,7; 313; 314; 365,5; 404,7; 435,8; 546,1; 577 и 579,1 нм ;

лампы с полным катодом , являющиеся источ­никами линейчатого спектра излучения, характер которого опре­деляется элементами, входящими в состав катода или напылен­ного на его поверхность материала; атомы, образовавшиеся при испарении материала нагретого катода или вследствие распыле­ния его поверхностных слоев под воздействием ионной бомбар­дировки, возбуждаются в тлеющем разряде постоянного тока в буферном газе; эти лампы используют при анализе воздуха на содержание металлических примесей в виде металлоорганических соединений, аэрозолей и паров (например ртути).

Монохроматические источники - оптические квантовые гене­раторы, излучающие отдельные линии в видимой и ИК- областях спектра в режиме импульсной или непрерывной генерации. Ис­точники такого типа позволяют перестраивать частоту излучения либо непрерывно в некотором диапазоне длин волн, либо дис­кретно на нескольких фиксированных частотах:

газоразрядный СО-лазер с генерацией излучения в области 5-6 мкм мощностью несколько мВт ;

газоразрядный He-Ne-лазер с генерацией излучения, перестра­иваемого дискретно на длинах волн 3,39; 4,22; 5,4 мкм, мощ­ностью 0,5-5 мВт ;

лазеры на красителе (ЛК), излучающие на длинах волн от 0,4 до 0,6 мкм ;

светодиоды на основе твердых растворов полупроводниковых соединений типа InGaAs и InAsSbP, излучающие в диапазоне 2,6-4,7 мкм;, мощность непрерывного излучения порядка сотен мкВт, а импульсного-нескольких мВт ;

полупроводниковые диодные лазеры типа PbS_1-xSe_x и Pb_1-xSn_xSe, генерирующие в диапазоне 3-30 мкм; лазеры обеспе­чивают непрерывную перестройку узкой линии генерации (a счет изменения тока питания и температуры полупроводникового элемента в диапазоне до 1000см^-1 .

В заключение упомянем о специфическом источнике излуче­ния - СВЧ- генераторе (клистроне) с частотой 10-25 ГГц, исполь­зуемом в некоторых газоаналитических задачах .

Таким образом, применяемые в абсорбционных газоанализа­торах источники зондирующего излучения охватывают широкую область спектра. Наиболее перспективно с нашей точки зрения применение диодных полупроводниковых лазеров, позволяющих сканировать узкую линию излучения в сравнительно большом диапазоне длин волн и генерирующих в области спектра, пере­крывающей колебательно-вращательные полосы поглощения большинства газообразных молекул. Эти характеристики источ­ника зондирующего излучения обеспечивают хорошую основу для достижения высокой селективности и универсальности газо­аналитических методик.

Приемники излучения

Используемые в абсорбционных газоана­лизаторах приемники лучистой энергии можно разделить на две группы: тепловые и фотоэлектрические.

Тепловые приемники служат для детектирования излучения в ИК-области спектра (< 30 мкм). К этой группе приемников относятся термоэлементы, представляющие собой биметалличес­кие устройства, при нагревании которых возникает э. д. с., про­порциональная температуре нагрева, а также болометры, пред­ставляющие собой сопротивления с большим температурным коэффициентом сопротивления. Тепловые приемники малоэф­фективны при измерении малых изменений мощности зондирую­щего излучения и обладают относительно большой инерцион­ностью. В качестве положительных свойств можно указать на слабую зависимость чувствительности от длины волны регистри­руемого излучения в рабочем диапазоне и удобство в эксплуа­тации.

Фотоэлектрические приемники используют для детектирова­ния излучения в УФ-, видимой и ИК- (до 14 мкм) областях спектра. Эту группу приемников можно разделить на фотоэле­менты с внешним и внутренним фотоэффектом.

Первые обычно служат приемниками излучения в УФ- и видимой областях спектра. Принцип действия таких детекторов, называемых фотоэлектронными умножителями (ФЭУ), основан на эмиссии с фотокатода электронов, приобретающих от фото­нов энергию, превышающую работу выхода c поверхности фото­катода. Образовавшиеся электроны ускоряются в электрическом поле и множатся на системе электродов - ускоряющих динодах. Сигнал ФЭУ, таким образом, пропорционален интенсивности излучения попадающего на фотокатод приемника. Наиболее широкое распространение получили ФЭУ с Sb-Cs-фотокатодом с максимальной чувствительностью в области от 160 до 650 нм; с мультищелочным фотокатодом - от 400 до 870 нм; с Ag - Cs- фотокатодом - от 400 до 1300 нм. Постоянная времени ФЭУ состав­ляет ≈10^-8-10^-10 с, чувствительность ≈10^-14Вт.

Фотоэлектрические приемники с внутренним фотоэффектом обычно используют для регистрации излучения в ИК-области спектра. Принцип действия рассматриваемых детекторов осно­ван на способности полупроводниковых элементов изменять свою проводимость при поглощении фотонов. В качестве таких приемников используют, например, PbS- фотосопротивления с чувствительностью в области <4 мкм или InSb с чувствитель­ностью в области <7,5 мкм, работающие как при комнатной (293 К), так и при пониженных (273 К) температурах. В более широком спектральном диапазоне (<14мкм) могут работать детекторы типа PbSnTe или HgCdTe, но только при криогенных ( ≈77 К) температурах.

Таким образом, применяемые в абсорбционных газоанализа­торах приемники зондирующего излучения охватывают широ­кую область спектра-от 0,2 до 30 мкм. Следует отметить, что все рассмотренные приемники являются неселективными и за исключением тепловых обладают заметной зависимостью чув­ствительности от длины волны регистрируемого излучения.

Схемы абсорбционных газоанализаторов

Простейшая схема абсорбционного га­зоанализатора включает:

источник зондирующего излучения;

оптическую систему формирования пучка излучения;

кювету с анализируемой газовой смесью;

систему фильтров или монохроматор для выделения нужной области спектра излучения;

приемник излучения;

блок формирования и обработки сигнала.

Мы рассмотрели различные способы формирова­ния аналитического сигнала с использованием различных корре­лирующих элементов, помещаемых за абсорбционной кюветой перед приемником излучения. Кюветы с анализируемой газовой смесью имеют размеры от 1 до 500 см и часто конструируются таким образом, что обеспечивают многократное прохождение зондирующего излучения через анализируемый газ. За счет этого удается значительно увеличить толщину поглощающего слоя (например, до 720 м ).

Чаще всего для решения различных газоаналитических задач используют дифференциальную схему, оптическая часть которой содержит два канала с рабочей и опорной (сравнительной) кюветами. Принципиальная схема газоанализатора представлена на рис. 18, а. Принципиальный вариант газоанализатора с лазерными ис­точниками излучения приведен на рис. 18.б. Излучение с про- тивоположных граней кристалла полупроводникового лазера 7 проходит через рабочую кювету с анализируемым газом 8, опорную кювету 9 с газом известного состава и регистрируется фотоприемниками П. Диспергирующий элемент 10, в качестве которого используется монохроматор, служит для селекции мод лазера и выделения определенных участков спектра излучения. Нами кратко рассмотрены лишь основные принципиальные схемы абсорбционных газоанализаторов. В разд. VI.3 при описа­нии различных газоаналитических методик уделяется внимание и некоторым особенностям аппаратурных схем анализаторов.

Рис. 18 Схема  дифференциального  абсорбционного газоанализатора с газоразрядным (тепловым) (а)  и лазерным (б) источникам! зондирующего излучения:

1-газоразрядный или тепловой источник зондирующего излучения; 2-оптическая система фор­мирования пучков излучения; 3, 5-рабочие кюветы; 4, 9-опорные кюветы; 5~фильтры; (5-приемники излучения; 7-полупроводниковый лазер; 10~диспергирующий элемент; 77-фото-приемники

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого оптического абсорбционного га­зоанализатора; на фиг. 2 - блок-схема реализо­ванного оптического преобразователя газоанали­затора.

Газоанализатор, согласно фиг. 1, содержит первый измерительный источник 1 электромаг­нитного излучения, расположенные по ходу излу­чения кювету 2, первый и третий оптические фильтры 3 и 4, расположенные соответственно перед измерительным и опорным фотоприемниками 5 и б, второй - эталонный источник 7 электромаг­нитного излучения установлен вне газовой кюветы 2 с противоположной стороны фотоприемников 5 и 6 со вторым и четвертым оптическими фильтрами 8 и 9        соответственно и оптически с ними сопряжен, блок 10       обработки  сигналов,  первый  вход  которого соединен через первый разделительный усилитель 11с выходом измерительного фотоприемника 5, а второй вход соединен через разделительный усилитель 12 с выходом опорного фотоприемника б, содержит последовательно соединенные коммутатор 13 входных импульсов, усилитель 14, аналого-цифровой преобразователь 15 и микроЭВМ 16, выход которой соединен с блоком 17 регистрации, первый управляющий выход микроЭВМ 16 соединен с управляющим входом коммутатора 13, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами блока 10 обработки сигналов соответственно, второй управляющий выход микроЭВМ 16 соединен с управляющим входом схемы 18 управления токами источников электромагнитного излучения, второй вход которой соединен с выходом опорного фотоприемника 6, и одновременно  с опорным резистором  19, второй вывод которого соединен с общим проводом прибора, первый и

Кроме того, в газоанализаторе, согласно фиг. 2, газовая кювета 2 выполнена в виде полости, нап­ример в форме цилиндра, фокусирующим эле­ментом которой является ее внутренняя поверхность со светоотражающим покрытием, на входном и выходном торцах кюветы 2 установлены оптические окна 22 и 23 соответственно, на наружной по­верхности полости кюветы 2 установлены штуцер 24 для ввода газовой смеси и штуцер 25 для вывода газовой смеси.

Измерительный источник 1 электромагнитного излучения установлен непосредственно перед оп­тическим окном 21 кюветы 2, за оптическим окном 22 которой установлены оптически с ней сопря­женные фотоприемники 5 и б с соответствующими им оптическими фильтрами 3,8 и 4,9, которые, в свою очередь оптически сопряжены с эталонным источником  7 электромагнитного излучения, уста­новленным вне газовой кюветы 2 с противоположной стороны от фотоприемников 5 и б с фильтрами 8,9.

Измерительный источник 1 электромагнитного излучения предназначен для формирования на фотоприемниках 5 и 6 электрических сигналов, содержащих информацию о концентрации анали­зируемого газа в кювете 2.

Газовая кювета 2 с принадлежащими ей опти­ческими окнами 22 и 23 и штуцерами 24 и 25 обеспечивает прохождение излучения через га­зовую кювету и фокусирование его на фотопри­емниках;

Фотоприемник 5 с фильтрами 3 и 8 и фотопри­емник 6 с фильтрами 4 и 9 преобразуют излучение в электрические сигналы, пропорциональные соот­ветственно интенсивностям излучения с длинами волны  и  . .

Эталонный источник 7 электромагнитного из­лучения предназначен для учета влияния деста­билизирующих факторов, например, температура, пыль, влажность и т. д. , влияющих на параметры фотоприемников.

Разделительные усилители 11 и 12 выравнивают амплитуду импульсов на входе коммутатора 13 входных импульсов, а также обеспечивают развязку по постоянному напряжению выхода фотоприем­ников 5 и 6 и входа коммутатора 13.

Блок 10 обработки сигналов обеспечивает пре­образование аналогового сигнала в цифровой, и далее преобразование его и вычисление кон­центрации измеряемого газа.

Устройство 17 регистрации обеспечивает вывод величины концентрации на табло прибора.

Коммутатор 13 входных импульсов предназ­начен для поочередного подключения блока 10 обработки сигналов с выходами фотоприемников 5 и 6.

Усилитель 14 обеспечивает усиление полу­ченного импульсного сигнала до уровня, обеспе­чивающего наилучшее использование параметров аналого-цифрового преобразователя 15.

Интегрирующий аналого-цифровой преобра­зователь 15 позволяет измерить напряжение с высокой точностью.

Управляющая ЭВМ 16 предназначена для уп­равления коммутатором 13 входных импульсов, а также источниками 1 и 7 излучения через схему 18 управления, кроме того, ЭВМ 16 осуществляет пре­образование поступающих сигналов в соотношение, предварительно заложенное в ПЗУ ЭВМ 16, вы­числение его и определение величины концент­рации газа.

Блок 17 регистрации обеспечивает вывод значения концентрации на индикаторе табло.

Схема 18 управления токами источников излу­чения обеспечивает получение на входе измери­тельного и эталонного источников 1 и 7 излучения импульс тока заданной длительности и величину тока, определяемого напряжением, снимаемым с опорного резистора 19 в промежутке времени между импульсами.

Сопротивление 20 нагрузки обеспечивает типовое включение измерительного фотоприемника 5.

Датчик 21 контроля температуры предназначен для коррекции рассчитанной концентрации газа, обусловленной температурной зависимостью па­раметров источников излучения (сдвиг спектра) и фотоприемников (чувствительность).

Газоанализатор работает следующим образом.

От микроЭВМ 16 на схему 18 управления токами источников излучения поступает управляющий сигнал, определяющий параметры импульсов тока, поступающих поочередно с выхода схемы 18 уп­равления на вход измерительного источника 1 из­лучения и на вход эталонного источника 7 излучения. Данные импульсы тока преобразуются в импульсы излучения, содержащего длины волн  и  из области поглощения и из области прозрачности анализируемого газа соответственно. Оба фотоприемника 5 и 6 освещаются либо из­мерительным источником 1 излучения (через кювету 2), либо эталонным источником 7 излучения (с об­ратной стороны) и преобразуют световые импульсы в измерительный и опорный электрические им­пульсные сигналы соответственно. Причем световой импульс от эталонного источника 7 излучения преобразуется в фотоприемниках 5 и 6 в электрические импульсы с напряжением U_1Э и U_2Э соответственно. Аналогично, световой импульс от измери­тельного источника 1 излучения преобразуется в фотоприемниках 5 и б электрические импульсы с напряжением U_3И и U_4И соответственно. Амплитуда импульсов пропорциональна интенсивности света, падающего на фотоприемник.

В зависимости от сигнала, поступающего от микроЭВМ 16 на управляющий вход коммутатора 13 входных импульсов, измерительные и опорные электрические импульсы с выхода фотоприемников через соответствующие разделительные усилители 11 и 12 поочередно поступают на вход коммутатора 13 входных импульсов и далее с выхода коммута­тора 13 через усилитель 14 на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 15, в котором преобразуется в цифровой код. Таким образом, на вход микроЭВМ 16 поступает последовательность цифровых кодов, соответствующих значениям аналогового импульсного сигнала, поступающего с выхода фотоприемников 5 и б. В микроЭВМ 16 с помощью предварительно введенного в память со­отношения осуществляется его преобразование, вычисление и определение концентрации газа N, значение величины которой выводится на устройство 17 регистрации. С целью исключения влияния неконтролируемых изменений параметров газоанализатора на измерение соотношение представлено в виде:

где U_1Э - электрический сигнал на выходе разделительного усилителя 11, пропорциональный интенсивности излучения с длиной волны  от эталонного источника 7 излучения, попадающего на измерительный фотоприемник 5.

U_2Э - электрический сигнал на выходе разделительного усилителя 12, пропорциональный интенсивности излучения с длиной волны  от эталонного источника 7 излучения, попадающего на опорный фотоприемник 6.

U_3И - электрический сигнал на выходе разделительного усилителя 11, пропорциональный интенсивности излучения с длиной волны  от измерительного   источника   1   излучения,  попа­дающего на измерительный фотоприемник 5.

U_4И - электрический сигнал на выходе разделительного усилителя 12, пропорциональный интенсивности излучения с длиной волны  от измерительного   источника   1   излучения,   попа­дающего на опорный фотоприемник 6.

Оптически и электрически прибор настраивается таким образом, что в отсутствии контролируемого газа амплитуды всех четырех импульсов равны, т. е. d= 1. В случае возможного изменения интенсивности одного или обоих источников электромагнитного излучения вследствие измерения, например, питания, температуры, запыленности, влажности, деградации со временем и т. д., оба сигнала (измерительный и опорный) от нестабильно работающего излучателя изменятся пропорционально, а их отношение, входящее в (38), сохранится. Аналогично, в случае изменения чувствительности одного из фотопри­емников по причинам, указанным выше, пропор­ционально изменятся амплитуды импульсов, по­лучаемых в результате преобразования в фотоп­риемнике световых импульсов от обоих источников излучения, и их отношение, входящее в (I) также сохранится. Для учета изменений интенсивности источников или чувствительности фотоприемников на опорном резисторе 19 через обратную связь, введенную через схему 18 управления, поддер­живается постоянное падение напряжения и, таким образом, полезный импульсный сигнал также будет постоянной величиной.

При заполнении кюветы 2 контролируемым газом из величин, входящих в правую часть соотношения

(38), изменится (уменьшится) только U_3И из-за поглощения излучения газом. Соответственно, уменьшится и d

₁. . . N_i контролируемого газа строится градуировочная кривая соответствия величин d и N и вводится предварительно в память микроЭВМ 16. При из­мерении неизвестной концентрации газа микроЭВМ 16 вычисляет d и по нему с помощью градировочной кривой определяет концентрацию газа N.

Предлагаемый газоанализатор реализован в РНИЙ "Электронстандарт".

Все элементы конструкции прибора размещены в электропроводящем корпусе с сопротивлением неменее 10⁶ Ом и изготовленном из алюминиевого сплава или пластмассы.

В качестве газовой кюветы 2 использована алюминиевая трубка с полированной внутренней поверхностью длиной 70 мм и внутренним диа­метром 6 мм с установленным на ней входным и выходным штуцерами 24 и 25, оптическими окнами 22 и 23 на входном и выходном торцах трубки (см. черт. 2).

Излучатели 1 и 7 и фотоприемники 5 и 6 с принадлежащими им оптическими фильтрами 3 и 8 и 4 и 9 изготавливаются комплектно фирмой ИКО, г. Санкт-Петербург. Например, для газоанализатора, измеряющего концентрацию углекислого газа из­готовлен комплект ФРМ1-4339, включающий в себя два одинаковых светодиода, излучающих в диа­пазоне 3,7-4,4 мкм, и модуль, содержащий два фотоприемника и две пары оптических фильтров. Освещение каждого фотоприемника возможно с двух противоположных торцов модуля. В качестве фотоприемников использованы фоторезисторы. Одна пара оптических фильтров пропускает излу­чение с длиной волны  = 4,3 мкм, поглощаемое углекислым газом, вторая пара оптических фильтров пропускает излучение с длиной волны  = 3,9 мкм, для которого углекислый газ прозрачен. Эталонный излучатель установлен вплотную к модулю фотоп­риемника для минимизации влияния анализируемого газа, содержащегося в атмосфере, на интенсив­ность эталонного излучения.

Таким образом, при включении прибора излу­чение, например, измерительного светодиода фо­кусируется на фоторезисторы 5 и б, регистри­рующие, благодаря наличию оптических фильтров 3 и 4, интенсивность излучения с длиной волны, со­ответственно 4,3 мкм (рабочий канал) и 3,9 мкм (опорный канал). На измерительный и опорный фоторезисторы 5 и 6 подают стабилизированное напряжение +U . Последовательно включенное

с измерительным фоторезистором 5 сопротивление 20 нагрузки и последовательно включенный с опорным фоторезистором 6 опорный резистор 19 выполнены на резисторах марки С2-29. Напря­жение с вышеуказанных сопротивлений 20 и 19 через соответствующие разделительные усилители 11 и 12, выполненные на малошумящих операци­онных усилителях типа К544УД5, попадают на первый и второй входы коммутатора 13, управ­ляемого от микроЭВМ 16. Коммутатор 13 выполнен на основе КМОП коммутатора 561КТ2, с выхода которого импульсы напряжения попеременно либо от измерительного, либо опорного фоторезисторов попадают на вход усилителя 14, выполненного на основе малошумящего операционного усилителя К544УД5. Кроме того, с опорного резистора 19 опорного фоторезистора 6 постоянное напряжение подается на схему 18 управления токами свето-диодов, выполненную на основе операционного усилителя 140УД1208. При уменьшении темпера­туры окружающей среды постоянное напряжение на опорном резисторе 19 и сопротивлении нагрузки 20 уменьшается из-за увеличения темнового сопротивления фоторезисторов. Это напряжение с опорного резистора 19 подается на инвертирующий вход схемы управления 18 токов светодиодов. Так как зависимость чувствительности фоторезисторов и их темновое сопротивление имеют близкую тем­пературную зависимость, то формируется петля обратной связи, поддерживающей величину им­пульсов напряжений постоянной независимо от внешних условий.

Длительность импульса тока (примерно 80 мкс) и светодиод - эталонный или измерительный, через который идет ток, определяется рабочей прог­раммой, занесенной в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), выполненное на основе интег­ральной микросхемы К573РФ5 или аналогичной и входящей в состав микроЭВМ 16. Величина про­текающего тока через светодиоды 1 и 7 задается предварительной настройкой схемы управления 18 токами светодиодов и постоянным напряжением, снимаемым с нагрузки фоторезистора. Величина тока через светодиод при комнатной температуре устанавливается около 1 А Усиленные импульсы с выхода усилителя (в качестве датчика температуры использовано термосопротивление ТР-1), затем поступают на интегрирующий аналого-цифровой преобразователь 15, выполненный с использова­нием операционных усилителей К140УД1208 и КР544УД5А (компаратор). Управляющая микроЭВМ 16, выполненная на основе процессора 1830ВЕ31 обрабатывает выходное напряжение компаратора, запоминает число отсчетов, соответствующее каждому из импульсов и производит расчет кон­центрации по формуле (1), приведенной выше:

Алгоритм работы прибора следующий: инициализация прибора; определяется температура окружающей среды путем подачи напряжения с термодатчика на АЦП, его измерение и определение по таблице пред­варительно "защитой" в ПЗУ (постоянное запоми­нающее устройство) ЭВМ;

работает источник измерительного излучения, выход измерительного фотоприемника через коммутатор присоединен к усилителю, на АЦП про­изводится измерение импульса U_3И;

то же, но через коммутатор на АЦП подается импульс с выхода опорного фотоприемника U_4И ;

работает эталонный источник излучения, выход измерительного фотоприемника через коммутатор присоединен к усилителю, на АЦП производится измерение импульса U_1Э ;

то же, но через коммутатор на АЦП подается импульс с выхода опорного фотоприемника U_2Э ;

измерение проводится N раз, после чего зна­чения усредняются и производится расчет величины О;

производится сравнение измеренной величины с табличными данными, хранящимися в ПЗУ, изме­ренная величина корректируется с учетом темпе­ратуры и определяется искомая концентрация, которая выводится на устройство регистрации 17, выполненный на основе жидкокристаллического индикатора ИЖЦ 18-4/7.

Таким образом, предлагаемый газоанализатор обеспечивает высокую точность измерений и чувствительность прибора в широком диапазоне рабочих температур, влажности и запыленности, за счет исключения зависимости измерений от тем­пературы, влажности и запыленности, а также за счет выполнения блока обработки сигналов одно-канальными, что значительно уменьшает погреш­ность электронной части прибора. Одновременно достигнуто значительное упрощение конструкции и надежность в эксплуатации, что позволяет ис­пользовать данный газоанализатор в полевых ус­ловиях

Формула изобретения патента №2109269

Оптический абсорбционный газоанализатор, содержащий источник электромагнитного излучения, с первой длиной волны   из области поглощения и второй волны  из области прозрачности анали­зируемого газа, расположенные по ходу его излу­чения газовую кювету с фокусирующим элементом, первый и второй фотоприемники, причем выход первого фотоприемника через первый усилитель соединен с первым входом блока обработки сиг­налов, выход второго фотоприемника через второй усилитель соединен соответственно с вторым входом блока обработки сигналов, включающего микроЭВМ, выход которой является выходом блока обработки сигналов и соединен с блоком регист­рации, отличающийся тем, что в газоанализатор дополнительно введен второй источник электромагнитного излучения с первой длиной волны  из области поглощений и второй длиной волны  из области прозрачности анализируемого газа, первый и второй оптические фильтры, пропускающие из­лучение с длиной волны  из области поглощения анализируемого газа, также третий и четвертый оптические фильтры, пропускающие излучение с длиной волны  прозрачности анализируемого газа, причем второй источник электромагнитного излу­чения установлен вне газовой кюветы за фотопри­емниками и оптически сопряжен с ними, оба фо­топриемника выполнены с возможностью регист­рации излучения при освещении их с двух проти­воположных сторон, кроме того, с двух противопо­ложных сторон первого фотоприемника по ходу излучения первого и второго источников электро­магнитных излучений установлены первый и второй оптические фильтры, с двух противоположных сторон второго фотоприемника по ходу излучения первого и второго источников электромагнитных излучений установлены третий и четвертый опти­ческие фильтры, газовая кювета выполнена в виде полости, фокусирующим элементом которой явля­ются  ее внутренняя поверхность со светоотра­жающим покрытием, блок обработки сигналов до­полнительно  содержит последовательно  соеди­ненные коммутатор входных импульсов, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, а также до­полнительно  введена  схема управления токами источников электромагнитных излучений, причем первый и второй входы коммутатора входных им­пульсов являются первым и вторым входами блока обработки сигналов соответственно, выход анало­го-цифрового преобразователя соединен с входом микроЭВМ, первый управляющий выход которой соединен   с  управляющим  входом  коммутатора входных импульсов, а второй управляющий выход соединен с управляющим входом схемы управления токами  источников  электромагнитных  излучений, другой вход которой соединен с выходом второго фотоприемника, первый и второй выходы схемы управления токами источников излучения соеди­нены с первым и вторым источниками излучения соответственно.

Газоанализатор ПЭМ-2М [9]

Аналитический блок автоматизированного стационарного поста контроля химического состава выбросов ТЭС: окиси углерода (CO), углекислого газа (CO₂), окислов азота (NO_x ), двуокиси серы (SO₂), кислорода (O₂). Дополнительно регистрируются температура и давление. ПЭМ-2М - прибор непрерывного действия и может применяться как самостоятельно, так и в автоматизированных системах управления технологическим процессом котлоагрегата в качестве автоматизированного стационарного поста контроля за газовыми выбросами промышленных предприятий. В основу принципа измерения положен оптико-абсорбционный метод измерения поглощения инфракрасного излучения анализируемым газовым компонентом смеси.

Сервисные возможности газоанализатора:

·                    

·                    

·                    

·                    

Газоанализатор комплектуется подогреваемым пробоотборным зондом с датчиком температуры анализируемой пробы и блоком пробоподготовки для эффективной очистки и осушки исследуемой газовой смеси. Промышленные испытания ПЭМ-2М показали высокую воспроизводимость результатов измерения концентрации токсичных ингредиентов дымовых выбросов ТЭС, а также надежную вибро- и помехозащищённость используемого газоаналитического оборудования. Сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.31.001.A №8327 зарегистрирован в Гос.реестре средств измерений под №19341-00.

Автоматизированный стационарный пост контроля (АСПК)

Автоматизированный стационарный пост контроля (АСПК) разработан на основе оптико-абсорбционного газоанализатора ПЭМ-2М для непрерывного определения химического состава уходящих газов тепловых станций. Использование АСПК позволяет эффективно и на новом качественном уровне решать задачи контроля сжигания топлива, оптимизации режимов работы топливосжигающих установок, определении экологических параметров технологических установок. Сопоставляя зарегистрированные выбросы высокой концентрации, можно установить причину выброса, минимизировать или устранить возможные дальнейшие выбросы.АСПК состоит из измерительного блока, в который входит оптико-абсорбционный газоанализатор ПЭМ-2М для измерения СО₂, СО, NО_x и SO₂, газоанализатор О₂ , газоанализатор Н2 и блока регистрации, куда передаются через последовательный интерфейс измеренные данные. Программное обеспечение позволяет представить данные в виде таблиц, графиков и гистограмм. Дополнительно регистрируются температура уходящих газов, разрежение в газоходе, рассчитываются коэффициент избытка воздуха и к.п.д. котла.

Промышленные испытания АСПК показали высокую воспроизводимость результатов измерения концентрации токсичных составляющих дымовых выбросов ТЭС, а также надежную вибро- и помехозащищённость используемого газоаналитического оборудования. Сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.31.001.A №8327 зарегистрирован в Гос.реестре средств измерений под №19341-00.

Преимущества АСПК:

·                    

·                    

·                    

·                    

·                    

В измерительный блок АСПК входит анализатор на основе газоанализатора ПЭМ-2М, газоанализатор О₂, газоанализатор Н₂, блок пробоподготовки. Принцип действия прибора основан на оптико-абсорбционном методе измерения поглощения инфракрасного излучения анализируемым газовым компонентом смеси. Селективность осуществляется за счёт использования узкополосных интерференционных фильтров. Используемый метод гарантирует высокую точность результатов измерений и длительный срок работы прибора без замены измерительных узлов и дополнительной калибровки.

Выносной регистрирующий блок АСПК работает на расстоянии до 2 км от измерительного блока. Полученные данные представляются в виде таблицы и графиков. Данные хранятся в файлах и могут быть распечатаны в удобном для пользователя виде.

Индикация данных осуществляется просто, наглядно и удобно.

Вывод

Развитее ЭВМ позволяет увеличить надёжность и точность оптических газоанализаторов, а новые разработки в области микро электроники позволяют снизить габариты и стоимость приборов не изменив их характеристики. Развитие этого направления в измерительной техники очень перспективно из-за большой точности методов.

Список литературы

1)     

2)        печей  Москва Металлургия 1981

3)        А. Методы и приборы для определения кислорода Москва Химия 1988 

4)      www.hot.ee/aslot/gas.php

5)     

6)     

7)      Reid J. et al// Apll. Opt. 1978.5.17 №2

8)      RU 2109269 РНИИ Электронстандарт

9)      www.promanalyt.ru

10)  http://www.elstandart.spb.ru