5. Обработка результатов измерений
Считается, что данный прибор, как датчик в автоматической системе газового контроля имеет линейную градуировочную характеристику. При этом погрешность измерения от линеаризации истинной градуировочной характеристики не превышает 10% от всего диапазона. По полученным трем точкам строится градуировочная характеристика по методу наименьших квадратов в виде прямой линии, по которой определяют неизвестную концентрацию. Для построения графика по методу наименьших квадратов можно использовать любой графический редактор.
6. Содержание отчета
Задачи работы.
Протокол измерений.
Обработка результатов измерений.
Оценка погрешностей.
Выводы.
Контрольные вопросы
Сформулируйте, в чем заключается оптико-акустический эффект.
На каких физических явлениях основан оптико-акустический эффект.
Сформулируйте закон Ламберта-Бугера-Бера.
Лабораторная работа № 18 измерение концентрации озона с помощью хемилюминесцентного газоанализатора
1.Задачи работы
1.1. Изучение принципа работы и устройства газоанализатора.
1.2. Измерение концентрации озона в озоно-воздушных смесях.
1.3. Исследование метрологических характеристик с помощью генератора озона.
2.Предварительные сведения
Хемилюминесценцией называется явление испускания квантов света в результате прохождения какой-либо химической реакции. Такой процесс можно представить следующей обобщенной схемой:
I. A+B → C*+D
II. C*----C+h
где А и В - молекулы первичных реагентов, один из которых - анализируемый газ, другой - специально вводимый химический реагент; C* и D - продукты химической реакции, причем C* - в электронно-возбужденном состоянии. Переход возбужденной молекулы C* в основное состояние с некоторой вероятностью сопровождается излучением кванта света в соответствии с уравнением реакции II, или происходит без излучения с деградацией энергии возбуждения на колебательных уровнях самой молекулы C, либо с передачей ее другим молекулам окружающим C* - т.н. тушителям. Реальный механизм хемилюминесцентной реакции оказывается намного сложнее, чем на приведенной схеме, особенно, когда вводимый реагент - твердое вещество. Сам такой реагент, как правило, имеет сложный состав. В дальнейшем будем его называть хемилюминесцентной (ХЛ) композицией.
Интенсивность хемилюминесценции зависит от концентрации анализируемого газа, чем и пользуются для определения этой концентрации. Анализу ХЛ методом могут быть подвергнуты газы, обладающие высокой химической активностью и энергетическим потенциалом, окислительным или восстановительным, достаточным для того, чтобы в результате взаимодействия с вводимыми реагентами могли образоваться продукты реакции в электронно-возбужденном состоянии. Это, прежде всего, озон (О 3), окислы азота (NO и NO2) и серы (SO2).
Реагент, с которым взаимодействует анализируемый газ, может находиться в газообразном состоянии (в этом случае процесс гомогенный), в жидком и твердом (тогда процесс гетерогенный, т.к. взаимодействующие вещества находятся в разном агрегатном состоянии). Метод гомогенного ХЛ газового анализа имеет достаточную чувствительность и линейную зависимость интенсивности свечения от концентрации анализируемого газа. Однако, он требует расходуемых источников газа - реагента, систем подготовки газовых смесей, что усложняет конструкцию прибора и его эксплуатацию, требует квалифицированного обслуживания. Использование жидких реагентов также весьма нежелательно в приборах, предназначенных для широкого использования. От перечисленных недостатков свободны гетерогенные ХЛ газоанализаторы. Чувствительный элемент, содержащий ХЛ композицию такого газоанализатора, представляет собой плоскую пористую таблетку диаметром около 20 мм, имеет длительный срок эксплуатации и хранения, чрезвычайно высокую чувствительность, недостижимую другими методами и ограниченную только чувствительностью фотоэлектрического преобразователя, высокое быстродействие, также недостижимое другими методами. Первичный преобразователь: концентрация газа - электрический сигнал чрезвычайно прост в сравнении с другими методами. Существенный недостаток - изменение чувствительности в процессе эксплуатации ХЛ элемента, не перекрывает достоинств метода. Разработка новых высокоэффективных ХЛ элементов, чувствительных к разным газам, дало начало производству целой серии компактных и дешевых приборов, не имеющих аналогов в мире.
Типичная блок-схема ХЛ газоанализатора чрезвычайно проста (рис. 18.1).
Рис.18.1. Блок-схема ХЛ газоанализатора
1 - заборный патрубок; 2 - ротаметр, 3 - газовый коммутатор, 4 - фильтр-поглотитель, 5 - калибратор ,6 - ХЛ-реактор, 7 - насос, 8 - ФЭУ, 9 - усилитель, 10 - процессор, 11 - индикатор.
Анализируемый газ поступает в заборный патрубок прибора и через коммутатор попадает в ХЛ реактор 6. Излучение хемилюминесценции при помощи ФЭУ 8 преобразуется в электрический сигнал, усиливается, преобразуется в цифровой код 9, подвергается функциональной обработке 10 и результат высвечивается на табло 11. Для корректировки изменяющейся чувствительности ХЛ датчика служит встроенный генератор стандартной концентрации измеряемого газа (калибратор) 5. Блок 10 при подаче газа от калибратора устанавливает такие параметры преобразования электрического сигнала от ФЭУ, чтобы показания индикатора соответствовали известной концентрации определяемого газа от калибратора. Тогда при измерении неизвестной концентрации индикатор будет показывать значения непосредственно в единицах концентрации.