Оптические абсорбционные в инфракрасной области спектра (оптико – акустические) газоанализаторы на со, со2, сн4, с2н2

Действие оптико-акустических газоанализаторов основано на способности определяемого газа поглощать инфракрасные лучи. Этой способностью обладают все газы, за исключением одноатомных, а также водорода, кислорода, азота и хлора. Каждый газ поглощает инфракрасные излучения только в своих, свойственных ему участках спектра. Измерение содержания газа производят на основании оптико – акустического эффекта, который заключается в том, что газ, способный поглощать инфракрасные лучи, при прерывистом облучении в замкнутом объеме (лучеприемника) периодически нагреваются и охлаждаются, в результате чего происходят колебания давления газовой смеси. Колебания давления воспринимаются чувствительным элементом – мембраной, которая является одной из обкладок конденсаторного микрофона. В качестве источника инфракрасного излучения используются хромоникелевая проволока, нагретая до 700-800 ºС. Инфракрасные излучения в анализируемую смесь пропускают через окна, изготовительные из синтетического корунда или других материалов, пропускающих это излучение. Прерывание потока излучения производится с частотой 5 – 6 Гц. Изменение емкости конденсатора при действии на лучеприемник полного потока инфракрасного излучения в среднем составляет 0.3пФ при смещении мембраны на 1 мкм. В конструкциях газоанализаторов применены две разновидности схем измерения (рис. 5). В одноканальной схеме (рис.5,а) поток от нихромового излучателя, нагретого электрическим током, отражается от параболического зеркала; прямой и отраженный потоки прерываются обтюратором, который вращается синхронным двигателем, проходят через светопровод, рабочую кювету и попадают в прямые камеры оптико-акустического лучеприемника, расположенные в оптической последовательности. Приемные камеры заполнены определяемым газом в смеси с азотом или аргоном. В первой камере (по ходу потока) происходит поглощение инфракрасного излучения, соответствующего преимущественно центральной полосе спектра, во второй - началу и концу полосы.

Рис. 5. Принципиальные схемы оптико – акустических газоанализаторов:

а - одноканальная дифференциальная схема с прямым измерением,

б – двухканальная дифференциальная схема с прямым измерением,

1 – нихромовый излучатель, 2 – параболическое зеркало, 3 – синхронный двигатель, 4 обтюратор, 5 – светопровод, 6 – рабочая кювета, 7 – лучеприемник, 8 – мембрана конденсаторного микрофона, 9 – усилитель, 10 – вторичный прибор, 11 – нулевая заслонка, 12 – фильтровая камера, 13 – сравнительная камера.

Повышение давления дают лишь наиболее сильные линии поглощения центральной полосы спектра, вследствие чего создается перепад давления в камерах, воздействующей на мембрану. На выходе микрофона появляется электрический сигнал переменного тока с частотой 12,5 Гц, амплитуда которого пропорциональна содержанию определяемого компонента анализируемой смеси. Сигнал усиливается, выпрямляется усилителем и подается на вторичный прибор. При отсутствии анализируемого газа в рабочей кювете пульсации давлений в камерах лучеприемника выравниваются нулевой заслонкой.

В двухканальной дифференциальной схеме (рис. 5,б) потоки излучения поступают в два оптических канала- в рабочую кювету с анализируемой газовой смесью и сравнительную камеру, заполненную газовой смесью постоянного состава. Фильтровые камеры заполняются не измеряемыми газами, которые поглощают излучение спектра частот мешающих газов, полоса частот определяемых газов проходит свободно. Прерывистые потоки излучения, сдвинутые по фазе на половину периода оборота обтюратора, суммируется, и создают в пространстве над мембраной колебания давления. При равенстве потоков колебания давления не происходит.

Газоанализатор ГИП-10 МБ. Схема измерения двухканальная дифференциальная с прямым измерением (рис. 6,б и табл. 7). Газоанализатор предназначен для анализа содержания определяемого компонента, имеющего в инфракрасном спектре излучения полосы поглощения в интервале 1-5,5 мкм.

Электрическая схема газоанализатора включает схемы блоков обтюратора, усилителя и термостатирования. Система термостатирования поддерживает температуру в лучеприемнике 50º С и в кювет 40 ºС. Газ, поступающий в газоанализатор, не должен содержать капель, насыщенных паров при температуре выше +10 ºС, механических примесей более 1,5 мг/м³. Корпус первичного преобразователя должен продуваться азотом под давлением 90 кПа. Объемные расход азота 5 л./мин. Вторичный прибор потенциометр КСП2. Преобразователь первичный устанавливают вблизи точки отбора.

Таблица 7. Технические характеристики оптико-акустических газоанализаторов на Н₂, СО₂, СН₄, С₂Н₂

Тип	Опреде– ляемый компо – нент	Пределы измерения объемных долей, %	Анализируемая газовая смесь				Напряжение питания, В потребляемая мощность, В*А	Основная Погрешность, % от диапа–зона измере-ния	Запазды-вание
			Состав	Темпе- ратура º С	Давле- ние, кПа	Объем- ный расход, л/ч
ГИП 10МБ-1	СО	0 – 0.005	Азото – водоро – дная смесь	-	1	60	220; 200	± 10	20
ГИП 10МБ-2	СО2		Конверти- рованный в пр-ве аммиака
ГОА-4	СО; CO2; C2H2; CH4	Cм. табл. 8	Техноло – ические газовые смеси про- изводства ацетилена и аммиака	-	0. 2	50	220; 250	Cм. табл. 9	25
ГИАМ – 5М	CO; CO2; CH4	Cм. табл. 9	Различные газовые смеси	5 – 50	0. 4	60	220; 300	См. табл. 9	10
ГАУ - Д	CO CO2 H2	0 – 50 0 – 30 0 – 20	CO; CO2; H2 N2 -100 CH4-0.6; влага – 0.6 % объем – ных долей; механи – ческие примеси 0. 05 г/м³	500	147	900	220; 750	± 2. 5	10
АСГА -Ц	CO CO2	0 – 30 0 – 0. 5	Атмосфера печи	750- 1050	-	-	220; 2000	-	-
Примечание. Газоанализаторы, кроме ГАУ-Д предназначены для работы при температуре окружающего воздуха 5 –35 ºС и относительной влажности до 80 %.

Таблица 8. Технические характеристики газоанализатора ГОА – 4

Определяе- мый компо- нент	Пределы измерения объёмных долей, %	Анализируемая газовая смесь	Основная погрешность, % от верхнего предела измерения
СО	0 – 1; 0 – 5; 0 – 10; 0 – 20	Конвертированный газ в производстве аммиака	± 4
СН4	0 – 1; 0 - 5
	0 – 2	Азотоводородная смесь
	0 – 10; 0 – 20	Синтез – газ окислительного пиролиза метана
С2Н2	0 – 0. 5		± 6
	0 – 10		± 4
СО2	0 – 0. 05		± 10
	0 – 0. 5	Ацетилен – концентрат	± 6
	0 – 2; 0 – 5; 0 – 10; 0 - 20	Конвертированный газ	± 4

Газоанализатор ГОА-4 предназначен для определения одного из компонентов газовой смеси, в инфракрасном спектре которого имеются полосы поглощения в интервале от 1 до 5,6 мкм. Газоанализатор выполнен по одноканальной дифференциальной схеме с прямым измерением. Блок термостатирования поддерживает в корпусе первичного преобразователя температуру +50 ºС. Технические характеристики приведены в таблицах 7 и 8.

Газоанализатор ГИАМ–5М малогабаритный предназначен для автоматического непрерывного измерения и регистрации одного из компонентов (СО, СО₂, СН₄) газовой смеси. Технические характеристики приведены в таблицах 7 и 9. Выходной сигнал 0 – 5, 0 – 20, 4 – 20мА. Газоаналитическая установка ГАУ – Д (см. табл. 7) предназначена для раздельного измерения содержания СО, СО₂ и Н₂ в колошниковом газе доменной печи. Действие установки основано на оптико – акустическом методе для СО и СО2 и термокондуктометрическом для Н₂ , который основан на зависимости теплопроводимости от содержания водорода, теплопроводимость которого значительно выше теплопроводимости других компонентов газовой смеси. Выходной сигнал по каждому измерительному каналу 0 – 5 мА.

Таблица 9 Технические характеристики газоанализатора ГИАМ – 5М

Определяемый компонент	Пределы измерения объёмных долей , %	Основная погрешность ,% от верхнего предела измерения
СО2	0 – 0.005; 0 – 0.01; 0 – 0.02; 0 – 0.05; 0 – 0.1; 0 – 0.2; 0 – 0.5	± 10
СО	0 – 0.01	± 5
СО; СН4	0 – 0.02; 0 – 0.05; 0 – 0.1; 0 – 0.2; 0 – 0.5
СО; СО2; СН4	0 – 1; 0 – 2; 0 – 5; 0 – 10; 0 – 20; 0 – 30; 0 – 50; 0 – 70; 0 - 10	± 2