30- mavzu. Gazlarning tarkibini tahlil qilishning, absorbtsion-optik, optik –akustik va ul’trabinafsha nurlarni yutuvchi gaz analizatorlari. Reja

30- mavzu. Gazlarning tarkibini tahlil qilishning, absorbtsion-optik, optik –akustik va ul’trabinafsha nurlarni yutuvchi gaz analizatorlari.


Reja:

1. 
   Absorbtsion-optik gaz analizatorlari.
   
2. 
   Optik –akustik va ul`trabinafsha nurlarni yutuvchi gaz analizatorlari.
   

Absorbtsion-optik gaz analizatorlari. Optik gaz analizatorlarida optik zichlik, sindirish koef­fitsient va boshqa optik xossalarning tekshirilayotgan kompo­nent kontsentratsiyasiga bog’liqligidan foydalaniladi. elek­tromagnit nurlanish intensivligining pasayishi yoki nurlanish oqimining tekshirilayotgan gaz spektrining infraqizil, ul’trabinafsha yoki ko`rinadigan qismlaridagi yutilishini o`lchashga asoslangan absorbtsion-optik usul ko`proq tarqalgan. Vodorod, ammiak, metan kabi gazlar infraqizil nurlarni, xlor, ozon, simob bug’lari esa ul’trabinafsha nurlarni yutadi. SHuning uchun analiz qilinayotgan komponent turiga qarab bunday gaz analizatorlarida infraqizil yoki ul’trabinafsha nurlanishdan foydalaniladi.
Spektrning infraqizil sohasida ishlaydigan gaz analiza­torlarida nurlatkichlar sifatida 700–800°S gacha qizdirilgan sim spirallaridan foydalaniladi. Spektrning ul’trabi­nafsha sohasida ishlaydigan gaz analizatorlarida esa gazrazryad lampasi nurlanish manbai bo`lib xizmat qiladi.
O ptik-absorbtsion gaz analizatorlarining ko`pi differen­tsial sxema bo`yicha qurilgan (1- rasm). Manba 1 dan olinadigan nurlanish oqimi yo`lida yorug’lik fil’trlari 2 orasidan tekshirilayotgan gaz aralashmasi o`tadigan ishlovchi kamera 3 va aniqlanayotgan komponent qo`shilmagan gaz aralashmasi bi­lan to`ldirilgan taqqoslash kameralari 4 o`rnatiladi.


30.1-rasm. Optik-adsorbtsion gaz analizatorining blok-sxemasi.
Pri­yomnik 5 ish va taqqoslash kameralaridagi nurlanish intensivligi farqini qabul qiladi, aniqlanayotgan komponent miqdoriga proportsional bo`lgan nobalanslik signali esa kuchaytirgich 6 da kuchayib, o`lchash asbobi 7 da qayd qilinadi.
Odatda, optik gaz analizatorlari kompensatsion sxema bo`yicha ishlanib, o`lchash sxemasi optik, gaz yoki elektr usullari yordamida muvozanatlanadi. Optik kompensatsiya usulida teskari aloqa signali to`siq yoki optik pona siljishiga aylantiriladi. Bu esa taqqoslash kanalida nurlanish intensivligini tegishlicha o`zgartiradi. Ikkinchi holda, taqqoslash kanalida nurlanish oqimi yo`lida kompensatsiyalovchi aralashma qatlamining qalinligi o`zgaradi. Va, nihoyat, elektr kompensatsiyalash usulida zanjirda elektr bilan ta`minlash kuchlanishi o`zgartiriladi.
Infraqizil nurlanishli gaz analizatorlarida qoldiq energiya tekshirilayotgan komponent bilan to`ldirilgan nur priyomniklarida yutiladi. Uzlukli nurlanishdan foydalanilganda nur qabul qilgichda energiyaning yutilishi sababli temperaturaning o`zgarishi, shu bilan birga bosimning o`zgarishi vujudga keladi. Bu tebranishlarni tegishli o`lchash asbobi bi­lan olingan nur qabul qilgich mikrofonining membranasi qabul qiladi.
Bunday nur qabul qilgichda gaz bosimining pul’slanishi akustik effekt nomini olgan. Bunday gaz analizatorlari esa optik-akustik asboblar deyiladi. Bu asboblarning afzalligi ularning universalligidadir, chunki ko`pchilik moddalarning infraqizil yutilish spektri bir-biridan farq qiladi.
Optik-akustik gaz analizatorlari gaz va bug’larning ma`lum to`lqin uzunlikdagi infraqizil nurlarni (0,76 dan 750 mkm gacha) tanlab yutishiga asoslangan. Bu gaz analizatorla­rida, odatda, faqat to`lqin uzunligi 2,5–25 mkm bo`lgan nurlardangina foydalaniladi. Agar gaz qatlami orqali infraqizil nurlar o`tkazilsa, ulardan faqat tebranish chastotasi gaz molekulalarining xususiy tebranish chastotalariga teng bo`lgan nurlargina yutiladi. Bunda yutilgan nurlarniig ener
giyasi molekulalarning kinetik energiyasini ko`paytirishga sarflanadi va issiqlik tarzida tarqaladi. Molekulalarning tebranish chastotasidan farq qiladigan chastotadagi nurlar esa gazdan o`zgarmasdan o`tadi. Har qaysi gaz o`ziga xos spektrlar sohasidagi ma`lum xossali radiatsiyani yutadi, masalan, uglerod oksidi 4,7 mkm sohasidagi, uglerod qo`shoksidida – 2,7 va 4,3 mkm sohalardagi, metan – 3,3 va 7,65 mkm sohadagi radiatsiyalarni yutadi. Bu esa optik-akustik usullar bilan gazlarni analiz qilishni tanlab o`tkazishga imkon beradi.
Tanlab yutish hodisasi Lambert-Ber qonuni bilan ifodalanadi, u to`lqin uzunligi bo`lgan monoxromatik nurlanish uchun quyidagi ko`rinishga ega bo`ladi
(30.1)
bu erda S – tekshirilayotgan gaz namunasida yutadigan moddaning kontsentratsiyasi; K_λ – to`lqin uzunligi λ bo`lganda moddaning yutish koeffitsienti; l – namuna qatlamining qalinligi (kyuvetning uzunligi); J₀ J – namuna olinguncha va namuna olingandan keyin nurlanish intensivligi.
Sanoatda foydalaniladigan infraqizil yutilishli optikakustik gaz analizatorlarida vaqti-vaqti bilan infraqizil nurlar o`tkazib turiladigan kyuvet bo`yicha yo`naltirib turiladygan murakkab gaz aralashmasi tekshirilayotgan gaz namunasi bo`lib xizmat qiladi. Bunda nurlarning bir qismi yutiladi, bir qismi esa ikkinchi asbob bilan bog’langan sezgir elementga tushadi.
Nurlar namunadan o`tganidan keyin integral nurlanishlar farqini o`lchaydigan sezgir element sifatida tanlovchi nur priyomnigidan foydalaniladi. Bu priyomnik analiz qilinayotgan gaz aralashmasidagi, kontsentratsiyasi aniqlanayotgan kom­ponent bilan to`ldirilgan kameradan iborat bo`lib, infraqizil nurlar o`tishi uchun tuynuk bilan jihozlangan. Agar nur priyomnigiga vaqti-vaqti bilan infraqizil nurlar tushib tursa, u holda kamerada turgan gaz vaqti-vaqti bilan isibsovib turadi.
O`zgarmas hajmli kamerada turgan gaz temperaturasining o`zgarishi natijasida uning bosimi ham o`zgaradi, bosimning bu o`zgarishini nur qabul qilgich ichida turgan membrana qabul qiladi. Hyp qabul qilgich bitta gaz bilan to`ldirilgani uchun nur energiyasini yutish protsessi tanlovchi bo`ladi va u bilan bog’liq bo`lgan temperatura hamda bosim o`zgarishlari nur qabul qilgichni to`ldirib turgan gazning yutish spektriga mos keluvchi ma`lum to`lqin uzunligidagina sodir bo`ladi.
Gaz aralashmasi o`tkaziladigan kyuvetda, aniqlanayotgan komponentning kontsentratsiyasiga qarab, nur energiyasi oqimi susayadi, shuning uchun nur qabul qilgich kamerasida temperatu­ra va bosimning o`zgarish amplitudasi bu komponentning gaz aralashmasidagi miqdoriga teskari proportsional ravishda o`zgaradi.
Ulchash sxemalariga ko`ra optik-akustik gaz analizatorlari ikki gruppaga: kompensatsion va bevosita o`lchash analizatorlariga bo`linishi mumkin.
2-rasmda optik-akustik gaz analizatori OA-2209 ni printsipial sxemasi ko`rsatilgan, u gaz aralashmalarida uglerod qo`shoksndini aniqlash uchun mo`ljallangan. Gaz ana­lizatori uzluksiz ishlaydigan avtomatik asbob bo`lib, priyomnik bloki va ikkilamchi asbob KSU2 dan iborat.
Gaz aralashmasidagi ana­liz qilinayotgan komponentning miqdori komiensatsion usul bilan o`lchanadi. elektr toki qizdiradigan ikkita ni­xrom spiral 3 infraqizil nurlanish manbai bo`lib xizmat qiladi. Nurlarning yo`nalgan oqimini hosil qilish uchun har qaysi spiral qaytargich 2 ning fokusiga joylashtirilgan. Infraqizil nurlar oqimi qizigan spirallardan ayni bir vaqtda obtyurator 4 yordamida 5 Gts chastota bilan uziladi va ikki optik kanalga yo`naltiriladi, obtyuratorni sinxron dvigatel’ 1 aylantiradi.
Ung kanalda infraqizil nurlarning uzlukli oqimi fil’trlash kamerasi 5 va ish kamerasi 6 lardan ketma-ket o`tib, qaytaruvchi plastina 7 ning sirtiga tushadi va undan nur qabul qilgich 9 ning o`ng tsilindri 8 ga yo`naladi. CHap kanalda infraqizil nurlarning uzlukli oqimi fil’trlash kamerasi 5 va kompensatsiyalovchi kamera 13 dan o`tib, nur qabul qilgich 9 ning chap tsilindriga tushadi. Faqat o`lchanmaydigan komponent bilan to`ldirilgan fil’trlash kameralari 5 gaz analizatorlarining xatoligini qo`shimcha ravishda kamaytirishga imkon beradi, bu xatoliklarga gaz aralashmasida o`lchanmaydigan komponentlar miqdorining o`zgarishi sabab bo`ladi. Kompen­satsiyalovchi kamera 13 chap kanaldagi infraqizil nurlar oqimining yo`lida gaz aralashmasi qatlamining qalinligini o`zgartirish, shuningdek, bu oqimning yo`nalishini o`zgartirish uchun xizmat qiladi.
Tekshirilayotgan gaz aralashmasi ish kamerasi 6 orqali uz­luksiz o`tib turadi. Agar aralashmada analiz qilinayotgan komponent bo`lmasa, u holda nur qabul qilgichning kamerasiga infraqizil nurlarning bir xil oqimlari keladi, membrana tebranmaydi va nur qabul qilgichdan signal chiqmaydi. Agar gaz aralashmasida qidirilayotgan komponent bo`lsa, u holda ish
kamerasi 6 da infraqizil nurlarning qisman yutilishi natijasida nur qabul qilgichning o`ng tsilindriga ularnnng zaiflashgan oqimi, chap tsilindriga esa zaiflashmagan oqimi kiradi. Bu esa tsilindrlardagi gaz temperaturasi va bosimining farqlari hosil bo`lishiga olib keladi.
Obtyurator uzluksiz nur chiqarib turganida nur qabul qilgich tsilnndrlaridagi gaz soviydi va bosim kamayadi: natijada tsilindrlarda bosimning vaqti-vaqti bilan pul’satsiyalanishi yuz beradi. Gaz analizatorining ko`rsatishlari aniqligini oshirish uchun tsilnndrlariga inert gazlari qo`shilgan analiz qilinayotgan gaz to`ldiriladi. Hyp qabul qilgichning tsilindrlari faqat analiz qilinayotgan komponent va infraqizil nurlarga inert bo`lgan azot bilan to`ldirilgani uchun bosimning pul’satsiyalanishi faqat analiz qilinayotgan gaz yutadigan nurlanish spektri hisobigagina vujudga keladi. SHunday qilib, asbobda tanlab yutishga va analiz qilishga erishiladi.
Nur qabul qilgich 9 da bosimning o`zgarishi kondensatorli mikrofon 10 da o`zgaruvchan tokka aylanadi. Bu tok kuchaytirgich 11 da kuchaytirilib, reversiv dvigatel’ 12 ga beriladi va buning rotori aylana boshlaydi. Bunda kompensatsiyalovchi ka­mera 13 ning qaytaruvchi porsheni biror tomonga surilib, yutuvchi qatlamning qalinligini oshiradi yoki kamaytiradi. Nur qabul qilgich tsilindrlariga tushayotgan nur oqimlari bir-biriga teng bo`lib qolgan paytda nur qabul qilgichdan chiqayotgan elektr signali yo`qoladn va dvigatel’ to`xtaydi. SHun­day qilib, kamera 13 porshenining vaziyati doimo analiz qilinayotgan komponent kontsentratsiyasiga mos keladi. Porshenning bu vaziyati uz navbatida reoxord 14 orqali ikkilamchi asbob 15 bilan qayd etiladi. Uglerod qo`shoksidini o`lchash chegaralari 0–1 dan 0–100% gacha. Aossiy xatolik ± 2,5%. Gaz aralashmasi sarfi 8,3 sm³/s, bosim 0,3 kPa. Ko`rsatishlarni aniqlash vaqti 30 s.
CHiqish signali 0–5 mA.
B ayon qilingan OA-2209 tipidagi gaz analizatori diffe­rentsial (ikki nurli, ikki kanalli) kompensatsiyalovchi asbobdir. Uning asosiy kamchiligi nurlatkichlarning eskirishi, ish kyuvetlarining ifloslanishi, shishalar shaffofligining o`zgarishi va shu kabilar tufayli shkala noli vaziyatining o`zgarib turishidir.