Методы и приборы для анализа состава и измерения параметров веществ общие сведения. Классификация методов и приборов для анализа состава и измерения параметров веществ

3. ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ПОГЛОЩЕНИЯ

Эти приборы в основном используют для измерения концентрации паров ртути в воздухе, так как ртуть имеет характерные линии поглощения в ультрафиолетовом диапазоне спектра. Кроме того, газоанализаторы ультрафиолетового поглощения применяют для измерения концентраций хлора, сероводорода, двуокиси азота и некоторых других веществ.

В качестве источников ультрафиолетового излучения используют ртутные лампы, значительная часть излучения которых является ультрафиолетовым. Для дополнительной монохроматизации излучения источника используют стеклянные светофильтры, которые выбирают в зависимости от положения максимума поглощения анализируемого вещества.
Для преобразования ультрафиолетового излучения в электрический сигнал применяют фотоэлементы и фоторезисторы.
Принципиальная схема газоанализатора ультрафиолетового поглощения с электрической компенсацией приведена на рис. 6. Компенсация производится автоматически изменением напряжений, подаваемых на нижнюю (с рабочим вакуумным фотоэлементом 9) и верхнюю (со сравнительным вакуумным фотоэлементом 5) ветви мостовой схемы. Реверсивный двигатель 7 перемещает движок КПР R_p до тех пор, пока напряжение на входе электронного усилителя 8 не станет равно нулю. Таким образом, положение движка реохорда характеризует содержание анализируемого компонента в газовой смеси, проходящей через кювету 10. Полупрозрачная пластина 2, вводимая вручную в сравнительный оптический канал, служит для периодической проверки и установки нуля шкалы при пропускании через кювету 10 контрольной газовой смеси.
Недостаток схемы на рис. 6 — наличие двух фотоэлементов, которые трудно подобрать с одинаковыми характеристиками. Схема газоанализатора на хлор с одним фотоэлементом, работающего по принципу оптической компенсации, приведена на рис. 7. Потоки излучения прерываются обтюратором 5 с частотой 50 Гц. Модулированные в противофазе потоки излучения поступают в измерительную 3 и сравнительную 4 кюветы. При появлении в измерительной кювете хлора равенство потоков излучения нарушается; в цепи фотоэлемента 6 появляется пульсирующий фототок частотой 50 Гц, который усиливается в фазочувствительном усилителе 7 и подается к реверсивному электродвигателю 8. Двигатель кинематически связан с компенсационным оптическим клином 10. Для корректировки нуля шкалы газоанализатора служит заслонка 11. Диапазоны измерения 0—0,3 и 0— 2 %; основная погрешность ±5 % максимального значения шкалы.
Рис. 6. Принципиальная схема газоанализатора ультрафиолетового поглощения с электрической компенсацией: 1 — источник ультрафиолетового излeчения (ртутно кварцевая лампа), 2 — полупрозрачная пластина, 3 — светофильтр, 4 — линза, 5 и 9 — сравнительный и рабочий вакуумные фотоэлементы, 6 — блок питания, 7 — реверсивным двигатель, 8 — электронный усилитель, 10 — рабочая измерительная кювета, 11 — генератор высокой частоты
Рис. 7. Принципиальная схема газоанализатора ультрафиолетового поглощения с оптической компенсацией: 1 — ртутно-кварцевая лампа, 2 — генератор высокой частоты, 3 и 4 — измерительная и сравнительная кюветы, 5 обтюратор, 6 — фотоэлемент, 7 — электронный фачочувстительный усилитель, 8 - реверсивный двигатель 9 — вторичный прибор, 10 — компенсационный клин, 11 - заслонка регулировки нуля
Однолучевой газоанализатор ультрафиолетового поглощения (рис. 8) имеет один источник 1 и один фотоприемник 8. Излучение источника прерывается обтюратором 3, вращаемым электродвигателем 2, и разбивается им на два одинаковых потока, изменяющихся в противоположных фазах. Каждый из этих потоков проходит через соответствующий оптический светофильтр — рабочий 5 или сравнительный 6. Полосы прозрачности фильтров не перекрываются и сосредоточены в диапазоне частот соответственно ν₁ и ν₂. Профильтрованные потеки радиации проходят рабочую кювету 7, через которою продувается анализируемый газ, поглощающий радиацию на частоте ν_1, затем поток попадает в общий приемник излучения. При отсутствии анализируемого компонента в кювете 7 интенсивности рабочего и сравнительного потоков выравниваются перемещением заслонки 4 регулирования нуля. В этом случае система сбалансирована, и разностный сигнал, снимаемый с фотоприемннка, равен нулю. При поступлении анализируемого газа в кювету интенсивность потока радиации на частоте v, уменьшается, а на частоте ν₂ остается неизменной. На выходе фотоприемника появляется разностный сигнал, который усиливается усилителем 9. Амплитуда разностного сигнала служит мерой концентрации анализируемого компонента. Концентрация фиксируется вторичным прибором 10.
Рис. 8. Структурная схема однолучевого ультрафиолетового газоанализатора
Для устранения температурной погрешности прибор термо-статируют. Пределы измерения 0—30 мг/л; 0—3 % по массе; основная погрешность ±4 % диапазона шкалы.
Недостаток схемы на рис. 8 — наличие двух фильтров 5 и 6. Неодинаковое изменение со временем характеристик фильтров обусловливает сравнительно низкую стабильность и точность газоанализатора.
Газоанализатор УФА построен по оптической схеме с одним источником и фотоприемником. В отличие от газоанализатора на рис. 8, в нем применены один фильтр на оба оптических канала и разрезная кювета. Газоанализатор предназначен для определения содержания хлора и имеет диапазоны измерения 0—5, 0—10, 0—100 % по объему.