Библиотека ДИССЕРТАЦИЙ
Главная страница Каталог

Новые диссертации Авторефераты
Книги
Статьи
О сайте
Авторские права
О защите
Для авторов
Бюллетень ВАК
Аспирантам
Новости
Поиск
Объявления
Конференции
Полезные ссылки

Введите слово для поиска

Бурыкин Алексей Владимирович.
Многокомпонентные переносные инфракрасные газоанализаторы для контроля транспортных выбросов

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию
Московский Государственный Университет Инженерной Экологии

Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор Кораблев Игорь Васильевич

Москва –2002

Содержание диссертации
Многокомпонентные переносные инфракрасные газоанализаторы для контроля транспортных выбросов

Введение

1. Актуальность темы
2. Цели работы
3. Научная ценность
4. Практическая ценность
5. Реализация в промышленности
6. Апробация работы
7. Положения, выносимые на защиту

Глава 1. Приборы и методы контроля выбросов автотранспорта (обзор)
1.1 Предельно допустимые значения содержания вредных веществ в выбросах автомобильного транспорта
1.2. Общая характеристика оптико - абсорбционного метода газового анализа
1.3 Инфракрасные газоанализаторы с газонаполненными приемниками излучения
1.4 Инфракрасные газоанализаторы с неселективными приемниками излучения
1.5 Характеристики отечественных и зарубежных газоанализаторов для контроля транспортных выбросов
Выводы главы 1

Глава 2. Моделирование и оптимизация метрологических характеристик аналитических каналов ИК - газоанализаторов для контроля транспортных выбросов
2.1 Анализ статических характеристик оптического канала недисперсионного инфракрасного газоанализатора
2.2 Выбор структурной схемы и методики выбора параметров аналитического канала газоанализатора для контроля транспортных выбросов
2.3 Модель погрешности аналитического канала газоанализатора
2.4 Анализ метрологических характеристик аналитического канала
Выводы главы 2

Глава 3. Разработка двухкомпонентного ИК – газоанализатора для контроля транспортных выбросов
3.1 Качественные показатели газоанализаторов для контроля транспортных выбросов
3.2 Выбор технического и алгоритмического обеспечения двухкомпонентного ИК газоанализатора для контроля транспортных выбросов
3.3 Экспериментальное исследование характеристик двухкомпонентного ИК газоанализатора
3.4 Результат разработки двухкомпонентного инфракрасного газоанализатора
Выводы главы 3

Глава 4. Разработка пятикомпонентного газоанализатора для контроля транспортных выбросов
4.1 Выбор структурной схемы и параметров настройки многокомпонентного ИК газоанализатора
4.2 Выбор параметров спектральной настройки газоанализатора
4.3 Исследование метрологических характеристик газоанализатора
4.4. Результаты разработки многокомпонентного газоанализатора
4.5. Газоанализатор для контроля СО2 в дыхательных смесях барокамер
4.6. Перспективы улучшения метрологических характеристик газоанализаторов для контроля транспортных выбросов
Выводы главы 4

Выводы и основные результаты работы
Библиографический список
Приложение 1. Описания и внешний вид газоанализаторов
Приложение 2. Требования к газоанализаторам
Приложение 3. Внедрение газоанализаторов

Глава 1. Приборы и методы контроля выбросов автотранспорта

1.2. Общая характеристика оптико - абсорбционного метода газового анализа

За последние десятилетия метод газового анализа, основанный на избирательном поглощении лучистой энергии анализируемым компонентом сложной смеси, получил широкое распространение. По данным фирм - разработчиков аналитических приборов США, Японии, ФРГ, около 40% парка аналитических приборов, используемых в промышленности и лабораторной практике для определения состава вещества, основаны на оптическом абсорбционном методе.

Причинами столь широкого применения абсорбционных анализаторов являются их высокая избирательность и чувствительность, а также универсальность.

Абсорбционные приборы в зависимости от того, используется в них или нет спектральное разложение потока лучистой энергии, разделяются на дисперсионные и бездисперсионные. Применение сложной и дорогостоящей спектральной аппаратуры для аналитических целей оправдано только тогда, когда разнообразие аналитических задач вызывает необходимость частого перехода от одних спектральных интервалов к другим. Однако в большинстве случаев в условиях производства или оперативного контроля такой необходимости нет, так как аналитические задачи имеют стабильный характер в течение длительного времени. Для решения подобных задач обычно используются бездисперсионные абсорбционные анализаторы. Светосила бездисперсионных приборов обычно намного превосходит светосилу дисперсионной аппаратуры, и чувствительность бездисперсионных газоанализаторов выше.

Вне зависимости от того, в какой области спектра анализируемое вещество поглощает излучение, способы выделения необходимых интервалов спектра аналогичны: использование избирательных источников излучения; использование избирательных приемников; использование всевозможных светофильтров; различные комбинации указанных способов.

Абсорбционный метод является одним из самых избирательных методов газового контроля, это обусловлено высокой специфичностью спектров поглощения различных веществ.

Наилучшая избирательность наблюдается в дальней инфракрасной (ИК) области спектра, где вращательные линии поглощения веществ строго специфичны, однако, к сожалению, они очень слабы. Кроме того, детекторы ИК- излучения в этой области спектра не обладают высокой чувствительностью.

В средней ИК- области спектра при достаточно интенсивных полосах поглощения и эффективных приемниках удается получить хорошую избирательность. Именно в этом спектральном диапазоне работает большая часть, абсорбционных газоанализаторов.

Чувствительность абсорбционного метода весьма велика, во всяком случае, достаточна для того, чтобы использовать абсорбционные анализаторы для определения следов газов и предельно допустимых концентраций в воздухе производственных помещений.

Универсальность абсорбционного метода характеризуют следующие факторы:
- метод позволяет определять концентрацию широкого класса веществ;
- метод позволяет перекрывать практически весь диапазон измерения концентрации от микро примесей до 100%;
- метод допускает достаточно простое аппаратурное оформление.

При переходе с одного анализируемого компонента на другой или на другой диапазон необходимы лишь незначительные конструктивные изменения (например, изменение длины кюветы, концентрации заполнения лучеприемника или смены светофильтра).

Таким образом, потенциальные возможности абсорбционного метода анализа весьма значительны.

В обзоре рассмотрены принципиальные схемные решения абсорбционных газоанализаторов и приведены данные о приборах, в которых реализованы эти решения.

Отмечаются основные тенденции в развитии оптических абсорбционных анализаторов.

1.3. Инфракрасные газоанализаторы с газонаполненными приемниками излучения

Среди всех абсорбционных анализаторов ИК - газоанализаторы занимают доминирующее положение. Инфракрасным способом можно анализировать все газы, молекулы которых состоят не менее чем из двух различных атомов. Во всем мире для определения основных промышленных газов, таких, как СО, СО2, СН4, С2Н2 и др., используются тысячи ИК - газоанализаторов, и количество их быстро увеличивается.

Выбор той или иной измерительной схемы газоанализаторов определяется в каждом конкретном случае требованиями к прибору в части его метрологических, эксплуатационных и экономических характеристик.

В связи с необходимостью более эффективного использования ИК- газоанализаторов и расширения областей их применения возрастают требования к повышению стабильности, избирательности, чувствительности и надежности.

Наибольшее распространение в ИК- газоанализаторах в свое время получили селективные оптико-акустические приемники (ОАП) с конденсаторными микрофонами. Такие газоанализаторы принято называть оптико-акустическими.

Самой известной, ставшей уже классической, является двухлучевая амплитудная схема непосредственного отсчета. По этой схеме было реализовано в СССР и за рубежом и выпускается до настоящего времени значительное количество оптико-акустических газоанализаторов. Здесь необходимо отметить один из первых зарубежных приборов — URAS 1.

В СССР по этой схеме был разработан газоанализатор микроконцентраций ГИП 10МБ для определения содержания окиси углерода и углекислого газа в технологических смесях и для контроля микропримесей СО в воздухе производственных помещений.

Два источника ИК- радиации, представляющие собой накаливаемые током нихромовые спирали, излучают в два идентичных оптических канала.

Оба потока, прерываясь синфазно обтюратором и проходя через фильтровые камеры, поступают соответственно в рабочую и сравнительную кюветы. В рабочей камере происходит избирательное поглощение анализируемым компонентом ИК- энергии, а сравнительный поток используется в качестве эталонного пучка. Сравнение рабочего и эталонного потоков осуществляется на селективном двухкамерном ОАП. Камеры приемника, отделенные друг от друга конденсаторным микрофоном, наполнены газом, доля которого должна быть определена в анализируемой смеси. В отсутствие анализируемого компонента система балансируется заслонкой. Если через рабочую кювету протекает анализируемый газ, то часть ИК- энергии поглощается в кювете. В результате рабочая приемная камера ОАП нагревается меньше, чем сравнительная. Система разбалансируется, и с конденсаторного микрофона снимается сигнал разбаланса, зависящий от концентрации анализируемого компонента. Этот сигнал измеряется непосредственно при помощи селективного усилителя.

Газоанализаторы ГИП 10МБ имели диапазон измерения 0—0,005% СО и СО2. Основная погрешность этих приборов составляет ± 10% от диапазона измерения. Приборы предназначены для работы при температурах 10-35°С. Позднее были разработаны усовершенствованные модели газоанализаторов (ГИП 10МБ 1,2,3А) . Модернизации подвержены как оптическая, так и электронная схемы приборов. В этих газоанализаторах потоки излучения прерываются в противофазе. Приемник излучения стал более симметричным. Давления, развиваемые в его камерах, воздействуют на одну и ту же сторону микрофона.

Модернизация позволила существенно повысить эксплуатационные и метрологические характеристики приборов, однако с развитием техники и микроэлектроники более перспективным стало развитие другого типа приборов.

На том же методе основаны технологические ОАГ типа «Кедр», предназначенные для контроля таких газов как СО, СО2, СН4, С2Н2 в широком диапазоне концентраций и широко используемые в народном хозяйстве.

Запрос на полный текст диссертации присылайте на адрес kulseg@mail.ru

Биология
Ветеринария
География
Искусствоведение
История
Культурология
Медицина
Педагогика
Политика
Психология
Сельхоз
Социология
Техника
Физ-мат
Филология
Философия
Химия
Экономика
Юриспруденция

Подписаться на новости библиотеки

Пишите нам
X