Einführung
1 Grundkonzepte
2 Klassifizierung von Analysatoren
Allgemeine und Designanforderungen für Analysatoren
Laser-Gasanalysator
Laseroptisch-akustischer Gasanalysator
Multisensor-Gasanalysator
Berührungsselektiver Gasanalysator
Gasanalysatoren für den Arbeitsschutz in Transportwartungsunternehmen
Spezifikationen Gasanalysatoren
2 „ORT-SO-1“
Abschluss
Referenzen
Transport von Lasersensoren für Gasanalysatoren
Einführung
Ein Gasanalysator ist ein Messgerät zur Bestimmung der qualitativen und quantitativen Zusammensetzung von Gasgemischen. Es gibt manuelle und automatische Gasanalysatoren. Unter den ersteren sind Absorptionsgasanalysatoren am häufigsten, in denen die Komponenten Gasgemisch werden nacheinander von verschiedenen Reagenzien absorbiert. Automatische Gasanalysatoren messen kontinuierlich alle physikalischen oder physikalisch-chemischen Eigenschaften eines Gasgemisches oder seiner einzelnen Komponenten. Aufgrund ihres Funktionsprinzips lassen sich automatische Gasanalysatoren in 3 Gruppen einteilen:
I) Instrumente, die auf physikalischen Analysemethoden basieren, einschließlich chemischer Hilfsreaktionen. Mit solchen Gasanalysatoren, die als volumetrisch-manometrische oder chemische Analysatoren bezeichnet werden, bestimmen sie die Änderung des Volumens oder Drucks des Gasgemischs als Folge davon chemische Reaktionen seine einzelnen Bestandteile.
II) Instrumente, die auf physikalischen Analysemethoden basieren, einschließlich physikalischer und chemischer Hilfsprozesse (thermochemische, elektrochemische, fotokolorimetrische, chromatographische usw.). Die Thermochemie basiert auf der Messung des thermischen Effekts der Reaktion der katalytischen Oxidation (Verbrennung) von Gas und wird hauptsächlich zur Bestimmung der Konzentrationen brennbarer Gase (z. B. gefährlicher Kohlenmonoxidkonzentrationen in der Luft) verwendet. Mit elektrochemischen Verfahren können Sie die Gaskonzentration in einem Gemisch anhand des Wertes bestimmen elektrische Leitfähigkeit Lösung, die dieses Gas absorbierte. Photokolorimetrische Methoden, die auf der Farbänderung bestimmter Substanzen während ihrer Reaktion mit der analysierten Komponente des Gasgemischs basieren, werden hauptsächlich zur Messung von Mikrokonzentrationen toxischer Verunreinigungen in Gasgemischen – Schwefelwasserstoff, Stickoxide usw. – verwendet. Am weitesten verbreitet sind chromatographische Methoden Wird zur Analyse von Gemischen gasförmiger Kohlenwasserstoffe verwendet.
III) Instrumente, die auf rein physikalischen Analysemethoden basieren (thermokonduktometrisch, densimetrisch, magnetisch, optisch usw.). Die Thermokonduktometrie basiert auf der Messung der Wärmeleitfähigkeit von Gasen und ermöglicht die Analyse von Zweikomponentengemischen (oder Mehrkomponentengemischen, sofern sich die Konzentration nur einer Komponente ändert). Mit densimetrischen Gasanalysatoren bestimmen sie auf der Grundlage der Messung der Dichte des Gasgemisches hauptsächlich den Gehalt an Kohlendioxid, dessen Dichte 1,5-mal höher ist als die Dichte sauberer Luft. Magnetische Gasanalysatoren werden hauptsächlich zur Bestimmung der Konzentration von Sauerstoff verwendet, der eine hohe magnetische Suszeptibilität aufweist. Optische Gasanalysatoren basieren auf der Messung der optischen Dichte, Absorptionsspektren oder Emissionsspektren eines Gasgemisches. Mithilfe von Ultraviolett-Gasanalysatoren wird der Gehalt an Halogenen, Quecksilberdampf usw. bestimmt organische Verbindungen.
Anwendung von Gasanalysatoren
Ökologie und Naturschutz Umfeld: Bestimmung der Konzentration Schadstoffe in der Luft
In Steuerungssystemen von Verbrennungsmotoren wird beispielsweise eine Lambdasonde (Lambdasonde ( ?-Sonde) - Sauerstoffsensor im Abgaskrümmer des Motors. Ermöglicht die Abschätzung der Menge an verbleibendem freien Sauerstoff in den Abgasen.)
In chemisch gefährlichen Industrien
In explosions- und feuergefährdeten Industrien zur Bestimmung des Gehalts an brennbaren Gasen als Prozentsatz der UEG
1. Grundkonzepte und Klassifizierung von Analysatoren
1 Grundkonzepte
In Umwelt- und Analysekontrollsystemen äußere Umgebung und physikalische und chemische Eigenschaften von Stoffen, Sensoren und Messumformern (MT) sind weit verbreitet. In der Umweltüberwachung und in der biowissenschaftlichen Forschung werden diese Geräte oft als Analysegeräte bezeichnet.
Unter allgemeines Konzept Mit „Analysator“ ist meist ein automatisch oder halbautomatisch arbeitendes Messgerät (oder Messumformer) gemeint, das anhand von Parametern, die seine physikalischen oder physikalischen Eigenschaften charakterisieren, quantitativ und qualitativ die Zusammensetzung des analysierten Stoffes angibt physikalische und chemische Eigenschaften.
Die Wirkung des Analysators kann kontinuierlich oder periodisch sein. Die Probenahme kann auch kontinuierlich oder intermittierend, manuell oder automatisch erfolgen. Das Ergebnis der Analyse wird auf einer Skala angezeigt oder protokolliert. Bei kritischen Ergebniswerten können spezielle Warnsignale generiert werden.
Typische Analysatoren sind beispielsweise Instrumente, die auf der Messung von Strahlungsabsorption, Wärmeleitfähigkeit, magnetischer Suszeptibilität usw. basieren. Zu den Analysatoren zählen automatisch arbeitende Viskosimeter, Dichtemessgeräte, Feuchtigkeitsmessgeräte, Refraktometer usw., da deren Messwerte die Zusammensetzung von Stoffen charakterisieren.
Ein automatischer Analysator gehört zu den Geräten, die von der Probenentnahme bis zum Ausgabesignal völlig automatisch arbeiten. Diese Geräte können als Elemente automatischer Steuerungssysteme oder Signalgeräte, sogenannter Alarme, dienen. Automatische Analysegeräte sind in ihrer Größe und ihrem Gewicht meist stationäre Geräte. Für ihre Funktion benötigen sie, bis auf sehr seltene Ausnahmen, die Zufuhr von Hilfsenergie, meist elektrischer Energie. In den meisten Fällen arbeiten sie kontinuierlich.
Der halbautomatische Analysator ist eine untere Stufe des automatischen Analysators. Der Betrieb eines halbautomatischen Analysators erfordert normalerweise manuelle Vorgänge, die entweder aus der periodischen Zufuhr der analysierten Probe bestehen oder zusätzliche Bearbeitung Analyseergebnisse. Geräte dieser Art können nicht als Elemente automatischer Steuerungssysteme verwendet werden. Ein halbautomatischer Analysator ist beispielsweise ein Chromatograph mit manueller Probendosierung.
Der Indikator ist eine Art halbautomatischer Analysator. Es wird normalerweise regelmäßig ausgeführt und erfordert normalerweise manuelle Bedienung. Es wird häufig als tragbares Gerät ausgeführt.
In den meisten Fällen werden die Proben manuell entnommen und das Ergebnis der Analyse nicht aufgezeichnet. Sie kann entweder auf einer Skala angegeben werden oder muss anhand von Diagrammen oder anderen Hilfsskalen gemessen werden.
Die Anforderungen an die Genauigkeit des Indikators sind geringer als die des Analysators, und die qualitative Seite der Analyse steht im Vordergrund und nicht ihre quantitative Bewertung. Wichtig ist vor allem die Schnelligkeit und einfache Bestimmung, die Nutzung des günstigsten und leichtesten tragbaren Geräts mit einfacher Wartung.
Zu den Indikatoren zählen tragbare Geräte, wie beispielsweise Geräte zur Erkennung von Lecks in verschiedenen Geräten, Geräte zur Überwachung der Konzentration giftiger oder explosiver Stoffe in der Atmosphäre, basierend auf den unterschiedlichsten Prinzipien. Zu den Indikatoren zählen auch sogenannte Indikatorkartuschen.
Neben der Bezeichnung „Indikator“ wird auch die Bezeichnung Detektor verwendet. Mit dem Begriff Detektor ist jedoch meist das Messgerät selbst gemeint – das empfindliche Element des Analysators. [3]
2 Klassifizierung von Analysatoren
Analysatoren werden nach verschiedenen Kriterien klassifiziert. Jede der akzeptierten Klassifizierungen hat ihre eigenen Vor- und Nachteile.
Am einfachsten ist es, die Analysatoren nach dem physikalischen (Aggregat-)Zustand der zu analysierenden Substanz (der zu analysierenden Phase) zu unterteilen.
Demnach werden Gasanalysatoren, Flüssigkeitsanalysatoren (Konzentratoren) und Feststoffanalysatoren unterschieden.
Gasanalysatoren bilden die größte Gruppe automatischer Analysatoren. Die Anzahl der hier verwendeten Prinzipien und Methoden ist viel größer als bei Geräten anderer Gruppen.
Flüssigkeitsanalysatoren (Konzentratoren) haben ein sehr breites Anwendungsspektrum vorhandene Typen Geräte erfüllen nicht alle Branchenanforderungen. Strukturell sind diese Geräte komplexer als Gasanalysatoren. In einigen Fällen handelt es sich dabei um komplexe Automaten, die häufig die Aktionen eines Analytikers in einem Labor nachahmen. Um Entwürfe zu vereinfachen, muss in der Regel die Anzahl der Operationen begrenzt werden, was jedoch nicht auf Kosten der Genauigkeit der Analyse erfolgen sollte.
Analysatoren für Feststoffe (insbesondere Schüttgüter) sind die bislang am wenigsten entwickelten Geräte. Sie befinden sich praktisch im Anfangsstadium ihrer Entwicklung. Die größten Schwierigkeiten bereiten die automatische Auswahl einer repräsentativen (Durchschnitts-)Probe und deren Weiterverarbeitung mit minimaler Verzögerung bei der Ausgabe des Analyseergebnisses. In vielen Fällen konnte mit den derzeit bekannten Methoden und Techniken noch keine zufriedenstellende Lösung erzielt werden.
Basierend auf der Anzahl der erkannten Komponenten können Analysatoren in Ein- und Mehrkomponenten-Analysatoren unterteilt werden.
Einkomponentenanalysatoren sind Geräte, die eine Komponente des Analyten bestimmen. Hierzu zählen die allermeisten Analysatoren und Indikatoren.
Mehrkomponentenanalysatoren sind in erster Linie Chromatographen und Massenspektrometer. Auch andere Geräte wie dispersive und nichtdispersive Infrarotanalysatoren können so konzipiert sein, dass sie die Bestimmung mehrerer Komponenten des analysierten Gemisches ermöglichen.
Nach dem Funktionsprinzip lassen sich Analysatoren in zwei Gruppen einteilen.
Auf physikalischen Prinzipien basierende Analysatoren sind Instrumente, die eine bestimmte physikalische Größe messen, deren Abhängigkeit davon chemische Zusammensetzung des Analyten wird genau bestimmt.
Eine wichtige Eigenschaft dieser Analysatoren besteht darin, dass es während der Messung zu keinen quantitativen oder qualitativen Veränderungen im analysierten Gemisch kommt. Ihr Vorteil ist in der Regel eine kleine Zeitkonstante, da bei diesen Geräten kein Hilfsreagenz (Gas oder Lösung) eingebracht werden muss.
Ein gewisser Nachteil physikalischer Analysatoren ist die Abhängigkeit der Werte physikalische Größen von Druck, Temperatur und Konzentration der Begleitkomponenten.
Von den physikalischen Größen, die zur Analyse von Stoffen verwendet werden, werden Messungen der Dichte, des Brechungsindex, der Viskosität, der Wärmeleitfähigkeit, der magnetischen Suszeptibilität, der Absorption, verschiedener Strahlungen usw. verwendet.
Analysatoren basierend auf physikalischen und chemischen Prinzipien. Der Betrieb dieser Analysatoren basiert auf Überwachung physikalische Phänomene, begleitet von einer chemischen Reaktion, an der der Analyt entweder selbst beteiligt ist oder auf die er einen wesentlichen Einfluss hat. In einigen Fällen enthält die analysierte Mischung selbst eine ausreichende Menge der Substanz, die für die Reaktion mit dem Analyten erforderlich ist, und manchmal muss der analysierten Mischung ein Hilfsstoff in der Gas- oder Flüssigphase zugesetzt werden.
Die Verzögerung der Messwerte (Zeitkonstante) ist bei physikalisch-chemischen Analysatoren größer als bei Instrumenten, die auf physikalischen Prinzipien basieren.
Zu den physikalisch-chemischen Analysatoren zählen beispielsweise Geräte, die auf der Messung der Reaktionswärme basieren, einige elektrochemische Analysatoren usw.
2. Allgemeine und konstruktive Anforderungen an Analysatoren
Der Einsatz von Analysegeräten in Medizin und Ökologie verfolgt das Ziel, objektive und genaue Messergebnisse zu erhalten. An die Leistungsfähigkeit von Analysatoren werden daher meist hohe Anforderungen gestellt.
Bei der Entwicklung von Analysatoren muss der Bedarf am meisten berücksichtigt werden breite Anwendung diese Geräte unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen. Es ist sehr schwierig, die Anforderungen an die Universalität von Analysatoren zu erfüllen. Typischerweise ist jeder Analysatortyp nur für eine bestimmte Substanz, einen bestimmten Messbereich und eine bestimmte Betriebsbedingung ausgelegt. Bei den Anforderungen an den Analysator werden allgemeine und konstruktive unterschieden.
Allgemeine Anforderungen
Die Entwicklung einzelner Analysatortypen sollte darauf abzielen, die folgenden allgemeinen Anforderungen zu erfüllen:
* größtmögliche Zuverlässigkeit der Geräte im Betrieb;
* Mindestkosten für ihren Betrieb;
* lange Lebensdauer;
* breiterer Anwendungsbereich;
* Mindestkosten;
* erforderliche Leistung (Zeitkonstante);
* Verfügbarkeit von Ausgangssignalen zur Interaktion mit Aktoren.
Das Design des Analysators wird durch die Art der Umgebung bestimmt, in der er betrieben werden muss. Unter diesem Gesichtspunkt werden folgende Analysatorversionen unterschieden:
) üblich;
) explosionsgeschützt;
) für Arbeiten in aggressiver oder staubiger Umgebung;
) vibrations- und stoßfest.
Herkömmliche Analysatoren sind für nicht-explosive Betriebsbedingungen ausgelegt. Besondere Anforderungen an die Ausführung erhöhen naturgemäß die Kosten des Gerätes.
Bei der Konstruktion von Analysatoren müssen alle Umstände berücksichtigt werden, die die Klarheit ihrer Funktionsweise beeinträchtigen könnten.
In diesem Fall müssen Sie folgende Grundregeln beachten:
Geräte sollten keinen größeren Messbereich haben, als für eine bestimmte Aufgabe wirklich erforderlich ist.
Die Empfindlichkeit des Geräts sollte den Kontrollanforderungen gerechtfertigt sein. Zu empfindliche Geräte sind in der Regel sehr schwer zu bedienen, teurer und erfordern eine qualifiziertere Wartung.
Die Genauigkeit des Gerätes muss über einen langen Zeitraum erhalten bleiben.
Der Analysator muss so ausgelegt sein, dass er im laufenden Betrieb neu kalibriert werden kann.
Analysatoren, also Sensoren und Messumformer, müssen eine Mindestzeitkonstante und ein einheitliches Ausgangssignal haben.
Die Geräte sollten relativ einfach sein, sodass für ihre Wartung keine hochqualifizierten Arbeitskräfte erforderlich sind.
Indikatoren müssen eine so wichtige Anforderung wie die Messgeschwindigkeit erfüllen. Hierbei wird Hochgeschwindigkeitsmessungen mit geringerer Genauigkeit in der Regel der Vorzug vor genaueren, aber länger dauernden Messungen gegeben.
3. Laser-Gasanalysator
Ein hochempfindlicher Laser-Gasanalysator dient zur Analyse des Gehalts an Verunreinigungsgasen in Luftproben. Hauptelemente des Gasanalysators: Wellenleiter CO 2- ein Laser, eine resonante optisch-akustische Zelle sowie ein Computer, dessen Bibliothek Informationen über die Absorptionslinien von 37 Gasen enthält. Es werden Informationen zu den Gasnachweisgrenzen des entwickelten Gasanalysators präsentiert. Die Nachweisgrenze für Ammoniak mit einem Fehler von 15 % liegt bei 0,015 ppb.
Die Notwendigkeit einer ständigen Überwachung des Luftgehalts große Zahl Um die Umweltverschmutzung in großen Gebieten mit vertretbarem Geld- und Arbeitsaufwand zu beseitigen, stellt sich die Aufgabe, den Umweltkontrolldienst mit Gasanalysatoren auszustatten, die diesen Anforderungen genügen folgenden Anforderungen: 1) Nachweisschwelle auf der Ebene der maximal zulässigen Konzentrationen der analysierten Stoffe; 2) hohe Selektivität gegenüber Fremdstoffen; 3) Mehrkomponentenanalyse; 4) hohe Leistung (kurze Messzykluszeit bei der Entnahme einer Probe), die die Möglichkeit bietet, unterwegs zu arbeiten und relativ schnell auf das Überschreiten eines bestimmten Konzentrationsniveaus zu reagieren; 5) Kontinuität der Messungen über 2–4 Stunden, um die Größe des kontaminierten Bereichs zu bestimmen.
Bestehende Gasdetektionsmethoden können in traditionelle (nicht spektroskopische) und optische (spektroskopische) Methoden unterteilt werden. Die Arbeit listet die Vor- und Nachteile der wichtigsten auf traditionelle Methoden im Hinblick auf ihre Verwendung zur Analyse von Gasverunreinigungen komplexer Zusammensetzung in der Luft.
Spektroskopische Methoden, deren schnelle Entwicklung durch die einzigartigen Eigenschaften von Lasern bestimmt wird, ermöglichen es, die Hauptnachteile herkömmlicher Instrumente zu beseitigen und die erforderliche Geschwindigkeit, Empfindlichkeit, Selektivität und Kontinuität der Analyse zu gewährleisten. In den meisten Fällen wird zur Erkennung von Luftverschmutzung mit spektroskopischen Methoden der mittlere IR-Bereich des Spektrums verwendet, in dem die Hauptschwingungsbänder der überwiegenden Mehrheit der Moleküle konzentriert sind. Der sichtbare und der UV-Bereich sind diesbezüglich weniger aussagekräftig.
Einen besonderen Platz in der Familie der IR-Laser-Gasanalysatoren nehmen Geräte mit CO ein 2-laser-mi. Diese Laser sind langlebig, zuverlässig und einfach zu bedienen und können über 100 Gase erkennen.
Nachfolgend beschreiben wir einen Gasanalysator (Modellmuster), der die oben genannten Anforderungen erfüllt. Als Strahlungsquelle wird Wellenleiter CO verwendet 2-Laser, das empfindliche Element ist eine resonante optisch-akustische Zelle (r.o.a.c.). Das optisch-akustische Verfahren basiert auf der Registrierung einer in einem Gas angeregten Schallwelle bei Absorption amplitudenmodulierter Laserstrahlung in einem R.o.a.ya. Der Druck der Schallwelle, proportional zur spezifischen absorbierten Leistung, wird von einem Mikrofon aufgezeichnet. Das Blockschaltbild des Gasanalysators ist in Abb. dargestellt. 3.1. Modulierte CO-Strahlung 2Der Laser trifft auf die Wellenlängen-Tuning-Einheit. Bei dieser Einheit handelt es sich um ein Beugungsgitter, mit dem Sie die Strahlungswellenlänge im Bereich von 9,22 bis 10,76 Mikrometer einstellen und 84 Laserlinien erhalten können. Anschließend wird die Strahlung durch ein Spiegelsystem in das empfindliche Volumen des RAO geleitet, wo die Gase erfasst werden, die die eintretende Strahlung absorbieren. Die Energie der absorbierten Strahlung erhöht die Temperatur des Gases. Die an der Zellachse abgegebene Wärme wird hauptsächlich durch Konvektion an die Zellwände übertragen. Modulierte Strahlung verursacht eine entsprechende Änderung der Gastemperatur und des Gasdrucks. Die Druckänderung wird von der Membran des kapazitiven Mikrofons wahrgenommen, was zum Auftreten eines periodischen elektrischen Signals führt, dessen Frequenz gleich der Modulationsfrequenz der Strahlung ist.
Abbildung 3.1. Blockschaltbild des Gasanalysators
Abbildung 3, 2 zeigt eine Skizze des inneren Hohlraums des R.o.a.ya. Es besteht aus drei zylindrischen aktiven Volumina: den symmetrisch angeordneten Volumina 1 und 2 mit einem Durchmesser von 20 mm und dem Innenvolumen 3 mit einem Durchmesser von 10 mm. Eingangsfenster 4 und Ausgangsfenster 5 bestehen aus BaF-Material 2. Das Mikrofon wird am Boden der Zelle installiert und über Loch 6 mit einem Durchmesser von 24 mm mit dem aktiven Volumen verbunden.
Abbildung 3.2 Innenhohlraum einer resonanten optisch-akustischen Zelle. 1, 2 – externe Volumes, 3 – internes Volume. 4 ,5 - Ein- und Ausgangsfenster, 6 - Mikrofonloch
„Optische Resonanz“, die durch Absorption von Laserstrahlung durch Gas verursacht wird, tritt unter normalen Bedingungen bei einer Strahlungsmodulationsfrequenz von 3,4 kHz auf, und das Hintergrundsignal aufgrund der Absorption von Strahlung durch R.O.A.Y.-Fenster ist bei einer Frequenz von 3,0 kHz maximal. Der Qualitätsfaktor in beträgt in beiden Fällen >20. Dieser Aufbau des ROA sorgt für eine hohe Empfindlichkeit des Gasanalysators und ermöglicht die Unterdrückung des Hintergrundsignalbeitrags durch einen frequenz- und phasenselektiven Verstärker. Gleichzeitig ist der ROA unempfindlich gegenüber externen Einflüssen akustisches Geräusch. elektrisches Signal beim Messen der Konzentration wird durch die Formel bestimmt
wobei K die Zellkonstante ist, - Laserstrahlungsleistung, ? - Strahlungsabsorptionskoeffizient durch Gas, C - Gaskonzentration.
Vor der Messung wird der Gasanalysator mit einem Prüfgas (CO2) bekannter Konzentration kalibriert.
Die Amplitude wird mithilfe einer ADC-Karte gemessen, die in einem Advantech-Computer enthalten ist. Derselbe Computer wird zur Steuerung der Wellenlängen-Tuning-Einheit und zur Berechnung der Konzentrationen der gemessenen Gase verwendet.
Das entwickelte Idient der qualitativen und quantitativen Analyse eines Gasgemisches auf Basis des Absorptionsspektrums der CO-Laserstrahlung 2Laser Ausgangsinformation für das Programm ist das gemessene Absorptionsspektrum des analysierten Gasgemisches. Ein Beispiel für ein Stickstoffabsorptionsspektrum, dargestellt in Einheiten der optischen Dicke , dargestellt in Abb. 3, 3a, und Abb. 3, 3b zeigt ein Beispiel des Absorptionsspektrums mit einer geringen Zugabe von Ammoniak.
Abbildung 3.3 Absorptionsspektren: a – Stickstoff bei normalem Atmosphärendruck, b – Stickstoff-Ammoniak-Gemisch.
Optische Tiefe, wo
Cm -1Geldautomat -1- Absorptionskoeffizient des j-ten Gases auf der i-ten Laserlinie, C ich , atm - Konzentration des j-ten Gases, d Die Bibliothek möglicher Komponenten enthält die Werte der Absorptionskoeffizienten und ist eine Dimensionsmatrix (N x m). Die Anzahl der in der Bibliothek dargestellten Gase beträgt m = 37, die maximale Anzahl analysierter Laserlinien N beträgt 84 (21 Linien in jedem CO2-Zweig). -Laser). Bei der Analyse des Spektrums einer Gasmischung, die durch überlappende Absorptionslinien der in der Mischung enthaltenen Gase entsteht, wählt das Programm aus der Bibliothek diejenigen Komponenten aus, die das Spektrum der Mischung am besten beschreiben. Eines der Hauptkriterien zum Finden des besten Komponentensatzes ist der Wert der Standardabweichung zwischen den experimentellen Werten und das als Ergebnis der Iterationen gefundene Absorptionsspektrum: Der Algorithmus zur Lösung des inversen Problems – die Suche nach Konzentrationen mithilfe eines bekannten Absorptionsspektrums – wird unter Verwendung der Gaußschen Eliminationsmethode und der Tikhonov-Regularisierungsmethode erstellt, und die Hauptschwierigkeiten bei seiner Implementierung hängen mit der Bewertung der Stabilität der Lösung (der Elemente von) zusammen die Absorptionskoeffizientenmatrix sowie die freien Terme sind nur näherungsweise bekannt), Auswahl eines Regularisierungsparameters und Suche nach Kriterien zum Stoppen des iterativen Prozesses. Die Tabelle liefert berechnete Informationen über die Nachweisgrenzen einiger Gase durch den beschriebenen Gasanalysator: Gasnachweisgrenze, ppb Gasnachweisgrenze, ppb Acrolein 0,3 Monomethylhydrazin 0,2 Ammoniak 0,015 Ozon 0,1 Benzol 0,4 Perchlorethylen 0,02 t-Butanol 0,2 Propanol 0,4 Vinylchlorid 0,1 Styrol 0,4 Schwefelhexafluorid 0,001 Trichlorethylen 0,1 Hexachlorbutadien 0,1 Freon-110.2Hydrazin0.1Freon-1130.07Dimethylhydrazin0 .2Freon-1140.071 .1-Difluorethylen0,06 Freon-120,07Isopropan0,3Furan0,2Xylol1Ethanol0,2Methylchloroform0,1Ethylacetat0,07Methylethylketon0,6Ethylen0,02Methanol0,06 Hauptbetriebsmerkmale des Gasanalysators: Anzahl gleichzeitig gemessener Gase - bis zu 6; Messzeit 2 Minuten; Nachweisgrenze für Kohlendioxid 0,3 ppm: Nachweisgrenze für Ammoniak 0,015 ppb: Messbereich für Kohlendioxid 1 ppm -10 %; Messbereich für Ammoniak 0,05 ppb-5 ppm; Messfehler 15 %; Versorgungsspannung 220V ±10%. [ 1] 4. Laseroptisch-akustischer Gasanalysator Durch die industrielle Tätigkeit des Menschen wird das Problem des Schutzes der Umwelt und insbesondere der Atmosphäre immer dringlicher. Um dieses Problem zu lösen, ist eine betriebliche Überwachung des Zustands der Atmosphäre erforderlich, um den Schadstoffgehalt in der Atmosphäre zu kontrollieren. Der laseroptisch-akustische Gasanalysator ermöglicht die Bestimmung der quantitativen Zusammensetzung von Mehrkomponenten-Gasgemischen mit hoher Genauigkeit über einen großen dynamischen Bereich Messkomplex besteht darin, den LOAG mit einem Personal Computer mit spezieller Software zu koppeln. Der Einsatz eines PCs und einer separaten Mikroprozessor-Steuereinheit ermöglicht die Durchführung von Gasanalysen von Mehrkomponentengemischen, Effizienz und einen hohen Automatisierungsgrad des Messprozesses. Der LOAG-Messkomplex verfügt über geringe Gewichts- und Größenparameter, was den Einsatz als mobiles System zur Überwachung der Luftreinheit ermöglicht. Das Funktionsdiagramm des automatisierten Messkomplexes auf Basis von LOAG ist in Abb. dargestellt. 4.1. Als Strahlungsquelle wird ein kontinuierlich abstimmbares CO verwendet 2ein Laser mit Hochfrequenzpumpe und einer Ausgangsstrahlungsleistung von 1...3 W, mit etwa 70 Erzeugungslinien im Bereich von 9,2...10,8 Mikrometer (in diesem Spektralbereich liegen die molekularen Absorptionslinien vieler Schadstoffe). Die Laserstrahlung wird durch einen Verschluss mit einer akustischen Frequenz moduliert. Zur Steuerung der Ausgangsleistung des Lasers kommt ein MG-30-Pyrodetektor zum Einsatz, auf den über einen Bariumfluorid-Strahlteiler ein Teil der Laserstrahlung gelenkt wird. Abb. 4.1. Schema eines Messkomplexes auf Basis von LOAG Die modulierte Laserstrahlung gelangt in die Messzelle, wo sie vom analysierten Gasgemisch absorbiert wird, was zu Druckschwankungen führt, die als akustische Schwingungen aufgezeichnet werden. Art der Messzelle: zylindrisch, nicht resonant, in deren Wand ein Kondensatormikrofon eingebaut ist. Die Wahl einer nicht resonanten Zelle verringert zwar die Empfindlichkeit des Gasanalysators erheblich, ermöglicht jedoch eine Reduzierung der Volumen und Innenfläche der Zelle (und verringern daher den Einfluss von Adsorption und Desorption und verkürzen dadurch die Zeit für die erforderliche Spülung der Zelle zwischen zwei Gasproben). Die geringe Größe einer nichtresonanten Zelle macht sie für ein mobiles System attraktiv. Darüber hinaus wird ein wesentlicher Nachteil der Resonanzzelle beseitigt, nämlich die Abhängigkeit der akustischen Resonanzfrequenz von der Temperatur und Viskosität des Gases. Um die Empfindlichkeit eines Gasanalysators mit einer nichtresonanten Zelle zu erhöhen, werden spezielle Signalverarbeitungsalgorithmen verwendet. Das Gasein- und -auslasssystem dient der Reinigung der Messzelle und der Entnahme der analysierten Gasprobe. Das Steuergerät kommuniziert über eine serielle Schnittstelle mit einem PC. Gibt Signale an den Laser zur Einstellung und zur Entnahme einer Gasprobe an das Gasfreisetzungs- und Injektionssystem. Die Steuereinheit führt eine Vorverarbeitung der gemessenen Signale durch: analoge Filterung, Digitalisierung, Berechnung des Absorptionsindex, Akkumulation des Wertes des Absorptionsindex, Zurückweisung anomaler Ergebnisse. Die Steuereinheit enthält einen Mikroprozessor, der den Betrieb des Gasanalysators im Absorptionsmessmodus ohne Verwendung eines PCs ermöglicht. Für den autonomen Betrieb verfügt das LOAG-Steuergerät zusätzlich über entsprechende Bedienelemente und Anzeigen. Zur Messung von Gaskonzentrationen von Mehrkomponentengemischen arbeitet der oben beschriebene Gasanalysator in Verbindung mit einem IBM-PC mit speziell entwickelter Software. Abb. 4.2. Schema Software Messkomplex. Die Software des Messkomplexes (das Blockschaltbild ist in Abb. 4, 2 dargestellt) ermöglicht eine quantitative Gasanalyse eines Mehrkomponentengemisches, die in mehrere Stufen unterteilt werden kann: Suche nach einem Satz spektraler Messkanäle (MSI), die darin besteht, M Spektralkanäle für ein N-Komponenten-Gemisch aus K möglichen Kanälen der verwendeten Strahlungsquelle auszuwählen (K>M>N); Messung der Absorption der untersuchten Mischung im gefundenen ISCI; Wiederherstellung der Konzentrationen von Komponenten des analysierten Gasgemisches basierend auf Messergebnissen. Die notwendigen Eingabeinformationen für den Komplex sind die qualitative Zusammensetzung des Gemisches, die entweder auf der Grundlage einiger A-priori-Informationen (z. B. bei der routinemäßigen Gasanalyse) oder durch die Durchführung vorläufiger Messungen mit Methoden zur Erkennung von Gaskomponenten festgelegt wird. Zur Software des Messkomplexes gehört auch eine relationale Datenbank, die die für den Betrieb des Messkomplexes notwendigen Informationen enthält und aus drei miteinander verbundenen Tabellen besteht: ) eine Tabelle mit Informationen über die Wellenlängen der Lasererzeugung – Spektralmesskanäle, Strahlungsleistung bei diesen Wellenlängen sowie Informationen, die zum Abstimmen des Lasers auf diese Linien erforderlich sind; ) Tabelle mit den Werten der Absorptionskoeffizienten von Gasen in Spektralkanälen aus der ersten Tabelle und den maximal zulässigen Konzentrationen (MAC) dieser Gase gemäß verschiedenen Standards (Werte der Absorptionskoeffizienten von Gasen bei Wellenlängen der CO2-Erzeugung). -Laser); ) Tabelle mit Informationen zu den Datenquellen für die zweite Tabelle. Während des Betriebs des Messkomplexes besteht die Möglichkeit, die Datenbank sowohl aus externen Quellen als auch während der Messung von Gasspektren mit dem Messkomplex selbst zu bearbeiten und zu ergänzen. In der ersten Betriebsstufe des Messkomplexes wird für eine gegebene qualitative Zusammensetzung der analysierten Mischung der optimale NSCI unter Berücksichtigung der spektralen Eigenschaften der in der Mischung enthaltenen Komponenten und der Leistung der Laserstrahlung in einzelnen Spektralkanälen bestimmt sowie die Eigenschaften der Messgeräte. Für ein Gemisch bestehend aus N-Gaskomponenten werden 2N Messkanäle ausgewählt (zur Umsetzung des Differentialabsorptionsmodus). Der differenzielle Absorptionsmodus besteht darin, dass die Messung für jede analysierte Komponente bei zwei nahe beieinander liegenden Wellenlängen durchgeführt wird. Dadurch können wir den Einfluss nichtselektiver Absorption und Hintergrundsignale mit schwacher spektraler Abhängigkeit ausschließen. Die manuelle Suche nach dem optimalen NSCI für Mehrkomponentenmischungen durch einen Bediener erfordert entweder viel Zeit oder ist völlig unmöglich. Als Teil der Software des auf LOAG basierenden Messkomplexes wurde ein automatisiertes System zur Suche nach NSCI mit verschiedenen Techniken implementiert. Je nach Aufgabe können Sie entweder suchen optimales Set, relativ viel Zeit in Anspruch nehmen oder in weniger als 1 s nach einem quasi-optimalen Satz suchen. Dadurch liefert das NSCI-Suchsystem die für den Betrieb des Systems notwendigen Informationen zur Steuerung des Messvorgangs. Im zweiten Schritt der Gasanalyse wird die Absorption des analysierten Gasgemisches gemessen. Die Steuereinheit ist in Form einer speziellen Software für einen PC und einem separaten Steuer-Mikroprozessormodul (im Spektrometer enthalten) implementiert. Diese Architektur des Steuerungssystems ermöglicht es, die Prozesse der LOAG-Steuerung (einschließlich der zeitaufwändigen Laserabstimmung), der Messung und der Signalvorverarbeitung parallel zum Betrieb des im Messkomplex enthaltenen PCs durchzuführen. Dadurch können Sie die Zeit für die Gasanalyse erheblich verkürzen. Das Mikroprozessormodul des Spektrometers ist über eine serielle Schnittstelle mit einem PC verbunden, über den Messaufgabenbefehle und die Ergebnisse der Vorverarbeitung der Messdaten übertragen werden. In der dritten Stufe stellt das Messergebnisverarbeitungssystem die Konzentrationswerte wieder her. Das Ergebnisverarbeitungssystem umfasst einen Vorverarbeitungsblock und einen thematischen Verarbeitungsblock. Vorbehandlung Die Messergebnisse werden im LOAG-Steuergerät durchgeführt. Die thematische Verarbeitungseinheit stellt die Konzentrationen der Komponenten des analysierten Gasgemisches wieder her. Dazu ist es notwendig, ein System von 2N linearen Gleichungen (N ist die Anzahl der Komponenten in der Mischung) der Lasergasanalyse zu lösen. Die Komplexität der Lösung eines solchen Systems liegt im Vorhandensein von Rauschen in den gemessenen Signalen (der Vektor auf der rechten Seite) und der Ungenauigkeit bei der Angabe der Absorptionskoeffizienten (die Koeffizientenmatrix auf der rechten Seite). Die durch die direkte Inversionsmethode erhaltene Lösung ist in einer solchen Situation falsch, d. h. instabil gegenüber kleinen Änderungen auf der rechten Seite, und bei Mehrkomponentengemischen ist es in der Regel nicht möglich, die Gaskonzentrationen ohne den Einsatz spezieller Verfahren wiederherzustellen Verarbeitungsalgorithmen. Im thematischen Verarbeitungsblock wurden Algorithmen implementiert, die auf der Tikhonov-Regularisierung und der Methode zur Auswahl einer Quasi-Lösung basieren und es ermöglichen, eine stabile Lösung zu erhalten. Mit dem entwickelten Messkomplex auf Basis von LOAG ist es nicht nur möglich, den gesamten Prozess der quantitativen Mehrkomponenten-Gasanalyse einmalig automatisiert durchzuführen, sondern auch quasi-kontinuierlich (mit einem diskreten Intervall gleich der Zeit für die Gasanalyse). Die Überwachung von Mehrkomponentengemischen ist möglich. Im Modus der quasikontinuierlichen Überwachung eines Mehrkomponenten-Gasgemisches im thematischen Verarbeitungsblock werden die erhaltenen Konzentrationswerte geglättet und mit den MPC-Werten verglichen. Überschreiten die Konzentrationen der analysierten Komponenten die MPC-Werte, gibt der Messkomplex eine Warnmeldung aus. Die Interaktion des Bedieners mit dem LOAG-Messkomplex erfolgt über die in der Software enthaltene Benutzeroberfläche. Maximale Anzahl analysierter Gemischkomponenten (N max ) wird durch die Anzahl der spektralen Messkanäle bestimmt, die von der verwendeten Laser-Untersuchungsquelle bestimmt wird. In unserem Fall N max ~M max /2 = 35 (M Tah - Anzahl der Spektralkanäle der Strahlungsquelle). Die tatsächliche Anzahl der analysierten Komponenten ist jedoch durch die spektralen Eigenschaften dieser Gase (aufgrund der gegenseitigen Überlappung ihrer Absorptionsspektren) und infolgedessen durch die Bedingtheit des linearen Gleichungssystems der Lasergasanalyse und der Mengen begrenzt bis 10-15. Die Genauigkeit der Messung des Absorptionsindex, die 1–5 % beträgt, hängt von der Strahlungsleistung im Spektralmesskanal und der Absorptionsintensität in diesem Spektralkanal ab. Der Fehler bei der Rekonstruktion der Konzentrationen hängt maßgeblich von der Anzahl der in der Mischung enthaltenen Komponenten und ihren spektralen Eigenschaften ab. Die Zeit einer einzelnen Messung beträgt einige Minuten und wird maßgeblich von der Zeit bestimmt, die zur CO2-Neubildung benötigt wird -Laser. Wenn als Abstimmmethode nicht das Drehen des Beugungsgitters, das einen der Resonatorspiegel darstellt, sondern die elektronische Abstimmmethode verwendet wird, ist es möglich, die für die Durchführung der Gasanalyse erforderliche Zeit weiter zu reduzieren. Die Diskretion der Messungen bei der kontinuierlichen Gasanalyse wird durch die Zeit bestimmt, die für eine einzelne Messung benötigt wird. Die geringe Größe des Messkomplexes, die hohe Effizienz und Automatisierung des Gasanalyseprozesses erleichtern die Steuerung dieses Gerät vielversprechend für die Überwachung der Reinheit der atmosphärischen Luft. 5. Multisensor-Gasanalysator Es wird ein Modell eines Multisensor-Gasanalysators beschrieben, der auf der Grundlage der Verwendung der Parameter hochempfindlicher amperometrischer elektrochemischer Sensoren aufgebaut ist. Es werden Möglichkeiten zur Wahl des Potentials an der Arbeitselektrode des Sensors und das Problem der Genauigkeit der Messung kleiner Konzentrationen einiger Gaskomponenten in Gegenwart großer Konzentrationen anderer diskutiert. Die Bedeutung eines der Hauptprobleme moderne Gesellschaft- Sauberkeit der Umwelt - erklärt das große Interesse an der Entwicklung neuer Methoden der Gasanalyse und ihrer Hardware. Derzeit verwendete Techniken (Gaschromatographie, optische usw.) sowie viele positive Eigenschaften haben einen erheblichen Nachteil, der es nicht ermöglicht, sie überall einzusetzen. Dieser Nachteil besteht in den hohen Kosten sowohl für die Analysegeräte selbst als auch für deren Wartung. Eine echte Alternative zu bestehenden Methoden kann die Methode der Gasanalyse mit Multisensor-Gasanalysatoren (MSGAs) sein, die auf der Basis elektrochemischer Sensoren aufgebaut sind. Aufgrund des Mangels an hochempfindlichen Sensoren war es jedoch bis vor Kurzem nicht möglich, mit MSGA die Probleme der Überwachung des Gehalts an Gaskomponenten in der Luft im ppb-Bereich, also im ppb-Bereich, zu lösen. Überwachen Sie die Luft im Wohngebiet. Das aktuelle Aufkommen von Sensoren mit hoher Empfindlichkeit und geringem Rauschpegel bietet eine solche Gelegenheit. In diesem Artikel werden Möglichkeiten zum Aufbau eines Multisensor-Gasanalysators auf Basis solcher Sensoren analysiert und auch die Genauigkeit der Messung kleiner Konzentrationen einiger Komponenten eines Gasgemisches bei Vorhandensein großer Konzentrationen anderer bewertet. In dem von den Autoren vorgeschlagenen MSGA-Modell unter Verwendung hochempfindlicher elektrochemischer Sensoren S(NO 2) und S(SO 2) Zur Analyse eines Mehrkomponenten-Gasgemisches werden hauptsächlich zwei Methoden verwendet: Verwendung selektiver Filter zur Entfernung „störender“ Gase; ohne den Einsatz selektiver Filter, mit Anpassung des Potentials der Arbeitselektrode des Sensors. Beide Optionen haben sowohl ihre Vor- als auch Nachteile. Bei idealer Funktion selektiver Filter ist die Genauigkeit der Konzentrationsbestimmung bei gegebener Sensorkonfiguration maximal, wenn jeder Sensor nur seine „eigene“ Komponente erhält. Im Allgemeinen gilt das System linearer Gleichungen, die die Konfiguration des Messsystems beschreiben das folgende Formular: …………………………………… wo ich ich - i-to-Sensorsignal, µA; A ij - Empfindlichkeitskoeffizient des i-ten Sensors relativ zur j-ro-Komponente, μA"(mg/m3); C ich - Konzentration der i-ro-Komponente der Mischung, mg/m3 .
Bei der Verwendung selektiver Filter ist die Hauptdeterminante D 0akzeptiert Diagonale bilden a ij = 0 bei Mit zunehmendem Alter der Filter nimmt jedoch die Genauigkeit der Bestimmung der Komponentenkonzentrationen aufgrund des Auftretens gemischter Begriffe ab im Hauptteil D 0 und Hilfsgerät D ich Determinanten Diese Situation erfordert eine Neukalibrierung aller gemessenen Komponenten oder den Austausch alter selektiver Filter durch neue, um die ursprünglichen Genauigkeitseigenschaften des MSGA wiederherzustellen. Sensoren S(NR 2) und S(SO 2) haben wie andere elektrochemische Sensoren keine 100-prozentige Selektivität in Bezug auf die zu messende Hauptkomponente. Die von den Autoren durchgeführten Untersuchungen ergaben ein Bild des Einflusses von S(N02) und S(SO) auf Sensoren 2) Gase wie NO2, NO und SO 2: Die Empfindlichkeit S jedes Sensors gegenüber den aufgeführten Gasen hängt vom Wert des Potentials V an der Arbeitselektrode des Sensors relativ zur Referenzelektrode ab (siehe Abb. 5.1). Die Art der Empfindlichkeitsänderung bei Potentialänderungen V im Bereich von -300 bis +300 mV ermöglicht die Auswahl von mindestens drei Arbeitsbereichen (RO) zur Einstellung des Potentials an den Arbeitselektroden der Sensoren zur gleichzeitigen Gasmessung Konzentrationen. Folgende Sensorkombination im Messsystem wurde implementiert: S(NEIN 2) mit Potential V in PO-1 (-250 ".. -200 mV) zur Messung von NO2-Konzentrationen und SO2; S(NEIN 2) mit Potential V in PO-2 (200-300 mV) zur Messung von NO2-Konzentrationen und NEIN; S(SO 2) mit Potential V in PO-Z (-200,.. -100 mV) zur Messung der NO2-Konzentration und so 2.
Abbildung 5.1 Abhängigkeit der Empfindlichkeit S von Sensoren vom Potential V an der Arbeitselektrode: a - Sensor S(NO 2), b - Sensor S(SO2 )
Aufgrund der Schwierigkeit, wirksame selektive Filter im ppb-Konzentrationsbereich für das NO-Gasgemisch auszuwählen 2- NEIN - SO 2Wir haben Möglichkeiten zur Installation eines Filters an jedem der Sensoren analysiert, der nur SO2 aus dem Gasgemisch absorbieren kann (Molekularsieb 4A). Die Ergebnisse der Modellierung der gleichzeitigen Messung von Konzentrationen eines Mehrkomponenten-Gasgemisches unter Verwendung elektrochemischer Sensoren mit unvollständiger Selektivität sind in der Tabelle dargestellt, in der die folgenden Notationen eingeführt werden: C ich , - Gaskonzentration im Gemisch; ; - Gaskonzentration gemessen mit MSGA; S ich - Standardabweichung; - 95 %-Konfidenzintervall; - relativer Messfehler. (Optionen mit einem ungewöhnlich großen Messfehler sind fett hervorgehoben.) Messnummer Gas C ich ,ppb ,ppbs ich ,ppb ,ppb ,% Note1NO 2 ALSO 2 NO100 34 1100 34 11,1 1,4 0,698 ... 103 31 ... 37 0 ... 2,02 10 100Keine FilterNO 2 ALSO 2 NO100 34 1100 34 1.11.1 1,4 0,698 ... 102 31 ... 37 -0,1 ...2,42 8 109SO-Filter 2auf S(NR 2), PO-1NO 2 ALSO 2 NO100 34 1100 34 1.10.8 8,3 0,499... 102 17... 53 0,3 ... 1,82 49 68SO-Filter 2auf S(NR 2), PO-32NO 2 ALSO 2 NEIN100 100 1100 100 0,91,1 1,3 0,698 ... 102 98 ... 102 -0,2 ... 2,02 2,5 120Keine FilterNEIN 2 ALSO 2 NO100 100 1100 100 11,2 1,6 0,698... 103 98... 104 -0,2 ...2,12 3 121SO-Filter 2auf S(NR 2), PO-1NO 2 ALSO 2 NO100 100 1100 100 11,1 7,8 0,698…103 87... 117 0... 2,122 15 105SO-Filter 2auf S(NR 2), PO-33NO 2 ALSO 2 NO100 1 1101 2,0 0,81,1 2,1 0,599... 103 -2,2 ... 6,1 -0,1 ... 2,02,1 210 117Keine FilterNO 2 ALSO 2 NO100 1 1101 1,6 1,61,1 2,3 0,599... 103 -3,0 ... 6,1 0,1 ...2,02,5 10268 82SO-Filter 2auf S(NR 2), PO-1NO 2 ALSO 2 NO100 1 1100 -0,2 11,3 8,0 0,598... 103 -17,3 ... 17,0 0,2 ... 2,02,2 630 2,4SO-Filter 2auf S(NR 2), PO-34NO 2 ALSO 2 NEIN100 1 100100 0,5 1001,1 1,6 1,298... 102 -2,6 ...3,6 98... 1021,8 191 2,8Keine FilterNEIN 2 ALSO 2 NO100 1 100101 1,7 1000,9 1,7 1,499... 102 -13 ...4,9 98 ... 1032,2 630 2,4 SO-Filter 2auf S(NR 2), PO-1NO 2 ALSO 2 NO100 1 100100 0,9 1001,3 10,4 1,298 ... 103 -19... 21 98... 1032,5 2115 2,4SO-Filter 2auf S(NO2 ), RO-3
Bekanntlich nimmt die Genauigkeit der Bestimmung kleiner Konzentrationen einzelner Komponenten bei Vorhandensein großer Konzentrationen „störender“ Komponenten bei MSGAs, die auf Sensoren mit unvollständiger Selektivität basieren, deutlich ab. Aus der Analyse der in der Tabelle dargestellten Daten geht hervor Daraus folgt, dass die Verwendung eines selektiven Filters auf SO 2führt nicht zu einer höheren Messgenauigkeit, was leicht zu erkennen ist, wenn man die Ergebnisse der Messungen Nr. 3 und 4 für niedrige SO-Konzentrationen vergleicht 2und NO vor dem Hintergrund hoher NO2-Konzentrationen 6. Berühren Sie den selektiven Gasanalysator Die Entwicklung von Schwefelwasserstoff-Gasanalysatoren ist mit zahlreichen technischen Schwierigkeiten verbunden. Tatsache ist, dass das empfindliche Element (Sensor) der Konzentration von H 2S jeglicher Art wird im Laufe der Zeit aufgrund der chemischen Aktivität von H abgebaut („vergiftet“) 2S. Beim Einsatz von Gasanalysatoren in der Umweltüberwachung wird das Problem dadurch erschwert, dass die maximal zulässigen Konzentrationen (MAC) für H 2S ist eine sehr kleine (5 ppb für einen Sanitärbereich) Beobachtung mit hoher Empfindlichkeit des Sensors; es ist schwierig, ihn unter realen Betriebsbedingungen des Geräts und insbesondere unter dem Einfluss von zu verwenden In der Atmosphäre vorhandene Gase können die inhärente hohe Empfindlichkeit des Sensors gegenüber H neutralisieren 2S. Während das Problem der Messung niedriger Konzentrationen von H 2S wird mithilfe von Gasanalysatoren auf Basis von Resonanzphänomenen gelöst. Allerdings sind Geräte dieser Art sehr komplex, sperrig und teuer. Hochempfindliche selektive Geräte mit Berührungssensoren für H 2S existiert noch nicht. Kürzlich ist es den Autoren gelungen, das Problem der Entwicklung eines Sensorgasanalysators für niedrige Scauf Basis eines MIS-Sensors mit Metall-Dielektrikum-Halbleiter (MDS) zu lösen. Nachfolgend wird ein Gerät dieser Art beschrieben. Bevor wir jedoch auf die spezifischen Fähigkeiten des Geräts eingehen, erinnern wir uns kurz an das Funktionsprinzip des MIS-Sensors. Das Diagramm seines Geräts ist in Abb. dargestellt. 6.1. Abbildung 6.1. Diagramm des MIS-Sensorgeräts: 3 - Isolatoren; 2 - Widerstandsheizung; 4 - Thermistor; 5 - Metall (Pd); 6 - Dielektrikum; 7 - Halbleiter; Der Sensor besteht aus einer Siliziumplatte 7, auf die eine Schicht aus Dielektrikum 6 aufgebracht und anschließend eine Schicht aus Palladium 5 abgeschieden wird. Diese Struktur ist ein Kondensator mit einer Kapazität C. Für optimale Betriebsbedingungen wird der Sensor durch eine erhitzt Spannungsquelle E auf eine Temperatur von 100-140 °C mit einer Miniatur-Widerstandsheizung (1-3). Die Temperatur wird vom Thermistor 4 gemessen und von der Elektronikeinheit des Geräts mit einem Fehler von ±0,03 °C gehalten. Abbildung 6, 2 zeigt die C(U)-Kennlinie des Sensors; sie ist deutlich nichtlinear. Das physikalisch-chemische Funktionsprinzip des Sensors ist wie folgt. Moleküle H 2S, das aus der Atmosphäre auf die Palladiumoberfläche fällt, verändert die Kapazität des Kondensators, während sich die C(U)-Kennlinie nach links verschiebt, wie die gepunktete Kurve zeigt. Bei Aufrechterhaltung einer konstanten Vorspannung U am Kondensator CM. Kapazität ändert sich zu C. Diese Änderung kann beispielsweise von der Elektronikeinheit des Gerätes in eine Frequenz umgewandelt werden. Abbildung 6.2. C(U)-Kennlinie des MIS-Sensors (A - Arbeitspunkt) Abbildung 6, 3a, zeigt schematisch die dynamischen Eigenschaften des Sensors: Abhängigkeit C gegen die Zeit bei Anwendung eines rechteckigen Konzentrationsimpulses K. Wert charakterisiert die Reaktionsgeschwindigkeit des Sensors, - Entspannung beim Entfernen von H 2S. Für Konzentrationen in der Größenordnung von 0,1 ppm beträgt 3-5 Minuten, was durch Diffusions- und Sorptionsvorgänge im Sensor selbst und in der den Sensor enthaltenden Kammer bestimmt wird. In Abb. In Abb. 3, b zeigt schematisch die statische Charakteristik des Sensors: Abhängigkeit C auf Gaskonzentration. Seine Form ist für alle Gase ähnlich, der Unterschied besteht lediglich in der Konzentration, ab der eine Sättigung beobachtet wird. Im Konzentrationsbereich kleiner 10 ppm ist es immer linear. Abbildung 6.3. Dynamische (a) und statische (b) Eigenschaften des Sensors Es ist bekannt, dass MIS-Sensoren eine sehr hohe Empfindlichkeit gegenüber einer Reihe von Gasen haben und daher scheint es so. müssen in Gasanalysatoren verwendet werden. Es hat sich jedoch die Meinung durchgesetzt, dass sie stets durch Instabilität und Nichtreproduzierbarkeit der Merkmale gekennzeichnet sind. Entgegen dieser Meinung konnten nahezu alle in der wissenschaftlichen Literatur genannten Nachteile von MIS-Sensoren durch eine speziell entwickelte Laserfertigungstechnologie unter Beibehaltung ihrer hohen Empfindlichkeit überwunden werden. Aufgrund ihrer physikalisch-chemischen Natur sind MIS-Sensoren nicht selektiv. Sie „spüren“ folgende Gase: H 2, H 2S, NEIN 2, N.H. 3, CO usw. (in in unterschiedlichem Ausmaß abhängig von der Fertigungstechnologie). Das Selektivitätsproblem wurde von den Autoren mithilfe eines Zweikanal-Gasprobenahmeschemas gelöst. Das Blockschaltbild des Gasanalysators ist in Abb. 6.4 dargestellt. Die zu untersuchende Gasprobe wird von einem Strömungsstimulator abwechselnd durch die Filter F1, F2 und das SE-empfindliche Element gepumpt. Der Gasfluss durch die Filter wird durch ein Magnetventil geschaltet. Das Signal vom SE wird von einer elektronischen Einheit umgewandelt, die mit einem speziellen Prozessor verbunden ist. Das Messergebnis wird auf dem Indikator angezeigt. Zeichnung. 6.4. Blockschaltbild des Gasanalysators: F1-, F2-Filter; Kl - Ventil; SE – empfindliches Element (MDS-Sensor); PR – Konsumanreger Die Idee der Zweikanal-Abtastung ist wie folgt. Der vorgeschlagene Sensor „fühlt“ hauptsächlich drei Gase: H 2S, NEIN 2und N 2; ihr Empfindlichkeitsverhältnis beträgt etwa 100:10:1. Daher ist es bei der Messung niedriger Konzentrationen von H 2S Vorhandensein von begleitendem NO in der Atmosphäre 2und N 2kann die Ergebnisse verfälschen. Darüber hinaus ist vor dem Hintergrund des Einflusses von Begleitgasen oder sich ändernder äußerer Bedingungen eine Reaktion auf sehr niedrige H-Konzentrationen nicht erkennbar 2S. In diesem Zusammenhang werden Filtermaterialien so ausgewählt, dass N0 2, N 2, Feuchtigkeit usw. wurden entweder gleichermaßen durch die Filter geleitet oder von ihnen absorbiert, und H 2S wird gut von einem Filter übertragen und vom anderen Filter gut absorbiert. Wenn wir dann die Instrumentenwerte subtrahieren, die während des abwechselnden Betriebs der Kanäle erhalten wurden, erhalten wir ein Signal nur von H 2S. Dadurch wird der Sensor selektiv gegenüber H 2S. Die Vorgänge des Kanalwechsels und des Empfangs eines Differenzsignals werden vom Prozessor ausgeführt. Alle 2 Minuten zeigt die Geräteanzeige die Differenz der Messwerte zwischen den Kanälen an, die proportional zur H-Konzentration ist 2S. Der Proportionalitätskoeffizient wird bei der Kalibrierung des Geräts gegen eine zertifizierte H2-Mikrokonzentrationsquelle eingestellt S.
Messtechnische Eigenschaften des Gasanalysators. Für den MIS-Sensor wurden die Empfindlichkeiten S bis H ermittelt 2S, NEIN 2, N 2und Luftfeuchtigkeit im einkanaligen Betriebsmodus des Gerätes (ohne Filter) Hierzu ist im Fall von H 2S an den SE-Eingang (siehe Abb. 4) einen Thermostat (30 ) mit einer Mikrokonzentrationsquelle mit einer Produktivität von 0,35 μg/min, hergestellt im föderalen staatlichen Einheitsunternehmen „VNIIM benannt nach D.I. Mendeleev“. Die Probenflussrate betrug 0,5 l/min; eine normale Probe wurde durch den Thermostat gepumpt. Raumluft. Die Kalibrierung für NO wurde analog durchgeführt 2. Die Quellenproduktivität betrug 7 µg/min. Bei der Bestimmung der Empfindlichkeit gegenüber N 2ein Luft-H-Gemisch wurde durch den Sensor gepumpt 2mit Konzentration H 2 4 ppm. Bei der Bestimmung des Einflusses der Luftfeuchtigkeit wurde Raumluft durch den SE gepumpt, nachdem sie zuvor eine Oberfläche des Wassers im Gefäß passiert hatte.
Für einen typischen Sensor wurde erhalten: = 30 V/ppm, 3 B/ppm = 0,3 B/ppm, = 10 mV pro 1 % relative Luftfeuchtigkeitsmessung bei 20 °C. Minuszeichen = bedeutet, dass C(U)-Charakteristik im Fall von NO 2bewegt sich nach rechts. Der daraus resultierende Messfehler des Gerätes bleibt konstant äußere Bedingungen betrug 10 mV. Anhand dieser Daten werden wir mittels Extrapolation die minimal nachweisbare Konzentration von H abschätzen 2S. Wenn Sie den relativen Fehler auf ±20 % einstellen, beträgt das entsprechende Signal 50 mV. Daher die minimal nachweisbare Konzentration von H 2S wird K sein Min =1,5 ppb, also 1/3 der maximal zulässigen Konzentration des Sanitärbereichs. Aus dem Vergleich Sh 2s und Es ist ersichtlich, dass bereits das Auftreten von 1–2 ppm Wasserstoff in der Luft (aus der Nähe von Schwel-, Verbrennungsquellen usw.) die minimal nachweisbare H-Konzentration um das 6–12-fache verringert 2S. Es ist zu beachten, dass Wasserstoff in der Luft das „gefährlichste“ Begleitgas ist, da es nahezu unmöglich ist, das empfindliche Element mit einem Filter davor zu schützen Wenn der Gasanalysator in einem Zweikanal-Empfindlichkeitsmodus für NO arbeitet 2, N 2und Luftfeuchtigkeit werden durch die Wahl der Materialien und Filterdicken vollständig unterdrückt (bis zu einem Rauschpegel von ±10 mV). Die daraus resultierende Empfindlichkeit gegenüber H 2S nimmt um das Vierfache ab und beträgt 7,6 B/ppm. Dies liegt daran, dass der Absorptionskoeffizient des Filters auf H 2S ist kleiner als 100 % und die Messzeit pro Kanal ist kürzer . Dadurch wird im Zweikanalmodus die minimal nachweisbare Konzentration von H 2S beträgt etwa 5 ppb, d. h. entspricht der maximal zulässigen Konzentration im Sanitärbereich. Die Wellenform im Zweikanalmodus ähnelt der in Abb. gezeigten dynamischen Reaktion. 3, c. Technische Eigenschaften des Gasanalysators SVG-3: Bereich der gemessenen Konzentrationen von Schwefelwasserstoff in der Luft 5-200 ppb (0,008-0,320 mg/m). 3) Auflösung 5 ppb absoluter Fehler ±2 ppb Reaktionszeit 3-5 Min Versorgungsspannung 220 V, 50 Hz Leistungsaufnahme 5 W Gesamtabmessungen 210x110x80 mm Gerätegewicht 1,5 kg Das Gerät ist selektiv für Schwefelwasserstoff. Die Lebensdauer des empfindlichen Elements beträgt im Dauerbetrieb mindestens drei Jahre, wenn die gemessene Schwefelwasserstoffkonzentration 0,1 ppm nicht überschreitet. Die hohe Empfindlichkeit des Geräts ermöglicht den Einsatz auch zum Nachweis von in Wasser gelöstem Schwefelwasserstoff; In diesem Fall wird der Sensor über der Wasseroberfläche platziert. 7. Gasanalysatoren für den Arbeitsschutz in Transportwartungsunternehmen Bei Wartungsarbeiten an Fahrzeugen in der Luft Produktionsgelände Es werden verschiedene Schadstoffe freigesetzt, die die Gesundheit der Arbeitnehmer gefährden. Stoffe der Gefahrenklasse I müssen gesetzlich durch automatische Gasanalysatoren mit Alarmierung überwacht werden. Genauigkeit bestehender Abgasanalysatoren für Luft Arbeitsbereich unzureichend. Zu diesem Zweck wurden Gasanalysatoren GANK-4 entwickelt, die anerkannten Standards entsprechen. Bei Wartung Transporte, die mit Kohlenwasserstoffen betrieben werden (Autos, Diesellokomotiven, Traktoren usw.), die in speziell dafür vorgesehenen Räumlichkeiten durchgeführt werden, werden in die Luft des Arbeitsbereichs freigesetzt eine ganze Serie Schadstoffe. Dies sind vor allem Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (CH), Stickstoffdioxid (NO). 2), Formaldehyd (CH 2UM). Beim Gas- und Elektroschweißen entsteht Ozon (O 3), NEIN 2,SO, CH; bei galvanischen Arbeiten - Fluorwasserstoff (HF), Chlorwasserstoff (HC1), NO 2; beim Lackieren - aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol (C 6H 6), Toluol (C 7N 8), Xylol (C 8N 10). Unter den aufgeführten Stoffen befinden sich solche, die zur Gefahrenklasse gehören: CO, NO 2, CH2 O et al.
Beim Einatmen interagiert CO mit Hämoglobin. Dadurch entsteht eine Substanz, die im Blutplasma schwer löslich ist und keinen Sauerstoff transportieren kann, was die Atmung und den Sauerstoffstoffwechsel im Gewebe stört. KEINE Vergiftung 2begleitet von Lungenödem, Husten, Erbrechen, Atemproblemen und allergischen Reaktionen. CH 2O verursacht Reizungen der Schleimhäute und zerstört das endokrine System. HF trägt zur Entstehung bösartiger Tumoren bei. Darüber hinaus werden alle diese Stoffe nicht aus dem Körper ausgeschieden, sondern reichern sich darin an, was im Frühstadium zu schwer vorhersehbaren Leber- und Nierenschäden führt. Daher bei Überschreitung der maximal zulässigen Konzentrationen für den Arbeitsbereich (MPC). R 3) Solche Stoffe in der Luft des Arbeitsbereichs sind verboten. Gemäß GOST 12.1.005-88 „Schadstoffe. Klassifizierung und allgemeine Sicherheitsanforderungen“ muss, wenn solche Stoffe in die Luft des Arbeitsbereichs gelangen können, eine kontinuierliche Überwachung ihrer Konzentrationen durch automatische Gasanalysatoren sichergestellt werden. Letztere müssen über einen Licht- und Tonalarm verfügen, wenn der maximal zulässige Grenzwert überschritten wird 3.
Gasanalysatoren sind für die Überwachung von Abgasen aus dem Automobil- und Schienenverkehr weithin bekannt. Sie eignen sich jedoch nicht zur Überwachung der Luft in entfernten Industrieräumen Auspuffrohre- dafür reicht ihre Sensibilität nicht aus. Beispielsweise beträgt die CO-Konzentration in Abgasen etwa 1 %, während der MPC r z CO beträgt 0,002 %, also 500-mal weniger. Die Messung solch niedriger Konzentrationen ist eine komplexe wissenschaftliche und technische Aufgabe. In jüngster Zeit wurden Sensoren entwickelt, die über die für solche Messungen erforderliche Empfindlichkeit verfügen. Das Allrussische Forschungsinstitut für Automobilelektronik und Elektroausrüstung (VNIILE) hat zusammen mit NPO Pribor LLC einen Gasanalysator GANK-4-1 (Abb. 7.1) entwickelt, der speziell für die Überwachung der Luft im Arbeitsbereich von Garagen und Autos entwickelt wurde Servicezentren und Prüflabore. Geräteabmessungen 250x200x150 mm, Gewicht 3,5 kg. Es gibt sowohl tragbare als auch stationäre Versionen des Geräts. Das Gerät ist mit elektrochemischen CO- und NO2-Sensoren, einem thermokatalytischen CH-Sensor und austauschbaren Bandsensoren für Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Chlor, HCl, HF, Essig- und Blausäure, O3 und Staub ausgestattet. Abbildung 7.1. Bei jedem Bandsensor handelt es sich um eine spezielle Kassette mit einem reaktiven Band, das auf den Inhalt der zu messenden Substanz reagiert. Die Bänder bestehen aus einer porösen Zellulosebasis, die mit Lösungen imprägniert ist, die Substanzen enthalten, die Indikatoren für die zu bestimmenden Substanzen sind. Das Design sieht die Möglichkeit vor, zusätzliche Sensoren für andere Stoffe zu installieren. Wenn das Gerät eingeschaltet wird, beginnt eine Mikropumpe zu arbeiten und saugt Luft durch die Poren des Bandes. In diesem Fall kommt es zu einer chemischen Reaktion, die zu einer Farbveränderung des Bandes führt. Die Intensität der Farbe und die Geschwindigkeit ihrer Änderung hängen von der Konzentration des gemessenen Stoffes in der Luft ab. Jede Kassette ist mit einem elektronischen Speichergerät ausgestattet, in dem die Ergebnisse der Bandkalibrierung aufgezeichnet werden. Das Gerät arbeitet vollautomatisch. Es überwacht kontinuierlich die Verunreinigungskonzentrationen. Bei Überschreitung der maximal zulässigen Konzentration r z Die rote LED leuchtet und die Piepton. Über den RS-232-Anschluss besteht die Möglichkeit, Daten direkt auf einen PC-Monitor auszugeben. Darüber hinaus soll der Gehalt an CO, CH und NO kontrolliert werden 2Es wurden eine Reihe stationärer thermisch-analytischer und elektrochemischer Gasanalysatoren GANK-4-SO, GANK-4-SN und GANK-4-NCb entwickelt (Abb. 7,2). Hierbei handelt es sich um Miniaturgeräte (Abmessungen: 155 x 80 x 60 mm), einfache und benutzerfreundliche Geräte, die mit digitalen Indikatoren ausgestattet sind und Konzentrationen von 0,1 bis 9,9 MPC messen r z . Bei Überschreitung von 1 MPC r z Bei Überschreiten von 5 MAC schließen die Relaiskontakte und es erfolgt ein Lichtsignal R 3- Das zweite Relais wird aktiviert und ein akustisches Signal ertönt. An das Relais können Aktoren angeschlossen werden – Leitwarte, Lüftung, Warnsignale usw. Das Gerät ist mit einem 4...20 mA Analogausgang für die Kommunikation mit einem PC oder einer beliebigen Instrumentierung ausgestattet. Abbildung 7.2 GANK-Geräte entsprechen vollständig der Norm GOST 13320-81 „Automatische Industriegasanalysatoren: Allgemeine technische Bedingungen“ und ermöglichen die Kontrolle der Luft im Arbeitsbereich. Ihr Einsatz trägt dazu bei, die Gesundheit der Arbeiter in Fahrzeugwartungsbetrieben zu schützen. Die Automatisierung der Lüftungsaktivierung ermöglicht die Einsparung von Strom und Wärmeenergie, eine Ressource für Elektrogeräte und Luftreiniger. 8. Technische Eigenschaften von Gasanalysatoren 8.1 Gasanalysator „SOU-1“ Das Funktionsprinzip ist elektrochemisch. Die Methode zur Probenentnahme ist die Diffusion. Kohlenmonoxidmelder SOU-1. Aussehen und Einbaumaße. Das Funktionsprinzip des Analysators basiert auf der elektrochemischen Methode. Ein elektrochemischer Sensor (ECS) umfasst ein empfindliches Element – eine elektrochemische Zelle (ECC) und eine Platine, auf der sich Thermistorschaltungen befinden, die für jede Zelle individuell sind und zusammen mit einem analogen Signalverarbeitungsgerät eine Kompensation von Temperaturänderungen in der Empfindlichkeit ermöglichen das ECC. Die elektrochemische Zelle ist das empfindliche Element des Alarms und besteht aus einer Arbeitselektrode, einer Referenzelektrode und einer Hilfselektrode, die durch Ablagerung eines Metallkatalysators auf einer porösen Fluorkunststofffolie hergestellt werden. Wenn das detektierte Gas durch das poröse Substrat in den Metallkatalysator der Arbeitselektrode eindringt, oxidiert das Gas und setzt freie Elektronen frei. Der ECC erzeugt ein Stromsignal proportional zur Konzentration der gemessenen Komponente in der Luft. Das elektrische Signal vom ECD gelangt in das Signalverarbeitungsgerät, wo es verstärkt und mit der eingestellten Alarmschwelle verglichen wird. 8.2 Gasanalysator „Ort-SO-01“ Kohlenmonoxidmelder „Ort-SO-01“. Aussehen und Einbaumaße. Der Kohlenmonoxid-Gasanalysator „Ort-SO-01“ (im Folgenden Gasanalysator) ist für die kontinuierliche automatische Überwachung der Kohlenmonoxidkonzentration in der Luft unter bestimmten Bedingungen konzipiert Freiflächen in Bereichen unter Markisen, in Räumen mit ungeregeltem klimatische Bedingungen Objekte allgemeiner industrieller Zweck, kommunale Dienstleistungen. „Ort-SO-01“ ist ein stationärer Einzelblock-Einkanal-Gasanalysator aus einer einzigen Komponente kontinuierliche Aktion mit Konvektionsversorgung der kontrollierten Umgebung, digitaler Anzeige der Konzentration der zu bestimmenden Komponente, Licht- und Tonsignalisierung mit zwei Schwellenwerten und Ausgängen zur Steuerung der Schaltkreise (Ein/Aus) externer Aktoren. Der Gasanalysator ist für den Einsatz in bestimmt folgenden Bedingungen: Umgebungs- und kontrollierte Umgebungstemperatur von -20 °C bis +50 °C; relative Luftfeuchtigkeit Umwelt- und kontrollierte Umgebung von 15 % bis 95 %; atmosphärischer Druck von 84 kPa bis 107 kPa (von 630 bis 800 mmHg); äußere Sinusschwingungen mit einer Frequenz von 5 Hz bis 35 Hz mit einer Verschiebungsamplitude von bis zu 0,35 mm. Aufbau und Betrieb des Analysators Das empfindliche Element (SE) des Gasanalysators ist elektrochemisch. Das Funktionsprinzip des SE basiert auf der Abhängigkeit des in der elektrochemischen Zelle erzeugten Stroms von der Intensität der Oxidationsreaktion auf der Oberfläche der katalytisch aktiven Elektrode von CO-Molekülen, die aus der kontrollierten Umgebung durch die poröse Membran in die Zelle diffundieren. Der Gasanalysator verwendet einen Drei-Elektroden-SE, im Diagramm mit GS bezeichnet. Das aktuelle Ausgangssignal des SE, das von der empfindlichen Elektrode „Sensing“ abgenommen wird, wird dem Eingang des Operationsverstärkers (OP) DA1 zugeführt, der ein Strom-Spannungs-Wandler ist. Thermistor R5; an den Stromkreis angeschlossen Rückmeldung Der Operationsverstärker DA1 ist darauf ausgelegt, die Temperaturabhängigkeit der SE-Empfindlichkeit zu kompensieren. Um die Nichtlinearität der Umwandlung zu verringern und die Stabilität des SE-Betriebs zu erhöhen, wird das Potential der empfindlichen Elektrode stabilisiert. Dies wird durch die Einführung der dritten (Referenz-)Elektrode „Reference“ und des Tracking-Verstärkers DA2 in das Design des SE erreicht, dessen Ausgang mit der zweiten Elektrode des Messstromkreises GS – „Counter“ verbunden ist. Der von der Stromquelle gesteuerte VT1-Schlüssel schließt die empfindlichen und Referenzelektroden des SE miteinander, wenn keine Versorgungsspannung für den Gasanalysator anliegt (während der Lagerung oder bei Notabschaltungen des 220-V-Netzes). Dadurch wird die Polarisierung der GS-Elektroden verhindert, was eine schnelle Wiederherstellung des normalen Betriebsmodus der SE beim Einschalten des Gasanalysators gewährleistet. Der Operationsverstärker DA3 verarbeitet das Signal gemäß dem Ausdruck: wo U 3- Spannung am Ausgang des Messwandlers, V; K=0,01 Vm/mg – Nominalwert der Umrechnungssteigung; MIT IN x – tatsächlicher Wert der CO-Konzentration in einer kontrollierten Umgebung, mg/m3 ;
MIT 0- SE-Nullpunktoffset, reduziert auf den Eingang, mg/m 3; ?MIT 0(T) – Temperaturdrift des SE-Nullpunkts, reduziert auf den Eingang, mg/m3 ;
U 0- Verschiebungsspannung, reduziert auf den Ausgang des Messwandlers, um die Verschiebung des SE-Nullpunkts (d. h. des Ausgangsstroms GS bei Svx = 0) zu korrigieren, V; ?Uo(T) – Kompensationsspannung für die Temperaturdrift des SE-Nullpunkts, reduziert auf den Ausgang des Messwandlers, V. Um den Messumformer genau mit einer bestimmten SE-Instanz zu koppeln, verfügt der Gasanalysator über die Einstellelemente R13 „0“ – Korrektur des SE-Nullpunktoffsets, R15 „T“ – Kompensation der Temperaturdrift des SE-Nullpunkts und R21 „K“. " - Einstellung der nominellen Umwandlungssteigung. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers DA3 wird über einen Teiler R14, R15 dem ADC und dann dem SDA zugeführt und eingeschaltet LED-Anzeigen HG1-HG4, die den aktuellen Wert der Swx-Konzentration in pp oder mg/m darstellen 3bzw. wenn die Schalttaste SA1 „ppm-mg/m3“ gedrückt oder losgelassen wird. Die Auswirkung des einen oder anderen Wertes des Gehalts der CO-Komponente in der Luft auf den menschlichen Körper ist in der Tabelle dargestellt. Konzentration des CO-Anteils in der Luft, ppm Symptome bis zu 50 Exposition über mehrere Stunden verursacht keine Symptome 100 Exposition über mehrere Stunden verursacht leichte Kopfschmerzen im Stirnbereich 500 Exposition über 1 Stunde verursacht Kopfschmerzen mit zunehmender Intensität 1.000 Exposition über 20 -30 Minuten. Verursacht Kopfschmerzen, begleitet von Schwindel und Übelkeit4.000, möglicherweise Tod innerhalb einer Stunde. Konstruktiv ist der Gasanalysator in einem Gehäuse bestehend aus einem Sockel (Pos. 1) und einer oberen Abdeckung (Pos. 2) aufgebaut. Auf der oberen Abdeckung und in ihrem Hohlraum befinden sich: ein empfindliches Element (Pos. 3), ein Filter (Pos. 4), eine Messumformerplatine (Pos. 5), eine Anzeigeplatine (Pos. 6), der Schalter SA1 „ppm-mg/ m“ (Position 7), Tonalarm-Reset-Taste SB2 „Reset Phy“ (Position 8), Steuerungsmodus-Aktivierungstaste SB1 „Start“ (Position 9), piezoelektrische Sirene BA1 (Position 10). Um den Einfluss von Temperaturgradienten zu reduzieren, sind die SE und die Elemente R5 und VD1 des Messumformers mit einer thermisch isolierenden Hülle (Pos. 11) ausgestattet. Die Steuerplatine (Pos. 12) befindet sich am Gehäuseboden. Die Achsen der Potentiometer R13 „0“ (Pos. 13) und R21 „K“ (Pos. 14) befinden sich auf der Frontplatte des Gasanalysators und sind mit einer selbstklebenden Dichtung (Pos. 15) verschlossen. Abschluss Es ist zu beachten, dass der Einsatz von Gasanalysatoren unterschiedlich ist und von der Untersuchung der Gaszusammensetzung bis zur Rettung des Lebens eines Mitarbeiters vor Schadstoffemissionen reicht. Heutzutage kann man bei genauem Hinsehen diese Geräte leicht als „listig“ erkennen „Geräte an vielen öffentlichen Orten, oft als Rauchanalysator, seltener als eine Art Schadstoffanalysator. Eine detaillierte Beschreibung jedes Gasanalysators ermöglicht es uns, das Funktionsprinzip und den Funktionsalgorithmus des Geräts zu verstehen. Es ist jedoch zu beachten, dass Sie bei der Arbeit mit ihm die Anweisungen und Methoden zur Bestimmung des Gehalts an schädlichen Gasen genau kennen sollten in der Luft wird gemessen. Werden diese Bedingungen vernachlässigt, können die Folgen unterschiedlich sein, nämlich von der Beschädigung des Gerätes bis hin zur Vergiftung einer Person mit anschließendem Tod. Heutzutage gibt es und werden verschiedene Gasanalysatoren entwickelt, die sicherlich mehr als eine Person retten werden. Referenzen 1) Instrumente und experimentelle Techniken, 2002, Nr. 3, S. 111-114. ) Biomedizinische Technologien und Radioelektronik, 2002, Nr. 9, S. 38-41. ) Zubkov M.V., Loktyukhin V.N., Sovlukov A.S., „Sensoren und Messwandler für die Umweltüberwachung“: Trainingshandbuch; Rjasan. Zustand Funktechnik univ. Rjasan, 2009, 64 S. ) Instrumentation, 2002, Nr. 3, S. 52-54. ) Messtechnik, 2004, Nr. 6 S. 67-69. ) Sensoren und Systeme, 2004, Nr. 2, S. 51-52. ) http://ru.wikipedia.org/wiki/Gasanalysator )Technisches Datenblatt Kohlenmonoxid-Warngerät SOU-1, Bedienungsanleitung IBYAL.413534.001 RE Nr. 1855, 1999. ) Technischer Pass des Kohlenmonoxidmelders „ORT-SO-01“, Bedienungsanleitung PLRT.413534.001 RE, 2004. ) Bagel. G. F. (verantwortlicher Herausgeber) und andere „Instrumentenbau“, Kiew: Lybid, 1991, 64 S. Die zur Durchführung der Gasanalyse verwendeten Instrumente heißen Gasanalysatoren. Sie sind manuell und automatisch. Unter den ersteren ist die chemische Absorption am häufigsten, bei der die Komponenten einer Gasmischung nacheinander von verschiedenen Reagenzien absorbiert werden. Automatisch Gasanalysatoren Messen Sie alle physikalischen oder physikalisch-chemischen Eigenschaften eines Gasgemischs oder seiner einzelnen Komponenten. Derzeit sind automatische Gasanalysatoren am gebräuchlichsten. Aufgrund ihres Funktionsprinzips lassen sie sich in drei Hauptgruppen einteilen: Jede der genannten Methoden hat ihre Vor- und Nachteile, deren Beschreibung viel Zeit und Raum in Anspruch nehmen wird und den Rahmen dieses Artikels sprengen würde. Hersteller von Gasanalysatoren verwenden derzeit fast alle der aufgeführten Methoden der Gasanalyse, aber größte Verbreitung erhielten elektrochemische Gasanalysatoren als die billigsten, vielseitigsten und einfachsten. Nachteile dieser Methode: geringe Selektivität und Messgenauigkeit; kurze Lebensdauer empfindlicher Elemente, die aggressiven Verunreinigungen ausgesetzt sind. Alle Gasanalysegeräte können auch klassifiziert werden: Klassifizierung nach Funktionalität.
Klassifizierung nach Design.
Wie die meisten Kontroll- und Messgeräte können Gasanalysegeräte über unterschiedliche Gewichts- und Größenanzeigen sowie Betriebsarten verfügen. Diese Eigenschaften bestimmen die Aufteilung der Geräte nach Design. Schwere und sperrige Gasanalysatoren, die meist für den langfristigen Dauerbetrieb ausgelegt sind, sind stationär. Kleinere Produkte, die sich leicht von einem Objekt zum anderen bewegen und ganz einfach in Betrieb nehmen lassen, sind tragbar. Sehr klein und leicht - tragbar. Einteilung nach Anzahl der gemessenen Komponenten.
Gasanalysatoren kann so konzipiert werden, dass mehrere Komponenten gleichzeitig analysiert werden. Darüber hinaus kann die Analyse sowohl gleichzeitig für alle Komponenten als auch einzeln, je nach Bedarf, durchgeführt werden Designmerkmale Gerät. Klassifizierung nach Anzahl der Messkanäle.
Gasanalysegeräte können entweder einkanalig (ein Sensor oder eine Probenahmestelle) oder mehrkanalig sein. In der Regel liegt die Anzahl der Messkanäle pro Gerät zwischen 1 und 16. Zu beachten ist, dass moderne modulare Gasanalysesysteme eine nahezu unendliche Erhöhung der Anzahl der Messkanäle ermöglichen. Die gemessenen Komponenten für verschiedene Kanäle können in einem beliebigen Satz entweder gleich oder unterschiedlich sein. Bei Gasanalysatoren mit Durchflusssensor (thermokonduktometrisch, thermomagnetisch, optische Absorption) wird das Problem der Mehrpunktüberwachung durch spezielle Lösungen gelöst Hilfsgeräte- Gasverteiler, die den Sensor abwechselnd von mehreren Probenahmepunkten aus mit Probe versorgen. Klassifizierung nach Zweck.
Leider ist es unmöglich, einen universellen Gasanalysator zu entwickeln, mit dem sich alle Probleme der Gasanalyse lösen lassen. So wie es beispielsweise unmöglich ist, mit einem Lineal sowohl Bruchteile eines Millimeters als auch Dutzende Kilometer zu messen. Doch ein Gasanalysator ist ein wesentlich komplexeres Messgerät als ein Lineal. Unterschiedliche Gase in unterschiedlichen Konzentrationsbereichen werden auf unterschiedliche Weise und mit unterschiedlichen Methoden und Messmethoden überwacht. Daher entwerfen und produzieren Hersteller Instrumente zur Lösung spezifischer Messprobleme. Die Hauptaufgaben sind: Kontrolle der Arbeitsraumatmosphäre (Sicherheit), Kontrolle von Industrieemissionen (Ökologie), Kontrolle von technologischen Prozessen (Technologie), Kontrolle von Gasen in Wasser und anderen Flüssigkeiten, Kontrolle der Grubenatmosphäre, Kontrolle von Fahrzeugabgasen Gase (Ökologie und Technik). In jedem dieser Bereiche lassen sich noch höherspezialisierte Gerätegruppen unterscheiden. Oder Sie können es vergrößern, wie wir es getan haben – in unserem Katalog finden Sie 5 Hauptgruppen von Gasanalysegeräten:
