автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Принципы построения и проектирования автоматических оптико-акустических газоанализаторов для контроля параметров технологических процессов в природной среде

. J. ^

. Г. Л

КосЕовсзая Государственная Академяя Химического Мязшвостроензя

На правах руксшяст

Ридов Яяядвувтр Аргадьовач

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ I ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТСШТИЧЕСКИХ ОШШО-АКУОТКЧЕСКИХ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ! ПРОЦЕОООВ

и природной срад

СВ.11.13 Прибора а катода понтрснга щиродеоЗ среда, E8S58CTB, ватериалов в тадплтеа

Автореферат двссэртоцдп га ошскашяз угевэй стошка доктора тащцчагяпд няуп

Иосква - 1936

Работа выполнена а Научно-производственном объединении "Хем-автоматика".

Официальные оппонента:

доктор технических. наук, профессор Пущин H.A.;

Заслуженный деятель наука в техники Ре,

доктор технических наук, профессор Воробьев В.А.

доктор фоико-математнческнх наук, профессор МигяАдик В.В.

Ведущая организация - Государственны® Научны® Центр П1 ВШЭД им Менделеева, (г. Санктпвтербург)

Защита диссертации состоится3 С, CS \ 9SS г. в аудитории В-13 на заседании специадкзаровашюго совета Д 0S3.44.02 в Иэсновсеой го су дарственной академии химического маипностроения ш адресу: 1 (77884 ГСП г.Ыосква Б-66, Старая Басманная, 21/4.

С диссертацией мсзно ознакомиться в библиотека ннстатута

Автореферат разослан 2G culf>1936 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент Г.Д. Швов

Общая характеристика работа

1. Актуальность теки. Автоматический газовый анализ является одной из ваанэйшх задач, опредэляицих научно-технический прогресс в таких областях, как химическая промышленность, черная металлургия, медицина, биология, охрана окруяаащей среды н других. Создание крупнотоннажных производств в химической промышленности, черной металлургии повышает роль автоматического газового анализа технологических процессов, предъявляет ноше требования к основным метрологическим характеристикам автоматических газоанализаторов: точность, быстродействие, избирательность, надежность.

Среда методов автоматического промышленного газового анализа в многокомпонентных смесях сложного состава одним из основных является оптико-акустический метод (нвдиспврсионний абсорбционный инфракрасный метод). Этот метод характеризуется широким диапазоном применения - динамический диапазон определяемых концентраций 0,0001-100 3 объемных; широкой номенклатурой компонентов - десятки основных технологических газов, за ксклшениеи одноэлементных; высокой точвостьп, ЕЗбкратальностьа, быстродействием, универсальностью и уннфпсацЕэй приборной реализации.

В пэрэдозых промышленных. странах выпускаются десятки- иоделай оптико-акустических гвзоавалзтааторов (ОАГА), появляются патенты, направленные как на созерзеястшвзляе традиционных решенЕЙ, так н на разработку новых разновидностей метода. В Российской Федерации такш ведутся разработки я осуществляется выпуск автоматических ОАГА.

йдасте с тем волрост, проэктнрованля ОА ГА разработаны недостаточно, что затрудняет устанаалквать взаимосвязь медду метрологически.® характеристикаш прибороз и жх конструктивными параметрами, производить сопоставление различных технических решений, предложений по совершенствованию характеристик. В значительной степени это объясняется отсутствием математической модели поглощения излучения в строкой спектральном диапазона, удобной для инженерных расчетов.

Диссертационная работа посвящена разработке вопросов проектирования, создания иатекатаческого аппарата для описания основных характеристик широкого класса схем ОАГА.

Работа выполнялась в соответствии с координационными планами Министерства химической промшаленностн повышения качества управления технологическими процессами, контроля воздуха рабочих мест,

г

контроля выбросов в окружающую среду.

Цель работы. Целью работы являвгея создание методологии, теоретических основ оптимального проектирования автоматических ОАГА для контроля параметров технологических процессов и природной среда.

Задачи работы. Для достижения этой цели были поставлены следуйте задачи:

- разработать классификации широкого класса ОА ГА, учитывающую как спектральные особенности, так и способы конструктивной реализации;

- разработать математические методы расчета чувствительности, избирательности, нелинейности градуировочных характеристик ОА ГА на базе моделей спектральных полос поглощения и интегральных законов поглоаения;

- изучить механизм преобразования аналитического сигнала в ОА детекторе с учетом неравномерного поглоаения, влияния тепловых и акустических параметров;

- исследовать методы повышения стабильности измерительных преобразователей путем введения оптимальных методов обработки аналитического сигнала;

- разработать метод оценки технического уровня автоматических ОА газоанализаторов.

Методы исследования. В диссертационной работе для решения поставленных задач использованы методы математического моделирования, метода экспериментального исследования метрологических характеристик ОА газоанализаторов.

Научная новизна

Предложена математическая модель семейства спектральных линий и связанных с ними законов интегрального поглощения ИК-излучения, позволяемая проводить расчет основных характеристик для оптически схем ОАГА. Предложена методика определения параметров функции интегрального поглощения по спектроскопическим параметрам данной полосы поглощения.

Предложена двумерная классификация оптических схем ОАГА, учитывашая спектральные особенности и конструктивную реализацию высланной схемы.

На основе предложенной модели спектральных линий разработана методкха расчета избирательности различных оптических схем,. позволяли.«. расчитывать схемы с повышенной и регулируемой избирательностью по отношению к мешащим компонентам.

Ксслэдозйеи реалтгннэ Еврсазтн схея о зее^ещэееоЭ еюшэй, еэ-

I

•года исдарозшвя спорного спгншш, прэдаоаэн а ссследошп одашш-вальттЯ фазовнй Оггеркоягсеспий метод пзиэрашя.

Црэдлэзаны п гзучээы схэкы тшиешой стабильности, оодарва-щЕе дучепргекиин с сшжвтргггшии яааераки шш одну кегзру, а такта способы, увалЕшващчге срок едгсзЗн дучапраэшнка.

Прэдяогаа газшлакснна крзтерна технического уровня автояати-чесжого газоанализатора, позволяющая сопоставлять различна» проборы с едашх позщШ кв&шае'^рш.

Пргдггпчоспая ценность работа

Ксследозада процессы ©эржровшЕМ аналитического сзгпгшэ я ОД лучепрпекшнэ с учетом неравномерного погнет,экая пзлучашя по глубине камеры, с учатсм дополнстзлыэз тзшхтроЕОдщш: гозэрхво-стей и аяустачвскнх пнрагсзтров дзтоикзра.

Исогадоветы основшгэ параметра: чувстштз лъзэстъ, пвбвра-тельность слгагеескях схаа пологштельно-отрпцЕТОЛЬЕОП ©альтрадаи, шделены основные классы шутрз етпх схем, проведает оошстшава-нлэ параметров со схэш2 тлогятэлансЗ йадьтрацш.

Предложен способ рэгудпронкп избирательности ОАГД, позеоюго-щий проводить настройку ^аксшаяьвоЗ сзОиратальЕОста го дшешу мзшшЕцеиу аогахяэгт?.

ПрвД£02£ЕЬ! П ЕСОЕЗДОЗЗНЫ ОШОТЭСКЕЭ СХЙС2£ ДЕООЕОГО ЕтНТО-

ная, позваяяпщз® сочетать внсокуэ 'зувствательЕосгъ к оспоиазау компоненту и виосзув избирательность ао отесзоеш) к кэшапцвиу.

Предложен сттшсо-фэзссгэтрячегаша ¡сэтод газового внашзо, обеспечяващяЗ ШЕШэннуа стабалькость поюЭфщпэнта прэобравова-ш аналитического сигнала. Кзучзнн различные ввраентн рэалввацна ®азоЕого метода, рассмотрены уаповкя шбора щтцтшгсдта паршэт-роз сштако-фазогзе'гряческого аншЕза?ора.

Рзссглотрзш вопросы схетааа к парасзэтрачаскоЯ оптшиващш, охзативахщцэ основные есточнехз погрэнноста: взбпратздьпость, линейность , случайнут состагшшщун, ствОальвость, гзшязагавскутэ погрешность (шэрцгонассть).

Рэалдзацая яаутао-тахнжчвсгшх результатов

Результата работы аспользозанн пря созданка шэтгшэкса азто-катачэскнх ОАГА для потребностей гдаячвсзсоа щххшцянноста, шш>-чагщив прзбо^зг ГОД-2, ГОА-3, ГОД-4 дяя анализа концентраций от 0,05 до 100 3 основных ТОЕЕолэгЕческшс генов 00, 00г, 03.л, 0 а прсОоров для акалнзв жаяцеитрацла юзяеа 0ГС05 ® для 00 п 002 а тогволопагаесзшх сгзш, а такта СО 2 эоадуаэ пропвЕодстзаншх ш-

мещэнвй (везго 20 модабзакациВ). Осшееез шрггзтра газовявднзато-роа, и в первуэ очередь, аучвдрившика - детектора ИК-нзлучения -выполнены на основе научных рэкшаядацп®, сформулировпншу в диссертации.

Серийный выпуск ОАГА типа ГИШСИБ-З производился с 1э67 по 1987 гг., за это вреия Ошга выпущено и внедрено в химическую про-шшюнность и другие отрасли народаого хозяйства более 1200 приборов. В 1979 году газоанализаторам присвоен государственный Знак качества. Она являлись основными приборами для контроля СО в воздухе в системе обеспечения техники безопасности.

Модели ГОД-2 и ГОА-3 выпускались с 1359 года, бнло выпущено более 150 приборов. Газоанализатора ГОА-4 шцускавтся с 1978 года, они полностью заменю® постанки аналогичных праборов по импорту в хииическоа промышленности, было вкпущено более 800 приборов. С 1979 года прибор ГОА-4 (17 различннх шда$гквци&) выпускается ш высшей категории качества.

На основе 0АГ4. типа ГШ-1СЫБ-3 созданы образцовые средства измерения примесей - СО, С02, СН4 в поверочных газовых скэсях, которые воалн в обцесошзяуш схему поверки (НПО "НШИН пи. Д.И. Менделеева). Комплект газоанализаторов ГШ-«5 и ПШ-1СНВ-3, аттестованный Госстандарта, внедрен на Бал&&пшшскои ккслородаом заводе для аттестации газовых смесей, серийно выпускаемых для поверки ОАГА. Это позволило наладить широкий выпуск ПГС, что обесго-чивает метрологическое обеспечанш эксплуатируемых приборов в . промышленности.

Газоанализаторы ГОА-4 шроко приианявтея щи автоматической контроле е азотЕой промышленности. Они вошли в автоматизированные системы газового анализа в крупнотоннаанкх производствах ажята и метанола.

Газоанализаторы КЕДР истгальзозаянсь для определения С02 щи исследовании дыхания сеиян и штенсикностн фотосинтеза растений ("992-95 гг).

Газоанализаторы КВДР вошли в состав газоаналнтвческого комплексе для контроля выбросов звнацЕошкх давгателей а шбросов ТЭЦ г.Иоскш (1993-95 ГГ)

В учебно-нэтоднческом плане штврияш дессертацнн использованы при обучении студентов в кэто даче скис указаниях по пвучению метрологических характеристик газоанализаторов КВДР и ОАЗИС (ЫИХЫ, 1991 г), методических указании по штематическоиу иодели-рованию OA-газоанализаторов (Ш2Ш,1932г, 1995г. I и дишквшых ра-

ботах студентов кв@здра АСК ЦГЛХМ.

Апробация "работы. Основные рэзудьтвты диссертации дадосанн на Все сотенок научно-тегганчэском совещании "О развитая аналитического приборостроения" (Тбилиси, 1368 г.), на международном симпозиуме ш аналитическому яонртролп, управлению а регулированию (ЮРЕУА, Югославия, Загреб, 1SS8 г.),на научно-технпческой ковфэ-ренции ш аналитическому приборостроении (Тула,1969 г.), на Всесоюзном научно-тешическои секпшврэ "Новейшие штода а прибора определения состава веществ в химической промышленности" (Озверо-донецк, 1972 г.), на Всесоюзной конференция "Оостояннэ в перспективы развития аналитического приборостроения до 1985 г. (Тула, 1975 г.), на I Научно-технической гож&эрзнщш "Ооотояшга в проблем* технических пгмерана2" (Москва, ИГТУ ем.Баумана, 1994 г.), на II шадународной тешюфтадчвской школа (Тамбов, 19S5 г.), на Научно-технической конференция "Фгзико-хшячесетэ проблемы экологии энергоустановок нв углеводородных тошшвах" (Москва, ЦШ1, 1995 г.).

Разработка го дассвртащяшэоа работа окачены в 19SS-87 гт золотыми мэдалжв ВДНХ.

Сбъэм работа

ДисоэртаципЕЕая рабств состоит из введения, пята глав, выводов, списха цюгяруэмоа лггоратурн п прзлнзняй.

В диссартзцЕД оОоСщвеы рэаультанз псслодовшшй шшодтаншх соаскателзк в период о 1SS5 по 1995 гг. Нпучнш консультантов работа является д.т.н. црзЗэсоор Корабдэв П.В.

ОодорсшЕПэ работа.

Во введении показана шстуаяьшсть таш, о®ораулпрозаны цели н задача, .раскрыта научная кошзна в практическая цаннооть работа, приведанк результата рзЕлзввцЕЯ а апробации.

В первой главе раесаютранц принцшн оптшсо-акустического катода газового анализа, его основное черта, области прпивненЕЯ, тенденции развития.

ОА катод газового анализа относится а иетодша молекулярного спектрального анализа. Его щшнцеп зшишчается в той, что модулированный поток ПК излучения, попадаадяй в вемкнутна объем о етг-лощащш газом, шзывавт колебания давления с частотой модуляции. Колекула поглощещвго газа Еозбуддаются, поглощая резонансно квант влектрокагштЕого пз-цучендя, а затеи за счет соударений ш-

рэводя? эту езэргшз е тзшовув енэргш! кинетического двиявеня ко-лекул. Слой газа с поглощащим коьшонэнтом играет роль селвктнв-вого детектора, югвлцэго сшктрглънуг харектервсткжу, совяадащуа со спектром поглощения данного ксчсганэЕта. Это свойство определило удачное сочэтгнзе основных характеристик ОА детектора, сочетание высокой нзокрзтэдьыостж а унжшрсальностк: для пера года к анализу другого кожонзнта достаточно сменить поглощащий res в замкнутом объеме детектора.

ОА метод газового аналаза зангаавт щдеоэ из сто з раз.зшчшгх отраслях дромьгалвиностЕ н народного хозяйства. В то sa время развитие проммленвоста, освоение новых материалов и технологическая процессов требует дальне£аего совершенствования катода, шгнЕВнжя его чувствительности, избирательности, стабильности, повышения степени его азтоыатЕзацни, уманьяеншя трудозатрат на обслузавакие приборов на производстве.

ОА селектавша приемник явлкэтся центральным уалоя ОАГА, реалжзугвдш две основше функции: преобразование ИК радаадаи в полосе погловдния определяемого газа в прарицакае тгшгерзтуры газа, заполняющего пршишпс и преобразованаэ прщ>ащешш температуры газа в электрический сжгнал.

В нем сконцентрированы все особенности QA асе года анализа, имеются десятки патентов, предлагающие усовершенствование етого узла. Исследоваьшю Сжзическшх процессов, связанны* с его функционированием посвящены работы Baterepozia И.!., Панкратова H.A., Слободское П.В., Саоя А.О., Враслзра П.IL, Сахарова Б.В., Горе-лшка Д.О., Лосицкого К.Т., КораЗлева И.В., З&фтв ж др.

КонструктжЕно ОА прнэютк (рзс.1) представляет гврггетичнув хашру с окном, прозрачные для ик радиации со ветровпкыи преобразователей сриркаения теыпвратурк в влэктрпчесгаш сигнал, чаща всего для этех целей используется конденсаторный микрофон с электрически* контактом, выведенный наруцу. Ksriaps снабкека па трубкой для задолнеЕия заданной газом и госледундаЕ гариэтизедш.

Спектральная чувствительность такого детектора представляет собой слэктральнув функции поглощения газа, заполнящего активный объем (рнс.2), которая к определяет осеовннэ аветрологическнэ характеристики ОД методе газового анализа, чувствительность к основному и капашеиу компонентам, линейность, динвюгчееккй диапазон. Стабильность характеристик ногдааапщаго слое е его спзктрв опрэ-деляет зависимость показаний от тешкратуры, двавания, стабильности во времени.

б 5

12

9 8 11

Ряс,1 Устройство олтггао-аяустБческого приемника: 1 - верхняя часть корпуса: 2 - нижняя часть корпуса; 3 -окно из материала, прозрачного в КК области; 4 - камера поглощения ИК раднавда (активный объем); б - конденсаторный микрофон; 6 - годвзхная квмбрана; 7 - неподвижный электрод; в - изолнрутаая пластана; 9 - алзктрошвод; 10

- изолятор вывода; 11 - атудар для заполнена! газсза; 12

- дюза (тонкий канал, соэяннящпа верхний н ияжшй обман)

I л,р№

шли..у

13

Ркс.2. Сншгрвлыти ираетвриегшш опгшко-вауспгзоспсго лупсттрганкка

В ОАГА елок газа шетупаая в самых ргаяачнкх ролях: анализируемы® газ в рабочей кювете; сопутствующий компонент в фзльтровой кпввте, ОД приэкЕкк, заполненный определяемым компонентом. Вычисление поглощения слоем газа в полосе, содераащей несколько десятков линей, представляет непростую задачу. Для анализа основных характеристик ОАГА необходимо иметь простой математический аппарат, позволяющий аналитически рассчитывать и оптимизировать параметры для различных типов схем ОАГА.

Вторая глава диссертации посЕяцена разработке математической модели для исследования основных метрологических характеристик ОАГА номинальных статических характеристик, чувствительности к определяемому и мешающему компонентам. Эти математические шдвли основаны на интегральных и спектральных функциях поглощения газов в Ж области спектра, фи их разработке в диссертации выделены следу идие аспекты:

1. Был проведен обзор работ, где приведены данные то интегральным функциям поглощения различиях газоз и приведены 8мпЕряче-скиа закономерности для разных оптических толщин.

2. На основе этих данных было предложено амхшрпческое семейство степенных функций интегрального поглощения, которое вхлзкало в себя все известные эмпирические закономерности

где 5 - интегральная интенсивность спектрально® ленее; г0 - номи-яя ггуиуя коаДициент поглощения, и^с! - оптаческая толщина газового слоя; я - парамугр, изменяющийся от О да о и характеризупаий вид закона поглощения. Данное семейство степенных функций интегрального поглос^н&я непрерывно перекрывает все закономерности от линейного закона (т-0) до экспоненциального (закон Бугера-Ламберта - Бера), где к -» ® г обладает следухщимн свойствами.

- все функции и гх производные непрерывны вс всем диапазоне оптических толщин 0 < г и < ® . Их разлозэние в ряд имеет вид.

- все функции имеет в нуле равные перше и вторые производные - при введении безразмерных величин у » Ми,я)д>0/Б', х » г0и функции удовлетворяют да&еренциалъному уразнагош

(2.1)

ш

п! Г(и) и"-1

(2.2)

у*(х,а} + [ у^(х,п) ] г - 0 ада у' - [- а*] . (2.3)

где г - показатель дифференциального уравнения, г « д-р' 0<г<!.

- даффаренциальшЯ показатель г вирааается через отношение производных и ае завЕстг о? ашгатабных коэффициентов

у°(х) у"(х)

г(х) ш -- . (2.4)

У'(х) у" (X)

Для степенных функций он является постоянным для каздэй функция а иозэт слуннть критерием здзнткфосацни вида функцгя.

3. Балн исследованы взгшюсвяза иавду контуром спектральной лганж п вздоа закона фупкцкн жнтегрзльного ггаг-йэдэззл.

На основе стандартного даслерснонного контура ляшга поглогр-ния (контур Лорантца) было рзссштрэно напраршшоэ нноаество подобных контуров, отлжчёщчхся по форке (Рас.За обобщенный контур Лоргнтца).

а(У,т) - —щ ' ? - -Е-2; 0< 7 <» (2.5)

[ -тг^)

ЭквжваазЕтзшэ ггаргазэтры с0 а Э0, пра которнх асе лнвш жэют равные Ентвграаьше зштенсяшостя пагхщашя 5 а Еогаавльвае ко-еффздаента псямщэяая шралаэтся чэрэз пареаэтр р:

о0 - 0 ——; р-^1 (2.6)

*0-р) 7

в

е1п *(1-р)

Цря рвзлогэша в рял ф&тащЯ пнтегрзлъшго поглощения, коэффициента разасЕ9яш! вырезается чэрэз Г-функцгл, как я степенные функции интегрального вогяосюная

о -г- (аги)п Г(рм1~1)

4(и,р)-§-) М) -—г (2.7)

Ш Г(р) Г (я) рп"1

МдвнтяЗрсхзцгзя ®ушш£3 еттэграаьного поглоарная проводилась по следувдей «гэтодккз:

даФЭерэвдзровелзш {?..?) баш получеш шрааэаяя дяя первой, второй, трэтъей пронзводанх в вида рядов;

при разках значащих аргугакта о0и зычаслялнсь Л'(и,р), 4"(и,р), ла'(и,р) , а затоы через ах отшяешэ - значения даффэ-

а.

Ь.

Рис3. Модельные контуры спектральных линий в эквивалентных параметрах (а) к дифференциальный показатель для соответствующих им функций интегрального поглощения (Ъ), кривые к=сот1, (0,1; 0,2; 04; 1,0; 2,0).

реяциаякяого показателя г(и,р). (рас.ЗЬ)

Как показал анализ, прн больпих значениях аргумента а^и даф-ференцналышй показатель стремится к постоянному значении, то есть асимптотами функций интегрального поглощения являются степенные функции. Характер функций интегрального поглощения определяется "крыльями" спектральных лнний, крутизной кх убывания.

4. Спектры поглощения газов в ИК-областа представляют собой сложные полосы поглощения, содержащие насколько десятков линий, связанные с колебательно-вращательными степенная свобода шла кул. Существует много математических иоделей для их описания.

Были проанализированы регулярные, статистические и комбинированные модели полос поглощения. Функция интегрального поглощения для комбинированной модели представляет собой функционал, содержащий три функции.

Л(и) - (2.8)

- Ь(у' ) - контур одиночно:! линии поглощения;

- <3(5) - функция плотгостя распределения ЕЕтенсивностн линий;

- g(v) - контур огнбавдей полоса поглощения.

Общее выражение для фуякцш интегрального поглсщешш в »том случае, полученное при определенных упрощашдах яредггалозеннях имеет вид:

Ми) -\<Ь |1-в1р[- 1 |Ш<ЗГ5;с£? (2-Э)

где й - среднее расстояние мэвду лмаяша.

Бал проведен сястеший анализ тех првдшдоовюй, на которых базируется та или иная шдаль полосы спектра погдщвшш, в результате которого была выбрана оптимальная кскбнняровалная иодель со следующими предпосылками:

отдельная линия описывается нормированным дасперсшнным контуром с пплуширшюй О

1

Ъ(у')--=г-; 5 --(2.Ю)

*0(1 + Г) О

функция плотности вероятности распределения интенсивности линии Я{Б) задана в виде экспоненты

ЯН) - 5£вхр(-&Ъд) (2.11)

регулярная огибающая описывается йкспошшцнальаш контуром

« (2.12)

При этих предпосылках функция интегрального поглощения принимает вид

г"Ьиг г рг (32 Б. А(и) * \ 1 - ехрГ- - | — = — (2.13)

1 1 п г *о

где 5Ь- интегральная интенсивность полосы поглощения; (МоЗ/й -параметр характеризувщкй наложение "крыльев" отдельных линий; ¡е^р/гтй- номинальный коэффициент поглощения; и=с1 - оптическая толщина слоя. Производвая функции интегрального поглощения имеет сравнительно простое аналитическое выражение

/1 +2аг0и

Эта функция интегрального поглощения учитывает известные эмпирические закономерности. В блияней области оптических толщин ае0и<1/р функция Слизка к закону квадратного корня, а в дальней области зеои>1/0г она переходит в логарифмический закон.

Эта зависимость описывает функции интегрального поглощения для Есех газов ао всем диапазоне оптических толщин, вклвчает три параметра спектра полосы поглощения р, а0, которые отражают специфику спектра конкретного газа.

Б. Доказательство адекватности разработанной модели более строгим моделям было проведено методом сопоставления их функций интегрального поглощения на основе дифференциального показателя.

6. Выла проведена аппроксимация функции поглощения (2.13) двумя функциями: квадратного корня и логарифмической, сопряженными з некоторой точке и*. Корне-логарифмическая функция интегрального поглощения содержит три основных параметра £ь, х0. р (или связанный с ней и*;. Выла разработана методика расчета этих параметров по спектроскопическим данным на основе квантово-маханичес-ккх моделей для различных типов молекул. К спектроскопическим данным относятся: £ - интегральная интенсивность полосы поглощения, вращательная постоянная молекулы В, связанная с ее моментом инерции, расстояние между линиями й, ширина линии при стандартных условиях С.

. ja

0шк^ро>Езсщ-еесн£Еэ дензнэ з шшогэгявб етреатрз да осэоа-шп: гезоз, npmsEsjsms з ОЛГА адпшедваа в

СгоэтросотЕгсесяггэ дазвэ Пгфшьгса кодэяа

|Газ v0 cj ÎQ-é ü roa ^-i ¡3Ö œT* o0 <жГ1 ßQ u ra ]

!-!-i-1--í--i-i-Î-¡-i

too 2143 102 3,as 6,3 I 260 20,1 0,053 2,20 ¡ jOOg 2359 20,В 1,55 8,2 ¡ Ш '<23 0,1 S3 0,0SO| |СН4 3C18 277 10,5 13,0 | Й30 4,<¿S 0,054 9.5S |

Ii . f......i i n 1,- ............... i,,— ........i............ t.........,1

В трэтьеЗ г-кгзэ ддсеэугщсш sa оешвэ pespseosassax иатеиэ-тпчегапп кор&яй проводатса иссяэдеааакэ штЕЧвгасЕ сдам 0ДГАг их ockqehh2 нэтраэопггвекш: жаргаигерпика: чзщстгЕгаяьшсяа к опрэ-дэлязьюау п -шавщэку ксетюнептшз, шлееэСеостя, eqsshe&eьеоЭ cïb-тнчэской харгитгрзстзкз.

Была проведана югасстЁЕйящя ооттетасюз сзшза ОДГА, сотораэ отличатся свотаа ксшструктшзыш ада вунгоогсзааьааязя прпзаанша.

й етвструктавшя иояно оулжгаа еэтод кодувдш ра-

бочего a сраЕНЕгаыьЕого ейешюз, ксшпвея» щнезиш х&тзр у гу-чвпрзшиика и sa рвсгшоЕэазэ, ждаяестЕО йотсгпшеов шлзчтпа, налячие гзркея s сазэесб ©оргщроЕвгага otocssezes катетов а т.п.

К №е$цион2.зьеым щязввкаа откосятся: ОТЕжрашшэ гаршяэра-сгаха рзботаго п срзшотэльжого шааз; годача вншшнруекзза проба в лтчэераоене:-: ara з равочуо квазгу.

1. Наябояэе рвсирэстренвш 0ДГА, шгояезеее® по даузднгоаоЗ дай^арэнцЕШльЕой схекз, так нвкашэкоа шага го^оштадавоЗ @аяьт-рэдот (рсс.4.1 ). Хараятераша ©¡такцяоааяыавза првзнакек! ®того класса оптических слзи яшкится: 1} спактрадьЕкэ харпггарггстжш рабочего в сравнЕтвданого яетагов одкнекоен; 2) вяагкзЕруаиав проба подается в рабочую говэту, а срашэтелышя згоолнэна гоерт-пгм raser., аагюглгг'ашсЕа ЕК издучеше.

Внугрз этого ïîsscca стевс-гауто раадаззкв схекн, отлечащнвел разлЕчнккн коиструктавшш особзиаостякн, но вестнадьивя статача-ская ирактерзстпка пизэт 0Сй;зЗ ввд.

T(u,v) г, s|r,íu; ~ r2fu,w;] « « ЛГи) - (3.1)

где U"«0eEI , - оггагаэтааз еяезняхпя сотрэззлшгаого ком-

ю

ш и

V

У2- -1 с— - иг №

7РМ"

Г—1

Рис.4 Оптические схемы оптико-акустических газоанализаторов. 1 - двухлучевая схема; 2 - схема положительно-отрицательной фильтрации; 3 - то не с укороченной кюветой в сравнительном канале; 4 - однолучевая схема с последовательно расположенными камерами лу-чаприемника; 5 - двухканальнвя схема с од-камерным приемником и двумя модуляторами; 6 - дваяды дифференциальная схемя с 4-мя камерами; 7 - схема с подачей анализируемой смеси в лучеприемник; 8 - схема с модуляцией параметра оптической плотности.

гонента в рабочей Ешетв в лучепрввннвкб, л(и) - йгеецяя интегрального гогшцения, В - коэффициент, учнтывощяй кснструктшгагэ особенности лучепрпеаишса.

Чувствительность ОАГА в начала гвраптерясстш определяется

ПрОИЗВОДЕОЁ

1(13} " *01х г1(0>»} " Ео1 <3-2>

В случае закона квадратного корня чувстшюэ.еьеость г вешктаэотн от оптическое плотности в лучепргамшЕсэ деэтея ЕаретввзеЕЗ

- [1 - - 1 ] (3.3)

Чувствительность пропорциональна антаградьяга нзтеЕСзгзастп дназ поглощения 5, длине рабочей ютвтэ Еозрастеет о уезятсеегом концентрации заполнения лучвпряэннжшз.

2. Одним из перспективных путей говкяешя \уЕСГЕЖРЭлшоста ОАГА является увеличение давления ьш-игазяруехоа сютеэ в робочой кпвете. Однако кроме конструктивен: усшиезенй, ашгасявка о созданием оптических кювет высокого давлгзшга, одш&з са хгриащашгш.-ннх ограничений является деформация спектров покздэяпя п ряд других аффектов. На основе рабочей еодела шгаэтра паюса гоглщэ-еня бнли проведаны исследования ^уЕстштеяьиоста 0£ГД а аовпиЕэо-сти от параметров детектора а парок трэз енвдЕзяруеиоа срэда.

Чувствительность двухдучевоа схема к нзкэнешгэ воЕцоягравдга в кззвете Рх при повышении давления определяется шра-ашем

В - УДсСОги,Р.) -2- (3.4)

где У'0о - чувствительность при норяавьзом давлешщ а рабочей кювете, /(V)- функция чувствительности для зйдеешго зетюна интегрального поглощения. На основа спектральной ©¡пзкци1 гоглогцвзая от двух аргументов, отличающихся полушириной лашш, вводшо$ на основе выбранной модели спвхтра, была вычислена функция чувствительности в вада

1- 1-т2 А»

где сг-г; -

/1+21

п « -; р « йШ ро

Эта формула определяет чувствительность ОАГД в ганнсншстж от заполнения дучепршмазака и, параметра спектра р в ШБЗвалвЕТ-ного давленая газа разбавителя в рабочей хшеете 7. йетоднш шс-дзнного интегрирования было получено семейство крззнг /ГилЛ- Были проведены эксшрэмезтальные исследования для газоанализатора на метан для трех газов ранйазнтал&й: гелик, аргона, взота (рис.5), которые дали удовлэтзоритальноэ совпадение с прэдлсязви-ной моделью. Относительные отклонения ммяюрамеЕталъанх точек от теоретической криво® нэ правышЕВТ 5£ в даапгзагв до 3,0 Ша.

3. Шла проведена параметрическая оптшазвция параметров ду-чеприеншка ш критерию максякалькоЗ чувствительности. Для 8того было получено выражение для номинальной статической характержтикш и чувствительности с учетом эффекта неравномерного поглоадання излучения по глубине камеры. На рисунке 6 показана зависимость чувствительности от заполнения дучепраемнаха душ логарифмического закона поглощения. Важным результатом является факт, что чувствительность имеет экстремум при азмензЕИЕ концентрации ааполнениз, ко тори® помучил экспэрвментальЕое подтеерздаЕШ. Б результате расчетов было получено оптимальное соотнсаеше рааазров кгетуш н концентрацЕЖ заполнения с учетом неранкомераого шглозвная и учета« влияния пассивных объемов.

4. Избирательность оптических схш определяется отношением чувстнительнос.теЕ к иешашцэму в опрэделлешау коипонэнтаи. На основе предложенной модели спектра поглощения было получено аналитическое выражение для чувствительности к гапаадеку компоненту. Была введена функция спектрального поглощения двух компонентов

спектры которых разнесены по частоте, огшгававтся общими юдолями, но отличаются значениями параметров спектра. Чувствительность двухлучевых схем к определяешцу в нешаицеку кошонэнтам выражается через спектральные функции поглощения

р(мх,иу.у) - 1 - ехр[чгя(у)-ия - -ж^уМ^],

(3.6)

(3.7)

1 10 100

Рис.5. Ешюлке газа раэб&иотела ¡та показэшвз пркбсра: зкспери-мгнтальны; данные: азот - чириыг ютги, гелий - б*лые точки, ерган -половинки; по горизсхлипьной сси отоожаио в логарифмическом ш< штаб: отяосякахьнов зквившкнтког давиекыз у =Р»/Ро; сплошная кривая , посчитаниа по формул® (3.5) при значениях псрсьотрота р=0,045; коР= 32.

Рис.6. Зависимость чувствительности У'(к,г} от веяичнны спгиалж в сравнительном канала У(Ь,г) пр« различных параметрах заполнения лучепрг&гшшжв (г - 2; 3; 10; 20; 50) м соотношении парашггроз ак -тгсшаго сбыта».

= В = 3 фСи) (3.3)

где х>х - оптическая толщина оцрзделяеиого компонента в дучеприеЕЗ-накэ. Для блшшей области параш гроз оптической плотности, где справедлив закон квадратного корня, вдрааэндв для функции чувствительности к машашщэку компоненту ишет вид

, .Г _ 1+а/б 1+й/б фГ и, р.Л^рЪ [1+Ь/4] 1- ,1 (3.9)

•'[ и 4(1+<2/4)2 4(1+Ь/4)г

где а

«¡Г^ - 1

Л - параметр, хзрактеризушдиа разнесенность двух стнтраялЩЕ полос поглощения с полушириной Д.

ОукЕкхда фСу,' (3.9) имеет важное значение: 1) она позволяет аналитически исследовать азшнанке избирательное^; в завзсямостн от параметров спектра р,л и дучепрввкника и; 2) через нее шрааа-втся характеристики избирательности для любых других оптических схем ОАГА.

5. футам йажыша семейством оптических сгаа ОАГА является двухканальше схеш, они содержат несколько классов, емэщех свои отличительные особенности, но общим для них является вилолнеете двух условий:

а) спектральные характеристики рабочего г сравнительного потоков различны, это достигается за счет прщэшазя дополнительных газовых слоев, кгракщх роль оптических флльтроа, которке вырэза-ет часть полосы поглощения: получается, что рабочий к сравнительный потоки излучения занзмаэт различные спектр алыше канала;

б) с вваякгируемкы газом взашоде^стзушт оба штока и сравнительный, и рабочий, но кащщй в своэм спектральной интервале.

Схемы половЕтельно-отржцательноа (фильтрации (рис.4.2) является одним из классов двухханзльных схеы, они паеют в сравнительном канале дополнительную $кльтровув кввету, заполненную тем хю газом, что и лучеприэкник. За счет этого спектральная характеристика сравнительного канала существенно изменяется, в ней вырезается центральная часть полосы гоглощанЕЯ. Наличие регулируемой заслонки в рабочем канале позволяет выравнивать амплитуда рабочего и сравнительного сигналов. Ураввзвае для выходного сигнала имеет вид

где и -оптвтаскЕЯ плотность определяемого шагогонтв в рабочей а сравнительно! юте таз, и,г? - соответственно в лучецраезеняпа я фильтровой кювете. КоЕффзцпэят диафрагмирования в рабочей «авале с^ выбзрается из услоетя баланснроЕйз нуля в отсутствие опрэдалявмо-го компонента в швлазяруекоЗ таэса

А(1нт) - А(9)

Т(0^,а) * 0; п_ ---(3.12)

Чувстнательгость к определяемому а сэашвдану коипонвнтш вв-рааается через функции чувствительности (3.8) а (3.9):

2в(и,гз) « в [«уго; * /{V» ~ /пж»ф (3.13) ■ в ^фГи.л; + - фгр+«,л>] (3.14)

Чупствательноеть к опрэдо-шаетиу кокптвнту вввисвт от двух параметров я достегвэт зкстрэцуш пря определенных ооотшиенвжх козду V в о, в целая она а 2 - 2,5 раза иэнывэ по сравнению о двухлу^евзка схекша ОАГА (рас.7а).

Чувстштальнорсть в «эиездаиу кскпопэнту пюзет пра щцвде значениях л голоштэльнна анек (как а даухлучэгых схекал), а пра дальнейшем увэдзчэнст Л чуЕстватользость к кзпащему компоненту приобретает отрицательней знак (ряс.ТЬ). Схемы пшктатвльно-отра-цательной фяльтрацнв открывает иобкэ вобезоеностп ш повышению избирательности ОАГА.

6. Ецэ одним классам двутагнальних схем является однолучеше сгема с последовательно рагаголоЕЭЕЕгкн кааераая лучепремияка (рис.4.4). Здесь верхняя зханера Е&шашяет дзе функции: как камера лучепрвдмнжка в рабочем канале а кал фяльтровая кемэра в сравнительном канале. Поэтому верхняя какэра выполнена с прозрачным дном для пропускания потока излучения в шсуппп иашру. Однолуче-шэ схемы отлшчашся своей конструктивной кошактностьо, чувствительность к определяемому а мезавдэму компонентам находится на уровне схем пшкшггельно-отрицатвльной фильтрации, однако ввиду сильно® тепловой и акустической ассЕкетрпл, для них характерны повышенные зависимости от изменения температуры в концентрации заполнения лучеприемника. Для уменьшения тепловой ессиметряв в улучшения балБнеяровкп по фазовому сдаягу в шянш камеру было

Рис.7а. Чувствительность к определяемому компоненту для двух лучевой схемы - кривая 1 и для схемы положительно- отрицательной фильтрации - кривая 2. Коэффициент диафрагмирования рабочего канала - кривая 3 =0,3).

Рис.ТЬ. Чувсхвитеш>носп. к мешающему компоненту для двухлу-чевой схемы - кривая 1 н для схемы положительно- отрицательной фильтрации - кривая 2 ^=0,3;Л=5).

гь

предложено ввести допплшггвльиуэ теш-шроЕОДящув поверхность.

7. Были предложены, исследованы и реализованы схемы повышенной избирательности: двззды дифференциальные схемы я схема поло-агтельно-отрицательной фильтрации с неполным включением сравнительной ответы.

Дваздн дифференциальные схема (рис.4.6) является двухлучевы-ки двухканельныиЕ, они объединяют симметричность двухлучевих схем и избирательность схем с последовательно распмопеннкш каиерама. Выходной сигнвл является комбинацией сигналов от четырех камер лучеприевшка. Балансировка перекрестной чувствительности к мешающему компоненту осуществляется при помощи звслонки, помещенной между верхними в низннми камерами.

Такой кэ балансировки перекрестной чувствительности мояно достичь в схемах положительно-отрицательной фальтрецда, если использовать неполное включение кшеты в сравнительном канала (рис.4.3). Уравнение выходного сигнала для такой схеш имеет над:

Г(и,и,т,П) ^ЛГгл^и^-^Ги^(3.16)

Наличие двух свободных параьзэтров Ь.г^ позволяет одновременно удовлетворить условие балансзровкя нуля

^уь»; - А(&)

Г(0,у,ю) »0; п_ ---, (3.16)

с условие балансировка перекрестной чувстеттэльвосто

г - о; л »--^-— , (3.17)

- ФСЮ.А;

где л^/и, - отношение дмн ила давденна аналязаруемоЗ смеси в рабочей н сранеттодьЕом кеаала.

8. Были исследованы сгака с подаче® шалвзнруемой сиеси в лучеприешик (рас.4.7). Уравнение для выходного сигнала по форме совпадает с уравнением для дзухлучевых схем (3.1), однако основное отличие состоит в той, что сигнал в сравнительном канале для двухлучевых схегл равен а в данной схеда прз отсутствии ш-ващих компонентов он прэнебрегшмо мал. Поэтому эте схема обладает визгам уровней и умов а растшренним данамгчесхии диапазоном измеряемых концентраций. Эта схемы могут измерять концентрации различных компонентов, если проводить переключение фальтроных кювет, заполненных соответствущшн козпонентвми. По своим возможностям

эта схема выходит из класса даЗфэрэяцзальнах схем, она реализует прямое измерение функции интегрального поглощения определяемого компонента в активном объеме детектора.

В четвертой главе диссертации рассматривается измерительные схемы и метода преобразования аналнтического сигнала в ОДГА.В 01 детекторе формируется два сигнала от рабочего и сравнительного каналов, которые вычитаются на конденсаторном кккрофенз, в результате чего получается разностный сигнал с частотой модуляции. Современные методы преобразования сигнала состоят в том, чтобы исключить влияние на результат измерения факторов, влиявдих на коэффициент преобразования измерительного устройства, таких как интенсивность источника излучения, загрязнение оптики, изменение коэффициента усиления.

1. Эту задачу решают приборы, основанные нз компенсационном методе измерения, где изменение оптической плотности определяемого компонента в рабочей кювета компенсируется евлэкттшным ила на-селективным изменением потоке излучения в сравнительной канала.

Другой метод состоит в формировании опорного сигнала, который вместе с разностным сигналом проходит через измерительный канал, с последущим разделением этих сигналов и вычислением их отношения (схемы отвоаения или логшетричеекке схемы). Обычно в качестве опорного сигнала используют величину, пропорциональную сигналу в сравнительном канале тоги выходной сигнал схемы отношений будет равен

У,(и) - Гг(и.и) = * - «= к РГи.у; (4.1)

то есть пропорционален фактору информативности ^-фактору). Для кодирования разностного 2 спорного сигналов используют их разные частоты или фазы, которые задают при помощи модуляторных дисков специальной конфигурации. На выходе усилительного тракта эти енг-нзлк раздзддътсд при поиск» чзстотеых или фазовых дискриминатора.

2. Существуют другие методы защгты шкалы, не связанные с разделением разностного г опорного егтналов. Был предложен, изучен и реализован фйгевкй ыэтед ¡гетод измерения, который юспват применяться как для двухлучевых, так и для двухканальных схем ОДГА. При фазовом методе анализа в качестве выходного сигнала рассматриваем изменение фазы выходного сигнала относительно фазы некото-

рого опорЕогэ зетряяонпя. Условие баяансшровкя нуля прн фВЗОЭОМ катода 88ШИЭИ п азде: и^О, ср*Ю, В этом случае шреявнгэ для выходного сигнала аеэано подучить з еядй

гда <р0 - сдвиг фззи шзду сравинтвяшая п работа сигналом, Р(и,и) - фактор шз£оривтавнос'гз . Урамйздае (4.2) сотсывяат нош-ншЕьнуэ стастгаскуэ азрактернстаяу яра фазовой кэюда ззыэравия. Чувствительности г. азшнэкая опрэдо-зябютго кокгонента а ан&вкня-рувкоа сшсн в начала хгрантерзстЕкн получаем черзз врдазводауо ФУЕКЩЕЗ (4.2) ПрЯ С «О.

При фвзоЕся методе нзюзреная чувстагаэльносгь пропорциональна &0 - Еоккналькому ковфЭшрпвгту поглощения п голосе, а на интегральной яятеашваостя полоса поглодоняя 3&, вах в случае вшлитуд-

ЕОГО ГЗТСДЗ.

3, Для Езсзерэная фгга гнгоязого сяггзла обычЕО используется фазовый детектор в гэкзратор ошрккго вапрявзвия, да отноаэнст к которому определяется сдазг фваа. Бако прэддааэкз а кссдэдовяна другая возиояепоть рэалазгцзл одзкзсвйахьнаго бш'араиЕэтвсгаго фазометра яегда в вюнгсзкостп от ямштуда рзжюстзого сягаада пз-одзняэтся (¿охма йвгврмадаческого поезйеши. Еггармсютэегай ©азо-мзтр ий£Э0т аналогичные хараетврйстхгжа, (¡вгаацкэ начальной ^глн ср0 выполняет соотношение хоеЗчйздегетов кодалцш одаехо для

своей рэвлнзаявк сн пэ требуем о-тдзяьеого кевалв спорного нетря-гэажя.

ЙШ1 ясеавдозаави дктгатэскш хареятарястаюа ОАГА а осно-гнна есточннкя шгрвяшоства.

ВзшэтздэЯствиа излучения с пробой а рабочей гесзете является практяческя СэзвнврцязЕвнч процесса«, но с учетом частоты модуляции время установления шказангЗИ определяется процессшз преобразования еншЕТйчзского етгнола: сменой аналнзируеш® пробы в рабочей гавоте, твидовой постогашоЯ времени дучепряекника, зрекеяем обработал и усрэдаенш выходного сигнала т .

аЛ

Обычно время установления показаний составляет 2-10 секуцд; в тэх случаях, когда требуется существенно уиеньннть шэрцвон-вость прсос-ре, взсОходано црзявикть сгоцаелыша кары: узалнчЕветъ

(4.2)

"" I ЛвП

в* и*0

(4.3)

скорость сиены пробы, увеличивать частоту шдуляияЕ, взывать активный объем в лугепршыЕЖке.

Задача улучшения соотношения снгввя/ауи является одаиа из главных направлений соверЕевствоваотя САГА. Наряду с цркешяг., направленными на увеличение сигнала (?-<$актора), стандартным приемом является усреднение выходного сигнала б сшдах обработки, что естественно сопровождается уведнчекавы времена устенавланяя показаний. Основннын есточнкквме шуков в оптической часта прибора являются шуш зстотааса излучения и модуляторае в элоктрэческоЯ часта - шуш шкродаяв и первичного преобразователя.

Нестабильность показаншй во врешкн шзвань нздосгаточной сидаетричностьа даффэрэнцаальнцх схем; на сплыв куланах соказанжй влиявт суточное изменение окрузавщэй гаагературы, жзгаэнеетэ концентрации в газонаполненных элементах: дучехзраемнша, фзиьтроЕШс кюветах. Наиболее стабильными оказнвштся схемы, содэркацзе шнн-мальвов число разнородных элементов в да8©эронцаапьних каналах. Для устранения погрешностей, связанных с нестабильностью, проводится периодическая корректировка показаний ш повэрочвни газошм смесям; чем меньше допуск на сшнв показаний, тан чаще необзодако проводить корректзфовкн.

Предельные по точеостж хзрактарЕСтзшга досткгеэтся, когда случайная состазлящая погрэииоста а сгшяв похазенза свздэнн до минимума. В случае предельных Езкарэгай период усрэдаеиая показаний и период корректировки совпадает, то есть корректировка происходит после каждого заадра. ЦравильянЭ внбор этого периода зависит от конкретного прибора, соотношения его шгрешоств!, связанных с кумами к нестабильностью.

5. В работе рассмотрен вопрос о езеншсвязя и сшостаааагия метрологических харахтвристЕк ОАГА. Такой вопрос относится к области хвалкме трия - новому вартош направлению, ставящему задачей дать количественные оц&нкл научно-технического уровня различных измерительных приборов.

Пркшняя идеи гшЭор^вцноЕкого подходе для оценка технического уровня электроизмерительных приборов ее ОАТА бая предложен информационный комплексный кргтврке

Я = С V -г С 0ж/Г (4.4)

вл С I

где С - кокцентреция определявшего хо&шоввнта ,* 7 - объем рабочей квввты: ео - случайная составлявшая относительно® погрешости выходного сигнале; х - время усреднения выходного сигнала; б. -

нестабильность гож&авяай за время Г; Г - время «зцду коррэдтщров-хамн параметров прибора го стандартным образцш.

При оценка различных прзборов по этому крктеряо следузт, что 1 ) улучшение отдельных характеристик мояет быть реелкзоЕШо путам их "эквивалентного" обмена без изменения величины коиштстго критерия; 2) при сравнении двух различных прэборов более совершенным является тот, у которого значение критерия Я иеньяэ.

Пятая глава диссертации посвящена внедрения результатов а технологические а конструкторские рэшенля пря разработке п освоении серийного выпуска ОАГА в опытной производства НПО "Хшавтоыа-тика". Вопросы, которые рассмотрены ваше я всследовалясь на основе математических моделей, ролдалксь из првктачесхоа деятельности на основе испытаний и опытной эксплуатации газоанализаторов.

1. Оптако-акуотцческнй газоанализатор ГКП-1СИБ-3 внпусдался и совершенствовался в течение 1967-67 гг. Црабор предназначен дая анализа малых концентраций (Х> ж 002; шея кгоэтн дjeeoS 100 си, он обладал больший катрологичасхзм запасся, на его база бшя созданы во ВНИШе установки аысзвей точности, а на ШЗ - образцошэ установки для аттестацга поверочных газойле. саэсзЗ. Этот прзбор первым из газоанализаторов НПО "Хшавтоивтака" прозед в 1SS7 г. государственные испытания, ■ был внесен в Государственний Реестр. В 1979 г. ему был присвоен Зшт Квтаегаа.

2. Одеодучевоа гввоеааяэетор ГОА-2 бнл нервам прибором о последовательно расшлокашшш кааерзкз; ео врэш его разработка а экспериментальных исследований бнла оЗормулпрозаан эдзя фуакцжн интегрального поглощения в ваде закона квадратного корил, прэдга-зан я исследован фазовый метод азмерэтая аналитического сегзвля.

3. Газоанализатор ГОА-3 бнл параьм дведды дайфэренцявльниа газоанализатором, опередшзшш на год появление на рннке неиэщюго прибора HNQR. В нем была введена ыезду камэраиа сдацеальная заслонка, позволявшая плавно компенсировать перекрестную чувствительность прибора к конкретному капающему компоненту.

4. Газоанализатор ГОА-4 был основным серийным прябором, за-вянившш с 1978 г. поставки импортных газоанализаторов в химическую проившлешюсть. При его разработке были рзаэны технологические вопросы герметизации яучепряекника s увеличения его срока "жизни" до 3-5 лет; была отработана технология язготошшетя разрезной кюветы, повышена надежность узла модулятора. Пря поисках оптимальных параметров ахтжвяого объема лучзпрнвйшка была сфор-мухфовена, решена к експерапзэнтальяо проверзнз ядея нервввоиер-

ного поглощения излучения тю глубина кншры дучепраэшика. Прабор имел 17 различных кодайяжацгй г был аттестован ш Высшей катего-рвк качества.

5. На основе ГОА-4 была создана специальная модификация дая измерения разности концентраций 002 в двух потоках. Эта прхбора использовались в фитотронах для оценки интенсивности фотосинтеза растений.

6. При создании гзшврбаричэских комплексов до Б Шз ваш проведены исследования характеристик ОА газоанализаторов для определения СО и С02 при повышенном давлении анализируемой сшсн. Эксперииэнтальные и теоретические результаты далх вполне удовлетворительное совпадений.

7. В однолучевом газоанализаторе для контроля шпфакоацент-раций ОАЗИС впервые был реализован фазовый метод изкерэния. Прибор имеет простую оптическую схему, для повышения стабильности несюметричного лучеприешика была введена система терюстатиро-вания.

8. Газоанализатор КВДР, пршедашй на смену ГОА-4, выпускается серийно, имеет 12 модаЗнкаций, широко применяется для контроля выбросов СО теплоэнергетических установок, обладает высокой эксплуатационной надежностью.

Основные выводы з результата.

Общим результатом работы яаляется разработка катбкаигчеажг моделей и принципов построения я проектирования автоматических ОАГА для контроля технологических процессов и окружавдей срзда. Б рамках решения этих задач подучэад следующие результата:

1. Предложена двумерная классификация ОАГА по спектральному и конструктивному критериям, позволякаая с единых позиций охватить всэ многообразие оптических схем и прогнозировать их метрологические характеристики.

2. На основе комбинированных моделей спектров поглощения газа в ИК области спектра разработаны штематнческже кодели для интегральных функций поглощения, позволяющие расчитывать статические характеристики для различных газов и любых оптических схем ОАГА; предложена методика расчета параметров математической кгоде-лг по спектральным характеристикам полос поглощения в ИК области спектра.

3. ЩзедлсжеЕ дифферетаальяий показатель в качестве критерия идентзфаадиг различных функций интегрального поглощения; ев его

основа показана адеюзатЕость полученной математической: модели Солее слоавым квштоао-кэхаетческяи моделям функций интегрального поглощения.

4. На основа прздлояенэп ^тематических моделей проведена параметрическая оттаизация ОА привМЕнка, учитывающая аХФэкт неравномерного поглощения по глубгне камеры, соотношение геометрических размеров активного объема, влияние пассивных объемов, концентрации заполнения лучепраекнзасз.

5. Исследованы возможности швжения чувствительности двух-лученых схем ОАГА при повышении давления анализируемой смеси в рабочей кювете, получено уравнение завнсшости чувствительности от эквивалентного давления а концентрации заполнения лучеприемнн-ка, экспериментальные результата подтвердила результаты математического коделнрованая.

6. Предлогены ж реализованы одаолучеше стеки ОАГА с последовательно располоявннымк камерами а схеш с однокамерным луче-приемником, отличашдаеся гоешонеой стабаяьностьэ; разработаны методика нх расчета а методы балансировка нулевого сигнала.

7. На основа коабанарованой модели спектра поглощения получено аналитическое выраяэааа для функции перекрестной чувствительности, учнтнваадэй влаяжга двух разнесенных полос поглощения. Показано, что избирательность к вета.щим компонентам вычисляется через функции перзкрэстй чузстнательЕоста для любых оптичесотх охам ОА газоанализатор.

8. Предлсавны и реализованы схемы повыяенша язбзрателънос-та, позволяющие юззжгаззгрззеть влаянзв кэаашда компонентов.

Э. МсследоЕанн схэйи иглогокомпонентных ОАГА о подачей анализируемой снеси в дучэприекахн» получены вырезания для чувствительности и избирательности этих схем; показано, что она обладают расширенным данашческм даапазсЕаи язиаренхя по сравнении) с другими схемами.

10. Исследованы метода стасадазацяя коаКициента преобразования аналитического салима ОАГА (схеж с защищенной шсалой). Црэддогюны измерительные схеш на основе намерения жгкененоя фазы скгнала с лучэнркеишясЕ к отноаензя суОгареаоник, которые относятся к классу логокетрическим схем к обладает повышенной устойчизо-стъв к дастаОилизарувцЕм фвкторш, вянящам на амплитуду выходного сигнала.

11. Исслвдовая» дашемачасаав характеристика ОАГА, факторы, вляяхвще па время установления гоказастЗ, стабильность во време-

ни, короткопериодную пульсации выходного сигнала (кукы). Поквза-но, что одшш ез существенных источников кумов является нестабильность модуляции оптического штока НК излучения.

12. Исследована взаимосвязь различных метрологических характеристик. Предложен количественный критерий совершенства ОА газоанализаторов, на его основе установлены взаимосвязь, правила обмена метрологических характеристик и максимально достижимые показателя точности в режиме предельных измерений.

13. Основные результаты работы внедрены в промышленность. В частности эти результаты нашли применение в следующих направлениях:

1. Разработка я организация серийного выпуска 01 газоанализаторов типа ГОА-2, ГОА-3, ГИП-10ЫБ для химической промышленности (1966-79 гг. ОКЕА, Хнмавтоматика)

2. Разработка и организация серийного выпуска ОА газоанализаторов ГОА-4, КЕДР, ОАЗИС (для контроля воздуха производствеэн-ных помещений). (197Э-90 гг., НПО Хнмавтоматика).

3. Разработка к внедрение газоанализаторов для контроля 002 в гипербарокамерах до 5 МПа (1976-79 гг., г.Ломоносов).

4. Разработка и внедрение газоанализатора ДС02 Для контроля дыхания растений при оценке интенсивности фотосинтеза (ВИУА, 1S80 г.)

5. Разработка в внедрение газоанализатора 002 для контроля интенсивности дыхания семян при длительном хранении (1992-94 гг., НПО Фундук).

6. Внедрение газоанализаторов СО для контроля выбросов ТЭЦ Г.Москвы. (19SO-92 гг.)

7. Внедрение газоанализаторов СО, 00g для контроля выбросов газотурбинных двигателей. (1993-95 гг., НПО "Сатурн").

Принципы построения и проектирования ОА газоанализаторов, реализованные в технических решениях, защищены авторскими свидетельствами. (17 авт. свидетельств).

Материалы диссертации исшльзугтся в учебных курсах и дипломных работах студентов Московской Государственной академии химического машиностроения, в методических указаниях по изучению метрологических характеристик газоанализаторов КВДР и ОАЗИС (ЫИХЫ, 1990 г.), в методических указаниях по математическому моделированию метрологических характеристик ОА газоанализаторов. (Ш1ХЫ, 1992 г.)

Основные материалы, отражавшее результаты диссертационной

работы езжяэш в слэдущах пубжашцвях:

1. Исследование даффэрэнцаальЕНх ОД дучещяемшяов. Об. Автоматизация химических производств. йосяаа, НМИТЭХЩ, 13S6, а 4, с. 7S (соавтор Лосщшй II.T.)

2. Некоторые вопроси теорзза однолучэвого OA газоанализатора. Об. ДШ. М., НЮТЭХШ, 1954* й 3,4, с. (соавтор Лосвдкаа Н.Т.)

3. Одаолучевой OA газошалкзатор ГОА-2. Всесоюзное научно-техническое совещание "О развлтш аналитического приборостроения". Тезисы докл. Тбилиси, 1968 (соавтора Лосецкей И.Т., Келшед А.Г.)

4. OA газоанализатор ГОА-3. Тэзясн докл. научно-технической конференций по аналитическому приборостроении. Тула, 1569 (соавторы Агафонов В.П., Хорзблэа И.В., Jtyjnsmep D.D., Иэлакэд А.Г.)

5. СЗ ошгшко-фазскэтрячэскоа способа газового анализа. Тезисы докладов научно-технической кон$эрэкцпп по саалптдческоау прж-боростроению. Тула, 19S9 (соавтора Графов К.В., Кораблэв И.В., Лосицкиа Н.Т., Целшад А.Г., Рябпшсяза В.Д.)

6. Об ЕзкврзЕСи разности концезтрацш двух газовых сиесев КК-газовналпзатороа. Тезвсы докладов научао-тегннчзсков конференции ш енаштнчбскску приборостроения. Тула, 1ЭвЭ (соавторы Зеи-лэруб D.S., Кораблев И.В., Лосщккй И.Т., Излагал А.Г.)

7. Об одаси способе улучшения стабильности одаолучевого ШС-газоаналязатора. Тазясы докладов научш-тэхшчосяоа конференция го шалшппвсжку праборостроавав. Туда, 1989, (соавтора Кораблев Й.В., «ройявн К.Н.)

8. Опрздэдашгз шкропржзсэа шпса углерода а воздухе производственник позсещеша КК~о»тодсз. Тезиса докладов паучно-теютче-скоз шлфэрэкцЕН по анаяЕггачесгкпу приборостроению. Тула, 1969, (соавтора Кораблэз U.E., 1осщгшй И.Т., Нацнэв В.Ы., Иалвшд А.Г. СкотрЕщгшЭ A.M.)

9. Итоги и перспектива развитая ПК а У® катодов газового контроля. Тезиса докладов но нвучво-твхннчесхоа ковферэнщт го ана-■агаггестау прзаЗоростроэЕШ. Тула, 1SS9, (соавторы Яораблев И.В., Келгиед А.Г.)

10. Сб одеодучвши OA газоанализатор». Об. АХП. П., НЮГГЭ-ВШ, 1SS9, I, с. 97 (юЕЕТорн Корабяэв Е.В., Лосацетй И.Т., Расторгуев В.А.)

11.0 ствблльноста характврзстЕЯ Ш-гааоавалаааторов. Об. АХП. И., НИИТЭШ1, 1969, 4, с. 87 (соавтор Кораблев И.В,)

12. Об одаодучевон Ш-газоанашзаторз. Сб. АХП. Ы., НИИТЭ-тт, 1969, 4, с Л 00 (соавтор Яосзздша Ш.Т. >

13. 0 гошаэнш: с?айшгш?етЕ одеаяучввого Щ-гюоЕЕ&щаето-ра. Об. АШ. м., шиг32ш, 196э, 5, с. 86 (ооезторв Боёко Б.В., Кораблев И.В.)

14. Одшэлучевой КК-газошализатор. Сб. АШ (Материалы неуч-ео—технической конференции, сентябрь 1967), НЮГГЭВШ, 1570, с.84 (соавтор! Лосицкнй К.Т., Мэламед А.Г.)

15. 0А газоанализатор с говьхекноа стабальностьв нуля. Об. АШ (Материалы научно-технической коагззрвЕЦНи, сентябрь 1967). М., 1970, с.87 (соавтора Агафонов В.П., Кораблев И.В., Целамед

A.Г.)

16. 0А газоанализаторы шкрокошэктрацвй ГШСШВ а ШПСШБ-3. Сб. АХП (Материалы ваучяо-техЕгческой ксзф., сентябрь 1967). Ы., 1970, с. 82 (соавторы Князев В.И., Кораблэв И.В., Ыацнэв

B.М., Ыедамед ¿.Г.)

17. Применение штода ПК-поглощения для анализа ыакропримв-сай вредных веществ в воздухе. Дурнал Все сошного хим. общества им. Д.И.Менделеева. 1570, т.17, 5, с. 537 (соавторы Кораблев И.В., Лосицкнй И.Т., Мацнев В.М., Неламвд А.Г.)

18. Об одной способе выбора параметров фазового абсорбцаоые-тра. Сб. АШ. И., ШШТЗХШ, 1970, 4, с. 86 (соавтор! Кораблев И.В., ЛОСЕЦКЕЕ Й.Т.)

19. О стеСвигьаостн ШС-абсорбцноагетров отношений. Сб. АШ. М. НИИТЭХШ, 1971, 2, с.79 (соавторы Кораблаз Н.В., Кулаков И.В., Трубин В.Е.)

20. О фазоматричвсккх ОА газоанализаторах. ВсесошннЙ научно-технический семинар "Новейшие метода и приборы определения состава веществ в хш. црс«я£ШЮЕНоста". СбЕзродонецк, 13-15 ниая 1972, с. 47. Тезисы докладов (соавтора Воднев В.В., Графов К.В., Лосицкий И.Т., Нацнев В.И., Ывлаиал Д.Г., Сорокин В.П.)

21. О некоторых способах улучшения стабнльшстн ИК-газоана-лизаторов. Сб. АХИ. и., НКИГЭХШ, 1972, с.37 (соавторы Кораблев И.В., Кулаков И.В., Трубин В.Е.)

22. ОА газоанализатора. Пркборе н спстеш управления , 1973, Ю, с. 38 (соавторы Кораблев И.В., Лосншшй К.Т..йалашд А.Г.)

23. О возможности построения Ж-абсорОционных анализаторов газов а паров на сватодаодах. СПС, 1974, Т.Н. 5,с. 847 (соавторы Борман Д.В., КораблеЕ И.В., Зотова Н.В.)

24. Сравнительный анализ измерительных схем ОД газоанализаторов. Кн. "Состояние а перспектива разазтня аналитического приборостроения до 1985 г.", Тула, 1975, с. 108 (соавтор! Айкяназа-

ров А., КааОак М.Я., Кораблев И.В.)

25. Модернизированный анализатор мгасропримесей окиси и двуокиси углерода. Сб. Всесоюзная конференция "Состояние иперспекти-еы развития аналитического приборостроения до 1985 г." Тула, 1975. Тезисы докл. П., 1975, с. 133 (соавторы Графов R.B., Ковалев С.И., Лосицкий И.Т., Мацнев В.Ы., Неламед А.Г., Сорокин В.П.)

26. Исследование ОА приемника. Сб. ДХП. 1977, I, о. 51 (соавторы Колпаков Ю.М., Лосицкий И.Т., Ыацнев 8.М.)

27. ИК-газоанализаторы, разработанные в ОКБА. Сб. АХП Ы., НИИТЭХИЫ, 1979, 5, о. 70 (соавтор Лосицкий И.Т.)

28. Применение понятий канала и луча для структурного анализа схем оптико-електронных приборов. СО. АХП, 1960 , 4, с. 46 (соавторы Свиргун С.П., Шевчук А.К.)

29. Об усовершенствованной схеме ОА газоанализатора. С<3. АХП, 1981, 4, с.31 (соавтор Лосицкий И.Т.)

30. Состояние к перспективы развития ОА газоанализаторов. НИИТЭХИЫ, Ы., Сер. Системы и средства автоматизации химических производств, 1983 (соавторы Лосицкий И.Т., Мацнев В.М., Шалаев Н.И.)

31. Об однодучевых схемах ОА газоанализаторов с однокамерными приемниками излучения. ЮШТЗХЙЫ, Сб. АХП, вып.1,. стр. 32, 1983, Ы. (соавторы Лосецкей И.Т.)

32. Исследование избирательности ОА газоанализаторов. АХП, НИИТЭХИЫ, u., 1984, еып. 6, стр.18

33. Исследование схеи Oá гавзоанализаторов повышенной избирательности. ЖПС, 46, вып.З, стр. 474, 1987

34. Исследование характеристик ОА приемника при неравномерном поглощении по глубина камеры. ЯПС, 51, вып. 4, стр. 646, 1989 (соавтор Таубшга О.А.)

35. Изучение ОА метода анализа а исследование петрологических характеристик ©азометрического газоанализатора ОАЗИС. Метод, указания, ШКЫ, 1989, (соавторы Нораблев И.В., Гальцова Г.А.)

36. Изучение одаоквналъннх схем ОА газоанализаторов в исследование метрологических характеристик газоанализатора КЕДР. Методические указания, ЮТЫ, 1990, (соавторы Кораблев И.В., Гальцова Г.А.)

37. Применение математического моделирования при исследовании чувствительности двухлучевых и двухканальных схем ОА газоанализаторов. Метод указания, ШШ, 1991, (соавторы Кораблев И.В., Гальцова Г.А.)

38. Исслэдовзнке характеристик ОА газоанализаторов при повышенной давлении анализируемой смеси. ШС, 53, вып.2, стр. 190, 1990.

39. Исследование характеристик ОА газоанализаторов для определения суммы окислов углерода. 1-я Научно-техническая конференция "Состояние и проблемы технических измерений". МГТУ, Москва, ноябрь, 1994 (соавтор Гальцова Г.А.)

40. Информационный критерий оценки качества автоматических газоанализаторов (Вопросы квалиметрии). Вторая международная теп-лофизическая школа "Повышение эффективности, теплофизнческих исследований технологических процессов промышленного производства и их метрологического обеспечения", Тамбов, сентябрь, 1995 (соавторы Кораблев И.В., Гальцова Г.А.)

41. Газоаналитический комплекс для контроля отходящих газов газотурбинных двигателей. Научно-техническая конференция Физико-химические проблемы экологии энергоустановок на углеводородных тошпшах. ЩАМ, Москва, ноябрь. 1995 (соавторы Артамошин В.А., Гончаров В.Г., Ыарчуков Е.Ю., Рыянев B.D.).

42. Авторские свидетельства NN 178158, 221985, 243952, 2587Ч, 288402, 479996, 484450, 491086, 531067, 534673, 587373, 600423, 683518, 685963, 719253, 729492, 744293.