Схемы фотоколориметров и принципы их работы.

(Рис. 35) [38]

В настоящее время разработано много различных схем фотоколориметров промышленных устройствах чаще используются двулучевые (двух канальные, дифференциальные схемы фотоколориметров). Схема а). Это фотоколориметр, реализующий метод прямого дифференциального измерительного преобразователя. Луч света от ламы 1 проходит через оптическую систему 2, один из выбранных светофильтров 3, 3’, 3’’ в призму 4, где разветвляется на два луча. Верхний – измерительный, нижний - сравнительный. Эти лучи от зеркал 5 и 6 поступают соответственно в изм. 7 и ср. 8 кюветы. Через изм. кювету непрерывно прокачивается жидкая сред, оптическая плотность которой измеряется. Сравнительная кювета заполнена эталонной жидкостью с известным значением оптической плотности Dэ. После поглощения электромагнитного излучения в кювете, оставшиеся части попадают в фотоприемники 9 и 10, которые преобразуют фотопотоки в электрические сигналы. Фотоприемники включены встречно на входе усилителя 11. Разность сигналов измеряется и регестрируется потенциометром 12. В этой схеме используется два фотоприемника, которые во времени могут по-разному изменять свои характеристики, что может являться источником погрешности. Поэтому более совершенной является схема фотоколориметра на рисунке б), которая реализует схему дифференциального уравновешивающего преобразователя. Здесь используется один источник и один приемник излучения. Все элементы до 9 идентичны предыдущему. Дополнительно: обтюратор 17 (диск с отверстиями), который приводится во вращение с помощью синхронного двигателя 18. Отверстия от 1 до 7 расположены на диске так, что луч света из кювет 7, 8 через зеркальце 10 и 11, попадает в фотоприемник 9 поочередно и на выходе последнего формируются электрические импульсы, которые воспринимаются электронным усилителем 12, усиливаются и управляют работой реверсивного двигателя 13. Здесь используется специальная схема электронного усилителя, которая обеспечивает сравнение амплитуд импульсов, поступающих из измерительного (И) и сравнительного (Э) каналов. Когда амплитуда импульсов такая, как показано на рисунке, это означает что поглощение излучение в изм. канале больше, чем в сравнительном, при этом ротор двигателя будет вращаться в таком направлении, чтобы шторка 14 в большей степени перекрывала поток излучения, поступающий из сравнительного канала. Перемещение ротора двигателя, стрелки 15 и шторки 14 будет происходить до тех пор, пока амплитуда импульсов, поступающих из сравнительного канала, не будет равна амплитуде импульсов, поступающих из сравнительного канала. Наступает уравновешивание. В этом случае по стрелке 15 можно судить о разности оптической плотности анализируемой и эталонной сред. Фотоколориметры - точные приборы. Класс точности: 0,5 - 2. В промышленности, как правило, используются для контроля окрашенных сред.

Нефелометр. (Рис. 36) [39]

В схеме на рисунке используется метод уравновешивающего измерительного преобразователя. Два луча света от лампочки 1 проходят в сравнительный (верхний) сравнительный (нижний) каналы. Лучи формируются оптическими устройствами 2 и 3. Через измерительную кювету прокачивается анализируемая среда. Кювета снабжена окнами 5, 6, 7. Когда среда не содержит частиц, не происходит рассеивание электромагнитного излучения. Шторка 15 полностью закрыта, система в покое. Когда в анализируемой среде появляются частицы, происходит рассеивание света и поток излучения через окно 7 направляется через зеркальце 11 к фотоприемнику 12. Сравнительный импульс поступает в фотоприемник, через зеркальце 10 при вращении обтюратора. Амплитуда импульсов сравнивается. Происходит их обработка в электронном усилителе 13. При этом ротор двигателя 14 будет перемещаться так, чтобы открывалась шторка 15 до тех пор, пока амплитуды импульсов не станут равны. По положению стрелки 16 судят о концентрации примесей в анализируемой среде. Класс точности: 0,5 - 1.

Оптико-акустический газоанализатор. (Рис. 37) [40]

Предназначен для измерений концентрации отдельных компонентов газовых смесей, способных поглощать инфракрасное излучение (ИК излучение). Такой способностью обладают веще­ства, в том числе газы, молекулы которых состоят не менее чем из двух различ­ных атомов. Диапазоны измерений этих анализаторов от 0 . 0,1 до 0 . 100% об. Классы точности 2,5 . 10 (в зависимости от диапазона изме­рений). По принципу действия оптико-акустические газоанализаторы относятся к так называемым абсорбционным оптическим анализаторам, т.е. к анализаторам, основанным на поглощении электромагнитных излучений, проходящих через ан. среду. На рис. ИК излучение с длиной волны 2-8 мкм от источников 1 (нихромовых спиралей), расположен­ных в сферических отражателях 2 и на­греваемых током источника питания 3, направляется в измерительный канал че­рез фильтровую кювету 6, измеритель­ную кювету 8 в правую каме­ру 14 оптико-акустического приёмника излучения 10 и в сравнительный канал - через, фильтровую кювету 7, сравни­тельную кювету 9 в левую камеру 13 оптико-акустического приемника излучения. Обтюратор 5, приводимый в движе­ние синхронным двигателем 4, осуществляет поочерёдное прерывание потока излучения в измерительном и сравни­тельном каналах. Через измерительную кювету 8 непрерывно прокачивается анализируемый газ. Сравнительная кювета 9 заполняется газовой смесью, в со­став которой входят какой-либо не поглощающий ИК излучение газ и неопреде­ляемые компоненты в концентрациях, соответствующих их средним значениям в анализируемой смеси. Фильтровые кюветы 6 и 7 заполняются теми неопреде­ляемыми компонентами анализируемого газа, полосы поглощения которых час­тично перекрываются полосами поглощения определяемого компонента, что уменьшает влияние изменений концентраций этих компонентов на результат измерения. Камеры 13 и 14 оптико-акустического приёмника излучения 10 заполня­ются обычно определяемым компонентом анализируемой смеси. При поступле­нии ИК излучения в камеры 13 и 14 оптико-акустического приёмника 10, за счёт энергии излучения, поглощаемой определяемым компонентом, изменяется его температура (изменение температуры обычно составляет 10-5С). Это со­провождается появлением колебаний разности давлений в камерах лучеприёмника в результате поочерёдного прерывания потоков ИК излучения обтюрато­ром. Под действием этой разности давлений тонкая ме­таллическая мембрана 16 совершает периодические колебания. Эта мембрана и неподвижная пластина 15, укрепленная на изоляторе, составляют конденсатор­ный микрофон, ёмкость которого изменяется при колебаниях мембраны. При изменении содержания определяемого компонента в анализируемой смеси ко­лебания мембраны 16, а следовательно, и изменение ёмкости конденсаторного микрофона становятся асимметричными, что воспринимается электронным усилителем-преобразователем 11. Выходной сигнал устройства 11 преобразуется в цифровой код преобразователем 12. Результат измерений представляется на цифровом индикаторе 17 в виде информации об объёмной концентрации опре­деляемого компонента в определяемой газовой смеси, выражаемой в процентах.