Краткое Описание Макета Системы Измер. Конц. Серосодерж

Краткое описание макета системы измерения
концентрации серосодержащих газов (системы газоанализа)
В основе системы газоанализа лежит метод измерения концентраций газов с
применением абсорбционной ультрафиолетовой спектроскопии, пригодный для
использования на многокомпонентных смесях. Данный метод позволяет проводить
измерения концентраций газов с перекрывающимися спектрами поглощения
(например, SO2 и COS).
Основные параметры макета:
 Анализируемые газы (одновременно, в составе газовой смеси) —
H2S (0-2 %), SO2 (0-1 %), COS (0-1 %), CS2 (0-1 %).
 Относительная погрешность измерения — не более 5 %.
 Время отклика — не более 10 с.
На рисунке 1 представлена упрощенная функциональная схема макета
системы.
Макет системы состоит из четырех блоков — блок измерения (включает в
себя измерительный спектрометр, селективный спектральный модуль опорного
канала, приемную фотоэлектронную аппаратуру, микропроцессорную систему
обработки),
блок
питания,
импульсная
ксеноновая
лампа
(источник
ультрафиолетового (УФ) излучения) и измерительная оптическая кювета (далее
кювета).
УФ источник формирует импульс излучения, который посредством узла ввода
делится между двумя оптоволокнами. Оптоволокно измерительного канала
излучения подключено к оптической кювете, в которую отбирается проба газовой
смеси. Излучение, проходя через кювету, частично поглощается, и приобретает
информацию о составе смеси в кювете. После кюветы излучение вводится в
оптоволокно и попадает в спектрометр.
Блок питания
Измерительный канал излучения
Источник УФ
излучения −
осветитель
Оптическая кювета с
УФ окнами
Приемная
фотоэлектронная
аппаратура
измерительного
канала излучения
Измерительный
спектрометр
Блок сбора
и анализа
данных
Опорный канал излучения
Приемная
фотоэлектронная
аппаратура
опорного канала
излучения
Селективный
спектральный
модуль
опорного канала
Микропроцессорная система
обработки
Газотранспортная система
Рисунок 1 — Функциональная схема системы
Излучение, проходящее по опорному каналу, минует кювету и попадает в
селективный спектральный модуль. С помощью этого модуля формируется
информация о флуктуации интенсивности УФ источника.
Спектр
из
измерительного
канала
и
величина
пропорциональная
интенсивности светового импульса из опорного канала, попадает в блок сбора и
анализа данных, где на основании этой информации происходит расчёт
концентрации компонентов смеси в кювете.
2
Блок питания
На рисунке 2 приведено изображение блока питания необходимого для работы
лампы и спектрометра.
Рисунок 2 —Блок питания
Блок питания включается в сеть переменного напряжения 220 В, 50 Гц,
потребляемая мощность не более 30 Вт. Габаритные размеры блока питания
270х170x140 мм. Масса ≈ 3кг.
3
Блок измерения
На рисунке 3 представлено изображение блока измерения необходимого для
снятия спектров и измерения концентраций.
Рисунок 3 — Блок измерения
Блок измерения подключается к компьютеру (ноутбуку) для вывода
результатов измерения, блоку питания и кювете (с помощью оптоволокна).
Габаритные размеры 300х300x170 мм. Масса ≈ 6кг.
4
Лампа
Лампа является осветителем спектрометра (в блоке измерения) и крепится на
блоке питания. Изображение приведено на рисунке 4.
Рисунок 4 — Импульсная ксеноновая лампа в оправе
Лампа подключается к блоку питания. Излучение лампы заводится в
оптоволокно. В процессе эксплуатации лампа закрепляется на блоке питания.
Габаритные размеры 70х70x160 мм. Масса ≈ 0.6 кг.
5
Кювета
В кювете происходит поглощение излучения от лампы газовой смесью.
Изображение кюветы приведено на рисунке 5.
Ввод пробы
Входное
оптоволокно
Заглушка
Выходное
оптоволокно
Вывод пробы
Рисунок 5 — Измерительная оптическая кювета
Подразумевается, что отбор пробы ведется в проточном режиме, в процессе
работы кювета просвечивается излучением от лампы. Излучение поступает и
выходит из кюветы через гибкое оптическое волокно. Кювета герметична. Резьба на
вводе и выводе пробы M 16x1. Конус под уплотнение. Габаритные размеры
70х70x260 мм. Масса ≈ 1 кг.
6
На рисунке 6 представлен общий вид собранной системы без кюветы.
Рисунок 6 — Внешний вид собранной системы
7
Заключение
Для создания макета системы была проделана следующая работа:
 Выбраны оптимальные методы и принципы измерения концентрации
серосодержащих газов.
 Разработаны функциональные схемы и алгоритмы всех узлов системы.
 Составлены принципиальные электрические схемы и эскизы механических
и оптических узлов (включая расчет и выбор элементной базы).
 Разработаны и отлажены управляющие программы для микропроцессорной
системы.
 Изготовлены прототипы кюветы, блока питания и электронного блока, а
также газотранспортная система для лабораторных экспериментов.
 Все узлы протестированы по отдельности в составе макета системы.
Проведены лабораторные испытания, проведена оценка параметров макета
системы.
Для проведения испытаний непосредственно в полевых условиях (на реально
работающем технологическом процессе) необходимо разработать систему забора
газовой смеси и сертифицировать образец. Именно для этих двух мероприятий
требуется финансирование.
8