Материал: Системы контроля утечки газа

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

измерительных схем и приборов.

Все лазерные оптико-акустические газоанализаторы построены по схеме прямого детектирования, в которой детектором поглощенной мощности является сам образец.

Лазерный ОА-метод выгодно отличается от других методов следующими особенностями:

•высокое спектральное разрешение, определяющееся шириной линии лазерного излучения;

•высокая чувствительность по показателю поглощения. Принципиальное ограничение предельной чувствительности определяется тепловыми флуктуациями в исследуемой среде;

•отсутствие сигнала, если спектральная линия излучения лазерного источника находится вне линий поглощения газа (однако следует иметь в виду наличие фонового сигнала, связанного с поглощением излучения окнами и стенками кюветы с исследуемой газовой смесью);

•отношение сигнал/шум увеличивается пропорционально мощности источника. Принципиальное ограничение на мощность налагается лишь явлением насыщения поглощения на исследуемой линии;

•ОА-сигнал пропорционален показателю поглощения газа, что существенно упрощает обработку данных измерения;

•концентрационная характеристика (зависимость амплитуды регистрируемого оптико-акустического сигнала от концентрации газа) линейна при изменении концентрации в пределах 4-5 порядков;

•измеряемая величина (амплитуда колебания давления) является интенсивным параметром образца, т. е. не зависит от его размеров. В силу этой особенности ОА-измерения проводят при малых объеме и длине измерительной камеры;

•шумы приемников из-за высокой спектральной плотности мощности лазерных источников, как правило, не имеют значения. Стабилизация интенсивности лазерного излучения (или нормировка на опорный сигнал) еще более увеличивает чувствительность аппаратуры;

•область, используемых в ОА-газоанализаторах лазерных источников, охватывает спектральный диапазон от УФдо ИК-области;

•возможность быстрой перестройки длины волны излучения, что позволяет проводить оперативный количественный анализ многокомпонентных газовых смесей;

•малый объем и длина измерительной камеры представляют большие преимущества при исследовании нелинейных эффектов (спектроскопический эффект насыщения, многофотонное поглощение), требующих высокой плотности мощности по сечению лазерного пучка, поддержание постоянного высокого значения мощности на длинной оптической трассе невозможно, а в короткой ячейке ОА-детектора сравнительно легко можно получить интенсивности вплоть до оптического пробоя газа.

Основными недостатками газоанализаторов являются: чувствительность к вибрациям и акустическим помехам, а также зависимость

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

чувствительности ОА-детектора от давления и типа исследуемого газа. К числу принципиальных особенностей газоанализаторов следует

отнести необходимость его калибровки для измерений абсолютных значений показателей поглощения (а значит, и концентраций) газов.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

3. Оптико-акустический газоанализатор КЕДР-М Является автоматическим и непрерывно действующим прибором, предназначенным для определения концентрации одного из компонентов в сложной газовой смеси. КЕДР-М может быть использован для: • технологического контроля различных производств, в т.ч. производств аммиака, ацетилена, метанола • оптимизации процессов горения по данным о составе дымовых газов • контроля содержания оксида углерода в отходящих газах топливосжигающих установок различных типов - водогрейных котлов, ТЭЦ, асфальтовых заводов • научных исследований и др. 3.1 Принцип действия Избирательное поглощение инфракрасного излучения определяемым компонентом

анализируемой газовой смеси Прибор имеет ряд исполнений, каждое из которых имеет один диапазон измерения одного из измеряемых компонентов (об. доля, %) CO2 0-0,02; 0-0,05; 0-0,1; 0-0,2; 0-0,5; 0-1; 0-2; 0-5; 0-10; 0-20; 0-50; 0-100 % CO 0-0,1; 0-0,2; 0-0,5; 0-1; 0-2; 0-5; 0-10; 0-20; 0-50; 0-100 % CH4 0- 0,1; 0-0,2; 0-0,5; 0-1; 0-2; 0-5; 0-10; 0-20; 0-50; 0-100 % C2 H2 0-0,5; 0-10 % SO2 0-0,1; 0-0,2; 0-0,5; 0-1; 0-2; 0-5; 0-10; 0-20 % Предел допускаемой основной приведенной погрешности газоанализатора, в % от верхнего предела диапазона измерений ± 4 % для ДИ: 0-1; 0-2; 0-5; 0-10; 0-20; 0-50; 0-100 % CH4 , CO2 , CO

интерфейс RS-232 Индикатор цифровой Время прогрева не более 30 мин Прибор выполнен в обыкновенном исполнении и устанавливается во взрывобезопасном помещении Температура окружающего воздуха 5-50 °C Время работы без подстройки не менее 30 сут Питание от сети 220 В 50 Гц Потребляемая мощность 45 Вт Габаритные размеры 180*360*420 мм Масса 12 кг

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

4. Лазерный оптико-акустический газоанализатор внутрирезонаторного

типа

Характеристика Прибор предназначен для проведения оперативного газоанализа

атмосферного воздуха методом оптико-акустической лазерной спектроскопии

Принцип действия газоанализатора основан на генерации акустических волн в воздухе при взаимодействии модулированного лазерного луча с молекулами газовой примеси, поглощающей лазерное излучение на заданной длине волны. Акустические волны преобразуются микрофоном в электрические сигналы, пропорциональные концентрации поглощающего газа. Перестраивая длину волны лазера и используя известные спектральные данные о коэффициентах поглощения различных газов, можно определить состав детектируемой газовой примеси.

Отличительной особенностью данного газоанализатора является совмещение в единой конструкции перестраиваемого волноводного СО2-

лазера и прокачного оптико-акустического детектора (ОАД)

дифференциального типа. ОАД располагается внутри лазерного резонатора и образует единую конструкцию с лазером. Благодаря этому уменьшаются потери на оптических элементах, повышается мощность внутри рабочего канала ОАД и жесткость всей конструкции. В газоанализаторе используется автоматически перестраиваемый по линиям волноводный СО2-лазер с высокочастотным (ВЧ) возбуждением, в котором импульсно-периодический режим генерации задается модуляцией мощности ВЧ-генератора, что дает возможность оптимизировать энергопотребление путем регулировки скважности импульсов возбуждения. В конструкции используемого ОАД дифференциального типа имеется два резонансных акустических канала, в

которых формируются противофазные акустические волны, что позволяет

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

при введении соответствующей обработки свести к минимуму шумыпри протекании воздуха через каналы.

Данные особенности прибора являются уникальными и в совокупности обеспечивают предельно высокую для оптико-акустических устройств чувствительность детектирования, низкий уровень аппаратурных шумов и относительно малое общее энергопотребление.

Газоанализатор способен регистрировать минимальные коэффициенты поглощения газовых примесей в атмосфере в потоке газа на уровне ~ 5 × 1010 см-1 с высоким быстродействием, присущим оптическим методам газоанализа. Благодаря этим качествам, а также возможности перестройки длины волны лазерного излучения в области 9,3÷10,9 мкм газоанализатор позволяет проводить в реальном времени измерения малых концентраций атмосферных и антропогенных газов (на уровне 1 ppb и менее), таких как С2

Н4, NH3, O3, C6, SO2, SF6, N2

O, CH3, CH3и т.д.,

включая парыряда взрывчатых и отравляющих веществ (всего около

100 веществ).

Указанные свойства позволяют применять прибор для контроля концентраций химических молекулярных соединений в атмосферном воздухе и технологических процессах, проводить анализ выдыхаемого воздуха с целью выявления различных заболеваний и т.д.

Применение эффекта

Очевидные преимущества ОА-метода в сочетании с использованием достаточно мощных непрерывных перестраиваемых по частоте лазеров делают его особенно привлекательным для решения задач, требующих измерения слабого поглощения излучения молекулярными газами. В первую очередь это касается задач газового анализа при малых и сверхмалых концентрациях молекул в среде.