Оптические датчики газового состава
Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революциии ордена Трудового Красного ЗнамениГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТимени Н.Э.Баумана._________________________________________________________Факультет РЛКафедра РЛ2Реферат по дисциплине"Лазерные оптико-электронные приборы"студента Майорова Павла Леонидовича, группа РЛ3-101.РуководительНемтинов Владимир БорисовичТема реферата:"Оптическая обработка информации"ВступлениеВ данном реферате обсуждаются датчики газового состава, то есть речь идет об обработке информации о составе газовой смеси. Важность анализа газового состава сегодня не вызывает сомнений, поскольку она напрямую связана с основными проблемами современной цивилизации: экономией энергии, сырья, контролем качества, оптимизацией промышленных процессов, охраной окружающей среды, совершенствованием медико-биологических методов и т.д.Датчики газового составаДатчики, предназначенные для определения химического состава газовой смеси, получили широкое распространение, связанное прежде всего с контролем за процессами горения в целях экономии энергии и сокращения загрязнения атмосферы. Многие из новых датчиков газового состава предназначены для анализа газового состава горючих смесей или продуктов сгорания; O2, СО, СО2, Н2О, SO2, SO3, NOx, CHx, и т. д.Характеристики датчиков газового состава также претерпевают заметную эволюцию: появляются новые датчики с более высокой селективностью, происходит их миниатюризация, приспособление к измерению непосредственно в рабочем объеме; некоторые из них способны заменить сложные и громоздкие анализаторы.Кислород в качестве объекта газового анализа занимает особое место: возможности точного и быстрого анализа этого газа, предоставляемые сегодня некоторыми датчиками и, прежде всего, датчиками на основе твердых электролитов, находят многочисленные применения в таких весьма различных областях человеческой деятельности, как химическая промышленность, металлургия, сельское хозяйство, пищевая промышленность, медицина, биология, системы кондиционирования и контроля атмосферы в лаборатории. Применение таких датчиков все расширяется, стимулируя разработку новых специальных зондов для таких газов, как Cl2, SO2, HCl, H2S, H2 и т. п.Граница между "датчиками" и "анализаторами" в случае анализа газа является расплывчатой. При ее определении используются три критерия:возможность оперативного использования в непрерывном или квазинепрерывном режиме для контроля газовой среды либо определения ее физических параметров (температуры, давления, скорости циркуляции, содержания пыли и т.п.); отсутствие необходимости в использовании химических реагентов; невмешательство оператора в каждое измерение (для отбора проб, поверки и т. д.). Это определение датчиков специально дается нестрого. Анализаторы, которые не рассматриваются как датчики газового состава, — это масс-спектрометры, анализаторы на основе хемолюминесценции (ионизация газа под действием высокоэнергетического ультрафиолетового излучения) и приборы ядерного магнитного резонанса (ЯМР).Возможна следующая классификация датчиков газового составаэлектрохимические датчики на основе твердых электролитов; электрические датчики; катарометры; парамагнитные датчики; оптические датчики. Далее, следуя теме реферата, будет рассмотрен только один тип датчиков.Оптические датчикиФизические принципыПоглощение электромагнитного излучения молекулой газа может привести не только к возбуждению электрона, но также к изменениям колебательной энергии (колебания атомов относительно каждой химической связи) и вращательной энергии (вращение всей молекулы или ее части). Все эти изменения энергии являются квантованными. Возможны только определенные значения кинетического момента вращения или энергии колебаний, характеризующие так называемые колебательные и вращательные энергетические уровни.Поглощение видимого, ультрафиолетового и рентгеновского излучений вызывает изменение электронной энергии молекул. Поглощение инфракрасного излучения приводит к изменениям колебательных и вращательных состояний молекул.Эти эффекты используются в абсорбционной спектроскопии, которая является, следовательно, методом определения химического состава газа, поскольку получаемые спектры поглощения однозначно характеризуют его. Измерение интенсивности электромагнитного излучения, поглощаемого газовой смесью, зависит от природы газа и позволяет, таким образом, определить концентрацию данного газа в смеси. Согласно закону Бугера — Ламберта — Бера, доля (I/I0) интенсивности излучения, поглощенного кюветой с газом, изменяется экспоненциально с длиной кюветы l, концентрацией c газа и коэффициентом поглощения а:lg(I/I0)=alc.Применимость закона Бугера — Ламберта — Бера. Некорректное применение этого закона может привести к существенным ошибкам. Закон справедлив только в том случае, если излучение является монохроматическим, что не выполняется в случае бездисперсионных приборов. Кроме того, коэффициент удельного поглощения а изменяется с используемой шириной полосы, а изменение температуры анализируемого газа приводит к смещению полосы поглощения. Закон также не учитывает общего давления и влияния непоглощающих газов, присутствующих в смеси.Для того чтобы устранить или учесть эти источники ошибок, наряду с другими неконтролируемыми факторами, такими, как изменение интенсивности излучения, изменение чувствительности детектора или загрязнение окон датчика, обычно используются приборы, работающие по двухлучевой схеме.МоделиГазы, анализ которых в промышленности осуществляется с использованием методов абсорбционной спектроскопии, перечислены в табл. 1.Анализаторы с использованием видимого и ультрафиолетового излучения. Пучок света, испускаемый лампой (обычно ртутной), монохроматизируется с помощью соответствующих фильтров.В некоторых приборах монохроматическое излучение разделено на два пучка, направленн...
Другие файлы:
Датчики в цифровых системах
В книге, написанной английским специалистом — руководителем школы механики и аэронавтики Политехнического института в Кингстоне, обобщены вопросы прим...
Моделирование тепловых процессов в датчиках газового состава
Структура датчика газового состава. Система автоматического моделирования интегральных схем Synopsys TCAD. Расчет температуры рабочей области датчика...
Волоконно-оптические датчики
Общая характеристика технологий, конструктивных особенностей, принципов работы и практического применения волоконно-оптических датчиков. Описание мног...
Определение газового состава атмосферы и характеристик аэрозоля затменным методом. Диссертация
Диссертация посвящена развитию затменного метода в системах космического мониторинга газового состава атмосферы. Затменный метод основан на измерении...
Волоконно-оптические датчики температуры на основе решеток показателя преломления
Волоконно-оптический датчик (ВОД) - датчик физических величин, в конструкции которого в качестве чувствительного элемента и передающей оптическое излу...
