Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор и анализ существующих методов и приборов для измерения содержания диоксида азота . 11
1.1 Задачи обзора 11
1.2 Хемилюминесцентные газоанализаторы 12
1.3 Электрохимические газоанализаторы 18
1.4 Оптико-абсорбционный газоанализатор 19
1.4 Критический анализ существующих методов измерения диоксида азота
Глава 2. Исследование и разработка опытного образца оптико-электронного газоанализатора диоксида азота 25
2.1 Оценка влияния мешающих ингредиентов 25
2.2 Выбора источник излучения 26
2.3 Структурная схема оптико-электронного газоанализатора опытной установки
2.3.1 Система пробоподготовки 29
2.3.2 Обоснование выбора приемника оптического излучения 30
2.3.2.1 Анализ и выбор режима работы фотодиода 37
2.3.3 Волоконно-оптический разветвитель 46
2.3.4 Кювета разрабатываемого газоанализатора 46
2.3.5 Прочие элементы разрабатываемого газоанализатора 48
2.4 Алгоритм работы экспериментального образца газоанализатора 49
2.6 Заключение 52
Глава 3. Исследование опытного образца оптико-электронного газоанализатора 53
3.1 Расчет потерь в оптической системе опытного образца 53
3.2 Методика пересчета параметров и характеристик фотодиодов 56
3.2.1 Пересчет параметров приемников, заданных в энергетических единицах по одному источнику (паспортному), к параметрам в энергетических единицах по использованному источнику 58
3.3 Снятие спектральной характеристики используемого излучающего диода 59
3.4 Расчет кюветы опытного образца 63
3.5 Расчет отклонения от основного закона светопоглощения 65
3.6 Выбор и расчет электрической схемы блока питания опытного образца 67
3.7 Электрическая схема разработанного газоанализатора 70
3.8 Анализ шумов электронного тракта прибора 72
3.9 Анализ погрешностей электронного тракта опытного образца
3.10 Исследование влияния температуры на измерения газоанализатора 80
3.11 Исследование влияния давления в тракте газоанализатора на измерения диоксида азота 83
3.12 Алгоритм работы газоанализатора 85
3.13 Сборка рабочего образца устройства 86
Глава 4. Метрологические испытания рабочего образца оптико-электронного газоанализатора 88
4.1 Программа испытаний 88
4.1.1 Методика установки нуля и контроля дрейфа нулевой линии 89
4.1.2 Методика градуировки разработанного газоанализатора 91
4.1.3 Методика определения основной погрешности измерения 92
4.1.4 Методика определения дополнителых погрешностей
4.1.4.1 Методика определения влияние неизмеряемых компанентов 96
4.1.4.2 Исследования влияния температуры на опытном приборе 97
4.2 Выводы по главе 5 98
Заключение 99
Список литературы Ошибка! Закладка не определена.
- Электрохимические газоанализаторы
- Обоснование выбора приемника оптического излучения
- Снятие спектральной характеристики используемого излучающего диода
- Методика определения дополнителых погрешностей
Введение к работе
Актуальность проблемы
Согласно техническому регламенту "О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ", диоксид азота подлежит обязательному контролю в выбросах автотранспортных средств.
Причиной является токсичность диоксида азота (NO2). Даже в небольших концентрациях он раздражает дыхательные пути человека, а в больших концентрациях вызывает отёк лёгких. Воздействует в основном на дыхательные пути и легкие, а также вызывает изменения состава крови, в частности, уменьшает содержание в крови гемоглобина. Также присутствие диоксида азота в атмосфере способствует повышению интенсивности и частоты выпадения кислотных дождей, уменьшает озоновый слой.
Основными источниками выброса диоксида азота являются промышленные предприятия и транспорт.
На данный момент автоматические приборы, газоанализаторы, применяемые в России и мировой практике для контроля концентрации диоксида азота, обладают рядом недостатков.
Наиболее точные газоанализаторы обладают большими весогабаритными характеристиками и высокой ценой, а малогабаритные газоанализаторы, с относительно не высокой ценой, имеют низкую селективность и точность. Существует потребность в новых оригинальных методах и приборах для измерения концентраций диоксида азота в промышленных и транспортных выбросах, что определяет актуальность настоящей работы.
Целью работы является исследование и разработка автоматического оптико-электронного средства измерений концентрации диоксида азота в промышленных и транспортных выбросах, обладающего селективностью и высокой чувствительностью, высоким ресурсом (долговечностью), низким энергопотреблением, конкурентоспособной ценой, а также пригодным для сертификации и серийного производства.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
Изучить и проанализировать существующие методы и средства измерения концентрации диоксида азота в промышленных и транспортных выбросах.
Исследовать метод и средства измерений диоксида азота, определяемого методом оптической абсорбционной спектроскопии.
Разработать новую принципиальную схему оптико-электронного газоанализатора диоксида азота, основанного на методе оптической абсорбционной спектроскопии, включая его составные компоненты
Реализовать опытный образец оптико-электронного газоанализатора диоксида азота, выполнить экспериментальное исследование его характеристик;
Методы исследования
При выполнении диссертационных исследований использовались принципы теории построения оптических и оптико-электронных приборов и систем, методы оптической абсорбционной спектроскопии. При обработке результатов измерений применялись методы математического анализа и математической статистики.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
-
Изменение структуры газоанализатора посредством замены опорной полости оптическим волоконным трактом с разделением потока оптического излучения позволяет вдвое уменьшить величину составляющей погрешности измерения вследствие дрейфа нуля.
-
Замена теплового источника оптического излучения селективным излучателем с квазимонохроматическим спектром излучения (излучающий полупроводниковый диод) позволяет наряду с уменьшением оптического пути излучения в процессе анализа значительно (на порядок и более) уменьшить цену деления газоанализатора при практическом сохранении диапазона измерения концентрации.
-
Упрощение структуры газоанализатора при исключении диспергирующих элементов и узкополосных оптических фильтров с реализацией экранирования рабочей полости от фонового излучения позволяет на порядок и более уменьшить порог обнаружения диоксида азота.
-
Защищаются результаты экспериментальных исследований опытного образца газоанализатора, построенного по предложенной структуре.
Научная новизна работы:
-
Синтезирована структура энергоэффективного оптико-абсорбционного газоанализатора диоксида азота позволяющая уменьшить погрешность измерения при практическом сохранении диапазона измеряемой концентрации.
-
Разработаны принципы построения алгоритма формирования аналитического, информативного сигнала оптико-электронного газоанализатора, позволяющего уменьшать погрешность измерения концентрации диоксида азота при изменениях температуры окружающей среды.
-
Разработаны методики метрологической аттестации оптико-электронного газоанализатора диоксида азота исключающие перекрёстную чувствительность к другим газам.
Практические результаты работы.
1) Разработан новый тип оптико-электронного газоанализатора для измерения концентрации диоксида азота в промышленных выбросах и транспортом на основе оптической абсорбционной спектроскопии;
-
Создан опытный образец оптико-электронного газоанализатора диоксида азота, подготовленный для проведения приемочных испытаний в системе Ростехрегулирования;
-
Осуществлена подготовка к серийному производству нового оптического средства измерений - оптико-электронного газоанализатора диоксида азота.
-
Реализация результатов работы подтверждена двумя актами использования результатов теоретических и экспериментальных исследований по тематике диссертации на приборостроительных предприятиях: ООО «МОНИТОРИНГ» и ООО «Технолоджи Норд».
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 3 конференциях: XLIII научная и учебно-методическая конференция СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, Россия, 2014 г.); III Всероссийский конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, Россия, 2014 г.); XLIV научная и учебно-методическая конференция (Санкт-Петербург, Россия, 2015 г.) и на 1 конкурсе грантов: "У.М.Н.И.К. 2014"(Санкт-Петербург, Россия, 2014 г.)
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях из перечня ВАК.
Структура и объем работы.
Электрохимические газоанализаторы
В ходе некоторых экзотермических реакций часть (не освобождаемой) химической энергии запасается в виде энергии возбуждения электронов, (колебательные или вращательные состояния продуктов химической реакции). Если процесс дезактивации последних сопровождается испусканием излучения, имеет место явление хемилюминесценции [29, 55, 68, 69, 70, 72, 73, 75].
Наибольшее распространение хемилюминесцентный метод получил, при реакция оксида азота с озоном [62, 63, 66]. На данном принципе построен анализатор серии CLA-755, структурная схема которого приведена на рис. 1.1. Рис. 1.1. Структурная схема анализатора диоксида азота серии CLA-755: 1 – осушитель, 2 – помпа, 3 – датчик расхода пробы, 4 – генератор озона, 5 – реактор (камера измерения), 6, 13 – поглотители NO2, 7, 10, 12 – фильтры, 8, 11, 14 – клапаны, 9 – конвертер NO/NO2, 15 – источник микропотока калибровки. Технические характеристики прибора приведены в таблице 1.1: Таблица 1.1. Технические характеристики газоанализатора CLA-755 серии. Диапазон измерений 0 – 500 ppm Разрешение цифровой шкалы 0,001 ppm Шум прибора 2% отизмеряемогозначения Нижний предел обнаружения 1 ppb Дрейф нуля 1% / 24 часа Дрейф диапазона 1% / 24 часа Время запаздывания 15 сек Диапазон температур от +10 до +50 Со Нелинейность ± 1 % (полная шкала) Погрешность измерений 0.5 ppb или неменее 1% отизмеренногозначения Когда газ пробы с компонентом NO и газообразным озоном (Оэ) смешивается в реакторе, компонент NO окисляется и превращается в NO2: NO + Оз - N02 + 02; (1.1) Часть NO2 находится в возбужденном состоянии. Возбужденные молекулы NO2 высвобождают энергию возбужденного состояния в виде излучения, когда возвращаются в основное состояние: NO + Оз N02 + 02; (1.2) Ж)2 : молекулы N02 в возбужденном состоянии: N02 N02 + hv (1.3) Это явление называется хемилюминесценцией, а уровень излучения прямо пропорционален количеству молекул NO до начала реакции. Поэтому концентрацию NO в пробе можно получить измеряя интенсивность потока излучения [21, 22, 57]. До того, как вернуться в основное состояние, некоторые молекулы NO2 теряют энергию возбужденного состояния за счет столкновения с другими молекулами. В этом случае NO2 возвращается в основное состояние, но хемилюминесценции не происходит: N02 + M N02 + M (1.4) М: другие молекулы Вероятность потери энергии зависит от вида партнера по столкновению и иногда чувствительность детектора к NO отличается в зависимости от вида, и концентрации сопутствующих газовых компонентов. Известно, что вероятность потери энергии из-за СO2 и H2O больше, чем от N2 и O2 в компонентах обычного отработанного газа двигателей, и что изменение концентрации СO2 и H2O в пробе имеет тенденцию менять чувствительность к NO.
В общем случае для уменьшения интерференции СO2 и H2O внутри реактора поддерживается состояние вакуума.
NO2 пробы не обладает хемилюминесценцией и не может быть измерено детектором. Поэтому перед измерением он преобразуется в NO с помощью конвертера NOx. Конвертер работает при температуре 113 oC или 191 oC (в зависимости от комплектации).
Углерод (С), который является основным компонентом в конвертере NOx, используется в восстановительном процессе. Поэтому конвертер нуждается в регулярной проверке эффективности или замене: N02 + С NO + CO (1.5) 2M?2 + С - 27VO + C02 (1.6) Данный метод имеет ряд недостатков [66]: 1) требует применения мощного вакуумного насоса; 2) требуется фотоумножитель, работающий в красной области спектра, с охлаждением, что увеличивает стоимость прибора и его габаритны; 3) требуется высокая концентрация озона для обеспечения полного протекания реакции между озоном и оксидом азота (содержание озона в газовой смеси- до нескольких процентов), что обусловливает необходимость применения высоковольтного генератора озона, а также специальных угольных фильтров для очистки воздуха (отсутствие очистки может привести к отравлению персонала озоном и выходу из строя насоса и другого оборудования).
В газоанализаторе модели Р-310А «ОПТЭК», для контроля атмосферы, используется хемилюминесцентная реакция, протекающая на поверхности твердотельного хемилюминесцентного датчика с нанесенной на него хемилюминесцентной композицией (рис. 1.2) [44, 45, 47]. Датчик имеет пористую поверхность, за счет чего поверхность раздела, на которой протекает реакция, значительно увеличивается.
Композиция наносится путем пропитки датчика с последующей сушкой. Таким образом, реакция протекает на поверхности раздела фаз «твердое тело» - газ [10, 65, 81, 83].
Датчик представляет собой пластину диаметром 25 мм из клееного нетканого материала, насыщенного смесью латексов. Раствор, которым пропитывается датчик, представляет сбой смесь, содержащую люминол, карбонат натрия, сульфит натрия, йодид калия и нелетучие растворители.
Датчик располагается непосредственно на окне фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) и имеет диаметр, соответствующий диаметру окна ФЭУ. Хемилюминесцентное свечение регистрируется фотоумножителем и передается на аналогово-цифровой преобразователь, далее – на контроллер. ФЭУ и сенсор установлены в проточном реакторе, защищенном от попадания внешнего излучения [8, 38]. Газоанализатор имеет встроенный калибратор на базе термодиффузионного источника микропотока, что позволяет минимизировать влияние изменения условий проведения измерений (температуры, давления, влажности и пр.). Схема прибора изображена на рис. 1.3. Рис. 1.3. Блок-схема газоанализатора Р-310А Газоанализатор Р-310А, имеет следующие технические характеристики: диапазон измерений 0 – 1 мг/м3, разрешение шкалы 0,001 мг/м3, предел допускаемой основной приведенной и относительной погрешности ± 25 % (0 – 0,08 мг/м3). Существенными недостатками метода измерения концентрации NO2 являются: ограниченный ресурс хемилюминесцентного датчика (сенсор газоанализатора Р-310А имеет время жизни около 2 недель после чего заменяется оператором), датчик теряет свою селективность по мере выработки композиции, поэтому необходима постоянная его градуировка от внутреннего термодиффузионного источника микропотока NO2. Газоанализатор имеет большую погрешность (± 25 %). 1.3 Электрохимические газоанализаторы Практически все переносные газоанализаторы, использующиеся для контроля промышленных выбросов и транспортом, базируются на электрохимическом методе, для измерения диоксида азота. Метод основан на явлении протекания электрохимической реакции в электрохимической ячейке (рис. 1.4). Электролит, заполняющий ячейку, вступает в химическую реакцию с анализируемый газ. В результате между электродами начинает протекать ток из-за возникновения заряженных ионов. Возникающий ток пропорционален концентрации анализируемого компонента в пробе [28, 40, 58].
Обоснование выбора приемника оптического излучения
Приборы в которых применяется односторонняя проводимость p–n перехода (основанные на внутреннем фотоэффекте) называются фотодиодами (ФД). Фотогальванический режим работы фотодиода реализуется при облучении базы фотодиода вызывающая электродвижущую силу. Фотодиодный режим появляется в случае, когда к фотодиоду при облучении базы подаётся питающее обратное напряжение из-за чего появляется обратный ток неосновных носителей. Один из способов изготовления фотодиодов основан на гомогенном переходе, p–n-переход возникающий на границе двух одинакового материала с примесями противоположного типа. Другой вариант на основе гетероперехода, (p–n-переход, возникающий на границе областей различных материалов с примесями противоположного типа) и барьера Шоттки. Рассмотрим особенности работы выбранного фотодиода PD-440-0/1.4 на основе p–n-перехода в фотогальваническом режиме. После начинала процесса диффузии основных носителей nn и pp в противоположные области, возникающий спеканием n- и p полупроводников, из-за чего возникают диффузионные токи основных носителей I pp и I nn (рис. 2.8).
От концентрации носителей в фотодиоде, диффундирующих из n – области в р – область и наоборот, зависит их количество. Контактная разность потенциалов Uk, появляющаяся после диффузии, приводит к появлению дрейфовых обратных токов неосновных носителей Ipn и Inp. Дырочный ток — это условность, токи основных носителей I nn и I pp текут в одном направлении, что тоже можно сказать и о токах неосновных носителей 1пр и 1рп, возникающие в следствии действия контактной разности потенциалов 4. Ток основных носителей, при отсутствии излучения, в устаканившемся состоянии уравновешиваются током неосновных носителей, от чего сумма токов равна нулю:
Из выражений, написанных выше можно сказать, что «темновые» токи зависят от абсолютной температуры для неосновных и основных носителей, и Uk.
При излучении с включенной нагрузкой на фотодиоде, через нагрузку потечет фототок основных и неосновных носителей, для которых напряжение нагрузки Uk является ускоряющим или запирающим соответственно (рис. 2.9). Направление фототока совпадает с «темновым» токам неосновных носителей.
Где St [А/Вт] - токовая чувствительность фотодиодном в фотогальваническом режимах. На р «–переход в прямом направлении (URн 0) влияет уменьшение напряжения на нагрузочном сопротивлении (Rн). Вычитании напряжения из контактной разности потенциалов приводит к увеличению токов основных носителей (рис. 2.9).
В фотогальваническом режиме напряжение холостого хода (фото-ЭДС) фотодиода меняется по логарифмическому закону с увеличением потока излучения, и в максимуме напряжение значения, равно контактной разности потенциалов p– n- перехода. Зависимость Uхх = f(Ф) – сложная и нелинейная, однако диапазон изменения сигнала широк. На начальном участке при Iф = Is наблюдают только линейность. Для нахождения максимума вольтовой чувствительности, продифференцируем полученное выражение и найдем экстремум функции.
Получим выражение для максимальной вольтовой чувствительности фотодиода в ФГ режиме. Вольтовой чувствительность фотодиода в ФГ режиме имеет зависимость от температуры. Температура для комнатных условий равна кТ/е = 0.025 поэтому получим: SUm = 0.025[S7 /(SjO ) + Is] (2.11) Напряжение питания подается в обратном направлении для фотодиодного режима, рисунок (2.10).
Вольтамперные характеристики ФД в фотогальваническом и фотодиодном режимах. Из полученного выражения видно, что, для полного тока, контактная разность потенциалов в диодном режиме складывается с напряжение питания. В таком случае увеличивается сопротивление а. Сам р -п- переход расширяется и при этом ускоряющее поле для неосновных носителей будет равно приблизительно U. Ускоряющее поле для основных носителей будет тормозящим при этом ток основных носителей близиться к нулю. Из полученного выражения следует, чем выше сопротивление нагрузки, тем больше будет вольтова чувствительность. При этом вольтова чувствительность имеете зависимость от получаемого потока излучения.
Из точки П в точку изгиба вольтовой характеристики проводим нагрузочные прямые для максимального определяемого потока излучения, с условием, чтобы фотодиод был в линейном режиме, а колебания от напряжения питания не приводили к флуктуации фототока
Снятие спектральной характеристики используемого излучающего диода
Закон Бугера-Ламберта-Бера можно считать строго установленным так как его многократно проверялся на опытах. Однако на практике наблюдаться отклонения от закона Бугера-Ламберта-Бера, которые происходят в следствии несоблюдения закона светопоглащения. Другими словами, закон Бугера-Ламберта-Бера, выполняется лишь при прохождении плоскопараллельного пучка излучения через гомогенную изотропную среду монохроматического света при совпадении величины C (концентрация вещества в растворе) в уравнении (3.13) и минимальной заселенности возбужденного энергетического уровня [9, 11, 23].
Где // - интенсивность излучения после прохождения кюветы; 10 -интенсивность излучения до прохождения кюветы; є - коэффициент, зависящий от природы вещества; с - концентрация; / - длина толщина слоя газа.
Если толщина слоя выдерживается постоянной, то зависимость оптической плотности от концентрации поглощения излучения вещества в газе изображается линией, которая проходит через начало координат с тангенсом угла наклона, равного .
Нарушение описанных условий приводит к отклонениям от закона Бугера-Ламберта-Бера, в виде искривления данной зависимости. Иначе говоря, коэффициент поглощения не постоянен, а уменьшается или возрастает с ростом концентрации (С). Если коэффициент поглощения возрастает, то говорят о положительных, а при уменьшении - об отрицательных отклонениях от закона Бугера-Ламберта-Бера (рис. 3.6). Рисунок 3.6. Зависимость оптической плотности от концентрации поглощающего излучения вещества при соблюдении закона Бугера-Ламберта-Бера (1), положительных (2), отрицательных (3) отклонениях от закона .
Основные, самые частые причины отклонения от закона Бугера-Ламберта-Бера можно разделить на три группы: 1) Физико-химические, отклонения, вызванные свойствами анализируемого вещества. 2) Инструментальные. 3) Из-за анизотропии излучаемого объекта. К физико-химическим причинам можно выделить, прежде всего, несоответствие подставляемого значения концентрации С в уравнение действительной концентрацией вещества в растворе. К инструментальным причинам кажущихся отклонений от закона можно отнести немонохроматичность падающего на образец зондирующего потока излучения или нелинейная зависимость показаний приборов от интенсивности излучения. Так же отклонение может вызывать неравномерное распределение поглощающего вещества в пучке света. Теоретически рассчитаем отклонение от закона Бугера-Ламберта-Бера в случаи отклонения максимума излучения излучавшего диода на ±2 нм. На рисунке 3.7 представлено зависимость оптической плотности от концентрации поглощающего излучения вещества (NO2), без смещения на ±2 нм (ряд 1), с смещением (ряд 2)
Так как элементы, из которых состоит прибор, требуют питания 5В, необходимо использовать блок питания, дающий на выходе 5В постоянного тока, подключаемый к сети 220В 50Гц. В схеме трансформатор Т1 используется для преобразования напряжения. На его выходе получается 5,5 В переменного напряжения. Затем в схему включен диодный мост для выпрямления напряжения. Для сглаживания пульсаций после выпрямления диодным мостом установлены конденсаторы С1 и С2. Для стабилизации напряжения устанавливается интегральная микросхема КР142ЕН2Б, имеющая следующие выводы:
Вывод 05- опорное напряжение; Вывод 11 и 12 - входное напряжение; Вывод 14 - выключатель; Вывод 04 -дифференциальный усилитель; Вывод 03 - обратная связь; Вывод 08 - выход 1; Вывод 10 - выход 2 ; Выводы 01, 02 - защита по току; Вывод 13 - коррекция.
Для усиления по току установлен транзистор 2SB1322. Выходное напряжение задается резисторами Rос1 и Rос2, конденсаторы С4 и С5 служат для фильтрации высокочастотных помех.
Рассчитаем мощность трансформатора: Рвых = ивых1вых (3.13) где ивых - выходное напряжение, 5,5 В; 1вых - выходная сила тока 1,21 А; Рвых = 6,6 Вт. Рассчитаем мощность потерь на диодах выпрямителя: Рвыпр = 2UnpIeblx (3.13) где ипр - прямое падение напряжения на диоде, 1В; Рвыпр = 2,42 Вт. Отсюда требуемая мощность трансформатора: Ртр = (Рвых+ РвыпрУЧ (3.14) где - КПД трансформатора 0,6 Отсюда требуемая мощность Ртр = 15 Вт Напряжение на входе ИМС должно быть от 5 до 10 В и превышать выходное, минимум на 3 В, т.е напряжение должно составлять 7 В. Если вторичная обмотка трансформатора нагружена на мостовой выпрямитель, то напряжение на выходе выпрямителя под нагрузкой уменьшается и рассчитывается по формуле:
Ueblx = \MU2 - 2Unp (3.15) где Uвых - выпрямленное напряжение, 7 В; ІІ2 - напряжение вторичной обмотки трансформатора; Uпр - прямое падение напряжение на диоде, 1 В. Из формулы получаем U2 = 12 В.
Методика определения дополнителых погрешностей
В ходе выполнения диссертационной работы был выполнен анализ существующих газоанализаторов для измерения диоксида азота в промышленных выбросах и транспортом и методик измерения, на которых они основаны. Анализ показал, что существует необходимость в создании нового газоанализатора диоксида азота для контроля промышленных выбросов и транспортом.
Благодаря рассмотрению существующего оптико-абсорбционного газоанализатора с анализом его элементной базы, показано, что оптико абсорбционный газоанализатор может быть улучшен с применением современной элементной базы. Описана схема и принцип построения нового оптико-электронного газоанализатора для контроля диоксида азота на методе оптико-абсорбционной спектроскопии.
Оптическая схема с применением кюветы без окон привела к уменьшению потерь излучения от излучающего диода с увеличением динамического диапазона измерений. Выполнен расчет динамического диапазона разработанного газоанализатора и рассчитано отклонение от закона Бугера-Ламберта-Бера, позволяющая оценить погрешность измерений от изменения длины излучения источника.
С использованием узкополосного источника излучения (излучающий диод) отпадает необходимость в применении фильтров или монохроматора, для выделения нужной области спектра. С применение волоконно-оптического разветвителя можно напрямую принимать излучение от источника на опорный приемник в связи с чем можно отказаться от использования опорной кюветы. Расположив основной и опорный приемники оптического излучения в одном блоке, позволяет исключает температурным дрейфом одного приемника от другого. Диаметр волоконно-99 оптического разветвителя совпадает с внутренним диаметром кюветы, можно принять, что излучение полностью перекрывает объем кюветы, что позволяет отказаться от системы линз для формирования параллельного пучка излучения на входе и выходе кюветы. С применением электрической схемы вычитания можно так же пренебречь дрейфом источника излучения.
В связи с применением в качестве источника излучения излучающего диода и в качестве приемников излучения фотодиодов, энергопотребления разработанного газоанализатора в 50 раз ниже, чем у оптико-абсорбционного газоанализатора (ОАС3600М) и хемилюминесцентного газоанализатора. Так же время жизни газоанализатора при применении излучающего диода и фотодиодов в раз 4 выше, чем у электрохимических газоанализаторов и в 2 раз по сравнению с хемилюминесцентным газоанализатором.
Созданный макета нового оптико-абсорбционного газоанализатора диоксида азота с использованием современной элементной базой позволил получить малогабаритный газоанализатор с низким энергопотреблением.
В ходе исследования экспериментального образца, была выявлена необходимость контроля давления и введения поправки на измерение концентрации диоксида азота в зависимости от температуры. Методика метрологической аттестации, разработанная для созданного оптико-электронного газоанализатора диоксида азота, позволяет экспериментально определить погрешность измерения концентрации диоксида азота и основные характеристики газоанализатора.
На основе результатов разработанной методики метрологических исследований опытного образца оптико-абсорбционного газоанализатора диоксида азота, экспериментально определены погрешности измерения концентрации диоксида азота и основные характеристики газоанализатора. Метрологические испытания показали, что новый газоанализатор полностью удовлетворяют требованиям к контролю промышленных выбросов и
транспортом и цели поставленной в данной работе, так же полученная основная погрешность измерения газоанализатора совпадает с теоретической. По окончанию данной работы был исследован и создан новый оптико-абсорбционный газоанализатор диоксида азота, обладающего высокой селективностью, чувствительностью, высоким ресурсом (долговечностью), низким энергопотреблением, конкурентоспособную стоимость, пригодного для сертификации и серийного производства.
За счет исследования влияния температуры на поведения диоксида азота, в алгоритм работы программного обеспечения газоанализатор была введена формула пересчета, позволяющая измерять концентрации без дополнительной погрешности.
Дальнейшее совершенствование разработанного оптико-абсорбционного анализатора диоксида азота NO2 будет направлено на улучшение его элементной базы, а также будет касаться построения на его базе прибора, способного одновременно измерять содержание в выбросах NО и NOx, при использовании озонатора NO NO2.