Способ определения поглощающей массы газообразного вещества в газовой смеси

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩЕЙ МАССЫ ГАЗООБРАЗНОГО ВЕЩЕСТВА В ГАЗОВОЙ СМЕСИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Кабашников Виталий Павлович Метельская Наталья Сергеевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Способ определения поглощающей массы газообразного вещества в газовой смеси, в котором в заданных спектральных интервалахраз, где (-1) - число примесей, заведомо содержащихся в исследуемой газовой смеси, полосы поглощения которых перекрываются с полосой поглощения контролируемого вещества, производят балансировку в условиях заведомого отсутствия контролируемого вещества в первом из двух измерительных каналов путем уравнивания соответствующих сигналов 1 и 2 в них, затем для каждого интервала, соответствующего -й операции балансировки, где 1, 2 раз производят операцию калибровки путем пропускания излучения через калибровочную кювету с из вестной поглощающей массой 0 -го компонента исследуемой газовой смеси, где 1,2, и первый и второй каналы, и рассчитывают коэффициенты калибровкив соот 0 ветствии с выражением 0 соответственно, затемраз пропускают излучение через исследуемую газовую смесь и те же два канала, рассчитывают коэффициенты измерения 1 в соответствии с выражением 56 деляют искомую поглощающую массу 1 путем решения системы уравнений где- поглощающая масса -го компонента газовой смеси, причем спектральные интервалы для каждой -й операции балансировки, калибровки и измерения выбирают одними и теми же и отличающимися друг от друга по частоте на величину, достаточную для того,чтобы каждый из них включал полосу поглощения контролируемого вещества, а интегральные коэффициенты поглощения для них были различными. Изобретение относится к области недисперсионной корреляционной спектроскопии и может быть использовано для определения поглощающей массы газообразных веществ в контроле промышленных выбросов и состояния атмосферного воздуха. Известны способы определения поглощающей массы газообразных веществ, основанные на измерении разницы в интегральном поглощении в полосе определяемого газообразного вещества при различном его содержании между источником и приемником излучения 1-4. Существенным недостатком этих способов является большая погрешность определения поглощающей массы газообразных веществ с неразрешенной или слабо разрешенной тонкой структурой в случае, когда определяемое газообразное вещество находится в смеси газов, полосы поглощения которых перекрываются с полосой поглощения определяемого газообразного вещества, и содержание которых в газовой смеси может изменяться. Ближайшим техническим решением к заявляемому (прототип) является способ определения поглощающей массы газообразных веществ 5, включающий балансировку в условиях заведомого отсутствия исследуемого газа путем пропускания излучения через оптический фильтр, выделяющий рабочий спектральный интервал, содержащий полосу поглощения определяемого газообразного вещества, и затем по двум каналам, в одном из которых излучение пропускается без поглощения, а во втором частично поглощается газовым фильтром, содержащим известное количество того же газообразного вещества, что подлежит определению, и уравнивания сигналов 1 и 2, регистрируемых соответственно в канале с отсутствием поглощения и в канале с частичным поглощением, калибровку путем пропускания излучения через калибровочную кювету с известной поглощающей массой (концентрацией) 0 того же газообразного вещества, что подлежит определению,через оптический фильтр, выделяющий рабочий спектральный интервал, содержащий полосу поглощения определяемого газообразного вещества, и затем по двум каналам, различающихся тем, что в одном канале излучение пропускается без поглощения, а во втором частично поглощается газовым фильтром в той же степени, что и при балансировке, и 4,нахождения коэффициента калибровки по формуле 03 34 где 3 и 4 - сигналы, регистрируемые соответственно в канале с отсутствием поглощения и в канале с частичным поглощением, и определение поглощающей массы (трассовой концентрации) газообразного вещества путем пропускания излучения через исследуемую 13807 1 2010.12.30 газовую смесь, оптический фильтр, выделяющий рабочий спектральный интервал, содержащий полосу поглощения определяемого газообразного вещества, и затем по двум каналам, различающихся тем, что в одном канале излучение пропускается без поглощения, а во втором частично поглощается газовым фильтром в той же степени, что и при балансировке и калибровке, и вычисления поглощающей массы газообразного вещества по фор 6 муле 10 , где 15 коэффициент измерения, 5 и 6 - сигналы,56 0 регистрируемые соответственно в канале с отсутствием поглощения и в канале с частичным поглощением. Основным недостатком указанного способа является большая погрешность измерений(может превышать 100 ) при определении поглощающей массы газообразных веществ с неразрешенной или слабо разрешенной тонкой структурой, обусловленная поглощением содержащимися в исследуемой газовой смеси мешающими примесями, полосы поглощения которых перекрываются с полосой поглощения определяемого газообразного вещества. Задачей настоящего изобретения является уменьшение погрешности определения поглощающей массы газообразного вещества с неразрешенной или слабо разрешенной тонкой структурой при наличии в исследуемой газовой смеси мешающих примесей, полосы поглощения которых перекрываются с полосой поглощения определяемого газообразного вещества. Поставленная задача решается таким образом, что в способе определения поглощающей массы газообразного вещества в газовой среде, в котором в заданных спектральных интервалахраз, где (-1) - число примесей, заведомо содержащихся в исследуемой газовой смеси, полосы поглощения которых перекрываются с полосой поглощения контролируемого вещества, производят балансировку в условиях заведомого отсутствия контролируемого вещества в первом из двух измерительных каналов путем уравнения соответствующих сигналов 1 и 2 в них, затем для каждого интервала, соответствующего -й операции балансировки, где 1,2,раз проводят операцию калибровки путем про пускания излучения через калибровочную кювету с известной поглощающей массой 0 -го компонента исследуемой газовой смеси, где 1,2, и первый и второй каналы, и рас 4 ,3 считывают коэффициенты калибровки 0 в соответствии с выражением 034 гдеи- сигналы в первом и втором каналах соответственно, затемраз пропуска 3 4 ют излучение через исследуемую газовую смесь и те же два канала, рассчитывают коэф 6, гдеи 6 - сигналы фициенты измерения в соответствии с выражением 15 5 56 в первом и втором каналах соответственно, и определяют искомую поглощающую массу газообразного вещества 1 путем решения системы уравнений 1 11 1 12 2 10 0 0 1120 0 0 13807 1 2010.12.30 1 - поглощающая масса -го компонента газовой смеси,причем спектральные интервалы для каждой -й операции балансировки, калибровки и измерения выбирают одними и теми же и отличающимися друг от друга по частоте на величину, достаточную для того, чтобы каждый их них включал полосу поглощения контролируемого вещества, а интегральные коэффициенты поглощения для них были различны. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Первой операцией способа является балансировка (установка нуля) в условиях заведомого отсутствия определяемого газа. Зондирующее излучение пропускают через оптический фильтр, выделяющий рабочий спектральный интервал, содержащий полосу поглощения определяемого газообразного вещества, и затем по двум каналам, различающимся тем, что в одном канале излучение не поглощается, а во втором частично поглощается газовым фильтром (корреляционной кюветой), содержащим известное количество того же газа, что подлежит определению в исследуемой газовой смеси. Потоки излучения 1 и 2, регистрируемые соответственно в канале с отсутствием поглощения и в канале с частичным поглощением, уравниваются с помощью электронной системы обработки. Балансировку проводятраз, где (1) - число мешающих примесей, содержащихся в исследуемой газовой смеси, полосы поглощения которых перекрываются с полосой поглощения определяемого газообразного вещества, причем рабочие спектральные интервалы для каждой -й (1,2) операции балансировки выбирают отличающимися друг от друга по частоте на величину, достаточную, чтобы каждый рабочий спектральный интервал включал полосу поглощения определяемого газообразного вещества и интегральные коэффициенты поглощения были различными для различных рабочих спектральных интервалов. Второй операцией способа является калибровка. Зондирующее излучение пропускают через калибровочную кювету, оптический фильтр, выделяющий рабочий спектральный интервал, содержащий полосу поглощения определяемого газообразного вещества, и затем по двум каналам, различающихся тем, что в одном канале излучение пропускается без поглощения, а во втором частично поглощается газовым фильтром в той же степени, что и при балансировке. Калибровку проводят 2 раз, причемрабочих спектральных интервалов выбирают такими же, что и при проведении балансировки, и для каждого -го (1,2 ) рабочего спектрального интервала операцию калибровки проводятраз путем про пускания излучения через калибровочную кювету с известной поглощающей массой 0 -го компонента газовой смеси (где 1 относится к определяемому газообразному веществу,2 относится к мешающим примесям) и находят коэффициенты калибровки по фор 4 , гдеи- сигналы, регистрируемые соответственно в канале с 3 муле 0 3 4 34 отсутствием поглощения и в канале с частичным поглощением. Третьей операцией способа является определение коэффициентов измерения. Зондирующее излучение пропускают через исследуемую газовую смесь, оптический фильтр,выделяющий рабочий спектральный интервал, содержащий полосу поглощения определяемого газообразного вещества, и затем по двум каналам, различающихся тем, что в одном канале излучение пропускается без поглощения, а во втором частично поглощается газовым фильтром в той же степени, что и при балансировке и калибровке. Операция повторяетсяраз, причем рабочие спектральные интервалы для каждой -й (1, 2 ) операции выбираются такими же, как и при проведении операций балансировки и калиб 6, гдеи 6 ровки. Коэффициент измерения вычисляется по формуле 15 5 13807 1 2010.12.30 сигналы, регистрируемые соответственно в канале с отсутствием поглощения и в канале с частичным поглощением. Четвертой операцией способа является определение поглощающей массы газообразного вещества 1 путем решения системы уравнений 1 11 1 12 2 1 101020 В прототипе использование одного рабочего спектрального интервала позволяло записать только одно уравнение, что не давало возможности однозначно соотнести значение коэффициента измерения с поглощающей массой определяемого газообразного вещества при наличии в исследуемой смеси мешающих примесей. Использованиерабочих спектральных интервалов позволяет составитьнезависимых уравнений длянеизвестных поглощающих масс компонентов исследуемой газовой смеси. Указанная в предлагаемом способе последовательность выполнения операций позволяет учесть влияние мешающих примесей и таким образом обеспечить значительное уменьшение погрешности по сравнению с прототипом без уменьшения чувствительности. Источники информации-, 1983. - . 90-96. 4. , -/ // . . - 1989. - . 28,13. - . 2451-2452. 5. Баландин С.Ф. Исследование распределения относительной погонной концентрации 2 вблизи крупного промышленного центра / Баландин С.Ф. // Оптика атмосферы и океана. - 2005. - Т. 18,11. - С. 999-1006. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.