*95898*

Свирюкова О.В.

Московский государственный университет инженерной экологии, Россия

Моделирование ленточного чувствительного элемента

газоанализатора

Измерение концентрации контролируемого компонента в анализируемой пробе газа основано на использовании избирательной колориметрической химической реакции контролируемого компонента с химическим реактивом чувствительного элемента [1]. В результате химической реакции меняется коэффициент пропускания чувствительного элемента. Это изменение преобразуется фотоколориметрическим первичным измерительным преобразователем (ПИП) в значение, качество которого зависит от способа измерения. Фотоколориметрический ПИП включает в себя следующие составные части (рис. 1).

Побудитель расхода (ПР) (5) создаёт расход анализируемого воздуха с концентрацией контролируемого компонента. При продувании анализируемой пробы над поверхностью чувствительного элемента (ЧЭ) (3) в реакционной камере (2), контролируемый компонент адсорбируется на поверхности ЧЭ и вступает в химическую реакцию с реактивом. В результате реакции меняется коэффициент пропускания ЧЭ. Это изменение фиксируется фотометрирующим световым потоком через входное (1) и выходное (4) окна. После окончания фотометрирования устройство обновления поверхности (УОП) (6) путем протяжки ленты обновляет поверхность ЧЭ для нового измерения [2].

Ленточный чувствительный элемент есть мелкодисперсная смесь частиц реактива и продуктов реакции, равномерно распределённых на поверхности носителя (размер частиц порядка 10^-6). С оптической точки зрения, ленточный ЧЭ является поглощающей средой, рассеиванием и диффузионными процессами в данном случае можно пренебречь. Следовательно, основное влияние на выходной сигнал ПИП будет оказывать цветовая химическая реакция.

Уравнение скорости химической реакции имеет следующий вид [3]:

, где - текущая концентрация реактива;

; - концентрация контролируемого компонента;

- исходная концентрация реактива; - текущая концентрация продукта реакции.

(1)

Проинтегрируем (1):

Рассмотрим коэффициенты пропускания ленты: - коэффициент пропускания ленты после полной реакции; - коэффициент пропускания ленты до реакции; - коэффициент пропускания ленты в процессе реакции.

; ; , где

- световой поток, падающий на ленту;

- световой поток, прошедший сквозь ленту.

, где − максимальное относительное изменение коэффициента пропускания;

Предположив, что верно равенство , имеем следующее выражение: , , где

- коэффициент чувствительности индикаторной ленты;

− время экспонирования.

Разработанная математическая модель процесса измерения обладает достаточной практической точностью, что позволяет её применение для определения искомых концентраций

Литература:

1. Павленко В.А. Газоанализаторы. – М.-Л.: Машиностроение, 1965. – 296 с.

2. Гуревич М.М. Фотометрия (теория, методы и приборы). – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 268 с.

3. Семиохин И.А., Страхов Б.В. Кинетика химических реакций. М., 1995. – 351 с.