Аналіз математичної моделі визначення мікроконцентрацій газів на базі методу інтегрувальної сфери

Для забезпечення високої точності вимірювань мікро концентрацій газів необхідне врахування впливу усіх можливих факторів на процес вимірювання. Але так як дослідження усіх факторів на практиці виявляється часто дуже складним, а часом і неможливим завданням, то зазвичай проводять аналіз лише головних, найбільш суттєвих впливових величин.
       Нами виведена математична модель оптичного сферичного перетворювача системи визначення мікроконцентрацій газів, яка враховує основні фактори, що впливають на процес вимірювання:
 ,
де С – концентрація аналізованого газу;  І0 , Іl – відповідно початкова інтенсивність світла та інтенсивність світла, яке реєструється приймачем; Sотв і S – площа отворів сфери та повної поверхні сфери відповідно; ? – кут падіння пучка світла на стінки сфери;  d – діаметр сфери; ?? – молярний показник поглинання газу; Р – атмосферний тиск; Т – температура;  ? – ефективний коефіцієнт відбивання внутрішніх стінок сфери;  Рр – питомий опір матеріалу стінок сфери; ? – довжина хвилі.
       Проаналізуємо дану модель і розглянемо взаємозалежність її параметрів. По-перше, слід відзначити коливання температури середовища та тиску, що спричиняють зміни у поглинанні світла молекулами досліджуваного газу. Варіюючи у певних межах значення температури і тиску, ми отримали наглядну графічну залежність інтенсивності падаючого на приймач світла від цих параметрів. Насамперед, слід відзначити незначний вплив тиску (згадана інтенсивність зменшується на значення порядка 1% при зростанні тиску на декілька десятків мм рт. ст.). 
       Вплив температури значно помітніший. Особливо це стосується більших концентрацій (близько 10-4 моль/л), де спостерігається різкий ріст інтенсивності падаючого на приймач світла після 20?С. А на незначних концентраціях із збільшенням температури відбувається плавне зростання інтенсивності. Отже, для забезпечення максимального значення інтенсивності світла на вході приймача випромінювання (для підвищення загальної чутливості системи) необхідно вимірювання проводити при температурі вище 20 ?С і невисокому атмосферному тиску.
       По-друге, виявлено залежність результату вимірювань від кута ?, під яким випромінювання входить до сферичного перетворювача. Із його збільшенням зменшується довжина шляху пучка світла всередині сфери, тому випромінювання буде менше поглинатись молекулами досліджуваного газу. А, отже, й інтенсивність світла, яке попадає на приймач, буде більшим. У нашому випадку це небажано, оскільки буде зменшуватись частка поглинутого світла (різниця між початковою інтенсивністю і тою, яка потрапляє на приймач). А це призведе до зниження чутливості. Тому при вимірюваннях краще забезпечувати менший кут ?. Варто також підкреслити, що при нижчих температурах вплив значення кута ? менш помітний, а ніж при 22 ?С і вище. Нарешті, збільшуючи діаметр сфери, можна досягти вищої чутливості (за рахунок збільшення поглинання випромінювання, це особливо помітно на великих кутах ? – від 45? і більше), однак при цьому зростають габарити системи. 
       Таким чином, проаналізовано основні фактори, що впливають на процес вимірювання мікроконцентрації газів з використанням інтегрувальної сфери. На основі проведеного дослідження можна зробити висновок, що для забезпечення максимальної чутливості системи вимірювання краще проводити при температурі вище 20 ?С, пониженому тиску, а також необхідно вірно підібрати кут ? і діаметр сфери. Щодо максимальної чутливості системи, то за звичайних умов (атмосферний тиск – 760 мм рт. ст., температура – 20 ?С), з використанням алюмінієвого покриття внутрішніх стінок сфери, при заданому діаметрі сфери порядку 10 см, вона складає від 2•10-8 до 10-7 моль/л при умові, що приймач випромінювання здатний реєструвати зміну інтенсивності світла на 0,01 %.
 
Аналіз математичної моделі визначення мікроконцентрацій газів на базі  методу інтегрувальної сфери / Іщенко В.А., Петрук В.Г. // І-й Всеукраїнський з’їзд екологів: міжнар. наук.-техн. конф., 4–7 жовтня 2006 р.: тези допов. – Вінниця, 2006. – С. 178.
МНПК “Перший Всеукраїнський з’їзд екологів”,  4-7 жовтня, 2006 р. 
Вінницький національний технічний університет
Секція 4 “Прилади та методи контролю навколишнього середовища, речовин, матеріалів і виробів”.
Скачати в форматі pdf: 
Оцінка: 
0
No votes yet