Avtomatlashtirish va boshqarish

Optik-akustik gaz analizatorlari gaz va bug‘larning ma'lum to‘lqin uzunlikdagi infraqizil nurlarni (0,76 dan 750 mkm gacha) tanlab yutishiga asoslangan. Bu gaz analizatorlarida, odatda, faqat to‘lqin uzunligi 2,5—25 mkm bo‘lgan nurlardangina foydalaniladi. Agar gaz qatlami orqali infraqizil nurlar o‘tkazilsa, ulardan faqat tebranish chastotasi gaz molekulalarining xususiy tebranish chastotalariga teng bo‘lgan nurlargina yutiladi. Bu yerda, yutilgan nurlarning energiyasi molekulalarning kinetik energiyasini ko‘paytirishga sarflanadi va issiqlik tarzida tarqaladi. Molekulalarning tebranish chastotasidan farq qilinadigan chastotadagi nurlar esa gazdan o‘zgarmasdan o‘tadi. Har qaysi gaz o‘ziga xos spektrlar sohasidagi ma'lum xossali radiatsiyani yutadi, masalan, uglerod oksidi 4,7 mkm qiymatdagi, uglerod qo‘shoksidida —2,7 va 4,3 mkm qiymatlardagi, metan—3,3 va 7,65 mkm qiymatdagi radiatsiyalarni yutadi. Bu esa optik-akustik usullar bilan gazlarni tahlil qilishni tanlab o‘tkazishga imkon beradi.
Tanlab yutish hodisasi Lambert — Ber qonuni bilan ifodalanadi, u to‘lqin uzunligi λ bo‘lgan monoxromatik nurlanish uchun quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi:
C=(I/K_λ∙l)∙lg(j₀/j) , (33.5)
bu yerda S — tekshirilayotgan gaz namunasida yutadigan moddaning konsentratsiyasi; K - to‘lqin uzunligi λ bo‘lganda moddaning yutish koeffitsienti; l — namuna qatlamining qalinligi (kyuvetning uzunligi); j₀, j —namuna olinguncha va namuna olingandan keyingi nurlanish jadalligi.
Sanoatda foydalaniladigan infraqizil yutilishli optik - akustik gaz analizatorlarida vaqti-vaqti bilan infraqizil nurlar o‘tkazib turiladigan kyuvet bo‘yicha yo‘naltirib turiladigan murakkab gaz aralashmasi tekshirilayotgan gaz namunasi bo‘lib xizmat qiladi. Bu yerda, nurlarning bir qismi yutiladi, bir qismi esa ikkinchi asbob bilan bog‘langan sezgir elementga tushadi.
Nurlar namunadan o‘tganidan keyin integral nurlanishlar farqini o‘lchaydigan sezgir element sifatida tanlovchi nur qabul qilgichidan foydalaniladi. Bu qabul qilgich tahlil qilinadigan komponent bilan to‘ldirilgan kameradan iborat bo‘lib, infraqizil nurlar o‘tishi uchun tuynuk bilan jihozlangan. Agar nur 1 qabul qilgichiga vaqti-vaqti bilan infraqizil nurlar tushib tursa, u holda kamerada turgan gaz vaqti-vaqti bilan isib sovib turadi.
O‘zgarmas hajmli kamerada turgan gaz haroratining o‘zgarishi natijasida uning bosimi ham o‘zgaradi, bosimning bu o‘zgarishini nur qabul qilgich ichida turgan membrana qabul qiladi. Hyp qabul qilgich bitta gaz bilan to‘ldirilgani uchun nur energiyasini yutish jarayoni tanlovchi bo‘ladi va u bilan bog‘liq bo‘lgan harorat hamda bosim o‘zgarishlari nur qabul qilgichni to‘ldirib turgan gazning yutish spektriga mos keluvchi ma'lum to‘lqin uzunligidagina sodir bo‘ladi. Gaz aralashmasi o‘tkaziladigan kyuvetda, aniqlanayotgan komponentning konsentratsiyasiga qarab, nur energiyasi oqimi susayadi, shuning uchun nur qabul qilgich kamerasida harorat va bosimning o‘zgarish amplitudasi bu komponentning gaz aralashmasidagi miqdoriga teskari mutanosib ravishda o‘zgaradi.
O‘lchash sxemalariga ko‘ra optik-akustik gaz analizatorlari ikki guruhga: kompensatsion va bevosita o‘lchash analizatorlariga bo‘linishi mumkin.
33.5- rasmda optik-akustik gaz analizatori OA-2209 ning prinsipial sxemasi ko‘rsatilgan, u gaz aralashmalarida uglerod qo‘shoksidini aniqlash uchun mo‘ljallangan. Gaz analizatori uzluksiz ishlaydigan avtomatik asbob bo‘lib, qabul qilgich bloki va ikkilamchi asbob KSU2 dan iborat.
o‘ldirilgan filtrlash kameralari 5 gaz analizatorlarning xatoligini qo‘shimcha ravishda kamaytirishga imkon beradi, bu xatoliklarga gaz aralashmasida o‘lchanmaydigan komponentlar miqdorining o‘zgarishi sabab bo‘ladi. Kompensatsiyalovchi kamera 13 chap kanaldagi infraqizil nurlar oqimining yo‘lida gaz aralashmasi qatlamining qalinligini o‘zgartirish, shuningdek, bu oqimning yo‘nalishini o‘zgartirish uchun xizmat qiladi.
Tekshirilayotgan gaz aralashmasi ish kamerasi 6 orqali uzluksiz o‘tib turadi. Agar aralashmada tahlil qilinayotgan komponent bo‘lmasa, u holda nur qabul qilgichning kamerasiga infraqizil nurlarning bir xil oqimlari keladi, membrana tebranmaydi va nur qabul qilgichdan signal chiqmaydi. Agar gaz aralashmasida izlanilayotgan komponent bo‘lsa, u holda ish kamerasi 6 da infraqizil nurlarning qisman yutilishi natijasida nur qabul qilgichning o‘ng silindriga ularning zaiflashgan oqimi, chap silindriga esa zaiflashmagan oqimi kiradi. Bu esa silindrlardagi gaz harorati va bosimining farqlari hosil bo‘lishiga olib keladi.
Obtyurator uzluksiz nur chiqarib turganida nur qabul qilgich silindrlaridagi gaz soviydi va bosim kamayadi, natijada silindrlarda bosimning vaqti-vaqti bilan pulsatsiyalanishi yuz beradi. Gaz analizatorning ko‘rsatishlari aniqligini oshirish uchun silindrlariga inert gazlari qo‘shilgan tahlil qilinayotgan gaz to‘ldiriladi. Hyp qabul qilgichning silindrlari faqat tahlil qilinayotgan komponent va infraqizil nurlarga inert bo‘lgan azot bilan to‘ldirilgani uchun bosimning pulsatsnyalanishi faqat tahlil qilinayotgan gaz yutadigan nurlanish spektri hisobigagina vujudga keladi. Shunday qilib, asbobda tanlab yutishga va tahlil qilishga erishiladi.
Hyp qabul qilgich 9 da bosimning o‘zgarishi kondensatorli mikrofon 10 da o‘zgaruvchan tokka aylanadi. Bu tok kuchaytirgichida kuchaytirilib, reversiv dvigatel 12 ga beriladi va uning rotori aylana boshlaydi. Bu yerda, kompensatsiyalovchi kamera 13 ning qaytaruvchi porsheni biror tomonga surilib, yutuvchi qatlamning qalinligini oshiradi yoki kamaytiradi. Nur qabul qilgich silindrlariga tushayotgan nur oqimlari bir-biriga teng bo‘lib qolgan paytda nur qabul qilgichdan chiqayotgan elektr signali yo‘qoladi va dvigatel to‘xtaydi. Shunday qilib, kamera 13 porshenining vaziyati doimo tahlil qilinayotgan komponent konsentratsiyasiga mos keladi. Porshenning bu vaziyati o‘z navbatida reoxord 14 orqali ikkilamchi asbob 15 bilan qayd etiladi. Uglerod qo‘shoksidini o‘lchash chegaralari 0—1 dan O—100% gacha. Asosiy xatolik ±2,5%. Gaz aralashmasi sarfi 8,3 sm³/s, bosim 0,3 kPa. Ko‘rsatishlarni aniqlash vaqti 30 s. Chiqish signali 0—5 mA.
Bayon qilingan OA-2209 turidagi gaz analizatori differensial (ikki nurli, ikki kanalli) kompensatsiyalovchi asbobdir. Uning asosiy kamchiligi nurlatkichlarning eskirishi, ish kyuvetlarining ifloslanishi, shishalar shaffofligining o‘zgarishi va shu kabilar tufayli shkala noli vaziyatining o‘zgarib turishidir.
Bevosita o‘lchaydigan bir nurli gaz analizatorida nolning turg‘unligi ancha yuqori bo‘ladi. Bu asbob differensial asbobga qaraganda tanlovchanligi yuqoriligi bilan farq qiladi. Masalan, metanni tahlil qilishda SO₂, SO va namning ta'siri bir nurli asbob uchun ikki nurli asbobga qaraganda 3—5 marta kam bo‘ladi.
Ultrabinafsha nurlari yutiladigan gaz analizatorlarida havodagi simob bug‘lari konsentratsiyasini, xlor, vodorod sulfid, azot qo‘shoksidi va boshqa moddalarning konsentratsiyasini o‘lchashda qo‘llaniladi.
Ultrabinafsha nurlarning manbai simobli lampalar bo‘lib, ular chiqargan nurlarning ko‘p qismi ultrabinafsha nurlar bo‘ladi. Nurlanishni qo‘shimcha monoxromatlash uchun shisha svetoforlardan foydalaniladi, ular tahlil qilinayotgan modda yutilishining maksimumi vaziyatiga qarab tanlanadi.
Ultrabinashfa nurlanishni elektr signaliga aylantirish uchun fotoelementlar va fotorezistorlardan foydalaniladi.
Amalda ultrabinafsha nurlarni yutadigan elektr kompensatsiyali ikki nurli gaz analizatorlari, optik kompensatsiyali gaz analizatorlari, shuningdek, bevosita o‘lchaydigan, ultrabinafsha nurlarni yutadigan bir nurli gaz analizatorlari ham ishlatiladi.

33.6-rasmda bir nurli ultrabinafsha nurlarni yutadigan gaz analizatorning blok-sxemasi ko‘rsatilgan. Asbobda bitta manba 1 va bitta foto qabul qilgich 8 bor. Manbaning nurlanishini elektr dvigatel 2 aylantiradigan obtyurator 3 uzadi va u qarama-qarshi fazalarda o‘zgaradigan ikkita bir xil oqimga bo‘linadi. Bu oqimlarning har qaysisi tegishli optik yorug‘lik filtri — ish filtri 5 va taqqoslash filtri 6 dan o‘tadi.

Filtrlarning shaffoflik polosalari berkitilmaydi va f₁, f₂ chastotalar chegarasida to‘plangan. Nurlarning filtrlangan oqimlari ish kyuveti 7 dan o‘tadi, bu kyuvet orqali nurlanishni f₁ chastotada yutadigan tahlil qilinayotgan gaz kyuvet 7 ga haydaladi, so‘ngra oqim umumiy nur qabul qilgichga keladi. Kyuvet 7 da tahlil qilinayotgan, komponent bo‘lmaganida ish va taqqoslash oqimlarining jadalligi nolni rostlash zaslonkasi 4 ni surish yo‘li bilan baravarlashtiriladi.
Bu holda tizim muvozanatlashadi va foto qabul qilgichdan olinadigan farq signali nolga teng bo‘ladi. Tahlil qilinayotgan gaz kyuvetga kirganida f₁ chastotadagi nurlanish oqimining jadalligi kamayadi, f₂ chastotasidaginiki esa o‘zgarishsiz qoladi.
Foto qabul qilgich chiqishida farq signali hosil bo‘ladi va u kuchaytirgich 9 da kuchaytiriladi. Farq signalining amplitudasi tahlil qilinayotgan komponent konsentratsiyasining o‘lchovi bo‘lib xizmat qiladi. Konsentratsiya ikkilamchi asbob 10 bilan o‘lchanadi.
Harorat tufayli yuzaga keladigan xatoni yo‘qotish uchun asbob termostatlanadi. O‘lchash chegaralari 0—30 mg/l; massa buyicha 0—3%; asosiy xatolik shkala diapazonining ±4% i atrofida.