Анализ эффективного метода построения спектрофотометрического газоанализатора диоксида серы
В статье в контексте экологических проблем территории (экологического мониторинга) рассматриваются метод и способ реализации измерительного канала с шарообразной кюветой. Анализ метода был сделан с целью повышения эффективности промышленных измерений. У статті в контексті екологічних проблем територ...
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут економіко-правових досліджень НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/12103 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Анализ эффективного метода построения спектрофотометрического газоанализатора диоксида серы / Д.В. Бережной, М.Г. Хламов // Прометей. — 2008. — № 2(26). — С. 132-135. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859481450235035648 |
|---|---|
| author | Бережной, Д.В. Хламов, М.Г. |
| author_facet | Бережной, Д.В. Хламов, М.Г. |
| citation_txt | Анализ эффективного метода построения спектрофотометрического газоанализатора диоксида серы / Д.В. Бережной, М.Г. Хламов // Прометей. — 2008. — № 2(26). — С. 132-135. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | В статье в контексте экологических проблем территории (экологического мониторинга) рассматриваются метод и способ реализации измерительного канала с шарообразной кюветой. Анализ метода был сделан с целью повышения эффективности промышленных измерений.
У статті в контексті екологічних проблем території (екологічного моніторингу) розглядаються метод і спосіб реалізації вимірювального каналу з кулястою кюветою. Аналіз методу був зроблений з метою підвищення ефективності промислових вимірювань.
|
| first_indexed | 2025-11-24T12:25:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
132 СТРАТЕГІЇ РОЗВИТКУ ПІДПРИЄМСТВА В УМОВАХ РИНКОВОЇ ЕКОНОМІКИ
ють вимір швидкості ультразвуку з похибкою
0,003% , що менше необхідної похибки 0,0082%,
що дає можливість знайти параметри молока з
більшою точністю.
Знайдемо абсолютну похибку виміру
коефіцієнта поглинання для ∆С = 0,1 % жиру [1] і
значення коефіцієнта поглинання α =2020
2
:
∆α = 0,1/(0,01529 – 4,10994∙10-5 ∙2020 +
+5,01486∙10-8 ∙20202 – 27,07596∙ 10-12 ∙20203 +
+5,2967∙ 10-15 ∙20204) = 52,24 .
Визначимо відносну похибку виміру
коефіцієнта поглинання:
%6,2%100
2020
24,52%100 =⋅=⋅∆=
α
αδ α
Висновок. Ультразвукові прилади забезпечу-
ють вимір коефіцієнта поглинання ультразвуку
з похибкою 5%, що більше необхідної похибки
2,6%. Виходить, визначення вмісту жиру в молоці
за коефіцієнтом поглинання неможливо, тому
що необхідна точність не досягається. Недоліки
методу: для високої точності виміру жирності
молока, молоко повинне мати температуру 50°С
с похибкою 0,2°С. Реалізація методу, а також мо-
делей приведе до значного зростання прибутку
підприємства і підвищення якості продукції.
Література
1. Степанова Л.И. Справочник технолога мо-
лочного производства. Технология и рецеп-
туры. – Т.1. – СПб.: ГИОРД, 2003. – 384 с.
2. Кургенев П.В. Молоко и молочные продук-
ты. – М., 1994. – 186 с.
3. Муравьев В.В., Зуев Л.Б., Комаров К.Л.
Скорость звука. – Новосибирск: Наука,
2001. – 198 с.
4. Экспертиза молока и молочных продук-
тов. Качество и безопасность: Учеб. по-
соб. / Дунченко Н.И., Храмцов А.Г. и др. –
Новосибирск: Сиб. унив. изд., 2007. – 477 с.
5. Крусь Г.Н., Шалыгина А.М.,
Волокитина З.В. Методы исследования мо-
лока и молочных продуктов. – М.: Колос,
2002 – 368 с.
6. Брусиловский Л.П., Вайнберг А.Я. Приборы
технологического контроля в молочной
промышленности: Справочник. – 2-е изд. –
М.: Агропромиздат, 1990. – 288 с.
Поступила до редакції 06.10.08 © В.Д. Коренєв, Д.В. Лазаренко, 2008
УДК 502.7 Д.В. Бережной*
М.Г. Хламов**
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОГО МЕТОДА ПОСТРОЕНИЯ
СПЕКТРОФОТОМЕТРИчЕСКОГО ГАЗОАНАЛИЗАТОРА ДИОКСИДА СЕРЫ
У статті в контексті екологічних проблем території (екологічного моніторингу) розглядаються ме-
тод і спосіб реалізації вимірювального каналу з кулястою кюветою. Аналіз методу був зроблений з метою
підвищення ефективності промислових вимірювань.
В статье в контексте экологических проблем территории (экологического мониторинга) рассматри-
ваются метод и способ реализации измерительного канала с шарообразной кюветой. Анализ метода был
сделан с целью повышения эффективности промышленных измерений.
Постановка проблемы. Проблемы экологии
в условиях промышленных регионов являются
очень важными, так как предприятия, тепловые
электростанции сжигают в больших количествах
топливо. При сжигании топлива в атмосферу по-
падают диоксид и оксид углерода, оксиды азота и
серы, сажа, пыль, а также канцерогенные цикли-
ческие углеводороды (бензантрацен, холантрен и
др.) Более 58 % выбросов диоксида серы образу-
ется при функционировании тепловых электро-
* Бережной Д.В. – магістр.
** Хламов М.Г. – доцент кафедри електронної техніки, канд. техн. наук, доцент.
Донецький національний технічний університет, м. Донецьк.
133ПРОМЕТЕЙ 2008 №2(26)
станций. Особенно вреден из всех выбросов ди-
оксид серы. Оксиды серы, растворяясь в атмос-
ферной влаге, образуют кислоты, выпадающие с
дождями и подкисляющие почвы жилой и аграр-
ной зоны. Выбросы промышленных предприя-
тий приводят к повреждению растительности,
особенно лесов. Под их влиянием подавляется
фотосинтез, нарушается водообмен, снижается
транспирация, угнетаются рост и развитие расте-
ний, снижается их продуктивность. Загрязнение
отрицательно влияет на плодовитость животных
и птиц. Исключительно вредны для здоровья че-
ловека диоксиды серы, он вызывает хронический
гастрит, атеросклероз, расстройства нервной и
сердечно-сосудистой систем, бронхит, ларингит,
рак легких. Именно поэтому актуальны разработ-
ки методов, позволяющих измерять наличие в ат-
мосфере диоксида серы в рамках экологического
мониторинга.
В настоящее время для анализа газов широ-
ко применяются методы непосредственных из-
мерений, поскольку современные контрольно-
измерительные устройства стали гораздо точнее и
чувствительнее. Одним из наиболее удобных ме-
тодов определения концентрации диоксида серы
является спектрофотометрический метод анали-
за. Этот метод широко используется различных
сферах применения.
Анализ публикаций. Решением проблемы соз-
дания эффективных методов измерения в рам-
ках экологического мониторинга, в том числе
методов измерения концентрации газовых сме-
сей в зоне деятельности промышленных пред-
приятий занимаются видные ученые, среди них
В.И. Клочков, А.А. Резник, А.Е. Родний, В.И.
Стельник. Среди работ последних лет можно вы-
делить публикации В.Г. Петрука [1], Л. Ивченко,
Л.Е. Воробьева [2], Г.С. Ландсберга [3],
В. Смита [4]. На основе результатов исследо-
ваний в НИИ ведется разработка современных
устройств для экологического мониторинга, что
очень важно для старопромышленных регионов
Украины.
Основной целью статьи является анализ эф-
фективных методов измерения концентрации
газовых смесей в индустриальной зоне предпри-
ятий, с целью мониторинга экологической обста-
новки.
Изложение основного материала исследова-
ния. При реализации спектрофотометрического
метода в качестве измерительного канала целе-
сообразно использовать шаровой фотометр или
как его еще называют – шар Ульбрихта. Он пред-
ставляет собой полый шар (или полое тело иной
формы) с внутренней поверхностью, покрытой
неселективной матовой краской. Диаметр тако-
го шара должен значительно превышать размеры
фотометрируемых источников света. Оптическая
схема такого фотометра представлена на рис. 1
Рис. 1. Оптическая схема шарового
фотометра
В качестве источника излучения (ИИ) опти-
мальным вариантом является применение им-
мерсионного светодиода LED 70, с длиной волны
6,5 – 7,0 мкм. Основными характеристиками дан-
ного фотометра являются:
Диаметр сферы D ;
Величина вводимого светового потока;
Эффективная длина трассы в сфере L ;
Величина выходного светового по-
тока )( .
Эффективная длина трассы луча в оптиче-
ской резонансной сфере определяется в зави-
симости от D диаметра сферы, коэффици-
ента отражения внутренней поверхности R
и эффективной относительной площадью
S
S1 .
L
π
2
D⋅
R
1 R
S1
S
⋅−
⋅
(1)
Предположим, что Dсф = 0.16 м,
Dлии = 0.0127, Dлпф = 0.0127, Dпр = 0.005
(2)
Тогда значение эффективной относительной
площади равняется:
(3)
S
SS 1=
S = 0.985
Отсюда эффективная длина трассы луча в
. . 1
D
D
D
D
D
. 1.
() -
LED 70, 6,5 – 7,0
. :
D ;
;
L ;
)( .
-
D ,
R
S
S1 .
L
π
2
D⋅
R
1 R
S1
S
⋅−
⋅
(1)
4
2
D
S
⋅
=
π
⋅⋅
+
⋅
+⋅−
⋅
=
4
2
444
1
2222
DDDD
S
ππππ
(2)
S =0.020096 1S =0.0197
134 СТРАТЕГІЇ РОЗВИТКУ ПІДПРИЄМСТВА В УМОВАХ РИНКОВОЇ ЕКОНОМІКИ
оптической сфере равна: :
SR
R
DL
⋅−
⋅⋅=
12
π
L = 10.17 () (4)
Вводимый в сферу поток формируется объ-
ективом источника излучения (рис. 2) и в иде-
альном случае должен был бы быть параллель-
ным пучком (источник излучения расположен в
переднем фокусе двояковыпуклой сферической
линзы), но из-за конечных размеров источника
поток оказывается расходящимся.
, D = 0.16 , D = 0.0127, D = 0.0127, D =
0.005
4
2
D
S
⋅
=
π
⋅⋅
+
⋅
+⋅−
⋅
=
4
2
444
1
2222
DDDD
S
ππππ
(2)
S =0.020096 1S =0.0197
:
S
SS 1=
S = 0.985
(3)
:
SR
R
DL
⋅−
⋅⋅=
12
π
L = 10.17 () (4)
-
(. 2) -
(
), - -
.
. 2. , .
-
. )(E .
На расстоянии диаметра сферы расхождение
луча практически не ощутимо. Вся внутренняя
поверхность сферы имеет освещенность равную
)(E . Поэтому выходной поток, направляемый
на фотоприемник, определяется как:
(5)
А поток, получаемый непосредственно на
выходе оптического канала, с учетом толщины
линзы и коэффициентом поглощения, будет вы-
ражаться следующим видом:
Рис. 2. Схема прохождения луча, через однолинзовый объектив.
)
4
()()(
2
D
⋅
⋅=
π
⋅⋅⋅⋅= ⋅⋅−
πα
ϕ βφφφφψ
2
0 0
)(1.0
1
max
2
)cos()()(1)( ddtgJe
n
H
где – максимальный угол ввода излуче-
ния в объектив;
– коэффициент углового распре-
деления потока.
Определим коэффициент пропускания гра-
ницы раздела линза-воздух с учетом дисперсии
материала линзы:
maxα
nJ1
+
=
0.8
20
20
6.6
1
2),2(211),1(11
)()(0
SO
SO
dsds
S
λ
λ
λλλλ
где )(1 – поток в линзе, с учетом за-
висимости толщины линзы;
),1(11 s λ , ),2(21 s λ – нор-
мальные спектральные плотности потока, посту-
пившего через границу раздела воздух – линза.
Исходя из полученных результатов и учетом
всех коэффициентов пропускания различных
границ раздела, выходной поток шарового фото-
метра определится по следующей зависимости:
+=
0.8
20
20
6.6
2),2(211),1(11)(
SO
SO
dsds
λ
λ
λλλλ
где, ),1(11 s λ , ),2(21 s λ – спек-
тральные плотности потока, поступившего через
границу раздела воздух – линза с учетом диспер-
сии материала линзы.
Следует обратить внимание на то, что при
использовании данного метода и определении ве-
личин выходного потока, на процесс измерения
влияют дестабилизирующие факторы: влияющие
компоненты атмосферы. Проанализировав со-
став воздуха к таким возмущающим воздействи-
ям относятся пары воды, молекулярный кисло-
род, метан, спектры которых частично наклады-
ваются на спектры диоксида серы. Ниже пред-
ставлены спектры этих возмущающих веществ
(см. рис. 3, 4, 5, 6).
(8)
(7)
(6)
135ПРОМЕТЕЙ 2008 №2(26)
, , , -
.
(. . 3, 4, 5, 6).
. 3. 2SO
. 4. 2O
. 5. 4CH
. 6. OH 2
Введение оптического фильтра приводит к
ослаблению влияния компонентов атмосферы
до уровня не превышающего трети основной по-
грешности средства измерения и включаются в
состав основной погрешности.
Выводы. В работе показана возможность ис-
пользования спектрофотометрического метода
для контроля диоксида серы в выбросах тепловой
электростанции в рамках экологического мони-
торинга. Высокая селективность измерительного
канала достигается узкополосным источником
излучения и введением в систему оптических
фильтров. Для существенного увеличения эф-
фективной длины кюветы используем шаровой
фотометр. На основании полученных результа-
тов, видно, что эффективная длина трассы луча
составляет более 10 метров, при диаметре сферы
0,16 метра. При анализе полученных результатов,
делается вывод, что основной вклад в увеличение
погрешности дают возмущающие составляющие,
такие как вода, метан, кислород, пыль. На данном
этапе разработки определяются методы и спосо-
бы повышения точности измерения, путем учета
других дестабилизирующих факторов. При этом в
систему подготовки пробы следует ввести средства
по очистке пробы. Внедрение метода позволит
повысить эффективность промышленных изме-
рений, что скажется на технико-экономических
показателях тепловой электростанции.
Литература
1. Петрук В.Г. Спектрофотометрія світло-
розсіювальних середовищ (теорія і прак-
тика оптичного вимірювального кон-
тролю). – Вінниця: Універсум, 1996. –
207 с.
2. Оп тические свойства наноструктур:
Учеб. пособие / Под ред. Л. Ивченко и
Л Е. Воробьева. – СПб.: Наука, 2001. –
188 с.
3. Ландсберг Г.С. Оптика. – 6-е изд. – М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2003. – 848 с.
4. Smith W.J. Modern Optical Engineering. –
3rd edition. Copyright 2003 by The McGraw-
Hill Companies, Inc. – 641 с.
Поступила до редакції 06.10.08 © Д.В. Бережной, М.Г. Хламов, 2008
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-12103 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1814-8913 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-24T12:25:08Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут економіко-правових досліджень НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бережной, Д.В. Хламов, М.Г. 2010-09-24T07:37:05Z 2010-09-24T07:37:05Z 2008 Анализ эффективного метода построения спектрофотометрического газоанализатора диоксида серы / Д.В. Бережной, М.Г. Хламов // Прометей. — 2008. — № 2(26). — С. 132-135. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1814-8913 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/12103 502.7 В статье в контексте экологических проблем территории (экологического мониторинга) рассматриваются метод и способ реализации измерительного канала с шарообразной кюветой. Анализ метода был сделан с целью повышения эффективности промышленных измерений. У статті в контексті екологічних проблем території (екологічного моніторингу) розглядаються метод і спосіб реалізації вимірювального каналу з кулястою кюветою. Аналіз методу був зроблений з метою підвищення ефективності промислових вимірювань. ru Інститут економіко-правових досліджень НАН України Стратегії розвитку підприємства в умовах ринкової економіки Анализ эффективного метода построения спектрофотометрического газоанализатора диоксида серы Аналіз ефективного методу побудови спектрофотометричного газоаналізатора діоксиду сірки Analysis of the effective method of construction of spectrophotometry gas analyzer of sulphur dioxide Article published earlier |
| spellingShingle | Анализ эффективного метода построения спектрофотометрического газоанализатора диоксида серы Бережной, Д.В. Хламов, М.Г. Стратегії розвитку підприємства в умовах ринкової економіки |
| title | Анализ эффективного метода построения спектрофотометрического газоанализатора диоксида серы |
| title_alt | Аналіз ефективного методу побудови спектрофотометричного газоаналізатора діоксиду сірки Analysis of the effective method of construction of spectrophotometry gas analyzer of sulphur dioxide |
| title_full | Анализ эффективного метода построения спектрофотометрического газоанализатора диоксида серы |
| title_fullStr | Анализ эффективного метода построения спектрофотометрического газоанализатора диоксида серы |
| title_full_unstemmed | Анализ эффективного метода построения спектрофотометрического газоанализатора диоксида серы |
| title_short | Анализ эффективного метода построения спектрофотометрического газоанализатора диоксида серы |
| title_sort | анализ эффективного метода построения спектрофотометрического газоанализатора диоксида серы |
| topic | Стратегії розвитку підприємства в умовах ринкової економіки |
| topic_facet | Стратегії розвитку підприємства в умовах ринкової економіки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/12103 |
| work_keys_str_mv | AT berežnoidv analizéffektivnogometodapostroeniâspektrofotometričeskogogazoanalizatoradioksidasery AT hlamovmg analizéffektivnogometodapostroeniâspektrofotometričeskogogazoanalizatoradioksidasery AT berežnoidv analízefektivnogometodupobudovispektrofotometričnogogazoanalízatoradíoksidusírki AT hlamovmg analízefektivnogometodupobudovispektrofotometričnogogazoanalízatoradíoksidusírki AT berežnoidv analysisoftheeffectivemethodofconstructionofspectrophotometrygasanalyzerofsulphurdioxide AT hlamovmg analysisoftheeffectivemethodofconstructionofspectrophotometrygasanalyzerofsulphurdioxide |