инфракрасными приборами источников, температура Которых незначительно отличается от температуры естественных излучателей (фона).

Настоящая книга представляет первую попытку издания справочника по приборам инфракрасной техники, применяющимся в промышленном производстве, научных исследованиях, навигации, а также в медицинской практике и криминалистике. Она является логическим продолжением Справочника по основам инфракрасной техники [61], содержащего материал по законам инфракрасного излучения, взаимодействию излучения со средами, приему и модуляции инфракрасного излучения и фильтрации оптических сигналов.

Материал книги распределен между рвторами следующим образом: Артюхин В. В. - параграф 5 гл. 1; Волков В. А. - гл. 2; Вялов В. К. - параграфы 2, 3 гл. 1; Колосов В. И. - параграфы 1, 3 гл. 4; Кононов В. И. - параграф 8 гл. 7; Криксунов Л. 3. - параграф 1 гл. 1, параграф 2 гл. 4; гл. 5; параграфы 1-3 гл. 6, параграфы 1-5 гл. 7, приложения; Кучин В. П. - параграф 6 гл. 6; Лазарев Г. Н. - параграфы 4,5 гл. 4; Мехряков В. И. - параграфы 1-4 гл. 3; Новиков Ю. Н. - параграфы 4, 5 гл. 6; Рабышко В. А.- параграф 7 гл. 7; Рипка А. Ф. - параграф 5 гл. 3; Солодби В. Н. - параграф 4 гл. 1; Федоровский А. Д. - параграф 6 гл. 7.

Научное руководство работой авторского коллектива осуществлялось проф. Л. 3. Криксуновьш. Им же разработана структура книги и проведено ее редактирование.

Авторы считают своим долгом поблагодарить, докторов техн. наук Л. С. Кременчугского и Р. М. Мареша за ряд ценных замечаний и советов, высказанных при рецензировании рукописи.

Отзывы и пожелания просим направлять по адресу: 252601, Киев, 1, ГСП, Крещатик, 5, издательство <иТехн1кт.

Глава 1

ИНФРАКРАСНЫЕ АНАЛИЗАТОРЫ

1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Оптические средства измерений, предназначенные дляУопреде-ления качественного и количественного состава исследуемых веществ, называют анализаторами. В соответствии с оптическими свойствами, положенными в основу принципа работы прибора, оптические анализаторы делят на три основные группы (ГОСТ 13320-67):

абсорбционные - основанные на поглощении лучистой энергии в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях спектра;

интерферометрические - основанные на использовании явления смещения интерференционных полос вследствие изменения оптической плотности среды на пути одного из двух потоков когерентного излучения;

эмиссионные - основанные на измерении мощности спектральных линий излучения компонента, зависящей от его концентрации в анализируемой среде.

По назначению инфракрасные анализаторы классифицируют иа газоанализаторы, жидкостные анализаторы, спектрометры и спектрофотометры, гониометры. Газоанализаторы, основанные на поглощении инфракрасных лучей, получили широкое распространение в различных отраслях промышленности для определения концентрации окиси и двуокиси углерода, метана, аммиака в сложных газовых смесях,.а также других газов. Это объясняется тем, что в инфракрасной области спектра газы имеют интенсивные и отличающиеся друг от друга по положению в спектре полосы поглощения. Не менее щироко газоанализаторы применяют в лабораторной практике для количественного определения состава газа при выполнении исследовательских работ и наладке различных промышленных и теплотехнических установок [92].

Жидкостные анализаторы используют для определения состава жидкостных смесей в технологических потоках предприятий химической,5неф-тяной, пищевой и других отраслей промышленности, а такЖе для анализа в лабораторных условиях влагосодержания в сыпучих и твердых веществах.

Инфракрасная спектроскопия получает все более широкое распространение как физический метод исследования строения молекул, характера межмолекулярных и внутримолекулярных взаимодействий, кинетики химических реакций, качественного и количественного состава исследуемых ве щёств и т. п. Различают инфракрасные спектрометры - приборы для получения спектров и измерения спектральных характеристик веществ и инфракрасные спектрофотожтры - приборы для исследования фотометрических свойств материалов в излучениях различных длин волн. С помощью спектрометров получают спектрограмму, дающую зависимость интенсивности спектра от длины волны. Спектры быстропротекающих процессов регистрируют скоростными спектрометрами.

Гониометры (близкие по оптической схеме к спектрометрам) служат для лабораторных измерений показателей преломления и дисперсии оптических материалов в инфракрасной области спектра.

2. ИНФРАКРАСНЫЕ (ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКИЕ)

ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Инфракрасные газоанализаторы предназначены для количественного определения состава газов. Наибольшее развитие и практическое применение получили оптико-акустические газоанализаторы, в которых используют селективный оптико-акустический приемник излучения.

Поглощение газом лучистой энергии определяется законом Ламберта-Бера:

где Fq и Fj - лучистый поток монохроматического излучения до и после прохождения слоя поглощающего газа толщиной l; Tj - спектральный коэффициент поглощения газа; с - объемная концентрация поглощающего газа.

Если газ поместить и замкнутый объем и подвергнуть действию прерывистого лучистого потока, то газ будет периодически нагреваться и охлаждаться. Колебания температуры газа в замкнутом объеме вызовут колебания его давления, которые можно зарегистрировать с помощью чувствительного элемента, например, микрофона. Это явление и используют в оптико-акустических газоанализаторах. Конструктивно оптико-акустические газоанализаторы могут быть построены- по одноканальной или двухканальной (дифференциальной) схеме. Одноканальные газоанализаторы имеют низкую точность, поэтому у нас и за рубежом применяют газоанализаторы, выполненные по дифференциальной схеме.

. Для определения концентрации газов в оптико-акустических газоанали-З'аторах используют измерительные схемы с непосредственным отсчетом, а также с оптической, электрической и газовой компенсацией.

На рис. 1.1, а изображена измерительная схема оптико-акустического газоанализатора с непосредственным отсчетом. Инфракрасное излучение, создаваемое излучателями 3, 4, поступает через модулятор 7 в левый и правый цилиндры приемника излучения 12, заполненные анализируемым газом или газовой смесью, содержащей этот газ. Предварительно излучение пропускают через рабочую 8 и сравнительную 13 камеры. Амплитуды колебаний температуры и давления в правом и левом цилиндрах будут различными ввиду неогинакового поглощения лучистой энергии в сравнительной и рабочей камерах.

Колебания давления передаются на мембрану конденсаторного микрофона и, вызывая изменение его емкости, в результате чего на выходе усилителя 10 появляется сигнал, пропорциональный величине поглощенного лучистого потока, т.- е. концентрации определяемого компонента, что и регистрирует H3MepHTej6HbiH прибор 5.

}Дзмерительная схема оптико-акустического газоанализатора с оптической компенсацией показана на рис. 1.1,6. Процессы, происходящие в таком газоанализаторе, аналогичны процессам в газоанализаторах с непосредственным отсчетом. Однако здесь сигнал с конденсаторного микрофона, усиленный входным 18 и оконечным 10 усилителями, подают на реверсивный двигатель 15, который передвигает компенсационную заслонку в левом сравнительном канале, изменяя поток инфракрасного излучения. Каждому значению концентрации газа соответствует определенное положение оптической заслонки, а также стрелки и пера автоматического потенциометра. Для установки нуля служит дополнительный осветитель 2J, фоторезистор 20 и заслонка 17 в правом канале.

На рис. 1.1, е изображена измерительная схема оптико-акустического газоанализатора с электрической компенсацией. Напряжение с усилителя 10