CN2093395U

CN2093395U - 光电式浑浊度仪

Info

Publication number: CN2093395U
Application number: CN 91215607
Authority: CN
Inventors: 华祥荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Hua Xiangrong
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1992-01-15

Abstract

一种由光路系统、光检测器、读数装置和水样槽等组成的透射光型浊度仪，本实用新型采用了水样槽、光路系统、光检测器一体化的结构设计，使光路系统，光检测器置于真空密封室或充有洁净无水分子的惰性气体密封室里，具有重现性好、准确度高，且不受外界环境温度、湿度影响的优点。

Description

本实用新型是一种由光路系统、光检测器、水样槽、读数装置等组成的透射光型水样浑浊度测量仪。这种水样浊度仪是根据水样中的各种不同大小、比重、形状的悬浮物、胶状物和微生物等杂质对入射光吸收和散射之后所产生的光衰减现象而设计制成的。它在高浊度和极低浊度水样之间的常规浊度水样测量中，有较高的灵敏度和适用性。

众所周知，当光束通过悬浊液时，在入射光的光强与水样层厚度（即光程）保持不变的情况下，透射光的光强与水样的浑浊度有关。水样的浑浊度愈高，入射光衰减愈大，透射光的光强愈弱。用通过纯净水样（即浑浊度为零）的透射光的光强J。与通过有一定浑浊度水样的透射光的光强J相比较，其关系式符合郎伯定律：即LgJ₀／J＝－K′DL，则D＝－（LgJ₀／J）／K′L

＝（LgJ／J₀）／K′L

＝LgT／K′L

式中的D即为水样的浑浊度，L为水样层厚度（即光程），T为透光率。从式中可知，当透光率T愈大并接近1时，则水样的浑浊度D愈小，并接近于零，相反，透光率T愈小，则浑浊度D愈大，式中的K′为水样的常系数。当浊度仪中的光检测器工作在线性区域时，郎伯定律可由下式表示：LgI₀／I＝－KDL

式中的I₀－－水样浑浊度为零时的光电流值；

I－－水样为某一浑浊度时的光电流值；

K－－为水样的常系数。

上海市自来水公司生产的GDS－3型浊度仪就是根据上述原理设计制成的。现结合图例对该水样浑浊度测量仪的结构叙述如下：图一为该浊度仪的外观图，Ⅰ为仪器箱，Ⅱ是位于仪器盖下方测量室中的水样槽（可详见图二），Ⅲ是位于箱体内部的光路系统和光检测器（可详见图三），Ⅳ是该浊度仪的可调稳压电源及调压旋钮，用以控制入射光的强弱，达到指示仪表读数调零的目的。Ⅴ是浊度仪的读数装置，它由放大电路和电流毫安表等组成。打开仪器箱盖则是如图二所示的水样槽Ⅱ，其中（1）是不透光水槽体，上口敝开，根据测量浊度的不同，其长度L分成若干不同的规格，浊度愈大，则L愈小，浊度愈小，则L愈大。（2）和（3）是位于水槽体两侧的透光性能良好的玻璃片，玻璃片上不允许有划痕、斑迹，以免产生光的折射或散射干扰而引起测量误差。图三是该浊度仪的光路系统和光检测器，在仪器箱Ⅰ中固定安装，图中（1）是电光源，一般用钨灯，它有较宽的波谱输出，且耐用、价廉，其色温与比输出功率是工作电压的函数，因此可采用可调稳压电源控制并保证其稳定、可靠工作。（2）为滤色镜片，依靠适当的滤光片可避免水样色度对浊度测定的影响。（3）是集光镜，使光成平行光束，以减少光的散射干扰。（4）是可调光栅，用以进一步滤去散射光，减少杂光干扰。（5）和（7）都是直角棱镜，分别位于测量水槽Ⅱ的两侧，使光路改变90°方向进入水样层又折返水样层，透射光由光检测器（6）接收，并根据其强弱转换成大小不一的光电流值。常用的光检测器有光电倍增器，真空光电二极管，硅光二极管，硫化镉光电阻等。它们具有不同的光谱响应，要根据被测水样，悬浮液颗粒大小及其性质而加以选择。浊度仪的光源，集光镜、水样槽、光检测器四者的几何位置，对其性能有重要作用，对于透射光型水样浊度仪，四者位置应保证其光检测角为0°或接近0°。

测量某一水样浊度时，必须首先测量零浊度水样或标准板浊度值，使读数表置于初始零位或某一标准板的浊度值，以求得出即时条件下常数K值，然后将受测量的水样置于测量室中，盖严箱盖，以防止外界光线对测量产生干扰影响。

上述水样浊度仪存在如下明显缺陷：

1、结构复杂，主要是光路传输长，零件多，要求高。从图三的光路系统可以看出，入射光要穿透13块玻璃镜面共31次截面，光强损耗大，容易产生杂散光的干扰，影响测量灵敏度和精度。

2、光路主要器件，特别是玻璃镜面均开放于空气之中，容易受温度、湿度、清洁度等环境影响，实用中往往需要预热较长时间，清洁工作要求严格，操作规程十分繁锁，耗时费力，使用不便。

3、其最大缺陷是使用中存在严重零飘现象，影响精确读数。特别在被测水样与仪器玻璃、空气等存在温差时，或空气湿度较大时，开放于空气中的光学玻璃表面很容易结露，因而对光路产生严重干扰，温差或湿度愈大，结露愈快，对光路干扰则愈大，零飘现象则愈严重，甚至无法读数。

为了克服现有浊度仪的上述缺陷，必须改进浊度仪的光路结构，以减少光强损耗和干扰，提高浊度仪的测量精度和对环境的适应性能，特别是解决浊度仪存在的结露而引起的零飘现象是本实用新型的目的。

根据上述透射光型水样浊度仪的测量原理并针对其存在的缺陷，本实用新型采取了水样测量槽与光路系统，光检测器一体化的结构设计，现结合实施例阐述如下，如图四所示：

光源钨灯（1）、泸色片（2）、集光镜（3）组成独立光路单元，在水样槽Ⅱ一侧并与其联成一体的密封室A里用环氧树脂精确固定，钨灯（1）用电缆引线与可调稳压电源相接，以可调的稳定光强单向入射水样，并透过被测水样（4）及水样槽Ⅱ另一侧的光学玻璃（5），进入与水样槽Ⅱ联成一体的密封室B，并由位于密封室B里的光检测器（6）接收，并把检测到的光强信号转换成电流信号由电缆引出并输送给读数装置显示和读数。本实用新型中与水样槽Ⅱ联成一体，并位于其二侧的密封室A和B，均被抽成真空或充入洁净的惰性气体；同时密封室A中的光源钨灯，集光镜和水样槽以及密封室B中的光检测器四者的光学轴线严格处于一条水平轴线上。

本实用新型将水样槽与光路系统单元、信号检测单元组成一体化的结构，具有如下明显优点：

1、在使用操作性方面，本实用新型与现有透射光型水样浊度仪相比较，操作规程大为简化，不再需要长时间的预热，随时可以使用；仪器出厂前只要一次性校正调零即可，方便简练；且可节约大量校正调零测试的零浊度水样。

2、本实用新型对使用环境适应性能大幅度提高，即使存在温差或空气湿度较大情况下，因为光学器件及光检测器均在真空密封室或充有洁净惰性气体的密封室里，没有水分子的干扰，不会产生结露而引起读数飘移现象，读数稳定可靠，重现性好，为读数装置的数字化及连续不间断测量提供了可能。

3、本实用新型的光路系统在洁净无水分子的密封室里运行，不受空气中尘埃，水分子干扰，且光路穿越的光学器件与截面大大减少，结构上又保证了各器件的光学轴线处于同一水平轴线上，因此极大限度地减少了杂散光的干扰影响，大大提高了测量精确度和灵敏度。

以下进一步结合实施例图说明如下：图五是本实用新型的另一实施例，与图四中的实施例相比较，不同的是光检测器（6）与光路单元的光源钨灯（1）、泸色片（2）、集光镜（3）安装在同一密封室A里，由二组电缆引线分别与可调稳压电源、读数装置相联接，水样槽Ⅱ的另一侧密封室B里是一块光学直角棱镜（7）；入射光将不同于图四实施例中的一次性透射，而是光入射水样后，经过直角棱镜而折返重新入射水样，然而透射水样后光检器（6）接受。本实用新型的钨灯、集光镜、水样槽及直角棱镜所形成的光学轴线与直角棱镜，光检测器形成的光学轴线严格相互平行，它们所形成的光检侧角应保证为零度或接近零度。图四实施例较适于中、高浊度水样测量，而图五实施例较适于中、低浊度水样的测量。

本实用新型经过如下试验取得较为理想效果：

1、取水样一铅桶，仪器不预热，测定后每次关闭仪器，共连续检测十次，测得数据误差＜1％。

2、测定零浊度水样15分钟，读数无任何飘移。

3、测定0.3浊度水样30分钟，读数无任何飘移。

本实用新型经由上海闵行水厂水质科实用试验，证明其具有重现性好，准确度高且不受外界环境温度、湿度之影响的优点。

Claims

1、一种由光路系统、光检测器、读数装置及水样槽等组成的透射光型水样浊度仪，本实用新型的特征是光路系统，检测器和水样槽为一体化结构，即光路系统和光检测器分别位于水样槽两侧并与水样槽联成一体的密封室A和B中，位于A密封室中的光路系统通过电缆与可调稳压电源相接，位于B密封室里的光检测器由电缆与读数装置相通。

2、一种由光路系统、光检测器、读数装置及水样槽等组成的透射光型水样浊度仪，本实用新型的特征是光路系统中的光源钨灯、泸色片、集光镜和光检测器位于水样槽一侧并与水样槽联成一体的同一密封室A里，并由二组电缆分别与可调稳压电源、读数装置相接；水样槽另一侧相联的密封室B里有一直角棱镜，使入射光再次折返透射后由光检测器接收。

3、根据权利要求1或2所述的透射光型水样浊度仪，本实用新型的特征是密封室A和B为真空密封室或填充有洁净惰性气体的密封室。

4、根据权利要求1所述的透射光型水样浊度仪，本实用新型的特征是光源钨灯、集光镜和光检测器的光学轴线处于同一条水平轴线上。

5、根据权利要求2所述的透射光型水样浊度仪，本实用新型的特征是光源钨灯、集光镜、水样槽及直角棱镜所形成的光学轴线与直角棱镜，光检测器所形成的光学轴线相互平行，且所形成的光检测角为零度或接近零度。