CS202179B1

CS202179B1 - Humidity meter of the amouphous substances and gases

Info

Publication number: CS202179B1
Application number: CS745277A
Authority: CS
Inventors: Daniel Mayer; Pavel Mayer
Original assignee: Daniel Mayer; Pavel Mayer
Priority date: 1977-11-14
Filing date: 1977-11-14
Publication date: 1980-12-31

Description

Vynález se týká měřidla vlhkosti amorfních látek a plynů. Měřidlo je kontinuální a bezdotykové a jeho výstupní elektrický signál udává množství vody v měřeném objektu. Toto měřidlo může být začleněno do soustavy, která automaticky reguluje požadovanou vlhkost objektu; například při výrobě cihel a keramiky jde o přípravu cihlářské a keramické suroviny s předepsaným obsahem vody, při sušení obilí jde o odstranění určité části jeho vlhkosti, podobně při zpracování zemního plynu a podobně. Zpravidla se požaduje, aby surovina dosáhla takového předem stanoveného obsahu vlhkosti, který je na jedné straně nutnou podmínkou k dosažení požadovaných parametrů finálního výrobku, které jsou mírou jeho kvality a přitom na druhé straně umožňuje ekonomickou optimalizaci technologicko-výrobního procesu.The invention relates to a moisture meter for amorphous substances and gases. The meter is continuous and non-contact and its output electrical signal indicates the amount of water in the measured object. This meter can be integrated into a system that automatically controls the desired humidity of the object; for example, in the manufacture of bricks and ceramics, it is the preparation of brick and ceramic raw materials with a prescribed water content, in the drying of cereals it is the removal of some of its moisture, similarly in the processing of natural gas and the like. As a rule, it is required that the raw material reaches a predetermined moisture content which, on the one hand, is a prerequisite for achieving the desired parameters of the final product, which are a measure of its quality, while allowing economic optimization of the production process.

V dosavadní praxi ještě nedosáhla komplexní automatizace takového stupně dokonalosti, aby v přípravném procesu bylo možno spolehlivě nastavit vlhkost příslušné suroviny na požadovanou hodnotu. Například při výrobě cihel a keramiky je třeba zvyšovat přirozený obsah vody v surovině, aby tato byla zpracovatelná na výtlačných lisech. Provádí se to přidáváním vody, tj. dovlhčováním, v kolových mlýnech. Množství přidávané vody se ovšem mění, podle obsahu přirozeného množství vody, které má surovina vstupující do výrobního procesu. Napříklaů V upravené Cihlářské nebo keramické surovině se pohybuje požadovaný obsah vody v mezích od 15 do 25 %, podle druhu výrobků. V současné době je příprava cihlářské nebo keramické suroviny závislá na zkušenosti dělníka, který pracuje u výtlačného lisu: podle odhadu mechanických vlastností zpracovávané suroviny dává pokyn pracovníku, který řídí množství přidávané vody v kolovém mlýně. Kromě toho občas odebírají vzorky suroviny a zjišťuje se jejich vlhkost, a to zpravidla vážením, vysoušením a opětným vážením, což je však dost zdlouhavé. Méně často se používají jiná měření, založená například na vztahu mezi elektrickým odporem suroviny a její vlhkosti, nebo na vztahu mezi komplexní permitivitou suroviny a její vlhkostí. Přitom ovšem musí mít surovina přesně vymezený tvar. Měřicí zařízení tohoto druhu však nejsou spolehlivá, neboť náhodné kolísání chemického složení suroviny působí rušivě. Požadavek automatického dovlhčování však vyžaduje kontinuální a bezkontaktní měření obsahu vody. Podobná situace je při sušení obilí, nebo při zpracování zemního plynu, kde se ovšem pouze odstraňuje přebytečná vlhkost.In the prior art, the complex automation has not yet achieved a degree of perfection so that the moisture of the respective feedstock can be reliably adjusted to the desired value in the preparation process. For example, in the manufacture of bricks and ceramics, it is necessary to increase the natural water content of the raw material to make it workable on extruders. This is done by adding water, i.e., dehumidification, in wheel mills. However, the amount of water added varies according to the natural water content of the raw material entering the production process. For example, in a treated brick or ceramic raw material, the desired water content ranges from 15 to 25%, depending on the type of product. At present, the preparation of a brick or ceramic raw material depends on the experience of the worker working at the extruder: according to an estimate of the mechanical properties of the raw material being processed, it instructs the worker who controls the amount of water added in the wheel mill. In addition, samples of the raw material are occasionally taken and moisture is measured, usually by weighing, drying and reweighing, which is rather lengthy. Less often, other measurements are used, based, for example, on the relationship between the electrical resistance of the feedstock and its moisture content, or the relationship between the complex permittivity of the feedstock and its moisture content. However, the raw material must have a precisely defined shape. However, measuring devices of this kind are not reliable, since accidental fluctuations in the chemical composition of the raw material are disturbing. However, the requirement of automatic humidification requires continuous and non-contact measurement of the water content. A similar situation is found in the drying of grain or in the processing of natural gas, where only the excess moisture is removed.

Z uvedeného je zřejmé, že dosavadní způsob měření vlhkosti amorfních látek a plynů neumožňuje provést automatizaci výrobního procesu, která je nutným předpokladem pro zvyšování produktivity práce a kvality výrobků a snižováni výrobních nákladů a pracovních sil.From the above it is clear that the current method of measuring the humidity of amorphous substances and gases does not allow to automate the production process, which is a prerequisite for increasing labor productivity and product quality and reducing production costs and labor.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje měřidlo vlhkosti amorfních látek a plynů podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že je opatřeno zdrojem infračerveného záření a nejméně dvěma interferenčními fil202 179The above mentioned drawbacks are eliminated by the moisture meter of the amorphous substances and gases according to the invention. It is based on an infrared radiation source and at least two interfering films

202 179 try, umístěnými ve směru paprsků, odražených od proměřovaného objektu. Za interferenčními filtry ve směru procházejícího paprsku je umístěna čočka a detektor.202 179 nozzles located in the direction of the rays reflected from the measured object. A lens and a detector are located behind the interference filters in the direction of the passing beam.

Podle vynálezu je výhodné, jestliže před interferenčními filtry je umístěno ochranné sklo.According to the invention, it is advantageous if protective glass is placed in front of the interference filters.

Je výhodné, jestliže za jedním interferenčním filtrem je umístěno zrcátko a ve směru odražených paprsků od zrcátka v místě průsečíku s paprsky z druhého interferenčního filtru je umístěn rotující kotouč.It is preferred that a mirror is placed behind one interference filter and a rotating disc is located in the direction of the reflected rays from the mirror at the point of intersection with the rays from the second interference filter.

Dále je podle vynálezu výhodné, jestliže interferenční filtry jsou umístěny na nosiči otočném napříč k paprskům odraženým od proměřovaného objektu. Podle vynálezu je účelné, jestliže pohyblivé zrcátko je sklopné okolo osy procházející napříč k paprskům odraženým od proměřovaného objektu.It is further preferred according to the invention if the interference filters are located on a carrier rotatable transversely to the beams reflected from the object to be measured. According to the invention, it is expedient if the movable mirror is tilted about an axis extending transversely to the rays reflected from the object to be measured.

Je účelné, jestliže za jedním interferenčním filtrem je příčně umístěno zrcátko a za druhým interferenčním filtrem je příčně umístěno v místě průsečíku paprsků odražených zrcátkem a paprsků odražených od proměřovaného objektu polopropustné zrcátko. Před oběma interferenčními filtry je umístěna pevná clonka a pohyblivá clonka.It is expedient if a mirror is placed transversely behind one interference filter and a transverse mirror is located transversely at the point of intersection of the rays reflected by the mirror and the rays reflected from the object to be measured. A fixed iris and a movable iris are placed in front of both interference filters.

Dále je podle vynálezu účelné, jestliže mezi interferenčními filtry je napříč vložen rotující kotouč a před jedním interferenčním filtrem je příčně k paprskům odraženým od proměřovaného objektu umístěno jedno zrcátko. Za druhým interferenčním filtrem je příčně k paprskům odraženým od rotujícího kotouče umístěno druhé zrcátko.Furthermore, according to the invention, it is expedient if a rotating disc is interposed between the interference filters and a mirror is placed in front of one interference filter transversely to the rays reflected from the object to be measured. A second mirror is located transverse to the rays reflected from the rotating disk after the second interference filter.

Proměřovaný objekt je ozařován zdrojem infračerveného záření a odražené záření prochází střídavě jednak interferenčním filtrem propouštějícím záření z oboru vlnových délek některého absorpčního pásu vody, jednak interferenčním filtrem propouštějícím záření v kontinuu. Po střídavém průchodu oběma filtry dopadá odražené záření na detektor, jehož výstupní signál udává měřený obsah vody. Toto měřidlo využívá fyzikální jev, podle něhož molekula vody, podobně jako jiné molekuly, absorbuje dopadající záření různých vlnových délek. Absorpce molekuly vody je více nebo méně výrazná ve velmi širokém spektrálním oboru — od záření infračerveného po záření milimetrové; několik méně výrazných pásů je i ve viditelném oboru, jak známo, profil každého spektrálního pásu závisí jednak na množství molekul vody v optické dráze, jednak na fyzikálních podmínkách, zejména na teplotě a na tlaku. Za daných podmínek je pás tím výraznější, čím více je přítomno molekul vody. Velikost absorpce v určitém spektrálním intervalu je tedy mírou množství vody; ke kvantitativnímu určení obsahu vody je ovšem třeba vyšetřenou absorpci kalibrovat dalším nezávislým měřením. Při praktické aplikaci optického měření vlhkosti je důležitý výběr spektrální oblasti, v níž se bude konat měření. Absorpční pásy pro vlnové délky kratší než 1 μΐη nejsou příliš výrazné, v oblasti delších vlnových délek lze použít jako detektor fotodlodu PbS. Ostatní detektory používané v infračerveném oboru jsou buďto málo citlivé, anebo vyžadují chlazení. Fotodioda PbS je citlivá v oblasti 1 až 2,5 μΐη. Běžné sklo propouští dobře do 2,5 μΐη, a proto v této oblasti nevznikají potíže ani s optickými elementy, ani se zdroji záření, pro něž lze použít obyčejnou žárovku.The measured object is irradiated by an infrared radiation source and the reflected radiation passes alternately through an interference filter transmitting radiation from the wavelength range of a water absorption band and partly through a continuous filter transmitting radiation. After alternating passing through both filters, the reflected radiation strikes the detector whose output signal indicates the measured water content. This meter uses a physical phenomenon whereby a water molecule, like other molecules, absorbs incident radiation of different wavelengths. The absorption of the water molecule is more or less pronounced in a very broad spectral range - from infrared radiation to millimeter radiation; as is well known in the visible field, the profile of each spectral band depends on both the amount of water molecules in the optical path and on the physical conditions, in particular temperature and pressure. Under the given conditions, the more pronounced the water molecules are, the more pronounced the strip is. The amount of absorption in a certain spectral interval is thus a measure of the amount of water; however, in order to quantitatively determine the water content, the examined absorption should be calibrated by another independent measurement. In the practical application of optical moisture measurement, it is important to select the spectral area in which the measurement will take place. Absorption bands for wavelengths shorter than 1 μΐη are not very pronounced; in the wavelength range, the PbS photodiode detector can be used. Other detectors used in the infrared range are either less sensitive or require cooling. The PbS photodiode is sensitive in the range of 1 to 2.5 μΐη. Conventional glass transmits well up to 2.5 μΐη and therefore there are no problems in this area with either optical elements or radiation sources for which an ordinary bulb can be used.

V oblasti 1 až 2,5 ,«m jsou dva výrazné absorpční pásy vody; výraznější je pás u vlnové délky λ ~ 1,9 μΐη. Měření světelného toku v absorpčním pásu a v kontinuu lze provádět buďto metodou stejnosměrnou, kdy se současně měří absorpční pás a kontinuum dvěma různými detektory, anebo metodou střídavou, kdy je použit jen jeden detektor a záření z absorpčního pásu a z kontinua na něj dopadá střídavě. Stejnosměrná metoda je výhodná tím, že během měření nedochází v měřené aparatuře k žádnému pohybu, je však aplikovatelná především u detektorů s fotokatodami, neboť jejich citlivost je téměř nezávislá na teplotě a jejich šum není na překážku měření. U detektoru PbS však citlivost silně závisí na teplotě a také poměr citlivosti dvou detektorů se může s teplotou měnit, a proto by bylo nutno teplotu detektorů stabilizovat. Polovodičové detektory mají značný šum, a proto se dopadající záření přerušuje určitou frekvencí, obvykle v rozsahu 50 až 1000 Hz, neboť časová konstanta detektoru PbS je kratší než 1 ms, a dále se zpracovává pouze signál o této frekvenci. Přerušování dopadajícího záření lze kombinovat se střídavým zářením z absorpčního pásu a z kontinua. Úseky, kdy na detektor nedopadá žádné záření, jsou nutné, neboť je třeba určovat poměr signálů působením záření z absorpčního pásu a z kontinua.In the range 1 to 2.5, there are two distinct water absorption bands; the band at wavelength λ ~ 1.9 μΐη is more pronounced. The luminous flux measurements in the absorption belt and in the continuum can be carried out either by the DC method, whereby the absorption belt and the continuum are simultaneously measured by two different detectors, or alternately, using only one detector and radiation from the absorption belt and from the continuum is alternating. The DC method has the advantage that there is no movement in the measured apparatus during the measurement, but it is particularly applicable to detectors with photocathodes, as their sensitivity is almost independent of temperature and their noise does not interfere with the measurement. In the case of a PbS detector, however, the sensitivity is strongly dependent on the temperature and also the sensitivity ratio of the two detectors may change with the temperature, so it would be necessary to stabilize the detector temperature. Semiconductor detectors have considerable noise, and therefore the incident radiation is interrupted at a certain frequency, usually in the range of 50 to 1000 Hz, since the PbS detector time constant is less than 1 ms, and only the signal at that frequency is further processed. Interruption of incident radiation can be combined with alternating radiation from the absorption belt and from the continuum. Areas where no radiation is incident on the detector are necessary as the ratio of the signals to the radiation from the absorption band and the continuum must be determined.

Absorpční pás 1,9 μΐη je široký zhruba 0,1 μπι a kontinuum lze měřit v prakticky stejné šířce na krátkovlnné nebo dlouhovlnné straně absorpčního pásu. Oddělení se provede interferenčními filtry. Lze použít například filtry pro vlnovou délku 1,9 μΐη, absorpční pás, a zvolíme-li krátkovlnnou stranu pásu 1,7 μτη, kontinuum, o pološířce 0,1 μπι a o propustnosti 50 %. Pološířkou filtru se rozumí rozdíl vlnových délek, v nichž propustnost filtru klesne na polovinu maximální hodnoty. Vedle kombinace dvou filtrů se zhruba stejnými pološířkami lze volit i kombinaci úzkého a širokého filtru, s vlnovou délkou maximální propustnosti u obou filtrů stejnou a rovnou vlnové délce absorpčního pásu. Úzký filtr potom měří jen absorpční pás, zatímco na měření širokým filtrem se podílí absorpční pás jen málo, neboť jím prochází kontinuum, po obou stranách absorpce. Pološířky filtrů mohou být například 0,1 μτα. a 0,4 μΐη. Výsledek měřeníThe absorption band of 1.9 μ pásη is approximately 0.1 μπι wide and the continuum can be measured at virtually the same width on the shortwave or longwave side of the absorption band. The separation is done by interference filters. For example, filters can be used for the wavelength of 1.9 μ absorpη, the absorption band, and if the short-wave side of the band is 1.7 μτη, the continuum, with a half-width of 0.1 μπι and a transmittance of 50%. The filter half-width is the difference in wavelengths at which the filter transmittance decreases to half the maximum value. In addition to a combination of two filters with roughly the same half-widths, a combination of a narrow and a wide filter can be selected, with a wavelength of maximum permeability of both filters equal to and equal to the wavelength of the absorption band. The narrow filter then measures only the absorbent strip, while the absorbent strip has little to do with the wide filter as it is passed through the continuum on both sides of the absorption. For example, the filter widths may be 0.1 μτα. and 0.4 μΐη. Measurement result

202 179 pomocí takové kombinace je méně ovlivněn změnami gradientu kontinua, k nimž může dojít změnou teploty vlákna žárovky, změnami kvality měřené suroviny nebo zaprášením optiky. Vedle transparentního provedení filtrů lze použít také filtrů refluxních, tj. filtrů, které požadované spektrální pásmo odrážejí.202 179 by such a combination is less affected by variations in the continuum gradient that may occur by changing the temperature of the filament of the bulb, changing the quality of the raw material being measured, or dusting the optics. In addition to the transparent design of the filters, it is also possible to use reflux filters, i.e. filters that reflect the desired spectral band.

Dosahovaný nový účinek měřidla spočívá v tom, že umožňuje kontinuální a bezkontaktní měření obsahu vody v tuhých amorfních látkách a v plynech, přičemž lze poměrně snadno dosáhnout požadovanou přesnost při indikaci vody, která je v případě cihlářské a keramické suroviny 0,5 %, při předpokládaném rozsahu měření 10 až 30 % vody. Zařízení vykazuje spolehlivou funkci i v těžkých provozních podmínkách, jako jsou například cihelny, sušičky obilí, úpravny zemního plynu a podobně, má minimální požadavky na údržbu a obsluhu, vliv variabilních parametrů suroviny vstupující do výrobního procesu, jako například teplota, barva, chemické složení a podobně, je potlačen na zcela zanedbatelnou míru a konečně, čidlo má dynamické vlastnosti, které jsou vhodné pro použití obvyklého regulačního systému spojitého nebo impulsního, s ohledem na stabilitu a rychlost regulace. Zařízení umožňuje dosáhnout úsporu ve spotřebě tepla v sušárnách a tím úsporu výrobních nákladů v oblasti palivoenergetické základny, jakož i vyloučení lidského činitele při přípravě suroviny. Úspora pracovních sil v místě škodlivém lidskému zdraví je zřejmá z toho, že se ušetří jedna pracovní síla na každém kolovém mlýně v cihelně, kde jsou silné vibrace a hluk kolem 100 dB. Kromě toho se dosáhne zvýšení jakosti připravované suroviny a snížení výpadků výtlačného lisu při nedostatečné vlhkosti suroviny a snížení zmetkovitosti přispěje ke zvýšení produktivity práce a ke zvýšení kvality finálního výrobku.The new effect of the meter is that it enables continuous and non-contact measurement of the water content of solid amorphous substances and gases, while the required accuracy in the indication of water, which is 0.5% for brick and ceramic raw materials, is relatively easy to achieve measuring range 10 to 30% water. The equipment performs reliably even under difficult operating conditions such as brickworks, grain dryers, natural gas treatment plants and the like, has minimal maintenance and operation requirements, the impact of variable feedstock parameters such as temperature, color, chemical composition and likewise, it is suppressed to a negligible extent and finally, the sensor has dynamic properties that are suitable for use with a conventional continuous or pulse control system with respect to control stability and speed. The device makes it possible to achieve savings in heat consumption in drying ovens and thus to save production costs in the area of the fuel-energy base as well as to eliminate the human factor in the preparation of the raw material. Labor saving in a place harmful to human health is evident from the fact that one labor is saved per wheel mill in the brickworks, where vibration and noise are around 100 dB. In addition, an increase in the quality of the raw material being prepared and a reduction in the extrusion failure due to insufficient moisture in the raw material and a reduction in scrap rate will contribute to increasing labor productivity and improving the quality of the final product.

Vynález a jeho výhody jsou blíže objasněny na příkladech provedení pomocí připojených výkresů, na nichž znázorňuje obr. 1 měřidlo podle vynálezu s rotujícím nosičem interferenčních filtrů, obr. 2 měřidlo s rotujícím kotoučem, obr. 3 měřidlo s pohyblivým zrcátkem, obr. 4 měřidlo s polopropustným zrcátkem a clonkami, obr. 5 měřidlo s dvěma zrcátky á rotujícím kotoučem, obr. 6 zdroj infračerveného záření a obr. 7 uspořádání při měření vlhkosti plynů.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention and its advantages are illustrated in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows a meter according to the invention with a rotating interference filter carrier, Figure 2 a rotating disc meter; Fig. 5 is a meter with two mirrors and a rotating disc; Fig. 6 is an infrared radiation source; and Fig. 7 is an arrangement for measuring the humidity of gases.

Měřidlo podle výnálezu sestává podle obr. 1 z rotujícího nosiče 1, v němž jsou umístěny interferenční filtry 2 a 3. Nosič 1 je upevněn na hřídeli elektromotoru 6 a za tímto nosičem 1 v ose roztečné kružnice obou interferenčních filtrů 2 a 3 je umístěna čočka 4 a detektor 5, například fotoodpor. Elektromotor 6 otáčející nosičem 1 zajišťuje, že odražené infračervené záření prochází střídavě oběma interferenčními filtry 2 a 3 a dopadá na čočku 4, kterou je soustředěno na detektor 5. Frekvence střídání interferenčních filtrů 2 a 3 je rovna počtu otáček elektromotoru 6 za sekundu. Aby byla frekvence vyšší než 50 Hz, musí mít elektromotor 6 otáčky vyšší než 3000 ot/min. Vyšší frekvence je totiž žádoucí nejen z hlediska snazší realizace elektronického zařízení pro zpracování signálu z detektoru 5, ale i vzhedem k rychlosti posunu proměřovaného objektu. Nedostatkem tohoto provedení měřidla je především skutečnost, že odražený paprsek prochází každým z interferečních filtrů 2 a 3 jen poměrně krátkou dobu, zatímco poměrně dlouhou dobu dopadá na rotující nosič 1 a pro měřící účely zůstává zcela nevyužit. To má za následek poměrně nízkou přesnost měřidla.The meter according to the invention consists, according to FIG. 1, of a rotating carrier 1 in which the interference filters 2 and 3 are located. The carrier 1 is mounted on the shaft of the electric motor 6 and a lens 4 is placed behind the carrier 1 in the pitch circle axis. and a detector 5, for example a photoresistor. The electric motor 6 rotating the carrier 1 ensures that the reflected infrared radiation passes alternately between the two interference filters 2 and 3 and impinges on the lens 4, which is centered on the detector 5. The frequency of rotation of the interference filters 2 and 3 is equal to the rotational speed of the electric motor 6 per second. In order for the frequency to be higher than 50 Hz, the electric motor must have a speed of more than 3000 rpm. In fact, a higher frequency is desirable not only in terms of easier implementation of the electronic signal processing device from the detector 5, but also in relation to the rate of movement of the measured object. The disadvantage of this embodiment of the meter is, in particular, that the reflected beam passes through each of the interference filters 2 and 3 only for a relatively short time, while it falls on the rotating carrier 1 for a relatively long time and remains unused for measuring purposes. This results in a relatively low meter accuracy.

Měřidlo podle vynálezu v provedení s rotujícím kotoučem s výřezy je na obr. 2p. Měřidlo sestává z ochranného skla 7, rotujícího kotouče 8 poháněného elektromotorem, zrcátka 9, interferečních filtrů 2 a 3, za nimiž je umístěna čočka 4 a detektor 5 záření. Provedení rotujícího kotouče 8 je vyznačeno na obr. 2b. Na jeho obvodu jsou buďto výřezy c, nebo zrcadlící plošky b a nebo černé plošky a.The meter according to the invention in the embodiment with a rotating disc with cut-outs is shown in Fig. 2p. The meter consists of a protective glass 7, a rotating disk 8 driven by an electric motor, a mirror 9, interference filters 2 and 3, behind which a lens 4 and a radiation detector 5 are placed. An embodiment of the rotating disc 8 is shown in Fig. 2b. On its perimeter there are either cut-outs c, or mirror pads b a or black pads a.

Záření odražené od proměřovaného objektu prochází ochranným sklem 7 k rotujícímu kotouči 8, odráží se na zrcátku 9, když před tím prošlo jedním nebo druhým interferenčním filtrem 2 nebo 3. Dopadá na čočku 4, kterou je soustředěno na detektor 5, například fotoodpor. Oběma interferenčními filtry 2, 3 prochází záření odražené od proměřovaného objektu do různých směrů a závislost odrazivosti na směru může být potom zdrojem snížení přesnosti měření.The radiation reflected from the measured object passes through the protective glass 7 to the rotating disc 8, reflected on the mirror 9 when it has previously passed through one or the other interference filter 2 or 3. It strikes the lens 4, which is centered on the detector 5, for example. Both interference filters 2, 3 transmit radiation reflected from the object to be measured in different directions and the dependence of the reflectance on the direction can then be a source of decrease in the measurement accuracy.

Provedení měřidla podle vynálezu s pohyblivým zrcátkem je znázorněno na obr. 3. Měřidlo sestává z ochranného skla 7, pohybblivého zrcátka 10, které je uloženo výkyvně a elektomotor jím pohybuje tak, že kmitá kolem své osy. Toto pohyblivé zrcátko 10 je umístěno mezi interferenčními filtry 2 a 3 a čočkou 4, za níž je umístěn detektor záření 5. Odražené infračervené záření prochází ochranným sklem 7 a dopadá na pohyblivé zrcátko 10, které kmitá a tím rozhoduje o tom, zda detektor 5 snímá záření procházející jedním interferenčním filtrem 2 nebo druhým interferenčním filtrem 3.An embodiment of a movable mirror meter according to the invention is shown in Fig. 3. The meter consists of a protective glass 7, a movable mirror 10, which is pivoted and the electric motor moves so that it oscillates around its axis. This movable mirror 10 is located between the interference filters 2 and 3 and the lens 4, behind which the radiation detector 5 is located. The reflected infrared radiation passes through the protective glass 7 and impinges on the movable mirror 10 which oscillates and thus decides whether the detector 5 detects radiation passing through one interference filter 2 or the other interference filter 3.

Měřidlo podle vynálezu v provedení s polopropustným zrcátkem a clonkami je znázorněno na obr. 4a. Za jedním interferenčním filtrem 2 je napříč umístěno zrcátko 9 a za druhým interferenčním filtrem 3 je v místě průsečíku paprsků odražených zrcátkem 9 a paprsků odražených od proměřovaného objektu umístěno napříč polopropustné zrcátko 11. Před oběma interferen202 179 čními filtry 2 a 3 je umístěna pevná clonka a pohyblivá clonka 13.The meter according to the invention in an embodiment with a semi-transparent mirror and orifice plates is shown in Fig. 4a. Behind one interference filter 2 is a transversal mirror 9 and behind the other interference filter 3 a transversal mirror 11 is located at the intersection of the rays reflected by the mirror 9 and rays reflected from the measured object 11. In front of the two interference filters 2 and 3 there is a fixed aperture. movable screen 13.

Pro střídání snímaného odraženého infračerveného záření se využívá kmitavého pohybu pohyblivé clonky 13, která je společně s pevnou clonkou 12 a interferenčními filtry a 3 znázorněna na obr. 4b. Různé fáze polohy pohyblivé clonky 13 rozhodují o tom, zda se snímá detektorem 5 záření procházející interferenčním filtrem 2 nebo interferenčním filtrem 3. Je-li pohyblivá clonka v poloze a, světlo prochází interferenčním filtrem 2, je-li pohyblivá clonka v poloze b, světlo neprochází, je-li pohyblivá clonka 13 v poloze c, prochází světlo interferenčním filtrem 3. Při poloze pohyblivé clonky d=b, světlo opět neprochází. Záření odražené od proměřovaného objektu po průchodu interferenčním filtrem 2 se odrazí na zrcátku 9 a odráženo polopropustným zrcátkem 11 dopadá na čočku 4, která jej soustřeďuje na detektor 5. Záření po průchodu interferenčním filtrem 3 prochází polopropustným zrcátkem 11 a dopadá opět na čočku 4, která jej soustředí na detektor 5. Toto měřidlo má tu nevýhodu, že na interferenční filtry 2 a dopadá jen asi třetina odráženého záření a dalších 50 % se ztrácí na polopropustném zrcátku 11.The oscillating movement of the movable orifice plate 13, which, together with the fixed orifice plate 12 and the interference filters and 3, is shown in Fig. 4b, for alternating the sensed reflected infrared radiation. The different phases of the position of the movable iris 13 decide whether it is sensed by the radiation detector 5 passing through the interference filter 2 or the interference filter 3. When the movable iris is in position a, the light passes through the interference filter 2; it does not pass when the movable iris 13 is in position c, the light passes through the interference filter 3. At the position of the movable iris d = b, the light does not pass again. The radiation reflected from the measured object after passing through the interference filter 2 is reflected on the mirror 9 and reflected by the semipermeable mirror 11 impinges on the lens 4 which focuses it on the detector 5. The radiation after passing the interference filter 3 passes through the semipermeable mirror 11 and This meter has the disadvantage that interference filters 2 and only about a third of the reflected radiation are incident and a further 50% is lost on the semipermeable mirror 11.

Vedle uvedených kinematických optických zařízení lze střídání snímaného odraženého záření realizovat také elektroopticky, bez použití pohyblivých součástí. Takové zařízení lze zestrojit například použitím Kerrových cel, vložených na místě mřížek v uspořádání podle obr. 6a. Frekvence střídání potom může být značně vysoká; při použití fotoodporu PbS je omezena jen jeho časovou konstantou. Při časové konstantě 100 με, která odpovídá běžně vyráběným typům fotoodporů, může být frekvence řádově až k Hz. Tím, že toto provedení neobsahuje pohyblivé prvky, je sice pro těžký a nepřetržitý provoz velmi výhodné, avšak zatím je nepřiměřeně nákladné.In addition to the above-mentioned kinematic optical devices, the alternation of scanned reflected radiation can also be realized electro-optically, without the use of moving parts. Such a device can be constructed, for example, by using Kerr cells placed in place of the grids in the arrangement of FIG. 6a. The rotation frequency can then be considerably high; when using a PbS photoresistor it is limited only by its time constant. With a time constant of 100 με, which corresponds to commonly produced types of photoresist, the frequency can be of the order of Hz. Since this embodiment does not contain movable elements, it is very advantageous for heavy and continuous operation, but it is disproportionately expensive so far.

Na obr. 5a je další varianta provedení měřidla vlhkosti. Měřidlo sestává z ochranného skla 7, rotujícího kotouče 8, umístěného tak, aby jeho osa ležela mimo rovinu optické osy, ale byla s ní rovnoběžná, dvou zrcátek 15 a 16, interferenčních filtrů 2 a 3, čočky a detektoru 5. Na obr. 5b je vyznačen tvar rotujícího kotouče 8; kotouč má čtyři segmentové výřezy, jeho povrch je oboustranně zrcadlový. Na obr. 5b jsou také vyznačeny polohy optických cest, označené jako A a K. Jednotlivé součásti měřidla jsou uspořádány tak, že odražené infračervené záření prochází ochranným sklem 7 a dopadá na rotující kotouč 8; v jeho jisté poloze se snímané záření odrazí nejprve od kotouče 8, prochází interferenčním filtrem 3, odrazí se od prvního zrcátka 16, projde mezerou mezi segmenty rotujícího kotouče 8 a dopadá na čočku 4, kterou je soustředěno na detektor 5, to je optická cesta A. V další poloze rotujícího kotouče 8 je snímané záření po odrazu na prvním zrcátku 16 zachyceno rotujícím kotoučem 8 a detektor 5 není ozářen. Při dalším pootočení rotujícího kotouče 8 projde snímané záření nejprve výřezem v tomto kotouči 8, odrazí se od druhého zrcátka 15, projde interferenčním filtrem 2, odrazí se od rotujícího kotouče 8 a dopadne na čočku 4, která jej soustředí na detektor 5, to je optická cesta K. Konečně v další poloze rotujícího kotouče 8, po průchodu záření interferenčním filtrem 2, projde opět mezerou v kotouči 8 a detektor 5 není ozářen. Na obr. 5b je vyznačena kromě tvaru rotujícího kotouče 8 a polohy obou Interferenčních filtrů 2 a 3, ještě charakteristická poloha kotouče 8, která odpovídá skokovým změnám v časovém průběhu výstupního signálu z detektoru 5. Oproti výše uvedeným různým variantám provedení měřidla má právě popisované uspořádání několik předností: zpracovává záření přicházející z jediného směru, při jedné otáčce rotujícího kotouče 8 vzniknou čtyři cykly signálu a bylo by možno použít také reflexních filtrů, a to prostým nahrazením zrcátek 15 a 16.Fig. 5a shows another variant of the humidity meter. The gauge consists of a protective glass 7, a rotating disc 8, positioned so that its axis lies outside, but parallel to, the optical axis, two mirrors 15 and 16, interference filters 2 and 3, a lens and a detector 5. In Fig. 5b the shape of the rotating disc 8 is shown; the blade has four segment cutouts, its surface is mirrored on both sides. Fig. 5b also shows the positions of the optical paths, designated as A and K. The individual components of the meter are arranged so that the reflected infrared radiation passes through the protective glass 7 and impinges on the rotating disk 8; in its certain position the sensed radiation is reflected first from the disc 8, passes through the interference filter 3, reflects from the first mirror 16, passes through the gap between the segments of the rotating disc 8 and impinges on the lens 4 which is focused on the detector 5 In a further position of the rotating disc 8, the sensed radiation after reflection on the first mirror 16 is captured by the rotating disc 8 and the detector 5 is not irradiated. Upon further rotation of the rotating disc 8, the sensed radiation first passes through the cutout in this disc 8, is reflected from the second mirror 15, passed through the interference filter 2, reflected from the rotating disc 8 and impinges on the lens 4 which focuses it on the detector 5 Finally, in a further position of the rotating disc 8, after passing the radiation through the interference filter 2, it passes again through the gap in the disc 8 and the detector 5 is not irradiated. In Fig. 5b, in addition to the shape of the rotating disc 8 and the position of the two interference filters 2 and 3, the characteristic position of the disc 8, which corresponds to step changes in the time course of the output signal from the detector 5 is indicated. several advantages: it processes radiation coming from a single direction, four cycles of signal are generated at one revolution of the rotating disc 8 and it is also possible to use reflex filters by simply replacing mirrors 15 and 16.

Na obr. 6 je naznačeno provedení zdroje infračerveného záření, obsahujícího ochranné sklo 17, dvoučočkový kondenzor 18, matnici 19 a obyčejnou žárovku 20, pracující v podžhaveném stavu a představující zdroj infrazáření, anebo halogenovou žárovku, jejíž spektrální charakteristika dosahuje v infračervené oblasti vysokých hodnot.FIG. 6 shows an embodiment of an infrared radiation source comprising a protective glass 17, a two-lens condenser 18, a focusing screen 19, and an ordinary bulb 20 operating in an under-heated state representing an infrared source or a halogen bulb whose spectral characteristics are high in the infrared range.

Při měření vlhkosti plynů zůstává provedení vlastního měřidla nezměněno. Celkové uspořádání je na obr. 7: potrubím 21 proudí plyn, jehož vlhkost se měří na vnitřní ploše potrubí 21 je uloženo zrcátko 22 a na protilehlé straně od zrcátka 22 jsou ve stěně potrubí umístěn zářič 23 a měřidlo vlhkosti 24. Tímto zařízením lze stanovit množství vodní páry, která odpovídá několika μΐη kondenzátu. Vyšší citlivost lze dosáhnout měřením v pásmu 2,8 jum, kde lze opět použít vhodného typu fotoodporu PbS. V tomto vlnovém oboru by potom bylo ovšem třeba použít optiku zhotovenou nikoliv z optického skla, ale například z taveného křemene.When measuring the humidity of gases, the design of the meter itself remains unchanged. The overall arrangement is shown in Fig. 7: a gas flowing through the conduit 21, the moisture of which is measured on the inner surface of the conduit 21 is a mirror 22 and on the opposite side from the mirror 22 a radiator 23 and a humidity meter 24 are located in the conduit wall. water vapor equivalent to several μΐη of condensate. Higher sensitivity can be achieved by measuring in the 2.8 jum band, where a suitable type of PbS photoresistor can be used again. In this waveband, however, it would be necessary to use optics made not of optical glass but of fused silica, for example.

Kromě uvedených aplikačních oblastí vynálezu, tj. provozu cihelen, sušiček obilí a zpracování zemního plynu, může být vynález využit všude tam, kde je nutno kontrolovat obsah vody, popřípadě jiných látek, které se výrazně projevují absorpčními pásy. Tak je tomu například při zjišťování obsahu vody při zpracování různých materiálů v rozličných cheraicko-technologických provozech, anebo zjišťování obsahu vody a dalších látek, zejména methanu a kysličníku uhličitého, v trasformátorovém oleji používaném u vysokonapěťových transformátorů, které jsou měřítkem stárnutí oleje a zhoršení jeho izolačních vlastností.In addition to the application areas of the invention mentioned above, i.e. the operation of bricks, grain dryers and natural gas processing, the invention can be used wherever the content of water or other substances which are marked by absorption bands is to be controlled. This is the case, for example, when determining the water content of various materials in various chero-technological plants, or the detection of water and other substances, in particular methane and carbon dioxide, in transformer oil used in high-voltage transformers which measure oil aging and deterioration of its insulation. Properties.

OPRAVA popisu vynálezu k autorskému osvědčení č. 202 179 (51) Int. Cl? G 01 N 19/10FIXED DESCRIPTION OF THE INVENTION TO AUTHORIZATION CERTIFICATE No. 202 179 (51) Int. Cl? G 01 N 19/10

V popisu vynálezu k autorskému osvědčení č, 202 179 je v záhlaví chybné datum zveřejnění:In the description of the invention to the author's certificate no. 202 179, the publication date is incorrect in the header:

Místo : (40) Zveřejněno 51 07 79Location: (40) Published 51 07 79

Správně: (40) Zveřejněno 50 04 80Correct: (40) Published 50 04 80

ÚŘAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVYINVENTORY AND DISCOVERY OFFICE

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A moisture meter for amorphous substances and gases, characterized in that it consists of an infrared radiation source and at least two interference filters (2, 3) located in the direction of the rays reflected from the object to be measured, and behind the interference filters (2).

3) a lens (4) and a detector (5) are located in the direction of the transmitted beam.

A meter according to claim 1, characterized in that a protective glass (7) is placed in front of the interference filters (2 and 3).

Meter according to Claims 1 and 2, characterized in that a mirror (9) is located behind one interference filter (2) and in the direction of the reflected beam away from the mirror (9) at the point of intersection with the beam from the second interference filter (3) a rotating disc (8) is positioned.

A meter according to claim 1 or 2, characterized in that the interference filters (2 and 3) are located on a support (1) rotatable transversely to the rays reflected from the object to be measured.

5. A meter according to claim 1 or 2, characterized in that the movable mirror (10) is hinged about an axis extending transversely to the rays reflected from the object to be measured and is located behind the interference filters (2 and 3).

A meter according to claim 1 or 2, characterized in that after one interference filter (2) a mirror (9) is arranged transversely to the rays reflected from the measured object and behind the second interference filter (3) is at the point of intersection of the rays reflected by the mirror (2). 9) and the rays reflected from the object to be measured are placed across the semipermeable mirror (11j), with a fixed orifice (12) and a movable orifice (13) in front of both interference filters (2 and 3).

7. A meter according to claim 1, characterized in that between the interference filters (2 a

3) a rotating disc (8) is inserted across and one mirror (9) is placed in front of one interference filter (2) transversely to the rays reflected from the measured object and behind the other interference filter (3) is transverse to the rays reflected from the rotating disc (8) a second mirror (9).