FI73526C - Koncentrationsmaetanordning. - Google Patents

Description

73526 KONSENTRAATIOMITTARI - KONCENTRATIONSMATANORDNING Teknillinen alue ® Esilläoleva keksintö kohdistuu mittauslaitteeseen osasten konsen-traation mittaamiseksi, niitä siirrettäessä nesteessä putken läpi. Mittaussondit ovat tällöin sijoitetut putken seinään olemaan kosketuksessa nesteen kanssa.

10 Tekniikan taso

Mitattaessa osasten konsentraatiota pääasiassa seisovissa nesteissä on tunnettua, esimerkiksi yhteiskunnan ja teollisuuden jätevesien puhdistuksen yhteydessä, käyttää fotometristä mittausta syk-15 kivan infrapunavalon (IR) avulla, kuten käy ilmi ruotsalaisesta patentista 382 116.

Tunnetulla menetelmällä on rajoituksensa ja silloin ensi kädessä seisovat nesteet ja pääasiassa vakio lämpötila. Vaihtelevis-20 sa lämpötiloissa saattaa tunnettu menetelmä antaa aiheen oleellisiin mittausvirheisiin. Sitä paitsi tunnettua menetelmää vai-vaavat sellaiset haitat kuin että mittaussondit täytyy lyhyen käyttöajan jälkeen puhdistaa osaskerrostumista ja että huomattavia muutoksia ja täydennyksiä on suoritettava jos menetelmässä 25 käytettyä laitetta tulisi voida soveltaa osasten mittaamiseen virtaavassa vedessä kuten massansiirtolaitteet selluteollisuudessa .

Keksinnön selostus 30

Esilläolevalla keksinnöllä, niin kuin se määritetään jäljempänä seuraavan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa, vältetään yllämainitut haitat ja vaikeudet.

o c

Esilläolevalla maittauslaitteella on nyt voitu osoittaa, että mittaus käsilläolevanlaisilla mittaussondei1la sopii hyvin käytettäväksi osasia sisältävälle nesteelle, mikä syötetään putkijohdon läpi. Asiantuntijat ovat aikaisemmin väittäneet, että esimerkiksi eteenpäin syötetyn paperimassan kuitukonsentraation mittaus 40 IR-sondien avulla olisi mahdotonta tai vaatisi vähintäin jatkuvaa 73526 2 mittaussondien toistuvaa puhdistamista. Tämä on kuitenkin näkökohta mikä kokonaan heitetään sivuun esilläolevalla keksinnöllä. Muuttamalla poikkileikkauspinta-alaa putkessa on osoittautunut että mittaussondien pinnat nesteeseen päin pysyvät automaat ti -5 sesti puhtaina.

Mittaussondei1la, mitkä on kytketty referenssipiiriin mikä on samoin kytketty referenssimittauselimestä muodostuvaan referens-silaitteeseen, mitkä ovat lämpöä johtavassa kosketuksessa nestet-10 tä syöttävään putkeen, on keksinnön mukainen mittauslaite myös välttänyt aikaisemmin vaikeasti ratkaistavan mittauspiirien epävakaisuuden probleeman syötettäessä mainitunlaisia nesteitä.

Tällä referenssi laitteella on mittausalueen muotoiluun yhdistetty toiminta ja se ympäröidään vaipalla mikä ympäröi nestettä syöt-15 tävän putken ja mittaussondit.

Keksinnön mukaisella mittauslaitteella on käyttöä sekä prosessiteollisuudessa että VA-alueella. Laite on tarkoitettu tarkkaa kon-sentraatiomittausta varten esimerkiksi paperi- ja seiluteol1isuu-20 dessa missä mittaus voidaan tehdä ennen painesiiloja ja pyörrepuh-distimia sekä massalle ennen paperikoneen perälaatikkoa ja palau-tusvesille sekä laimennusta että kuitujen talteenottoa varten. VA-alueella on laite käyttökelpinen lietepitoisuuden ja sameuden mittauksessa sekä suspendoidun materiaalin sisällön mittauksessa 25 esimerkiksi vedenpoistosentrifuugien rejektivesille tai muille mekaanisille vedenpoistokoneille.

Mittausperiaate perustuu osasen kykyyn absorboida ja heijastaa valoa.

30

Korkeimman mahdollisen dynamiikan saavuttamiseksi on osa elektroniikasta asennetty anturiin. Mittaus tapahtuu IR-valolla 20 nm:n mittausetäisyydella. IR-valo sykkii hyvin lyhyin pulssein ja sillä on sangen korkea valointensiteetti, mikä on mahdollista mahdol- O c lisimman lyhyiden pulssien ja pulssien välisen pitkän väliajan avulla. Suurella valointensiteetillä saavutetaaan etu että eri mittausalueet voidaan käyttää hyväksi yksinkertaisella vahvistimen vaihtokytkennällä mikä sisältyy elektroniikkapiiriin. Koska valonsaanti IR-diodista on voimakkaasti riippuvainen lämpötilas-40 ta, kompensoidaan tämä anturissa olevalla erillisellä referenssi- 3 73526 järjestelmällä. Tämä kompensoi myös käytön muissa komponenteissa sekä mahdollisesti tulevan hajavalon.

Anturin mittaussignaali muodostuu pulssista minkä korkeus on suh-5 teellinen konsentraatioon. Tämä pulssi voidaan muuttaa tasajännit-teeksi keräily- ja pitopiirissa, mikä samalla on kytketty inte-grointiaikaan. Tällä on kiinteä aika mittausarvonsa ympärillä, ja aseteltava aika suurempien konsentraatiomuutosten vaimentamiseksi.

10 Keräys- ja pitopiirin jälkeen menee signaali edelleen MAX- ja ΙΊΙΝ- asetteluun, suoraan tai log-vahvistimen kautta. Ulosmenoasteen vahvistusta voidaan muuttaa vaihtokytkimellä. Digitaalinen mittaus- arvon anturi osoittaa 0-100 % aseteltua aluetta riippumatta mikä ulosmenosignaali valitaan.

15

Suositeltu toteutusmuoto

Keksinnönmukaista mittauslaitetta selostetaan yksityiskohdittain yhdessä suositun toteutusmuodon kanssa ja viittaamalla oheistet- p n tuihin piirustuksiin, joissa

Kuva 1 esittää keksinnön suositellun toteutusmuodon anturia edestä päin, nähtynä nesteen syöttösuunnan tulosuunnasta, 2 5

Kuva 2 esittää kuvan 1 mukaista leikkausta H-H,

Kuva 3 esittää anturiin sisältyvien lähettimien ja mittausarvo-ilmaisimien suositun sähkökytkennän blokki kaaviota ja 30 Kuva 4 esittää käyrädiagramman esimerkiksi erilaisista mahdollisista kytkettävissä olevista mittausalueista.

Keksinnön mukainen mittauslaite käsittää anturin 1, mikä kuvan 1 ja 2 mukaisessa suositussa toteutusmuodossa käsittää putken 2 q c osasia.sisältävän nesteen syöttöä varten, missä mittauksia tulee suorittaa. Putki 2 on varustettu liityntälaitteella 3, 4 putkijohtoon (ei esitetty) liittämistä varten. Mittausalueella on putken 2 poikki leikkaispinta-ala muutettu muodoltaan, mutta sillä on mieluummin sama koko. Putken 2 poikkileikkauspinta-ala muuttuu siis 40 suositellussa toteutusmuodossa normaalisti pyöreästä poikkipinnas- 4 735 2 6 ta liityntälaitteessa 3, 4 pääasiassa suorakaiteenmuotoiseksi poikkipinnaksi 5, mikä parhaiten käy selville kuvasta 1. Muuttuminen ympyränmuotoisesta suorakaiteenmuotoiseksi poikkipinnaksi on jatkuva ja voidaan toteuttaa monella tavalla, mutta yksin-5 kertaisimmin puristamalla yhteen alkuaan ympyränmuotoinen putki.

Putken 2 vastakkaisilla seinillä 6, 7 suorakaiteenmuotoisella alueella 5 on aukot mittaussontiien 8, 9 sijoitusta varten. Mit-taussondit 8, 9 täyttävät kokonaan aukot putken 2 seinissä 6, 7 10 ja niiden sisäänpäin, syötettävään nesteeseen päin käännetyt son-dipinnat 10, 11 ovat pääasiassa samassa tasossa putken 2 seinien 6, 7 sisäpinnan kanssa.

Mittausalue putken 2 suorakaiteenmuotoisine alueineen 5 ja mit-15 taussondeineen 8, 9 ympäröidään vaipalla 12. Tässä vaippa 12 on mieluiten putkenmuotoinen ja sen pituusakseli ulottuu kohtisuoraan sekä putken 2 pituusakselia että mittaussondien 8, 9 muodostamaa akselia vastaan. Vaipassa 12 on aukot mittaussondien 6, 9 sisäänvientiä ja tarkistusta varten, mitkä kuten esitetään 20 voivat työntyä ulos vaipasta 12.

Edelleen sisältää vaippa 12 referenssi laitteen 13, 14 minkä muodostaa mittauselin mikä vastaa mittaussondeja 8, 9, mutta ei mittaa nesteen kautta kuten mittaussondit vaan vaipassa olevan es-25 teettömän radan kautta. Referenssilaite 13, 14 on lämpöäjohtavas-sa kosketuksessa putken 2 kanssa ja voi olla sijoitettuna putken 2 alapuolelle (kuten kuvassa 2 on esitetty) tai mieluummin putken 2 yläpuolelle.

30 Vaippa 12 sisältää myös ainakin osan siitä elektroniikkapiiristä mitä käytetään niiden signaalien käsittelyssä mitkä saadaan mit-taussondeista 8, 9 ja referenssilaitteesta 13, 14, Sekä mittaus-sondit että referenssilaite ovat mieluummin IR-tyyppiä vaikkakin muut tyypit sellaisenaan, mitkä toimivat näkyvällä valolla tai 35 ultraäänellä voivat olla käyttökelpoisia esilläolevan keksinnön toteuttamisessa. Eräs edullinen elektroniikkapiirin toteutusmuo-muoto tullaan selostamaan seuraavassa kuvaan 3 viitaten.

Kuvan 3 mukaisesta blokkikaaviosta käy ilmi, että mittaussondit 40 ja referenssilaite 13, 14 muodostuvat IR-elimistä, tarkemmin sa- 5 73526 noen IR-diodeja voidaan edullisesti käyttää. Edelleen käytetään mittaussondien lähetintä 8 elimenä mikä on yhteinen referenssi-laitteen lähettimen 13 kanssa. Siten voidaan IR-diodio 8, 13 käyttää yhteisenä lähettimenä sekä mittausalueella M että refe-5 renssialueella R, jolloin eri valoradat M ja R voivat esimerkiksi lähteä fiiberioptiikasta liitettynä diodiin 8, 13. Toinen toteutettavissa oleva ratkaisu on kaksi tarkoin samanlaista IR-diodia 8, 13, mitkä siis muodostavat mittausvälin M lähettimen tai vastaavasti referenssivälin R lähettimen.

10

Mittaussondien ilmaisin 9 on samoin kuin referenssi laitteen ilmaisin 14 erillinen fotodiodi. Nämä molemmat fotodiodit ovat samaa tyyppiä ja ovat yhdistetyt kumpikin lämpötilaa kompensoivaan piiriin 15-18 tai 19-22 identtisesti samoin muotoiltuina. Siten 10 on vastaavasti fotodiodien 9, 14 ulosmeno yhdistetty vahvistimiin 15, 19, mitkä pitopiirin 16, 20 kautta syöttävät integraattoria 17, 21. Yhdistetty signaali kytketään jälleen vastuksen 18, 22 kautta vahvistimen 15, 19 sisäänmenoon. Diodi on suhteellisen riippuvainen lämpötilasta mutta kompensointipiireillä 15-18 ja 20 19-22 saavutetaan stabiloiva toiminta niin että ulosmenosignaa- litaso vahvistimista 15, 19 pidetään vakiona huolimatta lämpöti-lavaihteluista, joita voi esiintyä ilmaisimien 9, 14 ympärillä sekä nesteessä, minhä osaskonsentraatiosta tulee mitata, ilmassa esteettömässä referenssiradassa ja putkessa, minkä kanssa refe-25 renssilaite on termisessä kosketuksessa. Näillä kompensointipii-reillä 15-18, 19-22 saavutetaan myös stabiloiva toiminta mahdollisen häiriövalon varalta, mikä voi kohdata ilmaisimia 9, 14. Siten tulee jokainen hitaampi ulostulosignaalin muutos ilmaisimista 9, 14 tasoitettavaksi niin että vakaa referenssi taso saavute-30 taan etuvahvistimien 15, 19 ulosmenoissa.

Sitä tai niitä mittaus- ja referenssisignaaleja varten sijoitetut signaalilähetin tai lähettimet 8, 13 saavat syöttönsä oskillaattorista 23. Oskillaattori 23 synnyttää pulssisignaalin S hyvin 35 lyhytaikaisin pulssein ja suhteellisen pitkin väliajoin pulssien välillä. Tämä aikaansaa sen että korkea valointensiteetti voidaan saavuttaa ilman että IR-diodi 8, 13 vahingoittuu oman kuumenemi-sensa vuoksi. Kun lähetin 8, 13 samoin tehdään diodista on myös se altis lämpötilan vaihteluille. Sen vaihtelut kompensoidaan 40 piirillä 24-26 mikä muodostuu komparaattorista 24, mitä seuraa 6 73526 integraattori 25 ja tehonvahvistusaste 26. Komparaattoria 24 syötetään pulssisignaalilia S oskillaattorista 23 ja ulosmenosignaa-lia SR referenssi laitteen vahvistimesta 15. Tämä ulosmenosignaa-li SR on samoin pulssisignaali ja se on suoraan riippuvainen nii-5 den valopulssien suuruudesta joita lähetin 8, 13 antaa referens-sivälin R kautta. Lähettimen 8, 13 antamien valopulssien suuruus säädetään komparaattorilla 24 ja tehovahvistinasteella 26 niin että pulssisignaalit S ja SR tulevat yhtäsuuriksi. Tällä saavutetaan siten vakioarvoiset valopulssit riippumatta lämpötilavaih-10 teluista lähettimessä 8, 13. Myös jos lähetin valmistetaan kahdesta erillisestä diodista 8.ja 13, kuten yllä on sanottu, saadaan molemmista diodeista 8 ja 13 valoimpulsseja joilla on vakio arvo, koska molemmat diodit 8 ja 13 ovat sähköisesti sarjaan kytketyt ja mekaanisesti kytketyt samalle alustalle ja siten niihin 15 vaikuttavat samat lämpötilavaihtelut.

Lähettimistä 8, 13 vakioarvolla lähetetyt valopulssit vangitaan myös ilmaisimilla 9 sivuutettuaan mittausvälin M, ts; kuljettuaan läpi nesteen ja siinä olevien osasten. Osaskonsentraation

O Q

vaihdellessa tulevat ilmaisimesta 9 tulevat saadut valopulssit vaihtelemaan osasten valoimukyvyn perusteella. Seuraus tästä on että ulosmenosignaali mittausilmaisimen 9 etuvahvistimella 19 vaihtelee riippuen nesteen osaskonsentraatiosta.

25 3otta ilmaisimien 9, 14 lämpötilakompensoituihin piireihin 15-18, 19-22 eivät vaikuttaisi käyttösignaalit SR ja on pitopiirit 16, 20 kytketty vahvistimen 15, 19 ja integraattorin 17, 22 väliin jokaisessa lämpötilakompensoidussa piirissä 15-18, 19-22. Tätä pi-topiiriä 16, 20 ohjaa oskillaattorin 23 ulosmenosignaali S, niin 30 että käyttösignaalit SR, maadoitetaan kun ne esiintyvät pito-piirissä 16, 20. Lisäsyy siihen että käyttösignaaleja SR, ei kytketä takaisin vahvistimien 15, 19 sisäänmenoihin on että läm-pötilakompensoitujen piirien 15-18, 19-22 toiminta on hidasta. 1 40

Mittausilmaisimen 9 vahvistimen 19 ulostulosta otettu käyttösig- naali antaa siten tarkan mitan osasten konsentraatiosta nesteessä mikä syötetään putken 2 (kuva 2) läpi. Tämä signaali on sen vuoksi käytettävissä erilaisissa prosesseissa erilaisiin tarkoituksiin .

73526

Mittaustarkoituksiin, mutta myös sovellutuksiin, voi olla toivottavaa saada tasaisesti juokseva ulostulosignaali sykkivän ulosme-nosignaalin asemasta. Syöttämällä ulosmenosignaali keräi ly- ja pitopiiriin 27, mitä ohjataan oskillaattorin 23 signaalil-5 la S, saadaan logaritmisesti muuttuva signaali Jos halutaan lineaarisesti muuttuva signaali S^n syötetään keräily- ja pito-piiristä 27 saatu signaali logaritmiseen vahvistimeen 28.

Vaihtokytkimellä 29 voidaan mittariin 30 syöttää vaihtoehtoisesti signaali tai signaali S^n· 10

Keräily- ja pitopiiri 27 voidaan tehdä kenttätehotransistorista FET ja mittari 30 voidaan tehdä digitaalisesta osoittavasta mittarista.

15 Mittausilmaisimen 9 vahvistimen ulosmenosignaali voi olla valinnaisesti takaisinkytketty sisäänmenoonsa erilaisten vastusten 31 kautta, niin että saadaan erilaisia mittausalueita Τ-33Γ- Siten voi olla esimerkiksi neljä erilaista mittausaluetta. Kuvassa 4 esitetään käyrädiagramman avulla kuinka mittausalue voidaan siirtää 20 kun on kyseessä osittain logaritminen signaali ja osittain sitä vastaava lineaarinen signaali S^n· Tällöin vastaa alue X etuvahvistimen 17 takaisinkytkentähaaraan kytkettyä max. suurinta vastusarvoa kun taas alue UT vastaa ulosmenosignaalin suoraa kytkentää etuvahvistimen 19 sisäänmenoon.

25

Kuten yllä annetusta selostuksesta nähdään tarkoitetaan tällöin yksinomaan esilläolevan keksinnön toteutusmuotoa, mikä sen tähden voidaan muotoilla eri tavoin ilman että keksinnön ajatuksesta poiketaan. Siten voidaan esimerkiksi putken 2 poikkileikkauspin-30 ta-alaa muuttaa toiseen muotoon kuin suorakaide tai suuremmaksi kuin putken pinta-ala. Poikkileikkauspinta-alaa voidaan myös muuttaa sijoittamalla sisäosa putken laajennettuun osaan tai muuttamalla nesteen syöttöön vaikuttavaa putkenseinän muotoilua. Mitä tulee mittaussondeihin ja referenssilaitteeseen on jo ilmoitettu O c että nämä eivät ole rajoitettuja IR-valon käyttöön. Myös IR-kom-ponenteille selostettu elektroniikkapiiri voidaan toki muotoilla eri tavoin ilman että keksinnön ajatuksesta poiketaan. Esimerkiksi piiriä voidaan muotoilla vaihtokytkinelimellä yksinomaan jokaisen käyrän osan tutkimiseksi, esimerkiksi intervallia 60-70 % ko-40 ko mittausalueesta. Edelleen on mahdollista viedä sisään säätöelin 8 73526 asettelemaan integrointiaikaa, niin että saadaan rauhallinen osoitus mittariin 30.

Esitetystä käy ilmi että keksintöä ei voida katsoa rajoitetuksi 5 yllä esitettyyn ja piirustuksissa esitettyyn edulliseen toteutus-muotoon vaan se voi olla kohteena eiifeisille muotoiluille niissä puitteissa mitkä annetaan jäljempänä seuraavissa patenttivaatimuksissa .

Claims (7)

73526

1. Mittauslaite, tarkoitettu mittaamaan osasten konsentraatiota, joita osasia siirretään nesteessä putken (2) läpi, jolloin 5 mittaussondit (8,9) on sijoitettu putken seinään olemaan kosketuksessa nesteen kanssa osalla siirtoputkea, jonka poikkipinta on pääasiassa suorakaiteen muotoinen, tunnettu siitä, että siirtoputken (2) poikkileikkauspinta muuttuu jatkuvasti ympyränmuotoisesta poikkipinnasta olennaisesti suorakaiteen 10 muotoiseksi poikkipinnaksi, jolloin siirtoputken läpivirtaus-poikkipinta (5) mittaussondien luona on pääasiassa yhtä suuri kuin poikkipinta siirtoputken (2) luona ennen ja jälkeen mittauslaitetta, sekä että mainittu osa siirtoputkesta mittaussondien (8,9) luona ympäröidään ulkopuolisella vuorauksella (12) 15 mittaussondien ja referenssilaitteen (13,14) peittämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että vaippa (12) on putken muotoinen ympyränmuotoisine :·. poikkipintoineen, minkä pituusakseli on kohtisuorassa osaksi ··.·. 20 putkea (2) vastaan missä nestettä kuljetetaan ja osaksi mittaus-sondien (8,9) pituusakselia vastaan, mitkä mittaussondit voidaan • · · vapauttaa vaipan ulkopuolelta. • · ·

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mittauslaite, t u n - p C n e t t u siitä, että mittaussondit (8,9) muodostuvat IR-lähet-timestä (8) ja IR-ilmaisimesta (9), mitä syötetään sykkivällä • '·. energialla, jolloin referenssilaitteessa (13,14) on vastaava : IR-lähetin (13) ja IR-ilmaisin (14), joita syötetään sykkivällä ; energialla virtalähteestä (23), mikä on yhteinen mittaussondeil- 30 le ja referenssilaitteelle. :.*V

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mittauslai- *:·*.* te, tunnettu siitä, että jokaisessa mittaussondissa (8,9) on pinta (10,11), mikä on kosketuksessa nesteen kanssa, mikä 35 pinta muodostaa saman pinnan putken (2) sisäpinnan (6,7) kanssa. 73526

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 3 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että mittaussondit (8,9) Ja referenssilaite (13,14) ovat liitetyt lämpötilakompensoituun elektroniikkapii-riin (kuva 3) nesteessä olevien osasten konsentraation saadun 5 mittausarvon digitaaliseksi edelleentoimittamiseksi.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että mittaussondien Ja referenssilaitteen lähetin (8,13) on yhteinen elin, mikä on sijoitettu syöttämään mittaussondien 10 ilmaisinta (9) nesteen Ja osasten kautta ja referenssilaitteen ilmaisinta (14) referenssiradan (R) kautta.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen mittauslaite, tunnettu siitä, että virtalähde (23) on sijoitettu syöttämään lähettimiä 15 (8,13) tehovahvistinpiirin (24-26) kautta käsittäen komparaatto rin (24) sijoitettuna vertaamaan virtalähteestä annettua sykki-.···. vää energiaa siihen sykkivään energiaan minkä synnyttää refe-renssilaitteen ilmaisin (14) ja vahvistuksen jälkeen siihen kuuluvassa lämpötilakompensoidussa piirissä (15-18) syötettäväkin 20 si mainittuun komparaattoriin (24), minkä ulosmenosignaali \ ·’ integroinnin ja vahvistuksen jälkeen on sijoitettu syötettäväksi * » · lähettimiin (8,13), jolloin konsentraatiota osoittava mittaus-*.*.·* signaali on sijoitettu otettavaksi mittaussondien ilmaisimeen (9) liitetyn vahvistimen (19) ulosmenosta siihen kuuluvassa 25 lämpötilakompensoidussa piirissä (19-20). • · • · • · · • · ♦ * · • · · * · « * · • · P- • * • · · * » » m * * m Ψ • · » » · • · · • * « · · · » · 73526