RU2235991C1 - Noncontact turbidimeter - Google Patents
Noncontact turbidimeter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2235991C1 RU2235991C1 RU2003112927/28A RU2003112927A RU2235991C1 RU 2235991 C1 RU2235991 C1 RU 2235991C1 RU 2003112927/28 A RU2003112927/28 A RU 2003112927/28A RU 2003112927 A RU2003112927 A RU 2003112927A RU 2235991 C1 RU2235991 C1 RU 2235991C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodetectors
- jet
- stream
- turbidimeter
- groups
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при решении задач непрерывного контроля качества воды, экологического мониторинга, измерения концентрации дисперсной фазы эмульсий и суспензий.The invention relates to the field of measurement technology and can be used in solving problems of continuous monitoring of water quality, environmental monitoring, measuring the concentration of the dispersed phase of emulsions and suspensions.
Поточные контактные мутномеры, как правило, представляют собой оптические турбидиметры или нефелометры [Андреев B.C., Попечителев Е.П. Лабораторные приборы для исследования жидких сред. - Л.: Машиностроение, 1981, с.99-101]. Их общим недостатком является загрязнение прозрачных окон излучателей и приемников, непосредственно соприкасающихся с контролируемой средой, вследствие чего погрешности измерения становятся очень большими, либо вообще нарушается работоспособность устройства. Существуют различные способы минимизации влияния этого фактора, например: разогрев стекол, обработка их гидрофобизирующими составами, применение механических очистителей, применение измерительных кювет с переменной толщиной рабочего слоя и т.д. [Беляков В.Л. Автоматизация промысловой подготовки нефти и воды. - М.: Недра, 1988, с.133]. Все они сложны и неэффективны.In-line contact turbidimeters, as a rule, are optical turbidimeters or nephelometers [Andreev B.C., Popechitelev EP Laboratory instruments for the study of liquid media. - L.: Mechanical Engineering, 1981, p.99-101]. Their common drawback is the contamination of the transparent windows of the emitters and receivers that are directly in contact with the controlled environment, as a result of which the measurement errors become very large, or the device’s overall performance is impaired. There are various ways to minimize the influence of this factor, for example: heating glasses, treating them with water-repellent compositions, using mechanical cleaners, using measuring ditches with a variable thickness of the working layer, etc. [Belyakov V.L. Automation of oil and water field preparation. - M .: Nedra, 1988, p.133]. All of them are complex and inefficient.
Один из эффективных способов устранения влияния загрязнения окон на результат - использование бесконтактных схем построения мутномеров, в которых между оптическими элементами и жидкой средой находится воздушный промежуток. В их основе обычно лежат конструкции, в которых формируется свободная поверхность непрерывно протекающей жидкости с постоянным уровнем, над которой устанавливаются излучатель. Фотоприемник устанавливается либо над той же поверхностью жидкости, либо перпендикулярно вытекающей струе. Сигнал на выходе последнего обычно пропорционален концентрации взвешенных частиц.One of the effective ways to eliminate the effect of window contamination on the result is the use of non-contact schemes for building turbidimeters in which there is an air gap between the optical elements and the liquid medium. They are usually based on structures in which a free surface of a continuously flowing liquid is formed with a constant level over which the emitter is mounted. The photodetector is mounted either above the same surface of the liquid or perpendicular to the flowing stream. The signal at the output of the latter is usually proportional to the concentration of suspended particles.
Типичным примером реализации бесконтактной схемы построения мутномеров является поточный мутномер [патент США №3309956, НКИ 88-14, опубл. 21.03.1967], содержащий открытый сверху основной сосуд, имеющий патрубок в нижней части для подачи жидкости, сосуд-сборник для отвода жидкости, переливающейся через верх основного сосуда, излучатель и фотоприемник, расположенные над поверхностью жидкости, причем фотоприемник подключен к схеме обработки сигнала, оси излучателя и фотоприемника сходятся в одной точке на поверхности жидкости, ось излучателя сильно наклонена к поверхности жидкости, ось фотоприемника перпендикулярна к поверхности, а основной сосуд наклонен таким образом, что преломленный в жидкости луч от излучателя направлен на дно и не попадает на стенки сосуда. Сигнал на выходе фотоприемника будет пропорционален интенсивности света, рассеиваемого взвешенными частицами, а, следовательно, концентрации частиц.A typical example of the implementation of a non-contact scheme for building turbidimeters is a flow turbidimeter [US patent No. 3309956, NKI 88-14, publ. 03/21/1967], comprising a main vessel open at the top, having a nozzle in the lower part for supplying liquid, a collection vessel for draining liquid overflowing from the top of the main vessel, an emitter and a photodetector located above the liquid surface, the photodetector being connected to a signal processing circuit, the axis of the emitter and the photodetector converge at one point on the surface of the liquid, the axis of the emitter is strongly inclined to the surface of the liquid, the axis of the photodetector is perpendicular to the surface, and the main vessel is inclined so that omlenny fluid in the beam from the emitter is directed to the bottom and misses in the vessel wall. The signal at the output of the photodetector will be proportional to the intensity of the light scattered by the suspended particles, and, consequently, the concentration of particles.
Недостатком описанного устройства является низкая метрологическая надежность устройства, обусловленная тем, что возможные изменения прозрачности окон излучателя и фотоприемника (из-за запотевания, забрызгивания, запыления, старения) приведут к погрешности. Нестабильность характеристик излучателя и фотоприемника также приведет к погрешности. Изменение расхода жидкости может привести к небольшому (1-3 мм) изменению уровня жидкости, что также изменит сигнал на выходе фотоприемника. Заметную погрешность могут вызывать также переотражения от дна и стенок сосуда и диффузное отражение от поверхности жидкости.The disadvantage of the described device is the low metrological reliability of the device, due to the fact that possible changes in the transparency of the windows of the emitter and photodetector (due to fogging, splashing, dusting, aging) will lead to errors. The instability of the characteristics of the emitter and photodetector will also lead to errors. A change in fluid flow can lead to a small (1-3 mm) change in fluid level, which will also change the signal at the output of the photodetector. Reverse reflections from the bottom and walls of the vessel and diffuse reflection from the surface of the liquid can also cause a noticeable error.
Другим известным вариантом реализации бесконтактных измерений мутности являются схемы с просвечиванием струи. В одном из таких устройств [патент США №5489977, НКИ 356/73, МПК G 01 B 21/00, опубл. 06.02.1996] формируется вертикальная струя жидкости, перпендикулярно ей располагается излучатель, просвечивающий струю, а перпендикулярно прямому лучу располагается фотоприемник, предназначенный для формирования нефелометрического сигнала.Another well-known embodiment of non-contact turbidity measurements are jet transillumination schemes. In one of these devices [US patent No. 5489977, NKI 356/73, IPC G 01 B 21/00, publ. 02/06/1996] a vertical jet of liquid is formed, a radiator translucent to the jet is located perpendicular to it, and a photodetector designed to form a nephelometric signal is located perpendicular to the direct beam.
Недостатком таких устройств является зависимость результата от состояния струи, нестабильности излучателя и фотоприемника, возможного запотевания или забрызгивания прозрачных окон последних.The disadvantage of such devices is the dependence of the result on the state of the jet, instability of the emitter and photodetector, possible fogging or splashing of the transparent windows of the latter.
Наиболее близким по функциональным и конструктивным признакам к предлагаемому устройству является бесконтактный мутномер WTM500 фирмы Sigrist Photometer AG (Швейцария) [Rogner A. Turbidity Measurement in drinking water applications - new requirements and approaches // International Environmental Technology, v.8,6, 1998, p.9-10], который содержит открытый сверху основной сосуд, имеющий патрубок в нижней боковой части для подачи жидкости и сливную горловину в дне для формирования свободно падающей равномерной струи, дренажную систему для отвода жидкости, переливающейся через верх основного сосуда и утекающей в виде падающей струи, излучатель, расположенный над поверхностью жидкости и просвечивающий сверху падающую струю, рядом с которой установлено фотоприемное устройство, ось которого перпендикулярна направлению струи, а также контроллер для управления и обработки сигналов. Выводы излучателя и фотоприемника подключены к контроллеру управления и обработки сигналов. В таком устройстве струя относительно стабильна за счет постоянства уровня в основном сосуде. С выхода фотоприемного устройства снимается нефелометрический сигнал, пропорциональный яркости рассеиваемого излучения, а значит, содержанию взвешенных частиц.The closest in functional and structural features to the proposed device is a non-contact turbidity meter WTM500 company Sigrist Photometer AG (Switzerland) [Rogner A. Turbidity Measurement in drinking water applications - new requirements and approaches // International Environmental Technology, v.8,6, 1998, p.9-10], which contains a main vessel open at the top, having a nozzle in the lower side for supplying liquid and a drain neck in the bottom to form a free-falling uniform jet, a drainage system for draining liquid that flows over the top of the main vessel and flows in the form I am falling jet, an emitter located above the surface of the liquid and visible from above the incident jet, next to which a photodetector is installed, the axis of which is perpendicular to the direction of the jet, and also a controller for controlling and processing signals. The findings of the emitter and the photodetector are connected to the controller control and signal processing. In such a device, the jet is relatively stable due to the constancy of the level in the main vessel. From the output of the photodetector, a nephelometric signal is proportional to the brightness of the scattered radiation, and hence to the content of suspended particles.
Недостатком этого устройства является невозможность поддержания равномерного сечения и строго вертикального направления струи в условиях отложений солей и загрязнений в донной части основного сосуда, перепадов вязкости жидкости, случайных ударов корпуса, вибраций и т.д., а также возможность запотевания и забрызгивания фотоприемного устройства или излучателя, что приводит к погрешности измерений.The disadvantage of this device is the inability to maintain a uniform cross section and a strictly vertical direction of the jet under conditions of salt deposits and impurities in the bottom of the main vessel, drops in fluid viscosity, accidental impacts of the hull, vibrations, etc., as well as the possibility of fogging and splashing of the photodetector or emitter , which leads to measurement errors.
Задача, решаемая в изобретении, заключается в повышении точности и метрологической надежности устройства за счет устранения различных факторов нестабильности передачи оптического сигнала.The problem solved in the invention is to improve the accuracy and metrological reliability of the device by eliminating various factors of the instability of the transmission of the optical signal.
Задача решается тем, что в известном бесконтактном мутномере, содержащем открытый сверху основной сосуд, имеющий патрубок в нижней боковой части для подачи жидкости и сливную горловину в дне для формирования свободно падающей равномерной струи, дренажную систему для отвода жидкости, переливающейся через верх основного сосуда и утекающей в виде падающей струи, излучатель, расположенный над поверхностью жидкости и просвечивающий сверху падающую струю, рядом с которой установлено фотоприемное устройство, а также контроллер для управления и обработки сигналов, в отличие от прототипа, фотоприемное устройство выполнено в виде двух одинаковых групп фотоприемников, направленных на струю и распределенных равномерно по окружности, охватывающей эту струю, причем группы фотоприемников разнесены друг от друга на расстояние, в 2-5 раз превышающее диаметр струи, фотоприемники в первой и второй группах соединены параллельно и подключены ко входам соответственно первого и второго усилителей, выходы которых соединены с соответствующими входами контроллера, а управляющий выход контроллера подключен к излучателю.The problem is solved in that in the known non-contact turbidimeter containing a main vessel open at the top, having a nozzle in the lower side for supplying liquid and a drain neck in the bottom for forming a free-falling uniform jet, a drainage system for draining liquid overflowing from the top of the main vessel and leaking in the form of an incident jet, an emitter located above the surface of the liquid and visible from above an incident jet, next to which a photodetector is installed, as well as a controller for controlling I and signal processing, unlike the prototype, the photodetector is made in the form of two identical groups of photodetectors directed at the jet and distributed uniformly around the circumference surrounding this jet, and the groups of photodetectors are spaced apart from each other by a distance 2-5 times the diameter jets, photodetectors in the first and second groups are connected in parallel and connected to the inputs of the first and second amplifiers, respectively, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the controller, and the control output is counter Ollera connected to the emitter.
На фиг.1 схематично в аксонометрии показан предлагаемый мутномер, на фиг.2 показана примерная схема свечения струи при ее искривлении.Figure 1 schematically in a perspective view shows the proposed turbidimeter, figure 2 shows an exemplary diagram of the glow of the jet when it is curved.
Устройство содержит открытый сверху основной сосуд 1, имеющий патрубок 2 в нижней боковой части для подачи жидкости, и сливную горловину 3 в дне для формирования свободно падающей равномерной струи 4, дренажную систему 5 для отвода жидкости, переливающейся через верх основного сосуда 1 и утекающей в виде падающей струи 4, излучатель 6, расположенный над поверхностью жидкости и просвечивающий сверху падающую струю 4, которую охватывает фотоприемное устройство, состоящее из двух одинаковых групп фотоприемников 7 и 8, причем фотоприемники в первой и второй группах соединены параллельно и подключены ко входам соответственно первого и второго усилителей 9 и 10, выходы которых соединены с соответствующими входами контроллера 11, а управляющий выход контроллера 11 подключен к излучателю 6. В каждой из групп 7 и 8 все фотоприемники направлены на струю и распределены равномерно по окружности, охватывающей эту струю, причем группы фотоприемников 7 и 8 разнесены друг от друга на расстояние, в несколько раз превышающее диаметр струи 4.The device comprises a main vessel 1 open at the top, having a nozzle 2 in the lower lateral part for supplying liquid, and a drain neck 3 in the bottom for forming a freely falling uniform stream 4, a drainage system 5 for draining the liquid overflowing through the top of the main vessel 1 and flowing out in the form incident jet 4, emitter 6 located above the surface of the liquid and translucent from above the incident jet 4, which is covered by a photodetector consisting of two identical groups of photodetectors 7 and 8, the photodetectors in the first the first and second groups are connected in parallel and connected to the inputs of the first and second amplifiers 9 and 10, respectively, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the controller 11, and the control output of the controller 11 is connected to the emitter 6. In each of the groups 7 and 8, all photodetectors are directed to the stream and distributed evenly around a circle covering this jet, and the groups of photodetectors 7 and 8 are spaced from each other by a distance several times greater than the diameter of the jet 4.
Устройство работает следующим образом. Через патрубок 2 в основной сосуд 1 непрерывно подается контролируемая жидкость. Жидкость поднимается вверх и затем переливается через стенки вниз, где собирается и удаляется с помощью дренажной системы 5. Кроме того, жидкость стекает в виде ровной и непрерывной струи 4 через сливную горловину 3. Этому способствует то, что в верхней части сосуда 1 создается свободная поверхность жидкости фиксированного уровня. Поскольку уровень не изменяется, то и гидростатичесое давление на дне сосуда 1 неизменно и расход через горловину 3 нормализован. Жидкость, сливающаяся в виде струи 4, также собирается и отводится с помощью дренажной системы 5. В начале цикла измерения по сигналу контроллера 11 включается излучатель 6, который просвечивает объем жидкости в сосуде 1 и стекающую струю 4. Группы фотоприемников 7 и 8 воспринимают рассеянное взвешенными частицами излучение в соответствующих сечениях струи. Так как фотоприемники в каждой группе включены параллельно, то их фототоки суммируются. Суммы фототоков подаются на входы усилителей 9 и 10, где они преобразуются в напряжение и усиливаются. Такое суммирование фототоков фотоприемников, расположенных по окружности вокруг струи, позволяет существенно увеличить чувствительность и разрешающую способность мутномера, а следовательно, и точность измерений по сравнению с аналогами, где используются единичные фотоприемники. Кроме того, изменения конфигурации сечения струи и отклонения ее от вертикального направления (вызванные, например, отложениями солей и загрязнений в донной части сосуда 1, перепадами вязкости жидкости, случайными ударами корпуса, вибрациями и т.д.) практически не изменяют суммарный фототок в каждой группе и он остается постоянным при разных искривлениях струи. Усиленные сигналы подаются на соответствующие входы контроллера 11, где они подвергаются аналого-цифровому преобразованию и дальнейшей вычислительной обработке. Эта обработка заключается, прежде всего, в нахождении отношения двух сигналовThe device operates as follows. A controlled fluid is continuously supplied through the pipe 2 to the main vessel 1. The liquid rises up and then overflows through the walls down, where it is collected and removed using the drainage system 5. In addition, the liquid flows in the form of a smooth and continuous stream 4 through the drain neck 3. This is facilitated by the fact that a free surface is created in the upper part of the vessel 1 fixed level liquids. Since the level does not change, the hydrostatic pressure at the bottom of the vessel 1 is constant and the flow rate through the neck 3 is normalized. The liquid merging in the form of a jet 4 is also collected and discharged using a drainage system 5. At the beginning of the measurement cycle, a signal 6 is turned on by a signal from the controller 11, which transmits the volume of liquid in the vessel 1 and the flowing stream 4. The groups of photodetectors 7 and 8 perceive the scattered weighted particle radiation in the corresponding sections of the jet. Since the photodetectors in each group are connected in parallel, their photocurrents are summed up. The sums of the photocurrents are fed to the inputs of amplifiers 9 and 10, where they are converted into voltage and amplified. Such a summation of the photocurrents of photodetectors located around the jet around the circumference, can significantly increase the sensitivity and resolution of the turbidimeter, and therefore the measurement accuracy in comparison with analogues where single photodetectors are used. In addition, changes in the configuration of the cross section of the jet and its deviation from the vertical direction (caused, for example, by deposits of salts and contaminants in the bottom of the vessel 1, changes in the viscosity of the liquid, accidental impacts of the body, vibrations, etc.) practically do not change the total photocurrent in each group and it remains constant with different curvature of the jet. The amplified signals are fed to the corresponding inputs of the controller 11, where they are subjected to analog-to-digital conversion and further computational processing. This processing consists, first of all, in finding the ratio of two signals
где U1 - напряжение на выходе усилителя 9;where U 1 is the voltage at the output of the amplifier 9;
U2 - напряжение на выходе усилителя 10.U 2 - the voltage at the output of the amplifier 10.
Найденное отношение R свободно от нестабильности излучателя. Действительно, каждое из напряжений будет определяться по закону, аналогичному закону Бугера-Ламберта-Бера [Беляков В.Л. Автоматизация промысловой подготовки нефти и воды. - М.: Недра, 1988, c.129]:The found ratio R is free from the instability of the emitter. Indeed, each of the stresses will be determined according to a law similar to the Bouguer-Lambert-Beer law [Belyakov V.L. Automation of oil and water field preparation. - M .: Nedra, 1988, p.129]:
где I0 - яркость излучателя,where I 0 is the brightness of the emitter,
K1, K2, k1, k2 - некоторые коэффициенты,K 1 , K 2 , k 1 , k 2 - some factors,
r1, r2 - расстояния от поверхности жидкости до первой и второй групп фотоприемников соответственно,r 1 , r 2 - the distance from the surface of the liquid to the first and second groups of photodetectors, respectively,
с - концентрация взвешенных частиц.C is the concentration of suspended particles.
Если теперь поделить (1.2) на (1.3), то нестабильная составляющая L0 сократится, а результат R будет зависеть от с.If we now divide (1.2) by (1.3), then the unstable component L 0 will decrease, and the result of R will depend on c.
Затем по заложенной в памяти контроллера (в табличном или аналитическом виде) функциональной (градуировочной) зависимости определяется искомая мутность (концентрация взвешенных частиц с)Then, according to the functional (calibration) dependence stored in the controller's memory (in a tabular or analytical form), the desired turbidity (concentration of suspended particles s) is determined
На этом цикл измерения заканчивается. Вычисленное значение индицируется на встроенном индикаторе контроллера 11 или, при необходимости, передается во внешние информационные сети. На время вычислений излучатель 6 гасится в целях его более экономичной работы. Затем цикл повторяется.This completes the measurement cycle. The calculated value is displayed on the built-in indicator of the controller 11 or, if necessary, is transmitted to external information networks. At the time of calculation, the emitter 6 is extinguished in order to its more economical operation. Then the cycle repeats.
Существенным отличительным элементом предлагаемого устройства является фотоприемное устройство, состоящее из двух групп 7 и 8, каждая из которых включает в себя множество фотоприемников (например, фотодиодов), расположенных по окружности вокруг струи 4. Количество фотоприемников предпочтительно выбирать от трех и более, и они должны быть распределены равномерно по окружности. Раскрыв диаграммы направленности фотоприемников полезно делать как можно шире; по крайней мере он должен быть таким, чтобы при любых возможных деформациях и отклонениях струи 4 ее поперечное сечение вписывалось в угол раскрыва диаграммы направленности каждого фотоприемника. Расстояние от фотоприемников до струи выбирается таким, чтобы исключить забрызгивание фотоприемников. Предпочтительно выбирать диаметр окружности для расположения фотоприемников групп 7 и 8 равным 2-5 диаметров струи. Лучшие результаты получаются при большем количестве фотоприемников. В этом случае чувствительность к мутности будет выше, а погрешность от нестабильности струи меньше. В предельном случае каждая группа фотоприемников 7, 8 может быть заменена сплошным кольцеобразным фотоприемником с равномерной внутренней воспринимающей поверхностью, направленной на струю.An essential distinguishing element of the proposed device is a photodetector, consisting of two groups of 7 and 8, each of which includes many photodetectors (for example, photodiodes) located around the circumference around the jet 4. The number of photodetectors is preferably chosen from three or more, and they should be distributed evenly around the circumference. Having opened the radiation pattern of photodetectors it is useful to do as wide as possible; at least it should be such that for any possible deformations and deviations of the jet 4, its cross section fits into the opening angle of the radiation pattern of each photodetector. The distance from the photodetectors to the jet is chosen so as to prevent splashing of the photodetectors. It is preferable to select a circle diameter for arranging the photodetectors of groups 7 and 8 equal to 2-5 jet diameters. Better results are obtained with more photodetectors. In this case, the sensitivity to turbidity will be higher, and the error from the instability of the jet is less. In the extreme case, each group of photodetectors 7, 8 can be replaced by a continuous annular photodetector with a uniform internal receiving surface directed towards the jet.
Если, предположим, фотоприемники в группе 7(8) расположены по окружности L (фиг.2) и воспринимают излучение, выходящее с лентообразной поверхности S, охватывающей струю 4, то суммарный фототок, складывающийся из элементарных фототоков с отдельных фотоприемников, направленных на соответствующие участки поверхности ΔSi, будет оставаться практически постоянным при искривлениях поперечного сечения и отклонениях струи 4 от вертикали V. Действительно, пусть лентообразная поверхность S меняет свою кривизну и (или) смещается в сторону от центра окружности L (при этом считаем, что площадь поперечного сечения самой струи сохраняется). Тогда, если какой-либо участок ΔSi приближается к фотоприемнику, то фототок этого фотоприемника возрастает, но если длина контура S неизменна, то при этом обязательно будет существовать другой участок, удаляющийся на то же расстояние от линии расположения фотоприемников L, и фототок фотоприемника, направленного на удаляющийся участок, будет уменьшаться. В итоге изменения суммарного фототока будут скомпенсированы.If, for example, the photodetectors in group 7 (8) are located around the circle L (Fig. 2) and receive radiation coming out from the ribbon-like surface S, covering stream 4, then the total photocurrent consisting of elementary photocurrents from individual photodetectors directed to the corresponding sections of the surface ΔS i , will remain almost constant when the cross section is curved and the jet 4 deviates from the vertical V. Indeed, let the ribbon-like surface S change its curvature and (or) shift away from the center of the L (in this case, we assume that the cross-sectional area of the jet itself is preserved). Then, if any section ΔS i approaches the photodetector, then the photocurrent of this photodetector increases, but if the length of the circuit S is unchanged, then there will surely be another section that is removed at the same distance from the line of location of the photodetectors L, and the photodetector of the photodetector, directed towards the receding area will decrease. As a result, changes in the total photocurrent will be compensated.
Если же изменится площадь поперечного сечения струи 4, то это также не приведет к заметному изменению результата, так как при этом яркости свечения струи 4 в местах расположения групп фотоприемников 7 и 8 изменятся одинаково, а это не вызовет изменения результата R при логометрическом принципе измерения (нахождения отношения согласно (1.1)).If the cross-sectional area of the jet 4 changes, this also will not lead to a noticeable change in the result, since in this case the brightness of the glow of the jet 4 at the locations of the groups of photodetectors 7 and 8 will change equally, and this will not cause a change in the result of R with the ratiometric measurement principle ( finding a relation according to (1.1)).
Группы фотоприемников 7 и 8 должны быть разнесены друг от друга на такое расстояние, чтобы сигналы U1 и U2 на выходах усилителей 9 и 10 в достаточной степени отличались друг от друга при изменении мутности во всем возможном диапазоне. Опытным путем установлено, что для этого группы фотоприемников 7 и 8 должны быть разнесены на расстояние, в 2-5 раз превышающее диаметр струи 4 (в зависимости от диапазона возможных значений мутности).The groups of photodetectors 7 and 8 should be spaced from each other to such a distance that the signals U 1 and U 2 at the outputs of amplifiers 9 and 10 are sufficiently different from each other when the turbidity changes in the entire possible range. It was experimentally established that for this group of photodetectors 7 and 8 should be spaced apart by a distance 2-5 times the diameter of jet 4 (depending on the range of possible turbidity values).
При практической реализации устройства не предполагается использование дорогих и дефицитных элементов. Излучатель 6 представляет собой светодиод достаточной мощности и с достаточно узкой угловой апертурой излучения или лазер. Предпочтительным частотным диапазоном излучателя является диапазон красного или инфракрасного излучения. В качестве фотоприемников групп 7, 8 лучше всего использовать фотодиоды, например ФД256. Количество фотоприемников предпочтительно выбирать от трех и более. Усилители 9 и 10 могут быть выполнены на базе операционных усилителей, включенных по схеме преобразователей ток - напряжение, которая хорошо известна в электронике [Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. - М.: Высшая школа, 1991, c.404]. Контроллер 11 может быть выполнен на основе одного из широко распространенных программируемых PIC-контроллеров фирмы MicroChip. Дренажная система 5 может состоять из нескольких элементов (например, водосборных желобов, трубочек, воронок и т.п.), которые в совокупности выполняют функцию сбора и отвода жидкости.In the practical implementation of the device, it is not intended to use expensive and scarce elements. The emitter 6 is an LED of sufficient power and with a fairly narrow angular aperture of radiation or a laser. The preferred frequency range of the emitter is the range of red or infrared radiation. As photodetectors of groups 7, 8, it is best to use photodiodes, for example, FD256. The number of photodetectors is preferably selected from three or more. Amplifiers 9 and 10 can be made on the basis of operational amplifiers included in the scheme of current-voltage converters, which is well known in electronics [Gusev V.G., Gusev Yu.M. Electronics. - M.: Higher School, 1991, p. 404]. The controller 11 can be made on the basis of one of the widely used MicroChip programmable PIC controllers. The drainage system 5 may consist of several elements (for example, drainage channels, ducts, funnels, etc.), which together perform the function of collecting and draining the liquid.
Описанное устройство обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом:The described device has the following advantages compared to the prototype:
- более высокими чувствительностью и разрешающей способностью за счет получения нефелометрического сигнала интегрально вокруг подсвечиваемой струи, и, как следствие, более высокой точностью определения мутности;- higher sensitivity and resolution due to the receipt of a nephelometric signal integrally around the illuminated stream, and, as a result, a higher accuracy in determining turbidity;
- повышенной метрологической надежностью, так как различные случайные искривления струи не изменяют суммарный фототок в каждой группе, а влияние запотевания или забрызгивания излучателя и фотоприемников сводится к минимуму за счет логометрического принципа вычисления результата - путем нахождения отношения фототоков групп фотоприемников.- increased metrological reliability, since various random curvatures of the jet do not change the total photocurrent in each group, and the influence of fogging or splashing of the emitter and photodetectors is minimized by the ratiometric principle of calculating the result - by finding the ratio of the photocurrents of the groups of photodetectors.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003112927/28A RU2235991C1 (en) | 2003-04-30 | 2003-04-30 | Noncontact turbidimeter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003112927/28A RU2235991C1 (en) | 2003-04-30 | 2003-04-30 | Noncontact turbidimeter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2235991C1 true RU2235991C1 (en) | 2004-09-10 |
| RU2003112927A RU2003112927A (en) | 2004-10-27 |
Family
ID=33433849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003112927/28A RU2235991C1 (en) | 2003-04-30 | 2003-04-30 | Noncontact turbidimeter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2235991C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463580C1 (en) * | 2011-06-16 | 2012-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Non-contact nephelometer with gimbal suspension |
| RU2559164C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Intellectual contact-free turbidimeter |
| EP3149453A1 (en) * | 2014-09-19 | 2017-04-05 | Hach Company | Nephelometric turbidimeter with axial illumination and circumferential photodetector |
| RU2627561C1 (en) * | 2016-03-24 | 2017-08-08 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛЮМЭКС-АвтоХимКонтроль" | Device for measuring concentration of light-absorbing substances |
-
2003
- 2003-04-30 RU RU2003112927/28A patent/RU2235991C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ROGNER A. Turbidity measurement in drinking water applications - new requirements and approaches. International Environmental Technology. v.8.6. - 1998, p.9-10. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463580C1 (en) * | 2011-06-16 | 2012-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Non-contact nephelometer with gimbal suspension |
| RU2559164C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Intellectual contact-free turbidimeter |
| EP3149453A1 (en) * | 2014-09-19 | 2017-04-05 | Hach Company | Nephelometric turbidimeter with axial illumination and circumferential photodetector |
| US10823672B2 (en) | 2014-09-19 | 2020-11-03 | Hach Company | Turbidimeter |
| RU2627561C1 (en) * | 2016-03-24 | 2017-08-08 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛЮМЭКС-АвтоХимКонтроль" | Device for measuring concentration of light-absorbing substances |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6124937A (en) | Method and device for combined absorption and reflectance spectroscopy | |
| US4152070A (en) | Turbidimeter | |
| US4917496A (en) | Particle size measuring instrument with direct scattered light detection | |
| RU2353906C2 (en) | Optic device and method for determination of polyphase flow parameters | |
| JPS60501719A (en) | Optical-based measurement of fluid parameters | |
| RU2599410C1 (en) | Method for measuring height of transparent liquid level and device for its implementation | |
| JP4487198B2 (en) | Turbidimeter | |
| RU2235991C1 (en) | Noncontact turbidimeter | |
| US7619723B2 (en) | Refractometer | |
| NO174866B (en) | Fluid spreading cell | |
| US3177760A (en) | Apparatus embodying plural light paths for measuring the turbidity of a fluid | |
| US3609048A (en) | Self cleaning sample cell for radiant energy analyzers | |
| EP2169386A1 (en) | Particle concentration detecting device | |
| RU39708U1 (en) | WIDE RANGE CONTACTLESS MUTROMETER | |
| US20060055927A1 (en) | Turbidity sensor | |
| US20070070333A1 (en) | Light returning target for a photometer | |
| RU54676U1 (en) | NON-CONTACT CONCENTRATOMETER FOR LIQUID DISPERSED MEDIA | |
| RU2235310C1 (en) | Noncontact turbidimeter | |
| US5175596A (en) | Liquid nephelometer | |
| JP2000199742A (en) | Oil film detecting apparatus | |
| JP3031778U (en) | Probe type turbidity detector | |
| CN210604381U (en) | Bacteria turbidimeter | |
| EP3485257A1 (en) | Method and apparatus for determining solids content in a liquid medium | |
| KR200339565Y1 (en) | A particle counter by use of two LED | |
| JP2002250692A (en) | Instrument and method for measuring oil concentration in oily water containing contaminant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050501 |