RU2538417C1 - Устройство контроля оптической плотности потока - Google Patents
Устройство контроля оптической плотности потока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2538417C1 RU2538417C1 RU2013138987/28A RU2013138987A RU2538417C1 RU 2538417 C1 RU2538417 C1 RU 2538417C1 RU 2013138987/28 A RU2013138987/28 A RU 2013138987/28A RU 2013138987 A RU2013138987 A RU 2013138987A RU 2538417 C1 RU2538417 C1 RU 2538417C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cell
- transparent
- photodetector
- sections
- light
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Measuring Cells (AREA)
Abstract
Изобретение относится к определению объемной концентрации мелкодисперсных взвешенных частиц в потоке жидкости или газа и может быть использовано для непрерывного контроля процессов очистки воды в биологических очистных сооружениях. Проточная измерительная ячейка устройства выполнена в виде усеченного прозрачного или с прозрачными окнами конуса, в который вставлен и зафиксирован на заданном расстоянии от стенок ячейки сплошной или пустотелый прозрачный стержень конической формы таких размеров и таким образом, что разность квадрата внутреннего радиуса ячейки и квадрата наружного радиуса прозрачного стержня, измеренных в одном сечении ячейки, постоянна для всех сечений ячейки. Источник света содержит делитель светового потока, обеспечивающий сканирование световым лучом сечений ячейки по всей длине ячейки, а фотоприемник выполнен в виде линейки отдельных фотоприемников, содержащей как минимум два независимых фотоприемника. Изобретение обеспечивает повышение точности измерений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для определения объемной концентрации мелкодисперсных взвешенных частиц в потоке жидкости или газа по измерению оптической плотности потока и может быть использовано для непрерывного контроля процессов очистки воды в биологических очистных сооружениях, дымовых и пылегазовых потоков, химических и других производств.
Существуют способы и устройства определения концентрации взвешенных микрочастиц, основанные на измерении интенсивности рассеянного микрочастицами света. В наиболее общем виде интенсивность светорассеяния зависит от размера и количества частиц.
Классическое устройство для определения оптической плотности потока, например жидкости, состоит из источника света, проточной ячейки (прямоугольной или цилиндрической, прозрачной или с прозрачными окнами), фотоприемника и анализатора фотосигнала. Оптическая плотность ячейки складывается из оптической плотности стенок ячейки (величины постоянной), оптической плотности потока струи жидкости (переменной величины, которую и надо контролировать) и оптической плотности налета на стенках ячейки (изменяющейся во времени по неустановленным законам). Как правило, оптической плотностью налета пренебрегают (в силу ее относительно невысокого значения), что обуславливает систематическую погрешность рассмотренного метода измерения.
Известно устройство для определения объемной концентрации взвешенных частиц в светопоглощающих средах, содержащее источник света, измерительную камеру (измерительную ячейку), фотоприемники, блоки управления (а.с. 1303906, класс G01N 21/27).
Недостатком известного устройства является возможность корректного контроля только сред с очень малой концентрацией взвешенных частиц. Это обусловлено тем, что не учитывается неконтролируемое ослабление светового потока загрязняющими отложениями на стенках измерительной камеры при пропускании через нее потока жидкой или газовой среды со значительными концентрациями взвешенных частиц.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является известное устройство, содержащее цилиндрическую фотометрическую кювету (измерительную ячейку), источник света, фотоприемник, блок обработки сигнала, узел очистки - промывки (а.с. 1453272, класс G01N 21/85).
Недостатком известного устройства является конструктивное усложнение устройства при недостаточной точности измерения (точное измерение возможно только во временной точке - сразу после очистки ячейки), а также направленность на применение для узкого круга сред, а более конкретно для измерения концентрации нефти и нефтепродуктов в сбросовых водах.
Задачей настоящего изобретения является повышение точности измерений путем устранения погрешности непрерывного измерения оптической плотности потока жидкой или газовой среды, обусловленной образованием налета из содержащихся в потоке частиц на внутренней поверхности ячейки, и расширение функциональности устройства.
Поставленная задача решается тем, что контролируемый поток жидкой или газовой среды (или эквивалентную часть потока) пропускают через ячейку, представляющую собой прозрачный или с прозрачными окнами усеченный конус, внутри которого располагается прозрачный сплошной или пустотелый стержень конической формы, оптическая плотность которого априори известна и габариты которого задаются внутренними габаритами ячейки.
Устройство состоит из проточной конической ячейки 1, подсоединяемой через переходники и переключающую арматуру (на рисунке не показаны) к соответствующему трубопроводу, источника света 2 (лампа накаливания с рефлектором, светодиод или лазер), делителя 3 светового потока 4, линейки (блока отдельных независимых фотоприемников) 5. Источник света (делитель светового потока) и линейка (блок) фотоприемников (фотоэлементов) расположены параллельно ячейке (потоку) на противоположных сторонах измерительной ячейки (фигура 1). Внутрь конической ячейки 1 вставлен конический стержень 6 (в вариантном исполнении пустотелый).
Линейка фотоприемников подключается к блоку обработки сигнала (анализатору оптоэлектрического сигнала) - на рисунках не показан.
На фигуре 2 показан продольный разрез этой ячейки. Конический стержень-вставка 6 зафиксирован внутри ячейки фиксаторами 7, обеспечивающими необходимый зазор 8 между стенками 9 ячейки 1 и внешней поверхностью стержня 6. Стенки 9 ячейки 1 и конический стержень-вставка 6 выполнены из прозрачных материалов с фиксированными оптическими плотностями.
Устройство работает следующим образом. Измерительная ячейка 1 со вставленным в нее вкладышем 6 с помощью переходников, в зависимости от объемных скоростей потока, вставляется в разрыв трубопровода или подключается параллельно потоку жидкой или газовой субстанции, содержащей взвешенные микрочастицы, концентрацию которых необходимо контролировать. Поток пускают через ячейку в зазор 8 между стенками 9 ячейки 1 и конической вставкой 6. При параллельном подключении, с помощью переключающей арматуры через ячейку пускают эквивалентную часть потока. Одновременно включают источник света 2, делитель светового потока 3, линейку фотоприемников 5 и блок обработки оптоэлектрического сигнала. Делитель светового потока 3 направляет локальные световые лучи 4 минимум через два разных сечения ячейки 1. По выходу из ячейки локальные световые лучи попадают на отдельные фотоприемники линейки фотоприемников (каждый луч на свой независимый фотоприемник).
В вариантном исполнении линейка фотоприемников выполняется монолитной, однородной по всей длине, а световые лучи пропускаются через разные сечения ячейки по очереди с пренебрежимо малой разницей во времени (доли миллисекунд), что может расцениваться (с точки зрения потока) как практически одновременно. При этом блоку управления этой микроскопической разницы во времени достаточно для различения этих световых лучей.
Оптическая плотность Di i-го сечения (участка) измерительной ячейки равна
Dc - оптическая плотность стенок ячейки (величина постоянная),
Dн - оптическая плотность пристеночного слоя (налета, отложений, осадка взвешенных веществ на стенках ячейки и вставки). Зависит от времени протекания процессов (времени протекания потока через ячейку). В любой фиксированный момент времени величина оптической плотности пристеночного слоя одинакова для любой точки на внутренней поверхности ячейки.
Соответственно, разность оптических плотностей ячейки D1 и D2, зафиксированных в сечениях С1 и С2 (фигура 2), пропорциональна разности оптических плотностей потока в этих сечениях.
Поскольку существуют фиксированные зависимости оптической плотности от толщины слоя и концентрации примесей, сканирование световым лучом по разным толщинам ячейки позволяет вычленить «очищенную» оптическую плотность единицы объема потока и, как следствие, концентрацию загрязняющего компонента.
Анализатор оптоэлектрического сигнала (блок обработки сигнала) фиксирует ослабление светового потока (оптическую плотность ячейки) как минимум в двух точках (сечениях) ячейки 1. В соответствии с заложенным в него алгоритмом анализатор из полученных значений отбрасывает оптическую плотность налета на внутренних поверхностях ячейки и, используя предварительную калибровку, по «очищенной» оптической плотности потока рассчитывает и выдает исправленные значения концентрации микрочастиц в потоке.
Эти лишенные систематической погрешности, обусловленной налетом на внутренних поверхностях ячейки, значения концентрации микрочастиц в потоке анализатор выдает во время всего периода работы ячейки: с момента включения и до полной потери прозрачности ячейки.
Перед началом работы может быть проведена калибровка ячейки стандартным образом на модельной контролируемой субстанции по измерению светорассеяния в суспензиях с известной концентрацией микрочастиц.
После полной утраты прозрачности из-за налета на стенках грязную ячейку меняют на чистую или, при возможности, промывают (продувают) потоком увеличенной скорости.
Скорость оседания налета на стенках зависит от скорости потока субстанции. Для того чтобы скорость оседания частиц на поверхность стенок ячейки и вставки была одинаковой на всем протяжении ячейки, необходимо чтобы одинаковой была скорость потока, которая обратно пропорциональна площади проходного сечения ячейки. Для этого необходимо выдерживать равенство проходных площадей ячейки во всех ее сечениях по всей длине ячейки.
Пусть радиусы R1 и R2 - внутренние радиусы ячейки, а r1 и r2 - наружные радиусы вставки в сечениях С1 и С2 соответственно. То есть R1=⌀1I/2, R2=⌀2I/2, r1=⌀1/2, r2=⌀2/2 (фигура 2). Тогда площади проходных сечений С1 и С2 (фигура 2) равны:
Из условия равенства площадей проходных сечений вытекает:
. И это соотношение должно быть выдержано по всей длине ячейки.
Дополнительными условиями соблюдения равенства толщины осадка на стенках ячейки и вставки и, как следствие, его оптической плотности являются обеспечение однородности (гладкости) внутренней поверхности ячейки и наружной поверхности прозрачной вставки, а также выбор зазора 8 (фигуры 1, 2) и положения ячейки относительно контролируемого потока такими, чтобы в условиях фактического применения ячейки предпочтительно обеспечивалась ламинарность потока.
Техническим результатом применения предлагаемого устройства в сравнении с прототипом является:
- уменьшение до нуля влияния загрязнения внутренних поверхностей ячейки налетом из содержащихся в потоке частиц, что обеспечивает повышение точности (достоверности) измерений концентраций частиц в объеме потока;
- а также возможность контроля различных сред как жидких, так и газовых (дымовых, пылевых), что означает расширение функциональности устройства.
Claims (2)
1. Устройство контроля оптической плотности потока, содержащее измерительную ячейку, источник света, фотоприемник, блок обработки сигнала, отличающееся тем, что проточная измерительная ячейка выполнена в виде усеченного прозрачного или с прозрачными окнами конуса, в который вставлен и зафиксирован на заданном расстоянии от стенок ячейки сплошной или пустотелый прозрачный стержень конической формы таких размеров и таким образом, что разность квадрата внутреннего радиуса ячейки и квадрата наружного радиуса прозрачного стержня, измеренных в одном сечении ячейки, постоянна для всех сечений ячейки, источник света дополнен делителем светового потока, обеспечивающим сканирование световым лучом сечений ячейки по всей длине ячейки, а фотоприемник выполнен в виде линейки отдельных фотоприемников, содержащей как минимум два независимых фотоприемника.
2. Устройство контроля оптической плотности потока по п.1, отличающееся тем, что делитель светового потока и линейка фотоприемников расположены параллельно ячейке на противоположных сторонах измерительной ячейки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013138987/28A RU2538417C1 (ru) | 2013-08-20 | 2013-08-20 | Устройство контроля оптической плотности потока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013138987/28A RU2538417C1 (ru) | 2013-08-20 | 2013-08-20 | Устройство контроля оптической плотности потока |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2538417C1 true RU2538417C1 (ru) | 2015-01-10 |
Family
ID=53288057
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013138987/28A RU2538417C1 (ru) | 2013-08-20 | 2013-08-20 | Устройство контроля оптической плотности потока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2538417C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU819644A1 (ru) * | 1979-06-18 | 1981-04-07 | Предприятие П/Я В-2504 | Способ и устройство дл определе-Ни Об'ЕМНОй КОНцЕНТРАции АэРОзОл |
SU1154590A1 (ru) * | 1983-01-21 | 1985-05-07 | Тбилисское Научно-Производственное Объединение "Аналитприбор" | Кювета дл фотометрических измерений |
SU1303906A1 (ru) * | 1985-08-01 | 1987-04-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Молекулярной Биологии | Устройство дл определени объемной концентрации взвесей в светопоглощающих средах |
SU1427247A1 (ru) * | 1986-11-19 | 1988-09-30 | Тбилисское Научно-Производственное Объединение "Аналитприбор" | Проточный бесконтактный мутномер дл жидких сред |
SU1453272A1 (ru) * | 1986-12-16 | 1989-01-23 | Тбилисское Научно-Производственное Объединение "Аналитприбор" | Устройство дл определени концентрации нефти и нефтепродуктов в воде |
RU2006827C1 (ru) * | 1990-09-27 | 1994-01-30 | Сибирский филиал Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им.Б.Е.Веденеева | Устройство для измерения объемной концентрации твердых частиц в потоках |
-
2013
- 2013-08-20 RU RU2013138987/28A patent/RU2538417C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU819644A1 (ru) * | 1979-06-18 | 1981-04-07 | Предприятие П/Я В-2504 | Способ и устройство дл определе-Ни Об'ЕМНОй КОНцЕНТРАции АэРОзОл |
SU1154590A1 (ru) * | 1983-01-21 | 1985-05-07 | Тбилисское Научно-Производственное Объединение "Аналитприбор" | Кювета дл фотометрических измерений |
SU1303906A1 (ru) * | 1985-08-01 | 1987-04-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Молекулярной Биологии | Устройство дл определени объемной концентрации взвесей в светопоглощающих средах |
SU1427247A1 (ru) * | 1986-11-19 | 1988-09-30 | Тбилисское Научно-Производственное Объединение "Аналитприбор" | Проточный бесконтактный мутномер дл жидких сред |
SU1453272A1 (ru) * | 1986-12-16 | 1989-01-23 | Тбилисское Научно-Производственное Объединение "Аналитприбор" | Устройство дл определени концентрации нефти и нефтепродуктов в воде |
RU2006827C1 (ru) * | 1990-09-27 | 1994-01-30 | Сибирский филиал Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им.Б.Е.Веденеева | Устройство для измерения объемной концентрации твердых частиц в потоках |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10260858B2 (en) | Spatial modulation of light to determine object length | |
Schaap et al. | Optical classification of algae species with a glass lab-on-a-chip | |
US3713743A (en) | Forward scatter optical turbidimeter apparatus | |
US10908059B2 (en) | Slurry monitor coupling bulk size distribution and single particle detection | |
US20220074864A1 (en) | System and method to detection of particles in liquid or in air | |
CN104020083B (zh) | 一种确定水中悬浮颗粒物散射特性的方法 | |
AU2020357863B2 (en) | Determination of protein concentration in a fluid | |
KR20050002822A (ko) | 액체 분석 방법 및 분석 장치 | |
US5400137A (en) | Photometric means for monitoring solids and fluorescent material in waste water using a stabilized pool water sampler | |
US5456102A (en) | Method and apparatus for particle counting and counter calibration | |
CA2877332C (en) | Method and flow cell for characterizing particles by means of non-gaussian temporal signals | |
SE455134B (sv) | Sett och anordning vid optisk analys i genomstromningskuvett | |
EP3066453A2 (en) | Reduced volume spectroscopic sample cell | |
US3702403A (en) | Optical testing apparatus comprising means for flowing liquids in free fall condition at constant flow rate | |
KR20200020947A (ko) | 가스 플로우-라인 내의 흑색 분말 농도의 광학적 검출 | |
RU2538417C1 (ru) | Устройство контроля оптической плотности потока | |
US3609048A (en) | Self cleaning sample cell for radiant energy analyzers | |
JPH0346777B2 (ru) | ||
RU2705101C2 (ru) | Проточная фотометрическая микрокювета | |
RU2334215C1 (ru) | Устройство для измерения запыленности газовой среды | |
CN105445231B (zh) | 分析物的浊度测定方法 | |
JPS6244647A (ja) | 粒子特性測定用フロ−セル | |
RU2801784C1 (ru) | Способ контроля содержания механических примесей в аэрозолях и жидкостях и устройство оптической ячейки для его реализации | |
RU2359250C1 (ru) | Способ контроля чистоты жидкости | |
SU1154590A1 (ru) | Кювета дл фотометрических измерений |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160821 |