SE450791B - Sett och anordning for detektering av fororeningshalten i en vetska - Google Patents

Description

45Û 791 het, och speciellt i sådana fall då man på förhand vet vilka huvudsakliga ytterligare föroreningar som finnes i vätskan.

GB-A-2 097 529 (ITT) beskriver en detektor för olja i vatten vid vilken svarssignalen är väsentligen oberoende av oljetyp. En mätcell passeras av en ljusstråle från en ljuskälla och två detektorer uppmäter i olika vinklar reflekterat ljus. Oljekoncentrationen beräknas utgående från skillnaden mellan de båda signalerna.

Icke heller denna anordning tillåter tillräckligt noggrann bestämning av oljehalten, då halten ytterligare föroreningar i oljan är jämförelsevis hög. Publikationen beskriver icke heller bestämning av såväl typ som halt av sekundär resp. tertiär förorening genom detektering av reflekterad ljus- mängd samt - utgående härifrån - bestämning av halt av primär förorening.

SE-B-7712231-5 (ITT) beskriver en mätanordning för bestäm- ning av oljekoncentration, vid vilken man mäter utsprid- ning av inträngande ljus från en ljuskälla medelst en an- ordning som innefattar en halvledarlaser anordnad att drivas i spektrets infraröda område, varvid utnyttjas en första fotodetektor i linje med laserstrålen, en eller flera ytterligare fotodetektorer i vinkel mot laserstrålen och en spänningsstyrd, variabel förstärkare, som styrs av signalen från den första fotodetektorns_utgång. Härvid er- hâlles en automatisk kompensation för förändringar av laserstrålens intensitet. Anordningen är jämförelsevis komplicerad och ger icke heller tillfredsställande resul- tat vid hög förekomst av ytterligare föroreningar.

DE-A1-3 009 835 (Technicon Instruments) beskriver en an- ordning för bestämning av fasgräns mellan gas och vätska med användning av ett optiskt förfarande, vid vilket en mätcell utnyttjas såsom lins. Detta förfarande saknar sam- 450 791 band med här föreliggande uppfinning.

Ytterligare exempel på kända anordningar står att finna i DE-A-2 835 380 (Berber m.fl.), GB-A-2 105 028 (ITT), SU-890 170 och US-A-3 624 835.

Uppfinningens ändamål Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att med und- vikande av nackdelarna hos tidigare kända anordningar med stor mätnoggrannhet medge kontinuerlig mätning av halten föroreningar i en strömmande vätska med kompensering av inflytandet av olika föroreningar med varierande partikel- storlek.

Ett annat ändamål är att åstadkomma ett detekteringssätt av angivet slag, vilket dessutom medger noggrann bestäm- ning av befintliga sekundära, tertiära etc. föroreningar och utgående härifrån med förbättrad noggrannhet medger bestämning av den primära föroreningen.

Ett ytterligare ändamål är att åstadkomma ett detekterings- sätt av angivet slag vilket med enkla medel riskfritt kan utnyttjas för detektering i explosionsfarlig miljö.

Kort redogörelse för uppfinningen Dessa och andra ändamål uppfylles av ett sätt enligt före- liggande uppfinning vilket väsentligen kännetecknas av att den förorenade vätskan vid kontinuerligt flöde och konstant tryck ledes genom en emulgator för finfördelning av den primära föroreningen innan vätskan tillföres mätcellen, att åtminstone en detektor för en sekundär och åtminstone en ytterligare detektor för en tertiär förorening anord- nas med respektive axel i sådana olika vinklar relativt den transmitterade ljusstrålens axel, att av var och en av de aktuella föroreningarna maximalt reflekterad ljus- mängd detekteras för bestämning av förekommande typer av föroreningar samt andelen av dessa föroreningar, och att 450 791 andelen i mätcellen reflekterat ljus subtraheras från mängden genom cellen transmitterat ljus för bestämning av halten av den primära föroreningen.

Uppfinningen bygger på insikten att den primära emulge- ringsbara föroreningen, exempelvis oljepartiklar av viss storlek, absorberar viss mängd ljus, och att man utgående härifrån med stor noggrannhet kan detektera andra i vät- skan befintliga föroreningar, då dessa sekundära, tertiära etc. föroreningar av partikelform förorsakar reflektion av en del av det genom mätcellen transmitterade ljuset. Typ och halt av sekundära etc. föroreningspartiklar bestämmes genom detektering av reflekterade ljusstrålar, varvid detektorer för sekundär, tertiär etc. förorening anordnas med respektive axel i sådan vinkel relativt den trans- mitterade ljusstrålens axel, att av den aktuella förore- ningen maximalt reflekterad ljusmängd detekteras. Häremot proportionella signaler subtraheras från den signal som alstras till följd av transmitterat ljus, och den resul- terande signalen blir ett noggrant mått på halten av den primära föroreningen.

I praktiken är det ofta ändamålsenligt att utföra en mycket kraftig emulgering för finfördelning av den primära föroreningen, varigenom kan tillförsäkras att åtminstone viss typ av föroreningspartiklar erhåller samma partikel- storlek, vilket medför likformig ljusspridning och en här- emot svarande noggrann signal.

Om man känner reflektionsvinkeln för en viss aktuell för- orening inställes detektorn redan från början i denna vinkel. Inom ramen för uppfinningen ligger emellertid även möjligheten att anordna en eller flera detektorer för reflekterat ljus rörliga, varvid under mätoperationens gång detektorn kan förflyttas, erkannerligen vridas i för- hållande till mätcellens axel, till dess att ett läge upp- nås, i vilket en maximal signal detekteras. Detta läge 450 791 motsvarar därvid reflektionsvinkeln för den aktuella sekundära föroreningen i vätskan.

En eller flera detektorer kan även utnyttjas för bestäm- ning av förekomst av viss, eventuellt förväntad förore- ning. Man utnyttjar därvid kunskapen, att viss typ av föroreningspartiklar förorsakar reflektion av viss andel tillfört ljus i en viss, förutbestämd vinkel, och reflek- tion av en annan, exempelvis mindre andel, i en annan vinkel.

Om man exempelvis har anledning förvänta, att en viss förorening, t.ex. atapulgit förekommer i oljehaltigt vatten, ordnar man exempelvis två detektorer i förutbe- stämda vinklar och registrerar andelen reflekterat ljus i dessa vinklar. Om erhållna värden överensstämmer med förväntade värden, har förekomst av den aktuella förore- ningen kunnat påvisas med stor sannolikhet.

Förekomst av en tertiär förorening, exempelvis järnoxid, kan bestämmas på motsvarande sätt, exempelvis genom att detektorerna inställes i andra, förutbestämda vinklar eller genom att de redan inställda detektorerna detekterar andra förutbestämda andelar reflekterat ljus.

Vid en utföringsform föredrages att mätcellen belyses med rött ljus av kortare våglängd än infrarött ljus. Detta är särskilt ändamålsenligt då oljehalten i vatten detekteras efter emulgeringsoperationen, eftersom den kortare våg- längden motsvarar de små oljepartiklar som erhållits i emulgatorn.

I praktiken föredrages dessutom att själva mätcellen ut- nyttjas som lins för fokusering av transmitterat och/eller reflekterat ljus till respektive detektor. Därjämte bör tillses, att ljusstrâlarna förlöper parallellt genom mät- cellen. 455] 791 Man väljer därvid tjockleken av det rör som utnyttjas så- som mätcell på lämpligt sätt för att själva mätcellen skall fungera såsom lins och noggrant fokusera det av ljuskällan utsända ljuset till detektorn samt åstadkomma det parallella strålförloppet. Ett extra linsarrangemang för detta ändamål kan härvid undvaras.

För att förbättra resultatet är det vidare som regel ända- målsenligt att belägga mätcellen med ett ljusabsorberande I skikt utom i områden som skall medge passage av trans? mitterat resp. reflekterat ljus.

För att underlätta detekteringsförloppet och/eller detek- torernas placering kan en eller flera speglar på lämpligt sätt anordnas i de olika ljusstrålarnas väg.

Därjämte föredrages att den förorenade vätskan avluftas före detekteringsoperationen. Då vätskan dessutom emulge- ras bör avluftningen ske före emulgeringsoperationen.

Uppfinningen avser även en anordning arbetande enligt det uppfinningsmässiga sättet, vilken anordnings väsentliga kännetecken är angivna i patentkraven.

En utföringsform av uppfinningen skall nedan närmare be- skrivas med hänvisning till bifogade, schematiska rimfimgs- figurer.

Kort redogörelse för ritningsfigurerna Fig. 1 är ett tvärsnitt genom en såsom en lins fungerande mätcell, som genomströmmas av en förorenad vätska som genomgås av ljusstrålar från en ljuskälla, vilka strålar detekteras av detektorn.

Fig. 2 är en vy som åskådliggör principen för detekterings- sättet enligt uppfinningen. (x 450 791 Fig. 3 är en principvy över i en anordning enligt upp- finningen ingående delar.

Fig. 4, slutligen, är ett tvärsnitt genom en mätcell jämte tillhörande ljusdiod och detekteringsorgan för arbete i gasfarlig miljö.

Beskrivning av föredragen utföringsform Fig. 1 är ett tvärsnitt genom en mätcell i form av ett ganska tjockväggigt rör 1 som genomströmmas av en förorenad vätska 2. Vätskan kan exempelvis vara vatten i vilken finnes en primär förorening i form av olja 2a. I vätskan finnes dessutom en sekundär och en tertiär förorening.

Enligt exemplet kan den sekundära föroreningen bestå av järnoxid i form av finfördelade partiklar 2b och den tertiära föroreningen av atapulgit i form av finfördelade partiklar 2c. 7 En ljuskälla, t.ex. en ljusdiod 3, utsänder ljusstrålar 4, och mätcellen, dvs. röret 1, tjänar som en lins som foku- serar ljusstrålarna mot en detektor 5, vilken sålunda be- finner sig i fokalplanet för den som lins tjänstgörande mätcellen 1.

De i vätskan 2 befintliga föroreningspartiklarna Zb och Zc kommer i beroende av föroreningarnas art och halt att medföra reflektion och absorption av viss del av det till- förda ljuset. Återstoden som detekteras av detektorn 5 ut- gör genom mätcellen 1 transmitterat ljus.

Uppfinningen bygger på insikten att om man kan noggrant "bestämma det till följd av föroreningspartiklarna 2b och 2c reflekterade ljuset så erhålles även ett noggrant mått på halten av den primära föroreningen genom subtraktion från initiellt emitterat ljus och jämförelse i en dator (icke visad). 450 791 Fig. 2 åskådliggör den principiella uppbyggnaden av mät- anordningen. Liksom i fig. 1 betecknas mätcellen med siffran 1. Den är försedd med en absorberande beläggning 1a utom i de områden som passeras av transmitterat resp. reflekterat ljus.

Lysdioden 3 avger ljusstrålar, varvid endast den centrala ljusstrålen 4 utritats.

Det antas att mätcellen innehåller vatten bemängt med olja jämte ytterligare två föroreningar såsom järnoxid och atapulgit i form av fina partiklar.

Järnoxiden åstadkommer reflektion i en vinkel (X av ett mot halten av föroreningen svarande antal ljusstrålar, av vilka den centrala betecknats 4a. Pâ motsvarande sätt åstadkommer den tertiära föroreningen atapulgit reflektion av ett mot halten svarande antal ljusstrålar, av vilken den centrala betecknas 4b i en vinkel ¿8. Den återstående, transmitterade ljusstrålen betecknas 4c och detekteras av en detektor 5 efter att ha omlänkats i en spegel 6.

Den reflekterade ljusstrålen 4a detekteras av en detektor 7, vars axel är anordnad i vinkeln CX mot ljusstrålen 4.

På motsvarande sätt detekteras ljusstrålen 4b av en detek- tor 8, vars axel bildar vinkeln /3 med strålen 4.

Den från ljusdioden 3 utsända ursprungliga strålen passe- rar ett planglas 10 som dessutom reflekterar en liten mängd av det utsända ljuset. Denna reflekterade ljusmängd detekteras av en detektor 9 som därvid registrerar ett- noggrant värde på det utsända ljuset. Framför var och en av detektorerna 5, 7, 8 och 9 finnes en planglasskiva 5a, 7a, 8a och 9a.

Detektorerna 7 och 8 avger signaler svarande mot halten detekterat ljus från de båda sekundära resp. tertiära Q: ffish 450 791 föroreningarna, vilka signaler för behandling mottas i en dator (icke visad). Denna andel subtraheras från andelen genom cellen transmitterat ljus, vilket detekterats av detektorn 5. Detektorerna 7 och 8 kan med stor noggrann- het registrera halten av de sekundära och tertiära förore- ningarna, vilket i sin tur innebär att halten av den pri- mära föroreningen, utgående från den av detektorn 5 avgivna signalen svarande mot mängden transmitterat ljus, även kan beräknas med stor noggrannhet.

Om man icke äger närmare kunskap om en förekommande sekun- där eller tertiär förorening, och följaktligen icke heller känner motsvarande reflektionsvinkel (X resp. f3, så kan detektorn 7 eller 8 vridas i förhållande till mätcellens axel till dess att ett maximalt utslag för den aktuella föroreningen erhålles. Eventuellt kan härvid den inställda vinkeln utnyttjas som indicium på förekomst av en viss för- väntad typ av förorening.

Ett ytterligare indicium kan erhållas genom detektering att i en andra vinkel, t.ex. /3, erhålles en svagare signal. Förhållandet mellan de båda signalerna kan bestäm- mas och värdet kan ge hög sannolikhet, eller till och med visshet, om förekomst av en viss typ av förorening.

Pig. 3 visar schematiskt en anordning i form av en analys- enhet för tillämpning av det ovan angivna förfaringssättet.

Förorenad vätska tillföres via en ledning 15 och får passera en emulgator 16 innan vätskan tillföres mätcellen 1. Med hjälp av en tryckregleranordning 17 upprätthålles ett kon- tinuerligt flöde i kretsen. I vätskans väg finnes en tem- peratursensor 18 och en magnetventil 19. Färskvatten till- föres via en ledning 20 försedd med en magnetventil 21 och avluftas i en avluftare 22. Efter passage av en ventil 23 är ledningen 20 i en anslutningspunkt 24 förenad med led- ningen 15. Frân avluftaren 22 avgår en grenledning 25 som via en tryckregleranordning 26 och en ventil 27 står i 450 791 10 förbindelse med ledningen 15. En trycksensor 28 avkänner trycket i ledningarna 15 och 20. Med vissa mellanrum spolas systemet genom tillförsel av endast färskvatten via ledningen 20. I detta fall förbikopplas tryckregler- anordningen 17 via en grenledning 30 försedd med en ventil 31.

Mätcellen 1 upptar anordningar av det slag som ovan be- skrivits.

Ett exempel på en mätanordning för arbete i explosions- farlig atmosfär visas i fig. 4. Anordningen betecknas med siffran 35 och innefattar en del 35a som innehåller mät- cellen 1, vilken del 35a är avtätad relativt delen 35b som innehåller lysdioden 3 och detektorerna 9, 7, 8 och 5.

En spegel 36 reflekterar det genom mätcellen transmitte- rade ljuset innan det tillföres detektorn 5.

Vid förekomst av ytterligare föroreningar förses anord- ningen med motsvarande antal detektorer anordnade i förut- bestämda vinklar i beroende av respektive förorenings art.

Såsom framgått av det ovan angivna kan ett sätt och en an- ordning enligt uppfinningen utnyttjas för bestämning av varierande föroreningar i olika typer av vätskor. (r

Claims (8)

i 450 791 11 Patentkrav

1. Sätt att detektera halten av en primär och emulge- ringsbar förorening, t.ex. olja, i en vätska, t.ex. vatten, som dessutom innehåller sekundära, tertiära och ev. ytter- ligare icke emulgeringsbara föroreningar, t.ex. järnoxid och atapulgit, varvid den förorenade vätskan efter behand- ling ledes genom en mätcell och belyses från en ljuskälla, varjämte mängden genom cellen transmitterat och reflekterat ljus mätes medelst detektorer, k ä n n e t e c k n a t av att den förorenade vätskan vid kontinuerligt flöde och _konstant tryck ledes genom en emulgator för finfördelning av den primära föroreningen innan vätskan tillföres mät- cellen, att åtminstone en detektor för en sekundär och åtminstone en ytterligare detektor för en tertiär förorening anordnas med respektive axel i sådana olika vinklar relativt den transmitterade ljusstrålens axel, att av var och en av de aktuella föroreningarna maximalt reflekterad ljusmängd detekteras för bestämning av förekommande typer av förore- ningar samt andelen av dessa föroreningar, och att andelen i mätcellen reflekterat ljus subtraheras från mängden genom cellen transmitterat ljus för bestämning av halten av den primära föroreningen.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att detektorerna för reflekterat ljus anordnas rörligt för att medge bestämning av de lägen där maximal signal avges, varigenom säkerställning av förekomst av viss, eventuellt förväntad förorening medges.

3. _ Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e*c k n a t av att mätcellen belyses med rött ljus av kortare våglängd än infrarött ljus. 450 791 12

4. Sätt enligt något av krav 1-3, k ä n n e t e c k- n a t av att själva mätcellen utnyttjas som lins för fokusering av transmitterat och/eller reflekterat ljus till respektive detektor, varvid mätcellen bringas att bryta ljusstrålarna så att de förlöper parallellt genom denna.

5. Anordning för detektering av halten av en primär och emulgeringsbar förorening, t.ex. olja, i en vätska, t.ex. vatten, som dessutom innehåller sekundära, tertiära och ev. ytterligare icke emulgeringsbara föroreningar, t.ex. järnoxid och atapulgit, vilken anordning innefattar a) en mätcell (1), _ b) organ (15) för att bringa den förorenade vätskan att strömma genom mätcellen med konstant tryck, c) en temperatursensor (18), d) en ljuskälla (3) för avgivning av en ljusstråle (4) genom mätcellen (1), e) en detektor (9) för detektering av ljusmängden från ljuskällan och avgivning av en häremot proportionell signal, f) en i den genom mätcellen transmitterade ljusstrålens väg anordnad detektor (5) för transmitterat ljus och avgivning av en häremot proportionell signal, g) en dator för utvärdering av signalerna från detekto- rernä., k ä n n e t e c k n a d av h) en i den förorenade vätskans strömningsväg före mät- cellen (1) inkopplad emulgator (16) för finfördelning av den primära föroreningen, i) åtminstone en i en vinkel mot ljusstrålen genom mät- cellen anordnad detektor (7) för detektering av en mängd till följd av en sekundär förorening i mätcellen (1) reflekterat ljus (4a) och avgivning av en häremot _proportionell signal till datorn, och j) åtminstone en ytterligare i en annan vinkel mot ljus- _51 strålen genom mätcellen anordnad detektor (8) för 450 791 13 detektering av en mängd till följd av en tertiär för- orening i mätcellen (1) reflekterat ljus (4b) och av- givning av en häremot proportionell signal till datorn.

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k"n a d av att detektorerna (7, 8) för detektering av sekundära resp. tertiära föroreningar är rörligt anordnade.

7. Anordning enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k- n a d av att mätcellen (1) är belagd med ett ljusabsorbe- rande skikt utom i områden som medger passage av trans- mitterat resp. reflekterat ljus.

8. Anordning enligt något av krav 5-7 vid detektering av föroreningar i ett område med explosionsrisk, exempel- vis vid blandning av gasfas och vätskefas, k ä n n e- t e c k n a d av att mätcellen (1) är anordnad i en i för- hållande till detektorerna (5, 7, 8, 9) avtätad gasfarlig del (35a) av anordningen, och att en spegel (6) tillför- säkrar strålgången mellan den gasfarliga (35a) och icke gasfarliga delen (35b).