SE453015B - Metanordning avsedd for metning av koncentrationen av partiklar som transporteras med en vetska genom ett ror - Google Patents

Description

453, 015 10 15 20 25 30 35 2 Med mätsondær inkopplade till en elektronikkrets som. även är ansluten till en referensanordning bestående av refe- rensmätorgan, vilka står i värmeledande kontakt med röret för vätskans matning, har mätanordningen enligt uppfinningen sålunda undanröjt tidigare svårlösta problem med instabilitet hos mät- kretsar för mätning vid vätskor av angivet slag. Denna refe- rensanordning har en med mätområdets utformning förknippad funktion och omsluts av ett hölje som omger det vätskematande röret och mätsonderna.

Mätaranordningen enligt uppfinningen har sitt använd- ningsområde inom såväl processindustrin som VA-området. Anord- ningen är avsedd för noggrann koncentrationsmätning exempelvis inom pappers- och cellulosaindustrin där mätning kan göras före trycksílar och virvelrenare samt på mäld före inloppslâda på pappersmaskin och på bakvatten för såväl spädning som fiber- återvinning. Inom VA-området är anordningen användbar för slamhalts- och grumlighetsmätning samt mätning av innehållet av suspenderat material i exempelvis rejektvatten från avvatt- ningscentrifuger eller andra mekaniska avvattningsmaskiner.

Mätprincipen bygger på partiklars förmåga att absor- bera och reflektera ljus.

För att uppnå högsta möjliga dynamik, har en del av elektroniken monterats i givaren. Mätning sker med IR-ljus över en mätsträcka på 20 nm. IR-ljuset är pulsat med mycket korta pulser och har mycket hög ljusintensitet, vilket är möj- ligt tack vare en pulsning med ytterst korta pulser och långa mellanrum mellan pulserna. Med stor ljusintensitet erhålles den fördelen att olika mätomràden kan utnyttjas genom enkel omkoppling av en förstärkare som ingår i elektronikkretsen.

Då ljusutbytet från en IR-diod är starkt temperaturberoende, kompenseras detta via ett separat referenssystem i givaren.

Detta kompenserar även för drift i övriga komponenter samt för eventuellt inkommande ströljus. i I Mätsignalen från givaren består av en puls vars höjd l är proportionell mot koncentrationen. Denna puls kan omformas till en likspänning i en sampel- och hällkrets, vilken sam- tidigt är kopplad till integreringstiden. Denna har en fast tid omkring sitt mätvärde, och en inställbar tid för dämp- ning av större variationer i koncentrationen. 10 15 20 25 30 35 - 453 015 3 Efter sampel- och hållkretsen går signalen vidare till en MAX- och MIN-inställning, direkt eller via en logförstärk- are. Utgångsstegets förstärkning kan ändpasmed omkopplare. u En digital mätvärdesgivare visar 0-100 6 av inställt omrâde oberoende av vilken utsignal som väljs.

Föredragen utföringsform Mätanordníngen enligt uppfinningen kommer att beskrivas i detalj nedan i samband med en föredragen utföringsform och under hänvisning till bifogade ritningar, där fig. 1 visar en frontvy av givaren till en föredra- gen utföringsform av uppfinningen, sedd från uppströmssidan i vätskans matningsriktning, fig. 2 visar ett snitt II-II enligt fig. 1, fig. 3 visar ett blockschema för en föredragen elektrisk koppling av de i givaren ingående sändarna och detektorerna till en mätvärdesenhet och fig. U visar ett kurvdiagram för exemplifiering av möjliga differentierade inkopplingsbara mätområden.

Mätanordningen enligt uppfinningen omfattar en givare 1, som vid en föredragen utföringsform enligt fig. 1 och 2 omfattar ett rör 2 för matning av den partikelbemängda vätska pà vilken mätningar skall utföras. Röret 2 är försett med anslutningsdon 3, H för inkoppling i en rörledning (ej visad). Vid mätområdet är rörets 2 tvärsnittsarea förändrad till sin form, men uppvisar företrädesvis samma storlek. Sá- lunda övergår rörets 2 tvärsnittsarea i den föredragna ut- föringsformen från normalt cirkulärt tvärsnitt vid anslut- ningsdonen 3, H till ett i huvudsak rektangulärt tvärsnitt 5, såsom bäst framgår av fíg. 1. Övergången från cirkulärt till rektangulärt tvärsnitt är kontinuerlig och kan åstadkommas på flera sätt, men enklast genom en sammanpressning av ett från början genomgående cirkulärt rör.

I rörets 2 varandra motstâende väggar 6, 7 inom det rektangulära området 5 är öppningar upptagna för inplacering av mätsonder 8, 9. Mätsonderna 8, 9 utfyller helt öppning- arna i rörets 2 väggar 8, 7 och deras inåt, mot den matade vätskan vända sondytorna 10, 11 ligger huvudsakligen i plan med innerytan på rörets 2 väggar 6, 7. 4531115 10 15 20 25 30 35 H Mätområdet med rörets 2 rektangulära område 5 och mätsondprna 8, 9 omges av ett hölje 12. Detta hölje 12 är företrädesvis rörformigt och har en längdaxel som sträcker sig vinkelrätt mot såväl rörets 2 längdaxel som mot den av mätsonderna_ 8, 9 bildade axeln. I höljet 12 är öppningar upptagna för införande och kontroll av mätsondëpna 6, 9, vilka såsom visas kan skjuta ut utanför höljet 12.

Vidare innesluter höljet 12 en referensanordning a, 9, utan över en 13, 1U bestående av mätorgan som motsvarar mätsonderna men icke mäter över vätskan som mätsonderna hindersfri bana inom höljet. Referensanordningen 13, 1H står i värmeledande kontakt med röret 2 och kan vara förlagd under (såsom antyds i fig. 2) eller företrädesvis ovanför röret 2.

Höljet 12 innesluter även åtminstone en del av den elektronikkrets som användes för behandling av de signaler som erhålles från mätsonderna 8, 9 och referensanordningen 13, 1u. fördel av IR-typ även om andra typer såsom sådana som arbetar Såväl mätsonderna som referensanordningen är med med synligt ljus eller ultraljud kan komma till användning vid förverkligande av den föreliggande uppfinningen. En före- dragen utföringsform av elektronikkretsen kommer att be- skrivas i det följande under hänvisning till fig. 3.

Av blockschemat enligt fig. 3 framgår att måtsone derna 8, 9 och referensanordningen 13, 14 utgörs av IR-organ, närmare bestämt kan IR-dioder med fördel användas. Vidare återges mätsondernas sändare 8 som ett organ som är gemen- samt med referensanordningens sändare 13. Sålunda kan en IR-diod 8, 13 användas som gemensam sändare över såväl mät- sträckan M som referenssträckan R, varvid de olika ljusban- orna M och R exempelvis kan utgå från fiberoptik ansluten till dioden 8, 13. En annan praktiserbar lösning är att- seriekoppla två exakt lika IR-dioder 8 och 13, som alltså utgör mätsträckans M sändare respektive referenssträckans R sändare.

Mätsondernas detektor 9 utgörs liksom referens- anordningens detektor 14 av en separat fotodiod. Dessa båda fotodioder är av samma typ och är anslutna till vardera en 10 15 20 25 30 35 .- 453 015 5 temperaturkompenserande krets 15-18 resp. 19-22 med identiskt lika utformning. Sålunda är respektive fotodiods 9, 1% utgång ansluten till en förstärkare 15, 19, som via en hållkrets 16, 20 matar en integrator 17, 21. Den intregerade signalen återkopplas via en resistor 18, 22 till förstärkarens 15, 19 ingång. En diod är relativt temperaturberoende men med kom- penseringskretsarna 15-18 och 19-22 uppnås en stabiliser- ande funktion så att utsignalnivån från respektive förstärkare 15, 19 hålles konstant oavsett temperaturvariationer som kan uppträda runt detektorerna 9, 14, såsom i vätskan vars partikelkoncentration skall mätas, i luften på den hinders- fria referensbanan och i röret med vilket referensanordningen står i termisk kontakt. Med dessa kompenseringskretsar 15-18, 19-22 uppnås även en stabiliserande funktion för eventuellt ströljus som kan träffa detektorerna 9, 14. Således kommer varje mer långsam utsignalförändring från detektorerna 9, 1H att utjämnas så att en stabil referensnivå erhålles på för- stärkarnas 15, 19 utgång.

Den eller de för mät- och referenssignalerna anord- nade signalsändaren eller sändarna 8, 13 matas från en oscil- lator 23. Oscillatorn 23 genererar en pulssignal S med mycket kortvariga pulser och förhållandevis långa intervall mellan pulserna. Detta medger att en hög ljusintensitet kan erhållas utan att IR-dioden 8, 13 skadas på grund av egenuppvärmning.

Eftersom sändaren 8, 13 likaledes utgörs av en diod är även den känslig för temperaturvariationer. Dess variationer kom- penseras av en krets ZH-26 bestående av en komparator 24, som följes av en integrator 25 och ett effektförstärkarsteg 26.

Komparatorn 2H matas med pulssignalen S från oscillatorn 23 och utsignalen SR från referensanordningens förstärkare 15.

Denna utsignal SR är likaledes en pulssignal och den är direkt beroende av storleken på de ljuspulser som sändaren 8, 13 av- ger över referenssträckan R. Storleken på sändarens 8, 13 avgivna ljuspulser inregleras av komparatorn ZM och effekt- förstärkarsteget 26 så att pulssignalerna S och SR blir lika stora. Härigenom erhålles sålunda ljuspulser med konstant värde oberoende av temperaturvaríationer hos sändaren 8, 13. Även om sändaren utgörs av två enskilda dioder 8 och 13, såsom 10 15 20 25 30 35 453, 015 6 angivits ovan, erhålles ljuspulser från vardera dioden 8 och 13 som har kontant värde eftersom de båda dioderna 8 och 13 är elektriskt seriekopplade och mekaniskt kopplade till samma underlag och därmed påverkade av samma temperaturvariationer.

De med konstant värde av sändaren 8, 13 utsända ljus- pulserna uppfångas även av detektorn 9 efter att ha passerat mätsträckan M, dvs. efter att ha passerat genom vätskan och däri förefintliga partiklar. Genom att partikelkoncentra- tionen varierar kommer de av detektorn 9 uppfångade ljuspuls- erna att variera på grund av partiklarnas ljusabsorptions- egenskaper. En följd härav blir att utsignalen SM på mät- 2 detektorns 9 förstärkare 19 varierar i beroende av partikel- koncentrationen i vätskan.

För att detektorernas 9, lä temperaturkompenserande i kretsar 15-18, 19-22 icke skall påverkas av nyttosignalerna S 15, 19 och integratorn 17, 21 i var och en av de temperatur- R och SM är en hâllkrets 16, 20 inkopplad mellan förstärkaren kompenserande kretsarna 15-18, 19-22. Denna hållkrets 16, 20 styrs av utsignalen S från oscillatorn 23, så att nyttosig- nalerna SR, SM jordas då de uppträder på hâllkretsen 16, 20.

En bidragande orsak till att nyttosignalerna SR, SM icke återkopplas till förstärkarnas 15, 19 ingångar är att de tem- peraturkompenserande kretsarna 15-18, 19-22 har långsam funktion.

Den på utgången från mätdetektorns 9 förstärkare 19 uttagna nyttosignalen SM utgör sålunda ett noggrant mått på koncentrationen av partiklar i vätskan som matas genom röret 2 * (fig. 2). Denna signal SM är följaktligen användbar för olika i ändamål vid processer av olika slag. Ä För mätändamål, men även för andra applikationer, kan * det vara önskvärt att erhålla en jämnt förlöpande utsignal E i stället för den pulsade utsignalen SM. Genom att inmata utsignalen SM på en sampel- och hållkrets 27, som styrs av oscillatorns 23 signal S, erhålles en logaritmiskt varier- ande signal Slog. Önskar man en linjärt varierande signal S _ inmatas den från sampel och hållkretsen 27 erhållna lin signalen S på en logaritmisk förstärkare 28. Med en om- log kopplare 29 kan en mätare 30 valfritt matas med signalen Slog eller signalen Slim 10 15 20 25 f 453 015 7 Sampel- och hållkretsen 27 kan utgöras av en fält- effekttransistor FET och mätaren 30 kan utgöras av en digi- tal indikator.

Utisgnalen från mätdetektorns 9 förstärkare kan vara valfritt återkopplad till sin ingång via olika resistorer 31 så att olika mëtområden I-IV erhålles. Sålunda kan exempelvis fyra olika mätområden föreligga. l fig. 4 återges medelst ett kurvdiagram hur mätområdet kan förflyttas då det gäller dels den logaritmiska signalen S109 och dels den dåremotsvarande linjära signalen S11". Härvid motsvarar område I ett maxi- malt största resistorvärde inkopplat i förstärkarens 17 återkopplingsgren medan område IV motsvarar en direkt åter- koppling av utsignalen SM till förstärkarens 19 ingång.

Såsom framgår av den ovan givna beskrivningen avses därmed enbart en föredragen utföringsform av uppfinningen, vilken följaktligen kan modifieras på olika sätt utan att uppfinningstanken frångås. Sålunda kan den för IR-komponenter beskrivna elektronikkretsen modifieras på olika sätt utan att uppfínníngstanken frångås. Exempelvis kan kretsen utformas med omkopplingsorgan för studium av enbart en del av varje kurva, exempelvis intervallet 60-70 % av totalt mätområde.

Vidare är det möjligt att införa reglerorgan för att omställa integrationstiden, så att en lugn indikering erhålles på mäta- ren 30.- Av det anförda framgår att uppfinningen ej får anses vara begränsad till den ovan beskrivna och på ritningarna visade föredragna utföringsformen utan kan vara föremål för olika modifieringar inom ramen för vad som anges av efter- följande patentkrav.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 455 015 8 PATENTKRAV

1. Mätanordning avsedd för mätning av koncentrationen av partiklar som transporteras med en vätska genom ett rör (2) och innefattande mätsonder (8, 9) och en referensanord- ning (13, 14), vilka mätsonder och referensanordning vardera inbegriper en sändare (8, 13) och en detektor (9, 14) där mät- sondernas sändare (8) och detektor (9) är anordnade i transport- rörets (2) vägg på vardera sidan om den genom röret matade vätskan och referensanordningens sändare (13) och detektor (14) är anordnade på vardera sidan om en från vätska fri referens- bana (R), varvid sändarna (8, 13) och detektorerna (9, 14) är av IR-typ, k ä n n e t e c k n a d av att sändarna (8, 13) styrs från en gemensam källa (23) som avger pulsad energi till sändarna, vilken pulsade energi uppvisar ytterst korta, ljus- intensiva energipulser med relativt långt tidsintervall mellan pulserna, samt av att respektive detektor (9, 1h) är ansluten till en temperaturkompenserande krets i form av ett återkopplat förstärkar-integratorsteg (16-18, 19-22) med ett hållsteg (16, 20) som är matat från källan (23) för att undertrycka de från respektive detektor angivna mätpulserna.

2. Mätanordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k- n a d av att mätsondernas och referensanordningens sändare (B, 13) är ett gemensamt organ anordnat att mata mätsondernas detektor (9) via vätskan med partiklar och referensanordningens detektor (14) över referensbanan (R).

3. Mätanordning enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e- L e c k n a d av att källan (23) är anordnad att mata sändarna (8, 13) via en effektförstärkningskrets (24 - 26) innefattande en komparator (24) anordnad att jämföra den från källan av- givna pulsade energin med den pulsade energi som alstras av referensanordningens detektor (1h) och efter förstärkning i den därtill hörande temperaturkompenserande kretsen (15 - 18) inmatas på nämnda komparator (24), vars utsignal efter inte- grering och förstärkning är anordnad att matas till sändarna (8, 13), varvid en koncentrationsangivande mätsignal är anord- nad att uttagas från utgången på den till mätsondernas detektor 0 - 453 015 (9) anslutna förstärkaren (19) i dess temperaturkompenserande krets (19 - 22).

4. Mätanordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k- n a d av att mätsignalen från den till mätsondernas detek- tor (9) anslutna förstärkaren (19) i dess temperaturkompen- serande krets (19 - 22) är anordnad att matas till en sampel- och hâllkrets (27) uppvisande en styringâng ansluten till nämnda källa (23), varvid erhållet mätvärde från sampel- och hällkretsen varierar logaritmiskt med koncentrationen av partiklar.

5. Mätanordning enligt patentkrav A, k ä n n e t e c k- n a d av en logaritmisk Förstärkarkrets (28) som är anslut- bar till sampel- och hållkretsen (27) för erhållande av ett i beroende av koncentrationen av partiklar linjärt varierande mätvärde.

6. Mätanordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att förstärkaren (19) i den tem- peraturkompenserande kretsen (19 - 22) För mätsondernas detek- tor (9) uppvisar olika inkopplingsbara återkopplingssteg för uppdelning av mätområdet för olika koncentratíoner av partiklar (Fig. 4).