SE453016B - Metanordning for metning av koncentrationen av partiklar som transporteras med en vetska genom ett ror - Google Patents

Description

15 20 30 35 453 016 2 Med mätsonder' 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 även undanröjt tidigare svårlösta problem med instabilitet hos mät- kretsar för mätning vid vätskor av angivet slag. Denna refo- rensanordning har en med mätområdets utformning förknippad funktion och omsluts av ett hölje som omger det vätskematandc röret och mätsonderna, Mätaranordningen enligt uppfinningen har sitt använd- ningsområde inom såväl processindustrin som.VA-omrâdet. Anord- ningen är avsedd för noggrann koncentrationsmätning exempelvis inom pappers- och cellulosaindustrin där mätning kan göran Före trycksilar och virvelrenare samt på mäld före inloppslåda 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- ningscentrífuger 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 mätomräden 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. ' Mätsignalen från givaren består av en puls vars höjd är proportionell mot koncentrationen. Denna puls kan omformas till en likspänning i en sampel- och hållkrets, 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.

"Tíí i ÛUÅUTYl . ......,.. -..___-nm. “nl 10 15 20 25 30 35 453 016 3 Efter sampel- och hàllkretsen går signalen vidare till en MAX- och MIN-inställning, direkt eller via en logförstärl kare.Utgángsstegets förstärkning kan ändrasmed 0mk0PPlflPG- En digital mätvärdesgivare visar 0-100 % av inställt område oberoende av vilken utsignal som väljs.

Föredragen utföringsform Mätanordningen enligt uppfinningen kommer att beskrivas i detalj nedan i samband med en föredragen utföringsfupm 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. H 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 på vilken mätningar skall utföras. Röret 2 är försett med anslutningsdon 3, M för inkoppling i en rörledning (ej visad). Vid mätomràdet är rörets 2 tvärsnittsarea förändrad till sin form, men uppvisar företrädesvis samma storlek. Så- 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 fig. 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 oirkulärt rör.

I rörets 2 varandra motstående väggar 6, 7 inom det rektangulära området 5 är öppningar upptagna för inplacering av mätsondrr 8, 9. Mätsondsrna 8, 9 utfyller helt öppning- arna i rörets 2 väggar 6, 7 och deras inåt, mot den matade vätskan vända sondytorna 10, 11 ligger huvudsakligen i plan med innerytan på rörets 2 väggar 6, 7. 45% 016 -5 10 15 20 25 30 35 1% Mätområdet med rörets 2 rektangulära område 5 och mätsondsrna 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 mätsondatna 6, 9, vilka såsom visas kan skjuta ut utanför höljet 12.

Vidare innesluter höljet 12 en referensanordning 13, 14 bestående av mätorgan som motsvarar mätsonderna 8, 9, men icke mäter över vätskan som mätsonderna. utan över en hindersfri bana inom höljet. Referensanordningen 13, 14 står i värmeledande kontakt med röret 2 och kan vara förlagd under (såsom antyds i fig. 2) eller företrädesvis ovanför röret 2.

Höljet 12 ínnesluter även åtminstone en del av den elektronikkrets som användes för behandling av de signaler som erhålles från mätsonderna- 8, 9 och referensanordningen 13, 11:. fördel av IR-typ även om andra typer såsom sådana som arbetar med synligt ljus eller ultraljud kan komma till användning vid förverkligande av den föreliggande uppfinningen. En före- Såväl mätsonderna som referensanordningen är med dragen utföringsform av elektronikkretsen kommer att be- skrivas i det följande under hänvisning till fig. 3.

Av blockschcmat enligt fig. 3 framgår att mätsonß- derna 8, 9 och referensanordningen 13, lä-utgörs av IR-organ, närmare bestämt kan IR-dioder med fördel användas. Vidare återges mätsondrrnas_ sändare 9 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.

Mätsondrrnas 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 IJ (J: 30 35 _- 453 Û 1-6 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, 1ß, 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 15-13, 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, ln 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. Osoillatorn 23 genererar en pulssignal S med mycket kortvariga pulser ooh 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 2#-26 bestående av en komparator 24, som följes av en integrator 25 och ett effektförstärkarsteg 26.

Komparatorn 2U 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 pä de ljuspulser som sändaren 8, 13 av- ger över referenssträckan R. Storleken på sändarens 8, 13 avgivna ljuspulser inregleras av komparatorn 24 och effekt- 'förstärkarsteget 26 så att pulssignalerna S och SR blir lika stora. Härigenom erhålles sålunda ljuspulser med konstant värde oberoende av temperaturvariationer hos sändaren 8, 13. Även om sändaren utgörs av tvâ enskilda dioder 8 och 13, såsom 453 _-016 10 15 20 25 30 35 B angivits ovan, erhålles ljuspulser frán 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 uppfângade ljuspuls- erna att variera pá grund av partiklarnas ljusabsorptions- egenskaper. En följd härav blir att utsignalen SM på mät- detektorns 9 förstärkare 19 varierar i beroende av partikel- koncentrationen i vätskan. W För att detektorernas 9, 10 temperaturkompenserande kretsar 15-18, 19-22 icke skall påverkas av nyttosignalerna SR och SM är en hållkrets 16, 20 inkopplad mellan förstärkaren 15, 19 och integratorn 17, 21 i var och en av de temperatur- kompenserande kretsarna 15-18, 19-22. Denna hållkrets_1G, 70 styrs av utsignalen S från oscillatorn 23, så att nyttosig- nalerna SR, SM jordas då de uppträder på hällkretsen 16, 20.

En bidragande orsak till att nyttosignalerna SR, SM icke äterkopplas 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 ändamål vid processer av olika slag.

För mätändamàl, men även för andra applikationer, kan det vara önskvärt att erhålla en jämnt förlöpande utsignal i stället för den pulsade utsignalen SM. Genom att inmata utsignalen SM pà 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 Slim ínmatas den från sampel och hällkretsen 27 erhållna signalen Slog kopplare 29 kan en mätare 30 valfritt matas med signalen Slog på en logaritmisk förstärkare 28. Med en om- eller signalen Slin_ 10 20 35 _- 453 016 7 Sampel- och hàllkretsen 27 kan utgöras av en fält- effekttransistor- FET och mätaren 30 kan utgöras av en digi- tal indikator.

Utsignalen från mätdetektorns 9 förstärkare kan vara valfritt ñtcrkopplad till sin ingång via olika rceistorer 31 så att olika mätomräden I-IV erhàlles. Sålunda kan exempelvis fyra olika mätomràden föreligga. I fig. H återges medelst ett kurvdiagram hur mätomrädet kan förflyttas då det gäller dels den logaritmiska signalen Slog och dels den däremot svarande linjära signalen S1 . Härvid motsvarar område I ett maxi- malt största resistàgvärde 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 pá olika sätt utan att uppfinningstanken frångås. Sålunda kan exempelvis rörets 2 tvärsnittsarea ändras till att ha annan form än rektangulär eller att vara större än ledningsarean. Tvärsnittsaruan kan även ändrasgenom anordnande av en insats i enäutvidgad del av röret eller genom anordnande av vätskematningen påvcrkandn utformning av rörväggen. Beträffande mätsonderfia. och refe- rensanrdningen har redan angivits att dessa ej är begränsade lill nn användning av IR-ljus. Även den för IR-komponenter beskrivna elektronikkretsen kan dock modifieras pâ olika sätt utan att uppfinningstanken fràngàs. Exempelvis kan kretsen utformas med nmkopplingsorgan 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 Jntegreringstiden, 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. efniïsf OBALITY

Claims (7)

10 15 20 25 30 4s3_o16 8 PATENTKRAV

1. Mätanordning för mätning av koncentrationen av par- tiklar som transporteras med en vätska genom ett rör (2), varvid mätsonder (8, 9) är anordnade i rörets vägg till att stå i kontakt med vätskan vid en del av transportröret som har i huvudsak rektangulärt tvärsnitt, k ä n n e t e c k- n a t av att transportrörets (2) tvärsnittsarea övergår kontinuerligt från cirkulärt tvärsnitt till det huvudsakligen rektangulära tvärsnittet, varvid transportrörets genomström- ningsarea (5) vid mätsonderna är i huvudsak lika stor som arean hos transportröret (2) före och efter mätanordningen samt av att nämnda del av transportröret vid mätsonderna (8, 9) omges av ett yttre hölje (12) För inneslutning av mätsonderna och en referensanordning (13, 14).

2. Mätanordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att höljet (12) är rörformat med cirkulärt tvär- snitt, vars längdaxel är vinkelrät dels mot röret (2) för vätskans transport och dels mot mätsondernas (8, 9) längd- axel, vilka mätsonder är frígörbara från höljets utsida.

3. Mätanordning enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a d av att mätsonderna (8, 9) utgörs av IR-sändare (8) och IR-detektor (9), som matas med pulsad energi, varvid referensanordningen (13, 14) uppvisar motsvarande IR-sändare (13) och IR-detektor (14), som matas med pulsad energi från en källa (23) som är gemensam för mätsonderna och referens- anordningen.

4. Mätanordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d av att varje mätsond (8, 9) uppvisar en yta (10, 11) som .står i kontakt med vätskan, vilken yta bildar en enhet med rörets (2) inneryta (6, 7). _

5. Mätanordning enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a d av att mätsonderna (8, 9) och referensan- ordningen (13, 14) är anslutna till en temperaturkompenserad elektronikkrets (Fig. 3) För digital återgivning av erhållet mätvärde på partikelkoncentrationen i vätskan. ....,, I.) 10 15 f 453 016 9

6. Mätanordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k- n a d av att mätsondernas och referensanordningens sändare (8, 13) är ett gemensamt organ som är anordnat att mata mät- sondernas detektor (9) via vätskan med partiklarna och refe- rensanordningens detektor (14) över en referensbana (R).

7. Mätanordning enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k- n a d av att källan (23) är anordnad att mata sândarna (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 referensanordníngens detektor (14) 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 an- ordnad att uttagas från utgången på den till mätsondernas de- tektor (9) anslutna förstärkaren (19) i den därtill hörande temperaturkompenserande kretsen (18 - 20).