SU1168829A1 - Устройство дл определени концентрации взвешенных веществ в потоке жидкости - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦШ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ содержащее источник излучени , расположенные последовательно по ходу излучени  систему фор ,мировани  оптического излучени , оптическую проточную камеру с патрубком дл  подачи анализируемой жидкости , выполненньм в виде эжектора, и патрубком ее вьшода, расположенными на одной оси по обеим сторонам оптической проточной камеры, фокусирующую систему и фотоприемник3 отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений, оптическа  проточка  камера дополнительно снабжена двум  патрубками одинакового сечени  дл  подачи нейтральной лсидкоСти, расположенными по одну сторону оптической проточной камеры параллельно и симметрично относительно оси патрубка дл  подачи анализируемой жидкости, при этом соотношение площадей поперечных сечений патрубS ков дл  подачи нейтральной жидкости, поперечного сечени  патрубка дл  подачи .анализируемой жидкости в плосС кости соединени  этого патрубка с проточной оптической камерой и патрубка вывода анализируемой жидкости выбрано из услови 

Description

Изобретение относитс  к аналитическому приборостроению, а точнее к устройствам дл  определени  концентрации твердой фазы в жидких средах путем просвечивани  струи анализируе мой жидкости лучом света,, и может быть использовано в химической, нефтехимической , биологической и других отрасл х промышленности, а также в области очистки природных и сточных вод.

Известно устройство дл  определени  концентрации твердой фазы в жидкости , содержащее источник света. фокусирующую линзу, диафрагму, фотоэлемент и насадку, формирующую ленто образньм поток жидкости с установлен ными на ней направл ющими, при этом вокруг насадки соосно ей установлено кольцевое сопло дл  прохождени  сжатого воздуха с вьпсодом по ходу движени  потока жидкости Qj . Однако устройство сложно, не технологично , требует стабилизации давлени  контролируемого потока, не может использоватьс  при высоких давлени х , требует дополнительного наличи  источника сжатого воздуха и фи.ггьтров дл  его предварительной очистки во избежание дополнительной погрешности измерений. Работает устройство при строго вертикальном (сверху вниз) направлении контролируемого потока. Кроме того, изменени  формы потока жидкости за счет наличи  в данном устройстве насадки с установленными на ней направл ющими, привод т к искажению интенсивности светового пото ка в результате его преломпени  на границе раздела двух сред (воздухжидкость ) , с соответствующим изменением величины ЭДС на выходе системы, фиксируемым как изменение концентрации взвешенных веществ контролируемо го потока. Наличие паров и капелек контролируемой среды внос т дополнительную погрешность при измерени х, измен ющуюс  в случае колебаний давлений потока жидкости. При работе с высокими давлени ми контролируемой среды происходит дополнительное обра зов.ание глобул жидкости в результате смешени  сжатого воздуха с контролируемым потоком, что регистрируетс  фотоэлементом, внос т дополнительную погрешность, а также приводит к попа данию этих частиц на фокусирующую

линзу и фотоэлемент, резко снижа  при этом надежность и точность измерени .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  определени  концентрации взвешенных веществ в потоке жидкости содержащее источник излучени , расположенные последовательно по ходу излучени  систему формировани  оптического излучени , оптическую проточную камеру с патру.бком дл  подачи анализируемой жидкости, выполненным в виде эжектора и патрубком ее вывода. расположенными на одной оси по обеим сторонам оптической проточной камеры, фокусирующую систему и фотоприемник. С помощью штуцера-эжектора и источника сжатого воздуха перевод т жидкость в аэрозоль с последующей регистрацией изменени  интенсивности видимого света 2 . Недостатком известного устройства  вл етс  возможность его использовани  только дл  анализа прозрачных бинарных смесей, так как при работе с агрессивнымиJ абразивными, гор чими средами и средами с контролируемым продуктом, склонным к налипанию, по вл етс  нарастающа  во времени погрешность измерени , вызванна  ухудшением состо ни  поверхности оптической системы. Кроме того, при работе устройства наблюдаетс  рассеивание светового потока на границе раздела двух сред (сжатый воздух - жидкость), а также дробление жидкости на капли и образование глобул, что также вносит дополнительную погрешность при определении концентрации взв.ешенных веществ в потоке жидкости. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и измерений. I Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  определени  концентрации взвешенных веществ в потоке жидкос1;и, содержащем источник излучени , расположенные последовательно по ходу излучени  систему формировани  оптического излучени , оптическую проточную камеру с патрубком дл  подачи анализируемой жидкости , выполненным в виде эжектора и патрубком ее вывода, расположенными на одной оси по обеим сторонам оптической проточной камеры, фокусирующую систему и фотоприемник, оптическа  проточна  камера дополнительно снабжена двум  патрубками одинако вого сечени  дл  подачи нейтральной жидкости, расположенными по одну сторону оптической проточной камеры параллельно и симметрично относитель но оси патрубка дл  подачи анализиру емой .жидкости, при этом соотношение площадей поперечных сечений патрубков дл  подачи нейтральной жидкости, поперечного сечени  патрубка дл  подачи анализируемой жидкости в плос кости соединени  этого патрубка с проточной оптической камерой и патрубка вьтода анализируемой жидкости выбрано из условий ( 0,1-0,2):1:(1,2-1,8). На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, разрез; на фиг.2 - кривые зависимости величины погрешности измерени  концентрации взвешенных ве ществ в потоке жидкости от соотношени  площадей поперечного сечени  патрубков дл  подачи защитной среды к площади поперечного сечени  патрубка дл  подачи анализируемой жидкости, на фиг.З - то же, от соотношени  площади поперечного сечени  патрубка дл  выхода анализируемой жидкости к площади поперечного сечени  патрубка дл  подачи анализируемой жидкости на фиг.4 - то же, от концентрации .взвешенных веществ при различных соотношени х площадей поперечного сече ни  патрубков дл  подачи защитной среды к площад м поперечного сечени  патрубков дл  подачи и выхода анализируемой жидкости. Устройство содержит оптическую проточную камеру 1 с патрубком 2 дл  подачи анализируемой жидкости, в которой патрубок выполнен в виде эжектора 3, патрубок выхода 4 анализируе мой жидкости, патрубки 5 одинакового сечени  дл  подачи чистой воды, расположенные по одну сторону оптическо проточной камеры параллельно и симметрично относительно оси патрубка дл  подачи анализируемой жидкости, фокусирующие линзы 6, источник 7 све та, регулируемый тубус 8 и фотоприем ник 9. На. фиг.4 крива  10 соответствует зависимости дл  известного устройства; крива  11 - дл  соотношени  0,8:1:6; крива  12 - дл  соотношени  0,6:1:4) крива  13 - дл  соотношени  0,4:1:2;крива  14 - дл  соотношени  (0,1-0,2):1(1,2-1,8). Устройство работает следующим образом . Контролируема  жидкость под давлением поступает в патрубок 2 с сужаюЕ (имс  отверстием. В проточной камере Г в результате увеличени  скорости анализируемой среды образуетс  зона пониженного давлени . Через патрубки 5в камеру 1 подаетс  чиста  вода, котора  за счет эжекционного эффекта подсасываетс  контролируемой средой и отводитс  вместе с ней через патрубок вывода 4. Патрубки 5 расположены в непосредственной близости от линз 6оптической системы, при этом чиста  вода омьшает их, предохран   тем самым от контакта с контролируемой жидкостью (загр зненнорЧ, агрессивной или гор чей). Луч света от источника 7света, например лазера подаетс  через регулируемый тубус и фокусирующую линзу 6 в проточную камеру 1, где он проходит через непрерьшньп слой жидкости, вторую фокусирующую линзу и попадает на фотоприемник 9 регистрирующего устройства. На выходе регистрирующего устройства по вл етс  сигнал, пропорциональньш концентрации взвешенных веществ в потоке жидкости. Анализ характера изменеют  кривой (фиг.2) показывает, что при соотношении площадей поперечного сечени  патрубков дл  подачи защитной среды к плоц.1ади поперечного сечени  патрубка дл  подачи анализируемой жидкости равном (0,1-0,2):1, погрешность измерений взвешенных вещест.в в потоке жидкости остаетс  неизменной, в данном случае равна 14%. Величина нижней границы данного соотношени  равного 0,1, определена из услови  поступлени  минимального расхода чистой воды, необходимого дл  предотвращени  истирани  оптической системы взвешенными веществами и ее обрастани . При соотношении меньшем О,1 погрешность измерени  возрастает до 20-25%. Это происходит за счет обрастани  и истирани  оптическо системы линз. При соотношении же большем 0,2 наблюдаетс  увеличение погрешности измерени  до 18-31%, что обусловлено большим раз-, бавлением исходной суспензии чистой одой. Анализ характера изменени  кривой (фиг.З) показьгоает, что при соотношении площади поперечного сечеш1  патрубка дл  выхода анализируемой жидкости к площади поперечного сечени  патрубка дл  подачи анализируемой жидкости равном (1,2-1,8):, погрешность изме|рений взвешенных веществ в потоке жидкости также остаетс  неизменной и в данном случае равна 14% Нижн  .граница данного соотношени  равного 1,2 определена из услови  ми иимально необходимого расхода чистой воды, с целью предотвращени  истирани  и обрастани  оптической системы. Верхн   граница данного соотношени , равного 1,8 определена из услови  минимально неизбежной величины погрешности измерений взвешенных веществ в потоке из-за разбавлени  ана лизируемой жидкости чистой водой. При соотношении меньшем 1,2 происходит истирание линз взвешенными веществами и их обрастание, что ведет к резкому увеличе1шю величины погреш ности измерений до 23-30%. При соотношении большем 1,8 также наблюдаетс  увеличение величины погрешности, за счет более сильного разбавлени  анализируемой.жидкости чистой водой. Дальнейшее увеличение площади поперечного сечени  выходного патрубка приводит не только к возрастанию рас хода чистой воды, но может также выз вать нежелательные гидродинамические эффекты (например, могут возникнуть  влени  кавитации, т.е. разрыва сплошности жидкости и ее вскипание, в результате этого пузырьки воздуха регистрируютс  фотоприемником, как частицы взвешенных веществ , что приводит к резкому увеличению погрешнос ти измерений). Из сравнени  кривых (фиг.4) следу ет, что при различных соотношени х площадей поперечного сечени  патрубков дл  подачи защитной среды и патрубков дл  подачи и выхода анализируемой жидкости, характер изменени  величины пргрешности одинаковый, а именно с увеличением концентрации взвешенных веществ погрешность измерени  постепенно возрастает, что вызвано наложением теней от взвешенных частиц в фотоприемнике. Максимально допустима  концентраци , котора  определ етс  с помощью предлагаемого устройства: не должна превышать 2025 г/л. При соотношении площадей поперечных сечений этих патрубков, равном ( 0,1-0,2):1:(1,2-1,8) (крива  14), величина погрешности составл ет 14%. Эта величина  вл етс  максимальной дл  данного соотношени  и данной концентрации, в то же врем  она  вл етс  минимальной по отношению к погрешност м измерений, полученным при работе с устройством, имеющим отличные от оптимальной концентрации конструкции соотношение площадей поперечных сечений патрубков дл  подачи защитной среды и подачи и выхода анализируемой жидкости. Така  погрешность обусловлена коэффициентом разбавлени  анализируемой жидкости чистой водой и отсутствием истирани  и обрастани  оптической системы. Выли испытаны 4 конструкции предлагаемого устройства и известного. Оптимальной конструкцией  вилась конструкци  с соотношением площадей поперечного сечени  патрубков дл  подачи защитной среды к площад м поперечного сечени  патрубков дл  подачи и выхода анализируемой жидкости, равным ( 0,1-0,2):1:(1,2-1,8). В таблице представлены сравнительные данные предлагаемого и известного устройств. Как видно из таблицы, предлагаемое устройство позвол ет в 3 раза повысить точность измерений концентрации взвешенных веществ в потоке жидкости.

Кроме того, применение предлагаемой конструкции устройства в сочетании с использованием жидкостной заещты оптической системы позвол ет проводить анализ агрессивных, абразивных,

высокотемпературных жидкостей, а также жидкостей, содержащих взвешенные вещества, с достаточной точностью даже при длительном непрерьшном режиме работы.

0a.f

b ю 0 .1

Фиг.г

Область разбавлени 

FSbiK.n

,fm.n

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ содержащее источник излучения, расположенные последовательно по ходу излучения систему формирования оптического излучения, оптическую проточную камеру с патрубком для подачи анализируемой жидкости, выполненным в виде эжектора, и патрубком ее вывода, расположенными на одной оси по обеим сторонам оптической проточной камеры, фокусирующую систему и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оптическая проточная камера дополнительно снабжена двумя патрубками одинакового сечения для подачи нейтральной жидкости, расположенными по одну сторону оптической проточной камеры параллельно и симметрично относительно оси патрубка для подачи анализируемой жидкости, при этом соотношение площадей поперечных сечений патрубков для подачи нейтральной жидкости, поперечного сечения патрубка для подачи анализируемой жидкости в плоскости соединения этого патрубка с проточной оптической камерой и патрубка вывода анализируемой жидкости выбрано из условия (0,1-0,2):1:1(1,2-1,8).

   ω с:

   00 ьэ £© >

   J