ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ АНАЛИЗАТОР СОДЕРЖАНИЯ ШЛАМА В ЖИДКОСТИ Российский патент 1998 года по МПК G01N21/49 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения наличия и количества шлама в анализируемой жидкости в отдельных пробах и в потоке, например, в системах охлаждения тепловых и атомных электростанций, для дистиллированной воды в аккумуляторах автотранспортных предприятий.

Известно устройство для определения содержания для определения содержания взвешенных частиц в жидкостях (авт. св. СССР N 482119, кл. G 01 N 21/94, 1975), состоящее из последовательно расположенных и оптически связанных источника света, кюветы, имеющей входной и сливной патрубки, и фотоприемника, соединенного с электронным блоком обработки и индикации.

Недостатком такого устройства является низкая точность показаний, вследствие загрязнения внутренних поверхностей кюветы отложениями взвешенных частиц и различных солей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство (авт. св. СССР N 1775042, кл. G 01 N 21/49, 1990), состоящее из источника излучения, кюветы, имеющей входной и сливной патрубки, дополнительное сливное отверстие в дне кюветы, соосное отверстию в крышке, и фотоприемника, соединенного с электронным блоком обработки и индикации.

Принцип действия устройства заключается в том, что проведение анализа рассеивания излучения присутствующим в жидкости шламом осуществляется в струе жидкости, вытекающей через исполнительное сливное отверстие в дне кюветы.

Недостаток прототипа заключается в низкой прочности получаемых показаний, вследствие значительного рассеивания излучения в жидкости, из-за большого расстояния между источником излучения и фотоприемником, а также возможности получения исходного показателя для сравнения с полученным. Кроме того, отверстие в крышке кюветы способствует попаданию пыли из окружающего воздуха в анализируемую жидкость, что влияет на точность получаемых показаний.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в повышении точности получаемых показаний наличия шлама в жидкости, за счет возможного сравнения исходного показателя с полученным в ходе измерений и создания условий и дополнительного выпадания шлама на дно кюветы.

Технический результата достигается тем, что фотометрический оптико-электронный анализатор содержания шлама в жидкости, включает кювету, на которой имеется крышка, а также впускной и выпускной патрубки, установленные с одной стороны кюветы, для обеспечения компактности конструкции анализатора, за счет уменьшения его размеров, и имеющие одинаковые диаметры отверстий, для поддержания постоянного уровня жидкости в кювете, и дополнительный сливной патрубок в ее дне. Кроме того, дополнительный сливной патрубок снабжен источником излучения и фотоприемником, установленным на его внешних противоположных сторонах на одной оси, и краном для осуществления подачи жидкости в пространство между источником излучения и фотоприемником при проведении измерений. Диаметр дополнительного сливного патрубка в 3 - 4 раза меньше диаметра впускного патрубка, для обеспечения необходимого интервала времени на проведение замеров (установлено расчетным путем). Входной патрубок также снабжен краном, для отключения подачи анализируемой жидкости при проведении измерений по определению количества шлама. Фотоприемник соединен с блоком электронной обработки и индикации.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются:
наличие дополнительного сливного патрубка на дне кюветы, снабженного источником излучения и фотоприемником, установленными на его внешних противоположных сторонах на одной оси, и краном;
установка впускного и сливного патрубков на одной стороне кюветы и имеющих одинаковые диаметры отверстий;
наличие на входном патрубке крана;
выполнение диаметра отверстий дополнительного сливного патрубка в 3 - 4 раза меньшим диаметра отверстия впускного патрубка.

Применение источника излучения и фотоприемника на внешних противоположных сторонах дополнительного сливного патрубка на одной оси позволит повысить точность получаемых показаний за счет значительного уменьшения расстояния между ними, что повлечет уменьшение рассеивания излучения, а также исключение запаздывания сигнала, проходящего через жидкость. Кроме того, расположение впускного и сливного патрубков на одной стороне кюветы и отсутствие постоянного слива жидкости через дополнительный сливной патрубок, в ее дне, позволит создать в кювете круговое движение жидкости, и шлам центробежной силой будет вытесняться к стенкам кюветы и оседать на дно, что повысит точность определения наличия шлама в жидкости.

Применение на дополнительном сливном патрубке крана необходимо для исключения постоянного слива жидкости через него, что позволит обеспечить создание в кювете кругового движения жидкости и позволит подавать ее в пространство между источником излучения и фотоприемником, только при проведении измерений.

Применение крана на впускном патрубке позволит отключать поступление анализируемой жидкости в кювету при проведении определения количества шлама в объеме жидкости.

Применение дополнительного сливного патрубка с диаметром отверстия в 3 - 4 раза меньшим диаметра отверстия впускного патрубка обеспечит необходимый интервал времени слива анализируемой жидкости для полного получения значения.

Применение описанного анализатора позволяет повысить точность анализа жидкости на предмет наличия в нем шлама, за счет уменьшения рассеивания излучения и исключения запаздывания сигнала в жидкости, а также получить исходное значение показателя прозрачности жидкости, для его сопоставления с последующими получаемыми значениями, за счет того, что за исходное значение принимается прозрачность протекаемой анализируемой жидкости.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается от известного, описанного в прототипе, рядом вышеуказанных признаков.

В этом случае можно говорить о соответствии заявленного устройства критерию изобретения "новизна", так как в такой совокупности отличительных признаков оно неизвестно. Именно эта совокупность признаков придает устройству неизвестные ранее новые свойства, следовательно, можно говорить о существенном отличии предлагаемой конструкции.

На чертеже представлен фотометрический оптико-электронный анализатор содержания шлама в жидкости.

Анализатор состоит из кюветы 1, в которой расположены впускной 2 и сливной 3 патрубки на одной стороне, а в дне кюветы 1 - дополнительный сливной патрубок 4. На внешних противоположных сторонах дополнительного сливного патрубка 4, на одной оси, установлены источники 5 излучения и фотоприемник 6, последний соединен с электронным блоком 7 обработки и индикации. Для снятия показаний на дополнительном сливном патрубке 4 установлен кран 8. Впускной патрубок 2 также оснащен краном 9, для отключения поступления анализируемой жидкости в кювету 1 при определении наличия и количества шлама. Сверху кювета 1 имеет крышку 10.

Анализатор работает следующим образом:
Поступление анализируемой жидкости в кювету 1 реализуется через впускной патрубок 2, а слив - через сливной патрубок 3, площади отверстий которых равны и обеспечивают постоянство уровня жидкости в кювете 1. Для получения исходного параметра прозрачности анализируемой жидкости открывается кран 8 и жидкость, протекая по дополнительному сливному патрубку 4, попадает в пространство между источником 5 излучения и фотоприемником 6. Фотоприемник 6 регистрирует поступающее излучение, а электронный блок 7 обработки и индикации показывает его значение. После снятия показаний кран 8 закрывается. Для обеспечения необходимого интервала времени в 15 - 20 с., для снятия показаний, диаметр дополнительного сливного патрубка 4 в 3 - 4 раза меньше диаметра впускного патрубка 2.

В процессе протекания жидкости по кювете 1 поступающий поток будет создавать движение жидкости вдоль стенок кюветы 1 к сливному патрубку 3, что в свою очередь будет создавать постоянную циркуляцию жидкости по кругу. При этом движении в частицах шлама (если они присутствуют в жидкости) будет возникать центробежная сила, выталкивающая их на периферию циркуляции, то есть к стенкам кюветы 1, и они будут оседать на дно. Для определения наличия шлама через 5 - 7 мин после получения исходного показателя открывается кран 8 и фиксируется новое показание на электронном блоке 7 обработки и фиксации, как указывалось ранее. Если второе показание будет меньше исходного, то это говорит о наличии шлама в анализируемой жидкости, так как произошло большее затемнение фотоприемника 6. А если показания будут одинаковыми, то для определения наличия и количества шлама в жидкости необходимо выполнить следующие операции.

Открывают кран 8 на 10 - 15 с и сливают часть жидкости из кюветы 1, для очистки дна от осевшего шлама. Кран 8 закрывают. После заполнения кюветы 1 анализируемой жидкостью закрывают кран 9. Жидкость в кювете 1 на 2 - 3 мин оставляют в покое, и шлам, представляющий из себя легкоосаждающиеся коагулированные частицы загрязнений, выпадают в осадок. Кран 8 открывают, через дополнительный сливной патрубок 4 сначала проходит нижний слой жидкости, содержащий осевший шлам, если он присутствует. Прозрачность жидкости уменьшится, поскольку осадок малопрозрачен и фотоприемник 6 затемняется (индикатор показывает значение меньше исходного). Далее через патрубок 4 проходит верхний слой, отстоявшийся от шлама, и освещенность фотоприемника 6 увеличивается (индикатор показывает значение больше исходного). Кран 8 закрывают, а кран 9 открывают, чем обеспечивается продолжение процесса движения жидкости по кювете 1. Таким образом продолжительность затемнения фотоприемника 6, показывает наличие шлама и пропорционально его объемному содержанию. Если же анализируемая жидкость не содержит шлам, то освещенность фотоприемника 6 не изменится при открытии крана 8 после отстаивания жидкости (показание индикатора не изменится).

Таким образом, использование устройства, описанного выше, придает фотометрическому оптико-электронному анализатору содержания шлама и жидкости новые конструктивные особенности. Эти особенности состоят в том, что кювета имеет дополнительный сливной патрубок, на котором на внешних противоположных сторонах, на одной оси, установлены источник излучения и фотоприемник, что значительно уменьшает расстояние между ними и позволяет уменьшить рассеивание излучения, а также исключить запаздывание сигнала, проходящего через жидкость; на дополнительном сливном патрубке установлен кран, который позволяет исключить постоянный слив жидкости через дополнительный сливной патрубок, для обеспечения создания в кювете кругового движения жидкости и подачи ее в пространство между источником излучения и фотоприемником, только при проведении измерений; впускной патрубок снабжен краном, позволяющим перекрыть поступление жидкости в кювету при определении наличия и количества шлама в объеме жидкости; расположение впускного и сливного патрубков на одной стороне кюветы позволяет получить в кювете круговое движение жидкости, где в частицах шлама (при их наличии) будет возникать центробежная сила, выталкивающая их на периферию циркуляции, то есть к стенкам кюветы, и они будут оседать на ее дне. Перечисленная совокупность новых признаков позволяет достичь предусмотренный технический результат, а именно, повысить точность получаемых показаний наличия шлама в анализируемой жидкости.

Применение крышки кюветы без отверстия позволяет устранить возможное попадание пыли из окружающего воздуха в анализируемую жидкость, что скажется на точности получаемых показаний.

Расположение выпускного и сливного патрубков на одной стороне кюветы позволяет сделать конструкцию анализатора более компактной и удобной для подключения к источнику анализируемой жидкости.

Кювета реализуется, например, из оргстекла. В качестве источника излучения может быть использован He-Ne-лазер. Фотоприемник реализуется на основе фотодиода ФД-24К.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению наличия и количества шлама в жидкости, например, в системах охлаждения тепловых и атомных электростанций, для дистиллированной воды в аккумуляторных автотранспортных предприятиях. Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в повышении точности получаемых показаний наличия шлама в жидкости. Указанный технический результат достигается тем, что фотометрический оптико-электронный анализатор содержания шлама в жидкости состоит из кюветы с крышкой, на одной стороне которой расположены впускной и сливной патрубки одинакового диаметра, при этом впускной патрубок имеет кран, в дне кюветы расположен дополнительный сливной патрубок, имеющий диаметр отверстия в 3 - 4 раза меньше диаметра отверстия впускного патрубка. На внешних противоположных сторонах дополнительного сливного патрубка установлены источник излучения и фотоприемник, а также кран, причем фотоприемник соединен с электронным блоком обработки и индикации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Фотометрический оптико-электронный анализатор содержания шлама в жидкости, состоящий из кюветы, имеющей входной и сливной патрубки, дополнительный слив, выполненный в виде патрубка, и крышку, источника излучения, фотоприемника, соединенного с электронным блоком обработки и индикации, отличающийся тем, что кран, источник излучения и фотоприемник установлены на дополнительно сливном патрубке, причем источник излучения и фотоприемник находятся на его внешних противоположных сторонах на одной оси, входной и сливной патрубки расположены по одну сторону кюветы и имеют одинаковые диаметры отверстий, а входной патрубок также оснащен краном. 2. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что диаметр дополнительного сливного патрубка меньше диаметра входного патрубка в 3 - 4 раза.