МУТНОМЕР Российский патент 2011 года по МПК G01N21/85 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в химической, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности для определения мутности коллоидных систем.

Известен погружной мутномер (см. А.С. SU №1807346 А1, МПК G01N 21/47, БИ №13, 1993), содержащий корпус, источник света, иллюминаторы, фотоприемник, клапан, фильтр, крышки, шток, зажим и эталоны.

Недостатком указанного погружного мутномера является низкая точность измерения, обусловленная невозможностью поддержания правильной ориентации прибора в пространстве, периодическими перенастройками и быстрым загрязнением иллюминаторов. Кроме того, частые перенастройка, очистка и связанные с этим сборка и разборка прибора усложняют его эксплуатацию.

Прототипом является мутномер (см. А.С. SU №1827596 А1, МПК G01N 21/85, БИ №13, 1993), содержащий стакан с прорезями, гильзу, пустотелый цилиндр, источник излучения, крышку с отверстиями и приемники излучения.

Недостатком прототипа является низкая точность измерения вследствие существенного ослабления светового потока, поступающего на приемник излучения от источника излучения, направленного в сторону, противоположную приемникам излучения, а также отличия состава измеряемой среды внутри и снаружи прибора из-за наличия в нем застойных зон.

Общим недостатком аналога и прототипа является погрешность измерения, обусловленная нестабильностью источника света и регистрацией фонового излучения, фиксируемого по причине оптической и гидравлической негерметичности измерительной полости.

Задачей изобретения является повышение точности измерения.

Задача осуществляется тем, что в мутномере, содержащем стакан с перфорациями на боковой поверхности, пустотелый цилиндр, источник излучения, крышку с отверстиями и приемник излучения, согласно изобретению на боковой стенке стакана напротив каждой перфорации установлен светопоглощающий колпачок с перфорациями на боковой стенке, а в стакане размещен с возможностью вращения соосно расположенный ⊥-образный полый ротор, в котором смонтированы световод прямого освещения и световод, свет с выхода которого частично рассеивается и частично поглощается в светопоглощающем колпачке, каждый из которых имеет входное и выходное окна, при этом входные окна световодов расположены напротив источника излучения, выходное окно световода, свет с выхода которого частично рассеивается и частично поглощается в светопоглощающем колпачке, расположено напротив перфорации стакана, закрытой перфорированным колпачком, а выходное окно световода прямого освещения - напротив приемника излучения, причем световоды выполнены из металлического или полимерного материала и снабжены зеркалами полного отражения, а в качестве материала световодов выбрано оптоволокно.

На фиг.1 изображен мутномер, продольный разрез.

Мутномер включает стакан 1, крышку 2 и пустотелый цилиндр 3. В стакане 1 соосно расположен полый ⊥-образный ротор 4, внутри которого установлены световод прямого освещения 5 и световод 6, свет с выхода которого частично рассеивается и частично поглощается в светопоглощающем колпачке. Световоды 5 и 6 закрыты защитными стеклами 7, 8, 9, и 10. Ротор 4 установлен в подшипниках 11 и 12. Верхний конец ротора 4 соединен с приводом 13. В стакане 1 располагается измерительная полость 14, герметизация которой осуществляется уплотнителем 15 и защитными стеклами 16 и 17, установленными в отверстие источника излучения 18 и отверстие фотоприемника 19. В отверстие 18 помещен источник излучения 20, а в отверстие 19 - фотоприемник 21. Стакан 1 и пустотелый цилиндр 3 соединены герметично фланцевым соединением 22. Привод 13 соединен с установленным над ним соосно позиционирующим диском 23, имеющим перфорацию в местах позиционирования ротора 4. Информация с позиционирующего диска 23 считывается тремя оптопарами 24, 25 и 26. Мутномер снабжен колпаком 27 для защиты привода 13, позиционирующего диска 23, источника излучения 20, фотоприемника 21, оптопар 24, 25 и 26 от внешней среды. На боковой стенке стакана 1 напротив каждой перфорации 28 установлен светопоглощающий колпачок 29 с перфорациями 30 на боковой стенке. В крышке 2 выполнены отверстия 31.

Мутномер работает следующим образом.

Мутномер опускается в сосуд или канал с контролируемой жидкостью. Жидкость через отверстия 31 в крышке 2 поступает в измерительную полость 14 мутномера, а воздух выдавливается жидкостью наружу через перфорации 28 крышки 29. Уровень контролируемой жидкости по мере погружения мутномера в нее устанавливается в стакане 1 по высоте расположения отверстия 28 на боковой стенке стакана 1. С включением источника излучения 20 одновременно запускается в работу привод 13. Ротор 4 приводится от привода 13 во вращение и свет от источника излучения 20 попеременно попадает в световоды 5 и 6, которыми направляется в жидкость, находящуюся в измерительной полости 14 мутномера. Свет, вышедший из световода 5, частично рассеивается, а частично попадает на фотоприемник 21. Свет, вышедший из световода 6, частично рассеивается и частично поглощается в колпачке 28. Таким образом, фотоприемником 21 воспринимается сигнал прошедшего потока излучения, сигнал рассеянного потока излучения и сигнал фона.

Электрический сигнал фотоприемника обрабатывается в измерительном (не показан) и цифровом (не показан) блоках.

На фиг.2 показана осциллограмма электрического сигнала фотоприемника.

Обработка в измерительном блоке производится по следующему алгоритму

,

где U_пр(M) - сигнал прошедшего потока света;

U_p(M) - сигнал рассеянного потока света;

U_ф(М) - сигнал фона;

М - мутность среды.

В цифровом блоке производится аналого-цифровое преобразование и обработка цифрового сигнала с целью получения величины конечной мутности.

Сигналы прошедшего и рассеянного потоков в одинаковой мере зависят от физических параметров среды: плотности растворителя и раствора, показателя преломления, загрязненности окон, температуры и других - и при изменении этих параметров происходит взаимная компенсация. Таким образом, отношение этих сигналов несущественно зависит от параметров среды, а зависит только от концентрации взвешенных частиц.

Пример. Производилось измерение мутности растворов обезжиривания стальных деталей с диапазоном концентрации 1-20 мг/л на основе моющей жидкости G5. Температура раствора задавалась 40°С. В полость измерения набиралось 300-400 мл раствора. В качестве источника излучения использовался лазер с длинной волны λ=0,44 мкм, фотоприемником служил фотодиод ФД-27К, частота вращения ротора ω=1 с^-1. Результаты измерений в пробных растворах представлены в таблице. Калибровка прибора и построение градуировочного графика осуществлялось по результатам измерения стандартных растворов, приготовленных из ГСО раствора формазина.

Технико-экономическая эффективность от использования изобретения достигается за счет повышения точности измерения благодаря применению двухлучевого источника излучения повторно-кратковременного действия, а также исключения мертвых зон в измерительной полости мутномера за счет создания циркуляции жидкости вращающимся ротором.

  Результаты измерения мутности загрязненного моющего раствора Интенсивность сигнала, усл.ед. Мутность, М, мг/л 0,13 1,53 0,62 5,4 0,74 7,5 1,15 9,9 1,28 13,6 1,57 15,2 1,86 19,6

Предложенное изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения мутности коллоидных систем. Данное изобретение позволяет повысить точность измерений за счет учета фоновой составляющей используемого оптического излучения. Предложенный мутномер содержит стакан с перфорациями на боковой поверхности, пустотелый цилиндр, источник излучения, крышку с отверстиями и приемник излучения, при этом на боковой стенке стакана напротив каждой перфорации установлен светопоглощающий колпачок с перфорациями на боковой стенке, а в стакане размещен с возможностью вращения соосно расположенный ⊥-образный полый ротор, в котором смонтированы световод прямого освещения и световод, свет с выхода которого частично рассеивается и частично поглощается в светопоглощающем колпачке, каждый из которых имеет входное и выходное окна, при этом входные окна световодов расположены напротив источника излучения, выходное окно световода, свет с выхода которого частично рассеивается и частично поглощается в светопоглощающем колпачке, расположено напротив перфорации стакана, закрытой перфорированным колпачком, а выходное окно световода прямого освещения - напротив приемника излучения. Световоды могут быть выполнены из металлического или полимерного материала и снабжены зеркалами полного отражения, а в качестве материала световодов может быть выбрано оптоволокно. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Мутномер, содержащий стакан с перфорациями на боковой поверхности, пустотелый цилиндр, источник излучения, крышку с отверстиями и приемник излучения, отличающийся тем, что на боковой стенке стакана напротив каждой перфорации установлен светопоглощающий колпачок с перфорациями на боковой стенке, а в стакане размещен с возможностью вращения соосно расположенный ⊥-образный полый ротор, в котором смонтированы световод прямого освещения и световод, свет с выхода которого частично рассеивается и частично поглощается в светопоглощающем колпачке, каждый из которых имеет входное и выходное окна, при этом входные окна световодов расположены напротив источника излучения, выходное окно световода, свет с выхода которого частично рассеивается и частично поглощается в светопоглощающем колпачке, расположено напротив перфорации стакана, закрытой перфорированным колпачком, а выходное окно световода прямого освещения - напротив приемника излучения, причем световоды выполнены из металлического или полимерного материала и снабжены зеркалами полного отражения, а в качестве материала световодов выбрано оптоволокно.

2. Мутномер по п.1, отличающийся тем, что световоды выполнены из металлического или полимерного материала и снабжены зеркалами полного отражения.

3. Мутномер по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала световодов выбрано оптоволокно.