ОПТИЧЕСКИЙ ПЫЛЕМЕР Российский патент 2015 года по МПК G01N21/59 G01N21/15 

Предлагаемое устройство относится к измерительной технике. Изобретение может быть использовано в промышленности для определения концентрации пыли с целью управления вентиляционным оборудованием предприятия по пылевому фактору.

Известно устройство (патент Германии №4119406, кл. МПК G01N 21/27), позволяющее измерять концентрацию пыли методом поглощения света. Недостатками этого устройства являются отсутствие защиты от факторов, вносящих значительную погрешность измерения, что делает невозможным использование устройства в автоматическом режиме. К этим факторам относится периодическая запыленность смотровых окон, постоянное изменение температуры окружающей среды.

Известен оптический пылемер (патент России №2095792, кл. МПК G01N 21/85) для непрерывного измерения запыленности газов. Принцип работы устройства заключается в следующем: в оптическом пылемере первый излучатель, расположенный перед рабочей камерой, формирует измерительный канал и оптически связан с фотоприемником через защитные окна рабочей камеры, второй излучатель, расположенный за рабочей камерой, формирует контрольный канал и оптически связан с фотоприемником, третий излучатель расположен внутри устройства за рабочей камерой и формирует дополнительный контрольный канал и оптически связан с фотоприемником через защитное окно. При поочередном снятии показаний со всех излучателей определяется уровень запыленности в измерительном канале и сравнивается с данными, полученными с контрольных каналов.

Недостатками описанного выше устройства являются отсутствие защиты от запыленности смотровых окон, изменения температуры окружающей среды и погрешностью, обусловленной влиянием изменения неконтролируемых параметров.

Известен оптический абсорбционный пылемер (Клименко А.П, Королев В.И., Швецов В.И. Непрерывный контроль концентрации пыли. Киев: Техника, 1980 - с.62-65). Принцип работы устройства заключается в следующем: свет от источника формируется в два потока. Один из них отправляется в газоход с измеряемой пылегазовой средой и с помощью системы зеркал проходит через коммутатор каналов и воспринимается фотоприемником. Второй световой поток проходит через эталонный канал, который заполнен очищенной от пыли газовой смесью, по своему составу аналогичной отходящим газам конкретного промышленного предприятия. Световой поток, прошедший эталонный канал, с помощью системы зеркал попадает на коммутатор каналов и воспринимается тем же фотоприемником. Сигнал с выхода фотоприемника поступает на усилитель, далее на блок разделения измерительного сигнала и сигнала сравнения, далее на логарифмирующие устройство, результаты измерения регистрируются измерительным прибором.

Недостатками описанного выше устройства являются отсутствие защиты от запыленности смотровых окон, изменения температуры окружающей среды и погрешностью, обусловленной влиянием изменения неконтролируемых параметров.

Известен оптический пылемер для системы управления проветриванием предприятия (патент России №2210070, МПК кл. G01N 15/02, Румянцев К.Е., Семенов В.В., Бойко А.П) выбранный в качестве прототипа. Принцип работы устройства заключается в следующем.

Генератор функционально-импульсной развертки подает импульсное напряжение на источник светового излучения, оптически связанный со входом устройства разделения светового потока, основное назначение которого направлять разделенные световые потоки в измерительный и опорный каналы.

Импульсное световое излучение, проходя через измерительный канал, ослабляется пылью и поступает на фотоприемник, расположенный в устройстве обработки электрического сигнала.

Импульсное световое излучение, проходя через опорный канал, изменяется незначительно и поступает на фотоприемник опорного канала, расположенный в устройстве обработки электрического сигнала.

Устройство контроля запыленности смотрового окна осуществляет управление устройством обдува со специально закрепленными на лопастях вентилятора очищающими щетками, автоматически приближающимися к смотровым окнам при работе вентилятора.

К недостаткам прототипа можно отнести погрешность, возникающую при изменении неконтролируемых параметров: влажности, концентрации углекислого газа, метана и др.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности непрерывного измерения концентрации пыли.

Поставленная задача достигается тем, что оптический пылемер, содержащий измерительный и опорный каналы с двумя защитными окнами, при этом опорный канал заполнен очищенной от пыли газовой смесью, по своему составу аналогичной отходящим газам конкретного предприятия; устройство контроля запыленности смотровых окон, оптически связанное с первым смотровым окном в измерительном канале, выход которого является входом для устройства управления, выход которого подключен к устройству обдува, которое осуществляет обдув защитных окон; также содержит устройство контроля температуры, выход которого подключен к микроконтроллеру, также содержит устройство подогрева смотровых окон, поддерживающее температуру смотровых окон измерительного канала в заданных пределах, также содержит по два источника излучений в измерительном и опорном каналах, работающих на длинах волн в области максимального и минимального поглощения пыли и управляемых микроконтроллером, излучения с которых последовательно при помощи разделительных призм и зеркал направляются через измерительный и опорный каналы в единый световой поток и далее на вход широкополосного фотоприемника, который последовательно соединен с усилителем и микроконтроллером, определяющим уровень запыленности и соединенным с устройствами обдува и подогрева смотровых окон.

На фиг.1 представлена блок-схема реализуемого устройства в соответствии с формулой изобретения.

Устройство содержит источники излучения 1-4, разделительные призмы 6, 9, 20, зеркала 5, 7, 8, 10, 19, 21, первое 17 и второе 18 защитные окна измерительного канала 15, опорный канал 16, устройство подогрева смотровых окон 11, устройство контроля запыленности смотровых окон 12, оптически связанное со смотровым окном 17, устройство управления обдувом 13, устройство обдува защитных окон 14, устройство контроля температуры 25, широкополосный фотоприемник 22, усилитель 23, микроконтроллер 24.

Оптический пылемер работает следующим образом. Микроконтроллер 24 последовательно подает импульсное напряжение на источники излучения 1, 3 и 2, 4, при этом источники излучения 1, 3 имеют длину волны в области максимального поглощения пыли, а источники излучения 2, 4 имеют длину волны в области минимального поглощения пыли. При этом микроконтроллер последовательно подает одинаковые пачки импульсов на излучатели 1, 3, 2 и 4. Сформированная пачка импульсов от источника излучения 1 через разделительную призму 6 излучение поступает в измерительный канал 15, в следующий момент времени вторая пачка импульсов поступает на источник излучения 3 и далее излучение поступает в опорный канал 16, в следующий момент времени третья пачка импульсов поступает на источник излучения 2 и далее излучение через зеркала 7, 5 и разделительную призму 6 поступает в измерительный канал 15, в следующий момент времени четвертая пачка импульсов поступает на источник излучения 4 и далее излучение через зеркала 10, 8 и разделительную призму 9 поступает в опорный канал 16. Далее процесс формирования пачек импульсов на источники излучения 1, 3, 2, 4 повторяется. Таким образом, на выходе второго смотрового окна 18 измерительного канала 15 имеется последовательность пачек световых импульсов, сформированных источниками 1, 2, а на выходе второго смотрового окна опорного канала 16 имеется последовательность пачек световых импульсов, сформированных источниками 3, 4. Далее световые импульсы от источников излучения 1, 2 измерительного канала 15 поступают через разделительную призму 20 на вход фотоприемника 22. При этом импульсное световое излучение, проходя через измерительный канал 15, ослабляется пылью по закону Бугера-Ламберта-Бера.

Световые импульсы от источников излучения 3,4 опорного канала поступают через зеркала 21, 19 и разделительную призму 20 также на вход фотоприемника 22. При этом световые импульсы располагаются в последовательности 1, 3, 2, 4. Сформированная фотоприемником последовательность импульсов электрического тока поступает через усилитель 23 в микроконтроллер 24, где происходит обработка полученных последовательностей. Сначала происходит вычитание пачки, сформированной источником излучения 1, из пачки, сформированной источником излучения 3, и вычитание пачки, сформированной источником излучения 2, из пачки, сформированной источником излучения 4, затем определяется логарифм отношения полученных значений, который характеризует уровень измеряемой пыли. Все операции выполняются синхронно.

Устройство подогрева смотровых окон 11 поддерживает температуру смотровых окон измерительного канала в пределах 210-250°C. Режим работы данного устройства задается микроконтроллером 24.

Устройство контроля запыленности смотровых окон 12 осуществляет управление устройством обдува 14 со специально закрепленными на лопастях вентилятора очищенными щетками, автоматически приближающимися к смотровым окнам при работе вентилятора. При достижении определенного порога концентрации пыли через линзу поступает отраженный под углом 135 градусов к оси излучения световой луч на устройство 12, представляющее собой фотодиод, напряжение с которого поступает на устройство управления вентилятором 13, режим работы которого задается микроконтроллером 24.

Устройство контроля температуры 25, выполненное в виде полупроводникового датчика температуры и усилителя, непрерывно проводит измерения температуры воздуха рабочей зоны и подключается к микроконтроллеру 24 для коррекции колебаний температуры окружающей среды.

Таким образом, предлагаемый оптический пылемер за счет использования двух длин волн в области максимального и минимального поглощения пыли позволяет повысить точность определения общей концентрации пыли и устранить погрешности, возникающие при изменении неконтролируемых параметров: влажности, концентрации углекислого газа, метана и др., что позволяет ему работать в сложных эксплуатационных условиях предприятия.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в промышленности для определения общей концентрации для управления вентиляционным оборудованием предприятия по пылевому фактору. Оптический пылемер содержит измерительный и опорный каналы с двумя защитными окнами, при этом опорный канал заполнен очищенной от пыли газовой смесью, по своему составу аналогичной отходящим газам конкретного предприятия, устройство контроля запыленности смотровых окон, оптически связанное с первым смотровым окном в измерительном канале, выход которого является входом для устройства управления, выход которого подключен к устройству обдува защитных окон. Пылемер содержит также устройство контроля температуры, выход которого подключен к микроконтроллеру, устройство подогрева смотровых окон и по два источника излучений в измерительном и опорном каналах, работающих на длинах волн в области максимального и минимального поглощения пыли и управляемых микроконтроллером, излучения которых последовательно при помощи разделительных призм и зеркал направляются через измерительный и опорный каналы на вход широкополосного фотоприемника. Изобретение обеспечивает повышение точности непрерывного измерения концентрации. 1 ил.

Оптический пылемер, содержащий измерительный и опорный каналы с двумя защитными окнами, при этом опорный канал заполнен очищенной от пыли газовой смесью, по своему составу аналогичной отходящим газам конкретного предприятия, устройство контроля запыленности смотровых окон, оптически связанное с первым смотровым окном в измерительном канале, выход которого является входом для устройства управления, выход которого подключен к устройству обдува, которое осуществляет обдув защитных окон, также содержит устройство контроля температуры, выход которого подключен к микроконтроллеру, также содержит устройство подогрева смотровых окон, поддерживающее температуру смотровых окон измерительного канала в заданных пределах, отличающийся тем, что для повышения точности измерения уровня запыленности содержит по два источника излучения в измерительном и опорном каналах, работающих на длинах волн в области максимального и минимального поглощения пыли и управляемых микроконтроллером, излучения которых последовательно при помощи разделительных призм и зеркал направляются через измерительный и опорный каналы в единый световой поток и далее на вход широкополосного фотоприемника, который последовательно соединен с усилителем и микроконтроллером, определяющим уровень запыленности и соединенным с устройствами обдува и подогрева смотровых окон.