Устройство для определения концентрации взвешенных веществ в потоке жидкости Советский патент 1985 года по МПК G01N21/09 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а точнее к устройствам для определения концентрации твердой фазы в жидких средах путем просвечивания струи анализируе мой жидкости лучом света,, и может быть использовано в химической, нефтехимической, биологической и других отраслях промышленности, а также в области очистки природных и сточных вод.

Известно устройство для определения концентрации твердой фазы в жидкости, содержащее источник света. фокусирующую линзу, диафрагму, фотоэлемент и насадку, формирующую ленто образньм поток жидкости с установлен ными на ней направляющими, при этом вокруг насадки соосно ей установлено кольцевое сопло для прохождения сжатого воздуха с вьпсодом по ходу движения потока жидкости Qj . Однако устройство сложно, не технологично, требует стабилизации давления контролируемого потока, не может использоваться при высоких давлениях, требует дополнительного наличия источника сжатого воздуха и фи.ггьтров для его предварительной очистки во избежание дополнительной погрешности измерений. Работает устройство при строго вертикальном (сверху вниз) направлении контролируемого потока. Кроме того, изменения формы потока жидкости за счет наличия в данном устройстве насадки с установленными на ней направляющими, приводят к искажению интенсивности светового пото ка в результате его преломпения 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 вносят дополнительную погрешность при измерениях, изменяющуюся в случае колебаний давлений потока жидкости. При работе с высокими давлениями контролируемой среды происходит дополнительное обра зов.ание глобул жидкости в результате смешения сжатого воздуха с контролируемым потоком, что регистрируется фотоэлементом, вносят дополнительную погрешность, а также приводит к попа данию этих частиц на фокусирующую

линзу и фотоэлемент, резко снижая при этом надежность и точность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является 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 патру.бком 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. С помощью штуцера-эжектора и источника сжатого воздуха переводят жидкость в аэрозоль с последующей регистрацией изменения интенсивности видимого света 2 . Недостатком известного устройства является возможность его использования только для анализа прозрачных бинарных смесей, так как при работе с агрессивнымиJ абразивными, горячими средами и средами с контролируемым продуктом, склонным к налипанию, появляется нарастающая во времени погрешность измерения, вызванная ухудшением состояния поверхности оптической системы. Кроме того, при работе устройства наблюдается 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 изобретения является повышение точности и измерений. I Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения концентрации взвешенных веществ в потоке жидкос1;и, содержащем 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, оптическая проточная камера дополнительно снабжена двумя патрубками одинако вого сечения для подачи нейтральной жидкости, расположенными по одну сторону оптической проточной камеры параллельно и симметрично относитель но оси патрубка для подачи анализиру емой .жидкости, при этом соотношение площадей поперечных сечений патрубков для подачи нейтральной жидкости, поперечного сечения патрубка для подачи анализируемой жидкости в плос кости соединения 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 измерения концентрации взвешенных ве ществ в потоке жидкости от соотношения площадей поперечного сечения патрубков для подачи защитной среды к площади поперечного сечения патрубка для подачи анализируемой жидкости, на фиг.З - то же, от соотношения площади поперечного сечения патрубка для выхода анализируемой жидкости к площади поперечного сечения патрубка для подачи анализируемой жидкости на фиг.4 - то же, от концентрации .взвешенных веществ при различных соотношениях площадей поперечного сече ния патрубков для подачи защитной среды к площадям поперечного сечения патрубков для подачи и выхода анализируемой жидкости. Устройство содержит оптическую проточную камеру 1 с патрубком 2 для подачи анализируемой жидкости, в которой патрубок выполнен в виде эжектора 3, патрубок выхода 4 анализируе мой жидкости, патрубки 5 одинакового сечения для подачи чистой воды, расположенные по одну сторону оптическо проточной камеры параллельно и симметрично относительно оси патрубка для подачи анализируемой жидкости, фокусирующие линзы 6, источник 7 све та, регулируемый тубус 8 и фотоприем ник 9. На. фиг.4 кривая 10 соответствует зависимости для известного устройства; кривая 11 - для соотношения 0,8:1:6; кривая 12 - для соотношения 0,6:1:4) кривая 13 - для соотношения 0,4:1:2;кривая 14 - для соотношения (0,1-0,2):1(1,2-1,8). Устройство работает следующим образом. Контролируемая жидкость под давлением поступает в патрубок 2 с сужаюЕ(имся отверстием. В проточной камере Г в результате увеличения скорости анализируемой среды образуется зона пониженного давления. Через патрубки 5в камеру 1 подается чистая вода, которая за счет эжекционного эффекта подсасывается контролируемой средой и отводится вместе с ней через патрубок вывода 4. Патрубки 5 расположены в непосредственной близости от линз 6оптической системы, при этом чистая вода омьшает их, предохраняя тем самым от контакта с контролируемой жидкостью (загрязненнорЧ, агрессивной или горячей). Луч света от источника 7света, например лазера подается 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 появляется сигнал, пропорциональньш концентрации взвешенных веществ в потоке жидкости. Анализ характера изменеютя кривой (фиг.2) показывает, что при соотношении площадей поперечного сечения патрубков для подачи защитной среды к плоц.1ади поперечного сечения патрубка для подачи анализируемой жидкости равном (0,1-0,2):1, погрешность измерений взвешенных вещест.в в потоке жидкости остается неизменной, в данном случае равна 14%. Величина нижней границы данного соотношения равного 0,1, определена из условия поступления минимального расхода чистой воды, необходимого для предотвращения истирания оптической системы взвешенными веществами и ее обрастания. При соотношении меньшем О,1 погрешность измерения возрастает до 20-25%. Это происходит за счет обрастания и истирания оптическо системы линз. При соотношении же большем 0,2 наблюдается увеличение погрешности измерения до 18-31%, что обусловлено большим раз-, бавлением исходной суспензии чистой одой. Анализ характера изменения кривой (фиг.З) показьгоает, что при соотношении площади поперечного сечеш1я патрубка для выхода анализируемой жидкости к площади поперечного сечения патрубка для подачи анализируемой жидкости равном (1,2-1,8):, погрешность изме|рений взвешенных веществ в потоке жидкости также остается неизменной и в данном случае равна 14% Нижняя.граница данного соотношения равного 1,2 определена из условия ми иимально необходимого расхода чистой воды, с целью предотвращения истирания и обрастания оптической системы. Верхняя граница данного соотношения, равного 1,8 определена из условия минимально неизбежной величины погрешности измерений взвешенных веществ в потоке из-за разбавления 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 наблюдается увеличение величины погрешности, за счет более сильного разбавления анализируемой.жидкости чистой водой. Дальнейшее увеличение площади поперечного сечения выходного патрубка приводит не только к возрастанию рас хода чистой воды, но может также выз вать нежелательные гидродинамические эффекты (например, могут возникнуть явления кавитации, т.е. разрыва сплошности жидкости и ее вскипание, в результате этого пузырьки воздуха регистрируются фотоприемником, как частицы взвешенных веществ , что приводит к резкому увеличению погрешнос ти измерений). Из сравнения кривых (фиг.4) следу ет, что при различных соотношениях площадей поперечного сечения патрубков для подачи защитной среды и патрубков для подачи и выхода анализируемой жидкости, характер изменения величины пргрешности одинаковый, а именно с увеличением концентрации взвешенных веществ погрешность измерения постепенно возрастает, что вызвано наложением теней от взвешенных частиц в фотоприемнике. Максимально допустимая концентрация, которая определяется 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) (кривая 14), величина погрешности составляет 14%. Эта величина является максимальной для данного соотношения и данной концентрации, в то же время она является минимальной по отношению к погрешностям измерений, полученным при работе с устройством, имеющим отличные от оптимальной концентрации конструкции соотношение площадей поперечных сечений патрубков для подачи защитной среды и подачи и выхода анализируемой жидкости. Такая погрешность обусловлена коэффициентом разбавления анализируемой жидкости чистой водой и отсутствием истирания и обрастания оптической системы. Выли испытаны 4 конструкции предлагаемого устройства и известного. Оптимальной конструкцией явилась конструкция с соотношением площадей поперечного сечения патрубков для подачи защитной среды к площадям поперечного сечения патрубков для 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 позволяет 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 позволяет проводить анализ агрессивных, абразивных,

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

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦШ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ содержащее источник излучения, расположенные последовательно по ходу излучения систему фор,мирования оптического излучения, оптическую проточную камеру с патрубком для 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 отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оптическая проточкая камера дополнительно снабжена двумя патрубками одинакового сечения для подачи нейтральной лсидкоСти, расположенными по одну сторону оптической проточной камеры параллельно и симметрично относительно оси патрубка для подачи анализируемой жидкости, при этом соотношение площадей поперечных сечений патрубS ков для подачи нейтральной жидкости, поперечного сечения патрубка для подачи .анализируемой жидкости в плосС кости соединения этого патрубка с проточной оптической камерой и патрубка вывода анализируемой жидкости выбрано из условия

0a.f

b ю 0.1

Фиг.г

Область разбавления

FSbiK.n

,fm.n