Устройство для контроля мутности воды Советский патент 1988 года по МПК G01N21/47 

(21)4029668/31-25

(22)25.02.86

(46) 23.04.88. Бюл. № 15

(71)Киевский ииститут инженеров гражданской авиации им. 60-летия СССР

(72)Н. В. Боголюбов и В. А. Игнатов

(53)535.024(088.8)

(56)Литвак В. И. Фотореле в системах автоматики. - М.: Энергия, 1979, с. 67-68.

Авторское свидетельство СССР № 1043495, кл. G 01 J 1/0. 1983.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ fУTHOC- ТИ ВОДЫ

(57)Изобретение относится к автоматическому контролю мутности воды, например, в процессе прокйлзки фильтров на станциях водоподготовки. Цель изобретения - повышение точности настройки устройства и увеличение длительности бесповерочной работы. Устройство для контроля мутности воды содержит источник света, проточную кювету с прозрачными окнами, отражатель, трехполюсник из соединен- последовательно фотоприемника 11 рассеянного,фотоприемника 9 прямого света, крайние полюса которого подключены к шинам источника I2 питания. Отражатель частично отражает свет в сторону фотоприемника 9, размещенного под углом к отражающей поверхности этого элемента с возможностью перемещения относительно последнего. Средний полюс трехполюсни- ка соединен с входом операционного усилителя 14 через повторитель 13, между входом и выходом операционного усилителя включен регулировочный резистор 15, причем длина проточной кюветы в направлении прохождения прямого света выполнена такой, что , обеспечивается равенство кратностей изменения сопрот1 влений фотоприемников рассеянного Rp и прямого Rnp про- шедшего света Rp(HJ/Rp(M,) Rnp (М)/Rnp (MO) при мутностях М, и Mj| на границах рабочего диапазона контролируемых мутностей воды. 2 ил.

(Л

со х о ел ел

Ф1/&2

Изобретение относится к тическому контролю мугности ьоды, например, в процессе промывки фильтров на станпиях водоподготсзвки,

Цель изобретения - повышение точности и увеличение длительности без поверочной работы устройства.

На фиг, 1 приведена схема, поясняющая место установки фотоприемников прямого и рассеянного света на проточной кювете; на фиг. 2 - схема включения фотоприемников.

Устройство для контроля мутности воды содержит источник 1 света, про- точную кювету 2 с прозрачными окнами 3 - 5, отражатель 6, установленный в трубе 7, размещенный в подвижном кожухе 8 фотоприемника 9 и закрепленный на светонепроницаемой пере- городке 10, фотоприемник 11, размещенный у выхода прозрачного окна 4, трехполюсник из соединенных последовательно фотоприемников 9 и 11, крайние полюса которого подключены к ши- нам источника 12 питания. Средний вывод трехполюсника через повторитель 13 соединен с входом операционного усилителя 14, между входом и выходом которого включен регулиро- вочный резистор 15, выход усилителя 14 соединен с входом порогового элемента 16.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от источника 1 света проходит через прозрачное окно 3 и исследуемую жидкость, протекающую по кювете 2, частично поглощается и поступает через прозрачное ок но 4 на фотоприемник 11, а также через прозрачное окно 5 - на отражатель 6, отражающий часть светового потока на фотоприемник 9. Одновременно составляющая светового потока, рассеянного взвешенными частицами жидкости, поступает через прозрачное окно 4 на фотоприемник 11. Сигнал со средней точки трехполюсника, пропорциональный отношению п 7м 5-7мТ

р (./ -пр

где Rnp(M) ; Rp(M) - сопротивление фо- топриемникор 9 и 11 соответственно, через повторитель 13 поступает на вход операционного усилителя 14. Вы- ходной сигнал последнего подается на вход порогового элемента 16. В исходном СОСТОЯ1П1И, когда изменяющаяся во времен мутносгь М (t) проточной

жидкости отличается от порогового значения М, т.е. M(t),Ha выходе порогового элемента 16 присутствует, например, низкий уровень сигнала О При достижении текущим значением мутности M(t) проточной жидкости пороговой величины Mf,, срабатывает пороговый элемент 16 и на его выходе появляется высокий уровень сигнала 1. При появлении последнего принимают соответствующее решение по управлению контролируемым процессом, например, процессом промывки фильтров на станциях водоснабжения.

Для повышения длительности бесповерочной работы устройства и увеличения точности измерений путем умень щения погрешности настройки коэффициент отражения тр элемента 16 выбирают в зависимости от диапазону |контролируемых мутностей (М ; Ме) и длины 1 кюветы 2 по формуле

V

йй. м ,

ехр(-Рл 1 М„)

(I)

где Рд, Кд - коэффициенты, зависящие от длины волны X источника 1 света и характеризующие влияние волны света на его поглощение и рассеяние водой соответственно .

Длину 1 кюветы 2 выбирают из соотношения

1 -i-lSL/2)

,-М.)

, , рГ(м;)

Fp(M,), Fp(Mj) - интенсивности рассеянного света, поступающего на фотоприемник 11 соответственно при мутностях М и MO.

Коэффициент kp от длины 1 кюветы 2

тт Ink о не зависит. При этом --- а.

л При выполнении .требований (1) и

(2) достигаются равенства

k. k

D .см тз . I M

(3)

R,(M,) RnpCMj

Rnp(MX Rp(M,),(4)

при этом погрешность настройки 2 практически сводится к нулю.

Иа (l ) и (2) следует, что для конкретного диапазона Mpj должны быть выбраны свои однозначно определенные значения 1 и у. Например для 38,5 мг/л величина а 8750 мм мг/л и длина 1 кюветы 2 равна 230 мм.

Из (1) находят величину ) в относительных единицах (О у f- 1) : у 0,2-0,35. Следовательно, величина }((Мо, М,, 1) зависит от М,, М| и конструктивного параметра 1. Величину 1 определяют для диапазона М(; Мд1 согласно (2).

Назначение отражателя 6 - ослабить начальную интенсивность света пр-н, прошедшего через кювету 2 длиной 1 для достижения равенства (4), что необходимо для обеспечения требования (3).

Поэтому

, ЫЫ-

Fap.H (М.)

(5)

здесь Fp(M) подчиняется закону Ре- лея

FP (М,) F Ыл - М, , (6) а Fnp. м (Мс) - закону Бугера-Ламбер- та-Бера

FncH (M.)F, ехр(-Ря 1 MJ, (7)

где FO интенсивность источника 1

света; Р,1 -коэффициенты.

Отражатель 6 ослабляет начальную интенсивность света Fnp. к(Ь) для ее соответствия с интенсивностью рассеянного света Fp(M), поэтому целесообразно установить первый фотоприемник 11 непосредственно у выхода окна 4.

Отражатель 6 оптически связан с фотоприемником 9, при этом для точного вьшолнения равенств (3) и (4) осуп1ествляют перемещение фотоприемника 9 относительно элемента 16. Погрешность, возникающая за сче изменения выходного сопротивления трех полюсников 9 и 11 при заиливании оптических окон проточной кюветы 2, устраняется использованием повторителя 13, выходное сопротивление которого остается постоянным.

При испытании устройства в автоматической системе управления промывкой фильтров на водопроводе относительная нестабильность сигнала на выходе усилителя I4 в течение четы- рех месяцев непрерывной работы не превышает 8%. При этом относительное изменение чувствительности, определяющееся по изменению наклона линеаризованной выходной характеристики, не превышает 5%.

Формула изобретения

Устройство для контроля мутности

воды, содержащее источник света, оптически связанный с проточной кюветой с прозрачными окнаьш для прямо- прошедшего и рассеянного света, трех- полюсник из соединенных последовательно первого фотоприемника рассеянного и второго фотоприемника прямо- прошедшего света, крайние полюса трехполюсника подключены к шинам источника питания, операционный усилитель, выход которого соединен с входом порогового элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и увеличения длительности бесповерочной рабо1Ы уст-ройства, в него введены повторитель и отражатель, средний полюс трехполюсника соединен с входом операционного усилителя через повторитель, у выхода прозрачного окна прямопрошед- шего света расположен отражатель, оптически связанный с вторым фотоприемником, установленный с возможностью перемещения относительно последнего, причем длину 1 проточной кюветы в

40

направлении прохождения света и коэффициент отражения f отражателя определяют по формуле

1

1 М.

мГ

р,(м,м;)

I

N,,

ёхр7-Рл 1 м7) де Р; , N - коэффициенты, характеризующие влияние jviHHhi

волны /1 источника света

на его поглощение и рассеяние соответственно;

М, Мр - граничные значения диа- пазона контролируемых

мутностей.