Измеритель оптической плотности отработавших газов Советский патент 1992 года по МПК G01N21/53 

Фиа.1

со

Изобретение относится к контролю вещества оптическими методами и может быть использовано для определения дым- ности и запыленности газов, например дым- ности отработавших газов автомобилей с дизельными двигателями.

Цель изобретения - повышение точности измерений при потоках газов сечением, меньшим линейного размера патрубка с отверстиями.

На фиг. 1 показана конструкция измерителя; на фиг. 2 - геометрия его оптической схемы,

Измеритель оптической плотности содержит излучатель 1 и фотоприемник 2, раз- мещенные в соосных патрубках 3 и 4, снабженных диафр агмами 5 и 6 с центральными отверстиями, патрубок измерительного канала 7, расположенный между патрубками излучателя и фотоприемника соосно с последними и равномерно перфорированный отверстиями 8, л регистрирующее устройство 9, подключенное к излучателю и фотоприемнику.

Устройство работает следующим обра- зом. Патрубок измерительного канала 7 помещается в поток анализируемого газа на срезе выхлопной трубы автотранспортного средства или в технологический газопровод. Через перфорационные отверстия 8 анилизируемый газ заполняет патрубок измерительного канала 7 и формирует поглощающий слой, равный фотометрической базе прибора, которая определяется геометрическими размерами патрубка измери- тельного канала. Излучение излучателя 1 проходит поглощающий слой айал йзируе- мого газа, оставленный поток излучения преобразуется фотоприемником 2 в соответствующий сигнал. Сигнал фофтоприем- ника усиливается и преобразуется к величине, пропорциональной оптической плотности анализируемого газа, и отображается регистрирующим устройством 9.

Протяженные каналы в патрубках 3 и 4 излучателя 1 и фотоприемника 2 надежно предохраняют эффективные приемные и излучающие поверхности оптических элементов от осаждения компонентов анализируемого газа (сажи, пыли, аэрозоля масел и

ДР-)Экспериментано установлено, что патрубок, заглушенный с одной стороны, длиной 8R, где R - внутренний радиус патрубка, практически полностью исключает прохож- дение компонентов газа и их осаждение на внутренней торцевой стенке. При этом 95% компонентов, проникших в патрубок, распределяются на участке патрубка 4R от входа. Осаждение компонентов газа в

патрубках излучателя и фотоприемника при продолжительной эксплуатации устройства может оказывать влияние на формирование потока излучения, принимаемого фотоприемником, путем изменений геометрии оптической схемы и соотношений прямого излучения и его отраженной составляющей участками, где осаждаются компоненты. Это обстоятельство требует частой коррекции базового отсчета после ряда едичнных измерений, что отрицательно сказывается на точности измерений и на эксплуатационных характеристиках. С целью исключения этого нежелательного эффекта, патрубки излучателя и фотоприемника снабжены диафрагмами 5 и 6 с центральными отверстиями, которые ограничивают апертуру потока излучения и предотвращают регистрирование фотоприемником излучения, отраженного внутренней поверхностью защитных патрубков.

Соотношение размеров отверстий диф- рагм 5,6 п и Г2 получены из рассмотрения пар подобных треугольников A ABC, AADE и Л FBC, Л FMN и соответствующих им соотношений

R Н- S .. R - п . R +-s R-r2

Li : В Ч- L I

из которых получены неравенства, определяющие п и Г2:

га R - I

R +S

L + B

где п и га - радиусы отверстий диафрагм патрубков излучателя и фотопри финика соответственно;

R - внутренний радиус патрубко в оптических элементов;

I - расстояние от измерительного канала до дифрагмы;

. S - радиус эффективной поверхности излучателя;

L- расстояние от измерительного канала до эффективной поверхности оптических элементов;

В - фотометрическая база измерительного канала.

Практическая проверка полученных соотношений размеров отверстий диафрагм и эффективность их действия экспериментально подтверждена при испытании моделей оптических датчиков, выполненных с различными размерами отверстий диафрагм и их расположением в канале.

Наилучшие технические характеристики прибора достигнуты при следующих размерах, мм: ,5; ,6; . При этом использованы излучатель - светодиод АЛ 107А и фотоприемник - фотодиод ФД-8. Дальнейшее уменьшение

диафрагм ухудшает отношение сигнал/шум приемника и увеличивает временной дрейф базового отсчета.

Размеры отверстий патрубка измерительного канала 7 выбраны исходя из условий обеспечения равномерного заполнения измерительного канала анализируемым газом при различных соотношениях сечения потока газа и линейных размеров измерительного канала. При равномерном размещении отверстий по поверхности патрубка исследованы измерительные каналы с отверстиями диаметром от 4 - 10 мм при сохранении общего количества отверстий. Оптимальные характеристики получены при диаметрах 6-8 мм, при этом площадь отверстий составляет 0,3 - 0,5 от общей площади боковой поверхности патрубка. Использование патрубка с площадью отверстий, меньшей указанного нижнего предела, ухудшает динамические свойства прибора за счет увеличения времени, необходимого на вентиляцию измерительного канала после единичного измерения. Увеличение диаметра отверстий перфорации и соответствующее увеличение отношения площади отверстий к площади патрубка более 0,5 ухудшает равномерность распределения анализируемого газа в полости измерительного канала и формирования поглощающего слоя. В связи с этим появляется зависимость показаний прибора от формы и величины сечения потока анализируемого газа. Обладая определенным сопротивлением потоку исследуемого газа, перфорированный патрубок с площадью отверстий 0,3-0,5 от площади его боковой поверхности обеспечивает полное заполнение полости патрубка газом даже при диаметре сечения потока, меньшем длины патрубка.

Таким образом, выполнение измерительного канала в виде равномерно перфорированного отверстиями патрубка с отношением площади отверстий к общей площади боковой поверхности патрубка в выбранном интервале повышает точность измерителя оптической плотности за счет устранения влияния формы и размеров потока отработавших газов на результаты измерения.

Выполнение камер оптических элементов в виде патрубков с расположенными в

них диафрагмами с центральными отверстиями и выбранные соотношения размеров позволяют использовать измеритель в портативных дымомерах для экспрессного анализа дымности и запыленности. Кроме того, это надежно защищает оптические элементы от загрязнения и устраняет влияние загрязнения на результаты измерения.

Испытания модели измерителя оптиче0 ской плотности подтвердили высокую надежность его работы. Испытанная модель позволяла работать без профилактической регенерации оптических каналов до 5 дней при норме обслуживания 200 автомашин в

5 день.

Ф о р м у л а и з о б р е т е-н и я Измеритель оптической плотности отработавших газов, содержащий излучатель и расположенные по ходу излучения на од0 ной оси измерительный канал, выполненный в виде патрубка с отверстиями, равномерно расположенными по его поверхности, и фотоприемник, регистрирующее устройство, электрически соединенное с

5 фотоприемником, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений при потоках газов сечением, меньшим линейного размера патрубка с отверстиями, излучатель и фотоприемник размещены в

0 патрубках, соединенных с измерительным каналом, каждый из которых снабжен по крайней мере одной диафрагмой, расположенной на расстоянии I 8R от измерительного канала, при этом радиусы отверстий

5 диафрагм определяются наравенствами:

0

5

Г2 R - I

R +S

L + B

где п и га - радиусы диафрагм, установленных перед излучателем и фотоприемником соответственно;

R - внутренний радиус патрубков для излучателя и фотоприемникь;

S - радиус эффективной поверхности излучателя;

L- расстояние от измерительного канала до эффективной поверхности узлучагеля;

В -линейный размер патрубка с отвер- стиями.

при этом площадь отверстий патрубка для измерительного канала составляет 0,3-0,5 общей поверхности патрубка

Изобретение относится к области контроля вещества оптическими методами и может быть использовано для определения дымности и запыленности газов, например дымности отработавших газов автомобилей с дизельными двигателями, с целью повышения точности измерений, поскольку позволяет измерять оптическую1 плотность газов при произв6льнЧ)|5Г ее Че Нй 1 г потока. Анализируемый газ заполняет через отверстия 8 внутреннюю полость перфорированного патрубка измерительного канала 7 благодаря определенному соотношению площади его боковой поверхности и площади отверстий. Излучатель 1 и фотоприемник 2 защищены каналами патрубков 3 и 4 от засорения рабочих поверхностей компонентами газа, а диафрагмы 5 и 6 при определенных положениях в патрубках 3 и 4 и соотношении размеров отверстияй диафрагм, эффективной поверхности излучателя и протяженности измерительного канала исключают влиянйОГа результаты измерений осаждения компонентов газа на внутренних поверхностях патрубков 3 и 4. 2 ил, сл С

Фжг. 2