Устройство для измерения концентрации угольной пыли Советский патент 1980 года по МПК G01N15/02 

I

Изобретение относится к тфиборам Цпя измерения ковдентрации пыпи.

Известно устройство для измерения концентрации пыли Щ , содержащее источник излучения, приемник излучения, усилители, модуляторы и регистрирукнций прибор.

Однако это устройство не обеспечивает достаточной точности измерений и имеет ограниченный диапазон измерений, ,0 что обусловлецо нестабильностью светового потока источника излучения, нестарбильностью усилителей и наличием дрейфовых составляющих.

Наличие механических модупятор мз для,5 выделения малых уровней переменных составляющих, необходимость стабилизации вращения модулятора и стабилизации ycvw лителей, применение фотоэлектронных умножителей, имеющих сильные зависимое- 20 ти от температуры, магнитных волей и нестабильные параметры во времени, тр. бующие кскробезопасного исполнения дли угольных Шахт. Все эти недостепрки исключают; йсюможность тхримеаешщ тюдобч ных датчиков для измерения малых КОНУ центраций угольной пыли.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является светочувствительный датчик 2 , содержащий два оптических канала, каждьтй из которых содержит фото-1

диод, подключенный ааодом к инвертирукщему входу операционного усилителя, выход которого через резистор офагшой связи соединен с инвертирующим входом операционного усялитепягОднако изменения чувствительвости такого светодатчика при иоменекии тем, пературы, присутствие напряжения на выходе операдионноП} усилителя при неосвещенном фотодиоде, возникающего за счет темновых токов фотодиода и дрейфовых напряжений операционного усилителя вносят тюгрешности при измеретш малых световых потоков, а следоваггел во н малых кощентраций Т1ыли, и отрашь 37 чивают динамический диапазон и 4yBCiv. вительность светодатчика.. Целью изобретения является уменьшение погрешности, повышение чувствительности и расширение динамического диапазона измерения. Цель достигается тем, что в предлага емом устройстве выход светодатчика подключен к инвертирующему усилителю, а выход инвертирующего усилителя через ключ подсоединен к запоминающему уст ройству, которое включено одним выходом к неинвертирукщему входу светодатчика, вторым к корпусу, а перед фотоприемниКом светодатчика устанавливается свето- затвор, вход управления которого соедине с ключом и тем, что два фотодатчика для измерения малых концентраций угольной пыли через ключи подсоединены к вычи- такщему устройству, а входы ключей фотодатчиков объединены и подключены к блоку управления. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства, которое состоит из двух идентичных блоков 1 и Ц , каждыя из которых содержит фотоприемник 1, сое диненный с операционным усилителем ,2 (являются светодагчиком); к выходу усилителя 2 подключен инвертирующий усилитель 3; ключ 4 подсоединен к усилителю 3 и запоминающему устройству 5, запоминаощее устройство 5 подсоединено к неинвертирующему входу светодатчика (усилителя 2); светозатвор 6 и вход клю ча 4 подсоединены к npsiMoiv входу бпока управления 7j ключи 8 и 9 соединяют выходы усилителя 3 с вычитающим уст ройством 10, входы ключей 8 и 9 подклю чены к инверсному выходу блока управления 7. На выходе операционного усилителя 2 светодатчика присутствуют напряжение от темнового тока фотодиода 1 UjU и напряжение и 9.Р дрейфа операционного усилителя 2. На выходе усилителя 2, кроме полезного напряжения Ufcp , несущего информацию о измеряемом световом fio- токе тфисутстаует сумма напряжений ,,р Изменения во времени .и от температуры суммы напряжений оказываются как изменение светового поток падающего на фотодиод, что вносит попрешность в измерение светового потока Ф , ослабленного пьшью, поскольку между излеряемой концентрщией С и йринимаемым световым потоком Ф суще ствует зависимость roe Фо -падающий на пыль световой поток. 9 Когда напряжение Оф соответствует пороговому световому потоку Ф рКоторый решстрирует (аце чувствует) фотодиод фотоприемника 1, то изменение суммы напряжений соответствует измене нию порогового светового потока, а следовательно и изменению чувствитепьности или ее ограничению в светодатчике. Ограничения по пороговому потоку и его нестабильность ограничшаают чувствительность светодатчика в зоне малых концентрасийС.р пыли, так как минимальная измеряемая концентрация определяется выражением т п Нлов а где к - параметр оптического канала пылемера. Для устранения влияния суммы напряжений и-tcp-t и jp необходимо ее запоминание, сравнение (или вычитание) с общей суммой напряжений и получение результирукадего напряисения, равного ()-(u-rcp-fu pVUcp. Поэтому предложенный фотодатчик для измерения малых концентраций угольной пыли работает циклически, причем повто- рякжцийся цикл разбит на два равных такта, которые задаются вычислительным устройством. В первом такте осуществляется запоминание в запоминак шем устройстве 5 суммы напряжений и- ф-vUnp (такт коррекции). Во втором такте осуществляется получение на выходе усилителя 3 полезного напряжения UCP посредством подачи на неинвертирующ д вход усилителя 2 от зaпo гинaкv. щотх устройства 5 суммы напряжений UTOJ+UQP , а на инвертирующем .ходе будет присутствовать суммы напряжений UT) Цр + и(фаза (f Одр f (jc равна фазе ), тогда дифференциальный ВХОД усилиа еля. 2 осуществит вычитание суммы напряжений U «p -ер,из суммы напряжений .(рабочий такт). Инвертирующий усилитель 3 необходим для аписи в запоминающее устройство 5 сикфазной суммы напряжений V)фvUgp по отношению к приведенной на инвертирующий вход усилителя 2 сумме напряжений Uqj+Uiq -vUgji , Когда закрыт светозатвор 6, фотодиод 1 затемнен и тогда можно измерить сумму напряжений . Фотодатчик работает следующимобразомБлок управления 7 вырабатывает CHIV нал первого такта, тогда одтювреме но закрываются светозатвор и ключ 57 4 и открываются ключи 8 и 9, гоэтоыу вьшод усипитепя 3 через ключ 4 шдклю чается к запоминающему устройству 5. и в нем происходит запись суммы напряжений Затем блок управления 7 вырабатывает сигвап второго такта| и одновремешю открывают Ья светозатвор 6 и ключ 4 и закрыва ются ключи 8 и 9 и на инвертирующий ъяур. усилителя 2 постутшет сумма напряженийОср+и р- и ,р а на неинвер тирующий вход усилителя 2 поступает су ма напршкений и следовательно на вызсоде усилнггепя будет только напряжение Для уменьшения погрешности, повышения чувствительности и расширения диапазона измерения двухканапьньтх фотодатчиков каждый lia предложенных фотодатчиков через ключи 8 и 9 в рабочий такт подключается к вычитающему устройсаву 10, Которое вычитает сипаа- лы с блоков т и И . Фотодатчик для измерения малых кон центраций утхэльной пьши тозволяет умен шить погрешности, повысить чувствитель ность и расширить диапазон измерения в зоне малых концентраций пыли. Положительный эффект достигается предложен ной схемой и цикличностью ее работы. Формула изобретения 1.Устройство для измерения цеиграций угольной пыли, содержащее два оптичигких канала, каждый из которых содер 1шт корпус, источшщ излу чения, светцдатчики, включакщие фотодиоды, подключенные к усилителям, отличающееся тем, что, с цепью повышения точности, чувствительности и расширения диапазона измерений, выход светодатчика подключен к инвертирующему усилителю, а выход и. вертиругёего усилителя через ключ подсоединен к затюмйнакщему устройству, которое тюдключеио одним выходом к неинвертирующему входу светодатчшш, а-вторым к корпусу, причем перед фототтриехущиком светодатчика устакювлен сватозатвор, вход управления которого соединен с ключом. 2.Устройство по га. 1, отличающееся тем, что оптические капа лы через ключи подсоедивюны к вычитакщему устройству, а выходы snKmeu подключены к блоку упраюхения. Источники информации, ;. принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Англии М 1320966, кл С 1, 19 68 Г 2. Электроника, 1971, 1 11, Сг 30-35, (прототип).