Автоматический нефелометрический концетратомер Советский патент 1981 года по МПК G01J1/04 

К - коэффициент, учитывающий отверстия в поверхности интегрирующей шаровой кюветы/ F - световой, поток, прошедший через отверстие диафрагмы. На фиг. 1 изображена упрощенная одноканальная оптическая схема, поясняющая работу интегрирующей шаровой кюветы (на фиг. 2 - электрическая схема устройства.

Нефелометр содержит источник излучения 1, оптическую систему 2 форми рования параллельного светового потока F, диафрагму 3, оптические компенсаторы подстроечный {коррекции нуля) 4 и измерительный 5, шаровую интегрирующую кювету б со светоловущкой 7, светоприемник 8 например фотрезистор, включенный в плечо измерительной мостовой схемы 9, усилитель 10, реверсивные двигатели 11 и 12. программное устройство 13, и, например, КЭП-12У с контактами14, 15, 1б и блок питания 17.

Нефелометр работает следующим образом.

Часть параллельного светового потока F, вошедшего в шаровую интегрирующую кювету б, не поглощается светоловушкой 7, имеющей площадь q , а отражаясь от кольца g , имеющего площадь поверхность шаровой интегрирующей кюветы 6, благодаря интегрирующему эффекту последней создает освещенность Е светоприемника 8. Непоглощенная часть светового потока F«3, F и 1 создает освещенность

v-l

Ч. °л ьца q , , j-i,

обуславливающую яркость L его поверхности в направлении cL , т.е. колца q. к светоприемнику.

( где j3 - коэффициент отражения поверхности шаровой интегрирующей кюветы имеющей ради ус R; площадь диафрагмы. Найдем освещенность Е поверхност cвeтoпpиet« икa, на которую падает свет, отраженный от светящейся пове нести q, находящейся на расстоянии 1, для чего представим яркость элемента dq-i поверхности q L(ci.) o|cj.cosd или aa(d), Lac:),,cosA и освещенность све топриемника от элемента dq кольца л gJCd),j L(oL)aq.COs4 b(d.)dqr 11 ЩГ или от всего кольца ,, Е После подстановок и преобразован получим эту освещенность 4JSi(

Лучи, непосредственно не попадающие от кольца q на светоприемник, отразившись от поверхности шаровой интегрирующей кюветы S(j , создают вторичную освещенность Е светоприемника где -отношение эффективной поверхности щаровой интегрирующей кюветы (она меньше полной поверхности шаровой интегрирующей кюветы на суммарную площадь входного и выходных окон для светового потока к его полной поверхности. Вторичную освещенность Е находим следующим образом.

Пусть освещенность произвольной точки А шаровой интегрирующей кюветы как и светоловушки, создаваемая

5 светящимся кольцом q будет

р с Р )

г I

а яркость соответственноtj , р А

Освещенность поверхности светоприемника, обусловленная отражением от элемента dS поверхности шаровой интегрирующей кюветы около точки А, , выразится как

.dfSA Р-ЕдаЭд 4Ri 4-jrRa

Освещенность поверхности светоприемника в результате вторичного отражения от поверхности шаровой интегрирующей кюветы составит

30

, RfPcv,.KfF

представляет весь световой поток, упавший на, поверхность после отражения от кольца q,j откуда

г

) Учитывая последнее выражение для после преобразования получаем 4-ЗГК Путем аналогичных рассуждений наится третичная освещенность похности светоприемника создаваемая ричным отражением от поверхности овой интегрирующей кюветы Последующие i-тые освещенности опеляться как ui) Полная освещенность Е поверхности светоприемника .,...,..,. (,-...,) A-TTKi (,,) 47ГР(1-К.р) g, pq.p A -R cq +s-aXi-iip) Уровень освещенности Е светоприемни ка задается в зависимости от типа последнего и из соображений обеспече ния необходимой, концентрационной чув ствительности JJ нефелометра, где п - показания нефелометра, к - концентрация взвеси в растворе. Чем отношение площадейrt rtменьше, тем концентрационная чувствительность выше при а,д-Д п/ 3с достигает наибольшего значения, что имеет место обычных нефелометрах. Однако в последнем случае, согласно выведенной формуле, уровень освещенности Е светоприемника становится равным нулю. При нахождении в шаровой интегрир ющей кювете 6 раствора с нулевой кон центрацией взвеси создается необходи мый уровень освещенности Е светоприемника 8. В этих условиях измеритель ный мост 9 балансируется при нулевом положении измерительного компенсатора, т.е. его максимальном светопропускании ( в компенсационных турб диметрах наоборот - нулевое положение при минимальном светопропускании компенсатора). При этом компенсатор 4 в исходном положении, т.е. при чисто кювете, элементах оптики и т.д., име ет как обычно, наименьшее, светопро пускание. При введении в шаровую интегрирую щую кювету светорассеивающего раство происходит перераспределение светово го потока - уменьшается доля света, поглощаемого светоловушкой, и увеличивается освещенность шаровой интегрирующей кюветы и светоприемника 8, приводя к разбалансу измерительной схемы 9. С выхода усилителя 10 усиленное напряжение разбаланса через контакт 15 подается на управляющую обмотку двигателя 11, кинематически связанного со стрелкой нефелометра и измерительным компенсатором. Фаза этого напряжения обеспечивает вращение двигателя в направ лении уменьшения светопропускания ко пенсатора 5 до восстановления первич ного уровня освещенности Е светоприемника 8 и баланса измерительной схе мы, после чего отработка двигателя И с компенсатором 5 прекращается. Таким образом, угол поворота системы-двигатель, компенсатор, стре ка - является мерой концентрации взвеси, По циклограмме программного устрояства 13, в некоторый момент времени произойдет промыв шаровой интергрирующей кюветы и заполнение ее раствором с нулевой концентрацией взвеси, разомкнется контакт 15 и замкнутся контакты 14 и 16, через которые на двигатель 11 подается из блока питания 17 напряжение в фазе, обеспечивающей отработку измерительной системы в нулевое положение, а на двигатель 13, кинематически связанный с компенсатором 4 - с выхода усилителя 10 напряжение коррекции нуля. В результате уменьшение освещенности светоприемника из-за загрязнения шаровой HFIтегрирующей кюветы, элементов оптики, старения лампы и т.д. будет скомпенсировано путедл отработки двигателя 12 в направлении увеличения светопропускания компенсатора 4 до момента исЧе-пновения разбаланса моста и остановки двигателя 12. Затем по циклограмме контакты 14 и 16 размыкаются, контакт 15 замыкается, переводя нефелометр в режим измерения. Предлагаемый нефелометр является компенсационным прибором, работающим при постоянном уровне освещенности измерительного светоприемника во всем диапазоне изменения измеряемого параметра, и имеет шкалу, не зависящую от люкс-амперной характеристики светоприемника. Кроме того, так как начало шкалы корректируется по нулевому раствору, а конец шкалы, как и ее характер, однозначно определяется диапазоном и законом изменения светопропускания измерительного компенсатора, то отпадает необходимость в нефелометрических эталонах. Формула изобретения Автоматический нефелометрический концентратомер, содержащий источник излучения, установленные по ходу излучения оптическую систему формирования параллельного светового потока, диафрагму, измерительный и подстроечный оптические компенсаторы с отрабатывающими реверсивными двигателями, шаровую интегрирующую кювету, ветоловушку, светоприемник, усилитель, отличающийся тем, то, с целью создания уровня освещенности светоприемника, необходимого ля осуществления компенсационного етода измерения и автоматической коррекции нуля, площадь входного,отверстия светоловушки меньше, чем плоадь отверстия диaфpaг ы, причем знаение этих площадей связаны функциоальной зависимостью Р 43rR((-Kp)(Vi+4a)