Устройство для определения концентрации взвесей в окрашенных средах Советский патент 1981 года по МПК G01N21/51 

Устройство относится к исследо- анию химических и физических свойств веществ и может быть использовано при анализе жидких и газообразных веществ с помощью оптических методов, преимущественно в сахарном, масложировом, пивоваренном, соковом и винодельческом производствах при измерении помутнения сред, вызванных взвешенными частицами или другими причинами.

Известны устройства для измерения концентрации взвесей, в которых один фотоприемник располагается на пути распространения прямого света, а другой - под углом к оси распространения прямого света 11.

Известны также устройства, основанные на измерении прохождения или распространения света в среде (нефелометры, колориметры) 2.

Такие устройства просты по конструкции, но непригодны для измерения

концентрации взвесей в окрашенных средах.

Устройства, основанные на сравнении (чаще всего делсн11и) сигналов фотоприемников, восгфинимающих свет, отраженный под определенными углами и проходящий Б прямом направлении, повышают точность измерения концентрации взвесей, но не исключают влияния цветности, диэлектрической про10ницаемости и окраски среды на результаты измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является

15 устройство для измерения взвесей в окрашенных средах, имеющее измерительную камеру, источник света, фотоприемники, устройство управления интенсивностью свето.вого потока ис20точника света и регистрирующий прибор. Один фотоприемник воспринимает прошедшие через камеру световые лучи, а второй, размещенный под углом 90 к 3 направлению исходного пумка света, рассеянный свет СЗ J. Данный прибор позволяет в опреде ленной степени снизить влияние окра ки исследуемой среды на результаты измерения концентрации взвесей. Однако он не способен с высокой точностью производить измерение взвешенных частиц в средах с больши изменением диэлектрической проницаемости, окраски и цветности, ВВИДУ того, что один фотоприемни располагается на пути распространен прямого света и воспринимает прошед шие через камеру световые лучи, а .второй размещенный под углом 30° к направлению исходного пучка света рассеянный свет, то при сравнении электрических сигналов, пропорциональных интенсивности падающих на фотоприемники световых потоков, сра ниваются несопоставимые соотношения так как законы распространения проходящего и рассеянного света разные Проходящий свет подчиняется зако ну Бугера-Ламберта, т.е. интенсивность прошедшего исследуемую среду света равна 0) где Оо интенсивность падающего св тового потока; h - коэфф ициент экстинкции; S - толщина слоя рассеивающей средыо Рассеянный же свет, в зависимост от размеров частиц, подчиняется закону Релея или закону Ми. При допущении, что исследуемая среда подчин ется закону Ми, имеет место следующее соотношение: 3 - -iuv Jp- , где Ор - интенсивность рассеянного света; К - коэффициент рассеяния свет V рассеивающий объем; R, - расстояние от рассеивающег объема до точки наблюдения Кроме того, sindL , где cL- угол наблюдения рассеивающе го объема. Из формул (1) и (2) видно, что интенсивность проходящего света име ет экспоненциальную зависимость, а интенсивность рассеянного света линейную. Следовательно, при подоб4ном расположении фотоприемников приходится сравнивать плохо сопоставимые соотношения. Естественно, при определенном конструктивном решении и соответствующей обработке электронным устройством электрических сигналов, пропорциональных интенсивностям световых потоков, можно получить в узком диапазоне исследуемых сред необходимые результаты. Однако это достигается за счет усложнения и удорожания устройства. Кроме того, применение данного устройства ограничено, во-первых, определенным исследуемым веществом; во-вторых узким диапазоном измерения концентрации взвесей в исследуемой среде. Целью изобретения является повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения концентрации взвесей в окрашенных средах, содержащем измерительную камеру, источник света, фотоприемники, устройство управления интенсивностью светового потока источника света и регистрирующий прибор, фотоприемники расположены по периметру измерительной камеры под разными углами относительно оси распространения прямого света, при этом часть фотоприемников подключена к устройству управления интенсивностью светового потока источника света, а остальные фотоприемники к регистрирующему прибору. В этом случае сравниваются сопоставимые соотношения, которые будут отличаться, при всех прочих равных условиях, только синусами углов расположения фотоприемников. На фиг.1 представлены данные изменения интенсивности световых потоков рассеянного света; на фиг.2 функциональная схема предложенного устройства; на фиг.З - другой вариант предложенного устройства. Как показывают экспериментальные данные, при измерении диэлектрической проницаемости, цветности и окраски исследуемой среды форма индикатриссы рассеяния остается неизменной (кривые А, Б на фиг.1), . интенсивности световых потоков рассеянного света изменяются пропорционально. Следовательно, отношение интенс.ивностей . | г- const, «J-t Ji 5 где Д , и02. интенсивности рассеянного света под углами о и /3 соответственно. При изменении же концентрации взвешенных частиц изменяется форма индикатриссы рассеяния (кривая В), т.е. интенсивности световых потоков рассеянного света изменяются непропорционально, что позволяет получить информацию о концентрации взвешенных частиц в исследуемой среде.Следователь но, .c I |( Ц 2. где С - концентрация взвесей. На основании изложенного, можно добавить, что нелинейность.характеристик фотоприемников в предлагаемом устройстве не будет иметь принципиального значения. Несущественно также влияние характеристик устройства регулирования,, так как это сказывается лишь на изменении точности регулирования, которая может быть полу чена заведомо выше требуемой. На фиг.2 представлен частный слу чай предлагаемого устройства. Его функциональная схема содержит источ ник света 1, измерительную камеру 2 фотоприемники 3 и , устройство 5 управления интенсивностью светового потока источника света, усилитель 6 и регистрирующий прибор 7. Устройство работает следующим об разом. Поток прямого света от источника света 1 проходит измерительную камеру 2 с исследуемой жидкостью. Содержащиеся в жидкости взвешенные частицы или другие неоднородности приводят к отражению света. Фотоприемник 3 воспринимает свет отраженный под углом oL а устройство 5 управления интенсивностью светового потока источника света управляет световым потоком так, что интенсивность рассеянного света, падающего на фотоприемник 3, поддерживается постоянной. Фотоприемник t воспринимает свет, рассеянный под углом ft, причемo i P усиленный усилителем 6 сигнал подается на регистрирующий прибор. 0 выходная величина которого несет информацию о концентрации взвесей. Функциональная схема устройства, представленная на фиг.З, аналогична функциональной схеме на фиг.2 и состоит из источника света 1, камеры 2, фотоприемников 3,,8,9,10,11,12, устройства 5 управления интенсивностью света, усилителя 6 и регистрирующего прибора 7. Все углы расположения фотоприемников разные относительно оси распространения света. Такое расположение фотоприемников позволяет увеличить точность измерения концентрации взвешенных частиц, так как при этом регистрируется отраженный свет от всех частиц независимо от их размеров и формы. Предлагаемое устройство исключает влияние окраски среды на результаты измерений, а также уменьшает влияние размеров и форм частиц на результаты измерений. Формула изобретения Устройство для определения концентрации взвесей в окрашенных средах, состоящее из измерительной камеры, источника света, фотоприемников, устройства управления интенсивностью светового потока источника света и регистрирующего прибора, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерения, фотоприемники расположены по периметру измерительной.камеры под разными углами относительно оси распространения света, при этом часть фотоприемников подключена к устройству управления интенсивностью светового потока источника света, а остальные фотоприемники подключены к регистрирующему прибору. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № А62П9, кл. G 01 N 21/26, 1975. . 2. Патент США N , кл. G 01 N 21/22, опублик.19б6. 3. Патент США № 3892485, кл, G 01 N 21/22, опублик.1976 (прототип) .