[go: up one dir, main page]

RU2356028C1 - Device for proximate analysis of fluid industrial-class purity - Google Patents

Device for proximate analysis of fluid industrial-class purity Download PDF

Info

Publication number
RU2356028C1
RU2356028C1 RU2008120839/28A RU2008120839A RU2356028C1 RU 2356028 C1 RU2356028 C1 RU 2356028C1 RU 2008120839/28 A RU2008120839/28 A RU 2008120839/28A RU 2008120839 A RU2008120839 A RU 2008120839A RU 2356028 C1 RU2356028 C1 RU 2356028C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnitude
signal
radiation
photo diode
photodiode
Prior art date
Application number
RU2008120839/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Александрович Бухалов (RU)
Виктор Александрович Бухалов
Евгений Васильевич Лесников (RU)
Евгений Васильевич Лесников
Федор Федорович Стуканов (RU)
Федор Федорович Стуканов
Original Assignee
Виктор Александрович Бухалов
Евгений Васильевич Лесников
Федор Федорович Стуканов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Александрович Бухалов, Евгений Васильевич Лесников, Федор Федорович Стуканов filed Critical Виктор Александрович Бухалов
Priority to RU2008120839/28A priority Critical patent/RU2356028C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2356028C1 publication Critical patent/RU2356028C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics, measurements.
SUBSTANCE: invention relates to instrument making, in particular, to devices designed to measure the amount of mechanical impurities in industrial fluids, e.g. water, liquid fluids, oils, coolants etc., and to measure their particle sizes. The proposed device comprises radiation source, fluid flow passage chamber, photo receiver made up of a photo diode, microcontroller and display. Aforesaid photo diode registers the magnitude of signal dissipated from radiation particles in finite range of angles of 0.12 to 0.58 rad selected empirically so that the magnitude of dissipated radiation signal from the photo diode output depends linearly from the impurity grain size.
EFFECT: expanded range of measured grain sizes, reduced errors of measurements.
2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.

Изобретение относится к области приборостроения, а более конкретно к устройствам для определения количества механических примесей в промышленных жидкостях - воде, жидких топливах, маслах, охлаждающих жидкостях и т.д.The invention relates to the field of instrumentation, and more particularly to devices for determining the amount of solids in industrial liquids - water, liquid fuels, oils, coolants, etc.

Уровень техникиState of the art

Известен прибор для измерения механических примесей в нефтепродуктах [Бихмухаметов К.А., Селятицкий В.Г. «Прибор для измерения механических примесей в нефтепродуктах». http//www.gsm.kip-radio.ru], содержащий оптический датчик, включающий в себя измерительную кювету, оптические линзы, светоизлучающий диод, и два фотоприемника - рассеянного и проходящего излучения, причем приемник рассеянного излучения стоит примерно под 90° к зондирующему излучению. Фотоприемниками измеряются рассеянное и проходящее через измерительную кювету, заполненную жидкостью, излучение светодиода. Предполагается, что интенсивности рассеянного и проходящего излучения пропорциональны К и 1-К соответственно (К - коэффициент рассеяния излучения на механических примесях). Электронной частью прибора вычисляется коэффициент рассеяния излучения на механических примесях К. Недостатками прибора являются:A known device for measuring mechanical impurities in oil products [Bikhmukhametov K.A., Selyatitsky V.G. "A device for measuring mechanical impurities in petroleum products." http // www.gsm.kip-radio.ru], containing an optical sensor, including a measuring cell, optical lenses, a light emitting diode, and two photodetectors - scattered and transmitted radiation, and the scattered radiation receiver is approximately 90 ° to the probing radiation. Photodetectors measure the scattered and passing through the measuring cell filled with liquid, the radiation of the LED. It is assumed that the intensities of the scattered and transmitted radiation are proportional to K and 1-K, respectively (K is the coefficient of radiation scattering by mechanical impurities). The electronic part of the device calculates the coefficient of radiation scattering by mechanical impurities K. The disadvantages of the device are:

- измерение только интегральных характеристик параметров механических примесей (объемной концентрации примесей);- measurement of only the integral characteristics of the parameters of mechanical impurities (volumetric concentration of impurities);

- невозможность определения коэффициента рассеяния излучения на механических примесях с различным гранулометрическим составом;- the impossibility of determining the coefficient of scattering of radiation on mechanical impurities with different particle size distribution;

- зависимость показаний прибора от гранулометрического состава примесей.- the dependence of the readings on the particle size distribution of impurities.

Известен также прибор ГРАН-152 [ТЕХНОПРИБОР. Приборы химического контроля. Каталог 2002, Москва, с.22]. Прибор состоит из источника излучения, измерительной кюветы, оптической системы и фотоприемника. Принцип действия этого прибора основан на измерении сигнала с выхода фотоприемника, возникающего при пересечении частицами зондирующего излучения, которое кратковременно экранируется. При этом на выходе фотоприемника вырабатываются импульсы в количестве, равном количеству частиц, а по амплитудам пропорциональны их размерам. Недостатком прибора является квадратичная зависимость амплитуды импульса от диаметра частицы, т.к. в этом случае измеряется сечение экстинкции частицы, пропорциональное d2 (d - проекционный диаметр частицы). Это обстоятельство ограничивает динамический диапазон измерения размеров частиц в силу насыщения сигнала фотоприемного устройства при измерении частиц больших размеров.The device GRAN-152 [TEKHNOPRIBOR. Chemical control devices. Catalog 2002, Moscow, p.22]. The device consists of a radiation source, a measuring cell, an optical system and a photodetector. The principle of operation of this device is based on measuring the signal from the output of the photodetector that occurs when particles cross the probe radiation, which is briefly shielded. In this case, pulses are generated at the output of the photodetector in an amount equal to the number of particles, and the amplitudes are proportional to their size. The disadvantage of this device is the quadratic dependence of the pulse amplitude on the particle diameter, because in this case, the particle extinction cross section is measured proportional to d 2 (d is the projection diameter of the particle). This circumstance limits the dynamic range of particle size measurement due to saturation of the signal of the photodetector when measuring large particles.

Наиболее близким из технических решений является прибор контроля чистоты жидкостей ПКЖ - 904A [http/www.tesar-centr.ru]. Прибор имеет камеру с вертикальным жидкостным каналом, перпендикулярно которому на одной оптической оси расположены осветитель и фотоприемник. Камера с двух сторон ограничена прозрачными стеклами. Между осветителем и одним из стекол расположена диафрагма, ограничивающая световой поток от источника света.The closest of the technical solutions is the liquid cleanliness control device PKZH - 904A [http / www.tesar-centr.ru]. The device has a chamber with a vertical liquid channel, perpendicular to which a illuminator and a photodetector are located on one optical axis. The camera on both sides is limited by transparent glasses. A diaphragm is located between the illuminator and one of the glasses, restricting the luminous flux from the light source.

Работа прибора основана на регистрации светочувствительным элементом (фотодиодом) изменения светового потока от источника света (светодиода) во время перекрытия части светового потока отдельной частицей, перемещающейся с потоком контролируемой жидкости. Световой поток от источника света направляется перпендикулярно потоку жидкости и полностью его охватывает (по сечению потока жидкости), что позволяет контролировать жидкость, проходящую через датчик прибора. Изменения электрического сигнала (тока) фотодиода, вызванные частицами загрязнений, находящимися в жидкости, пропорциональны размеру частиц, а длительность этих изменений равна времени прохождения частицей чувствительного объема датчика. Электрические сигналы фотодиода усиливаются, анализируются по амплитуде и распределяются по соответствующим размерным диапазонам, указанным на табло прибора [http/www.dvgups.ru]. Недостатком этого прибора также является квадратичная зависимость амплитуды импульса от диаметра частицы, вызванная измерением сечения экстинкции и невысокая точность измерения, обусловленная этой нелинейной зависимостью.The operation of the device is based on the registration by the photosensitive element (photodiode) of the change in the light flux from the light source (LED) during the overlapping of the part of the light flux with a separate particle moving with the flow of the controlled fluid. The luminous flux from the light source is directed perpendicular to the fluid flow and completely covers it (along the cross-section of the fluid flow), which allows you to control the fluid passing through the sensor of the device. Changes in the electrical signal (current) of the photodiode caused by particles of contaminants in the liquid are proportional to the size of the particles, and the duration of these changes is equal to the time the particle travels through the sensitive volume of the sensor. The electrical signals of the photodiode are amplified, analyzed by amplitude and distributed according to the corresponding size ranges indicated on the instrument panel [http / www.dvgups.ru]. The disadvantage of this device is also the quadratic dependence of the pulse amplitude on the particle diameter caused by the measurement of the extinction cross section and the low measurement accuracy due to this nonlinear dependence.

Устройство для экспресс-анализа промышленной чистоты жидкостей состоит из двух функциональных частей: оптической системы и устройства преобразования электрического сигнала в цифровой код с индикацией результатов измерения на графическом жидкокристаллическом табло (ЖКИ). Изобретенное устройство расширяет диапазон размеров измеряемых частиц и уменьшает погрешность их измерения.A device for express analysis of industrial purity of liquids consists of two functional parts: an optical system and a device for converting an electrical signal into a digital code with indication of measurement results on a graphic liquid crystal display (LCD). The invented device extends the range of sizes of the measured particles and reduces the error of their measurement.

Оптическая система устройства для экспресс-анализа промышленной чистоты жидкостей (фигура 1) состоит из источника зондирующего излучения (лазера) 1, коллиматора 2, светоделительной пластины 3, опорного фотодиода 4, двух объективов 6 и 7 и фотодиода 8. Струя жидкости, направленная перпендикулярно зондирующему излучению, образует в месте пересечения с ним рабочий объем протекания струи 5. Рассеянное излучение собирается объективами 6 и 7 и фокусируется на фотодиод 8, регистрирующий величину сигнала и интенсивность рассеянного излучения.The optical system of the device for express analysis of industrial purity of liquids (figure 1) consists of a probe radiation source (laser) 1, a collimator 2, a beam splitter plate 3, a reference photodiode 4, two lenses 6 and 7, and a photodiode 8. A liquid stream directed perpendicular to the probing radiation, forms at the point of intersection with it the working volume of the jet 5. The scattered radiation is collected by lenses 6 and 7 and is focused on the photodiode 8, recording the magnitude of the signal and the intensity of the scattered radiation.

Известно, что амплитуды сигналов рассеянного излучения S(P) зависят от диапазона углов рассеивания (β1…β2) [К.Борен, Д.Хафмен. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. Москва: «Мир», 1986, с.141].It is known that the amplitudes of signals of scattered radiation S (P) depend on the range of scattering angles (β 1 ... β 2 ) [K. Boren, D. Hafmen. Absorption and scattering of light by small particles. Moscow: Mir, 1986, p.141].

Известно также, что величина сигнала рассеянного излучения I(d) пропорциональна S2(β) [Г.ван де Хюлст. Рассеяние света малыми частицами. Издательство иностранной литературы. М., 1961, с.42].It is also known that the magnitude of the scattered radiation signal I (d) is proportional to S 2 (β) [G. van de Hulst. Light scattering by small particles. Publisher of foreign literature. M., 1961, p. 42].

Устройством величины сигналов рассеянного излучения I(d) регистрируются в конечном диапазоне углов, который эмпирически выбран таким образом (от β1=0,12 до β2=0,58 радиан), что величина электрического сигнала с фотодиода линейно зависит от размера частицы загрязнителя d.The device measures the scattered radiation signals I (d) in a finite range of angles, which is empirically selected in such a way (from β 1 = 0.12 to β 2 = 0.58 radians) that the magnitude of the electrical signal from the photodiode linearly depends on the particle size of the pollutant d.

Электрические сигналы с фотодиодов 4 и 8 поступают на устройство преобразования электрического сигнала в цифровой код (фигура 2).Electrical signals from photodiodes 4 and 8 are fed to a device for converting an electrical signal into a digital code (figure 2).

В устройство преобразования электрического сигнала в цифровой код входят:The device for converting an electrical signal into a digital code includes:

- преобразователи фототока в напряжение - 9 и 10;- converters of photocurrent to voltage - 9 and 10;

- регулируемый усилитель напряжения - 11;- an adjustable voltage amplifier - 11;

- устройство управления - 12;- control device - 12;

- микроконтроллер - 13;- microcontroller - 13;

- жидкокристаллическое табло (ЖКИ) - 14;- liquid crystal display (LCD) - 14;

- блок питания (адаптер или аккумулятор) - 15.- power supply (adapter or battery) - 15.

Электрический сигнал с фотодиода 8 (фигура 1) в виде импульса фототока преобразуется преобразователем фототока в напряжение 9 (фигура.2) в импульсное напряжение, амплитуда которого прямо пропорциональна размеру частицы d, а их число пропорционально концентрации частиц. Далее импульсный сигнал поступает на регулируемый усилитель напряжения 11, который выполнен с переменным коэффициентом усиления. Переключение коэффициента усиления происходит автоматически в зависимости от амплитуды сигнала с помощью устройства управления 12. Эти импульсы поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), входящий в состав микроконтроллера 13, где их амплитуды преобразуются в цифровой код. На другой АЦП, входящий в микроконтроллер, поступает сигнал в виде медленно меняющегося напряжения с выхода преобразователя фототока в напряжение 10 фотодиода 4 (фигура 1), регистрирующего величину сигнала источника зондирующего излучения. Относительно этого сигнала производится нормировка информации, отображаемой на ЖКИ 14. Микроконтроллер 13 обеспечивает управление работой излучателя; синхронизацию работы устройства управления 12; математическую обработку сигналов и вывод результатов их обработки на ЖКИ.The electrical signal from photodiode 8 (figure 1) in the form of a photocurrent pulse is converted by the photocurrent converter to voltage 9 (figure 2) into a pulse voltage, the amplitude of which is directly proportional to the particle size d, and their number is proportional to the particle concentration. Next, the pulse signal is supplied to an adjustable voltage amplifier 11, which is made with a variable gain. The gain is switched automatically depending on the amplitude of the signal using the control device 12. These pulses are fed to an analog-to-digital converter (ADC), which is part of the microcontroller 13, where their amplitudes are converted into a digital code. At another ADC included in the microcontroller, a signal is received in the form of a slowly changing voltage from the output of the photocurrent converter to voltage 10 of photodiode 4 (Figure 1), which registers the signal value of the probe radiation source. Regarding this signal, the information displayed on the LCD is normalized 14. The microcontroller 13 provides control over the operation of the emitter; synchronization of the operation of the control device 12; mathematical processing of signals and output of the results of their processing on the LCD.

Claims (1)

Устройство для экспресс-анализа промышленной чистоты жидкостей, состоящее из источника излучения, рабочего объема протекания струи жидкости, фотоприемного устройства, включающего в себя фотодиод, регистрирующий величину сигнала рассеянного излучения, микроконтроллера и табло, отличающееся тем, что фотодиод регистрирует величину сигнала рассеянного излучения в конечном диапазоне углов (0,12…0,58 рад), который выбран эмпирическим путем так, что величина сигнала с выхода фотодиода линейно зависит от размера частицы загрязнителя. A device for express analysis of industrial purity of liquids, consisting of a radiation source, a working volume of a liquid jet, a photodetector including a photodiode that records the magnitude of the scattered radiation signal, a microcontroller and a scoreboard, characterized in that the photodiode registers the magnitude of the scattered radiation signal in the final the range of angles (0.12 ... 0.58 rad), which is chosen empirically so that the magnitude of the signal from the output of the photodiode linearly depends on the particle size of the pollutant.
RU2008120839/28A 2008-05-27 2008-05-27 Device for proximate analysis of fluid industrial-class purity RU2356028C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008120839/28A RU2356028C1 (en) 2008-05-27 2008-05-27 Device for proximate analysis of fluid industrial-class purity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008120839/28A RU2356028C1 (en) 2008-05-27 2008-05-27 Device for proximate analysis of fluid industrial-class purity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2356028C1 true RU2356028C1 (en) 2009-05-20

Family

ID=41021811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008120839/28A RU2356028C1 (en) 2008-05-27 2008-05-27 Device for proximate analysis of fluid industrial-class purity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2356028C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2560142C1 (en) * 2014-04-21 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Method of aspiration optical spectrometry of disperse medium
RU2607050C1 (en) * 2015-08-06 2017-01-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Method for determining disperse composition of aerosol

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Техноприбор. Приборы химического контроля. "ГРАН-152". Каталог 2002. - М., с.22. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2560142C1 (en) * 2014-04-21 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Method of aspiration optical spectrometry of disperse medium
RU2607050C1 (en) * 2015-08-06 2017-01-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Method for determining disperse composition of aerosol

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1659394B1 (en) Turbidity measuring system
AU2011234004B2 (en) Handheld optical measuring device and method of use
CN101246112A (en) Measuring method and measuring device for suspended sediment content in water body
AU2011234064A1 (en) Handheld fluorometer and method of use
US4037973A (en) Light sensitive device for measuring particles in a liquid
Singh et al. A new non-intrusive optical technique to measure transparent liquid level and volume
CN102507500B (en) Laser environment scattering rate measurement device
CN117571624A (en) A convenient insulating oil content measuring device
RU2356028C1 (en) Device for proximate analysis of fluid industrial-class purity
AU590223B2 (en) Concentration meter
JP2005121415A (en) Instrument for measuring particle size distribution
RU2413201C1 (en) Optoelectronic photocolorimetre
Adzuan et al. Design and development of infrared turbidity sensor for Aluminium Sulfate coagulant process
JP2004028660A (en) Fluid component measurement apparatus using surface plasmon resonance chemical sensor
CN103267744B (en) Turbidity optical detection apparatus based on right-angle prism
JP4487198B2 (en) Turbidimeter
RU2359250C1 (en) Method of liquid purity control
Omar et al. Optical System in Measurement of Water Turbidity: Design and Analytical Approach (Penerbit USM)
RU2668323C1 (en) Method of determination of pollution of liquid and gas-fuel environments and device for its implementation
Ranasinghe et al. Design and construction of cost effective turbidimeter to be used in water purification plants in Sri Lanka
Chen et al. Research on temperature compensation algorithm of turbidity sensor based on GaAlAs Infrared scattering theory
NL8400451A (en) Optical device measuring particle concn. in liq. - has beam splitter providing reference beam for photodiode and measuring beam for optical fibre ending below liq. surface
RU2485484C1 (en) Optoelectronic multiparameter colorimeter
Greswell et al. An inexpensive flow-through laser nephelometer for the detection of natural colloids and manufactured nanoparticles
RU101194U1 (en) ACOUSTOPTIC WATER ANALYZER

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130528