УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЧИСТОТЫ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к автоматическим средствам контроля жидких и газообразных сред на содержание механических примесей.
Известно устройство для контроля загрязнения жидкости, которое содержит датчик, выход которого соединен с входом усилителя, выход усилителя соединен с входом компаратора, выход компаратора с входом инвертора, прямой выход которого соединен со счетчиком и аналоговым ключом, а инверсный выход - с входом счетчика и аналоговым ключом. Выходы счетчиков и подсоединены к аналоговым ключам. Выходы ключей подключены соответственно к входам интеграторов, выходы которых подсоединены ко входу делителя, выход делителя соединен со входом индикатора. (Патент на изобретение RU 2139519, МПК G01N 15/06).
Недостатком устройства является то, что точность измерения размеров частиц сильно зависит от соответствия прозрачности (светопропускания) контролируемой и эталонной жидкости.
Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство для подсчета частиц по размерам, содержащее проточную кювету, источник излучения, фотоприемник, формирователь опорных световых сигналов и электронный блок, подключенный к выходу фотоприемника. Принцип действия прибора основан на преобразовании фотодиодом величины изменения светового потока в величину электрических импульсов, амплитуды которых пропорциональны размерам частиц загрязнений. Усиленные электрические импульсы распределяются по каналам, соответствующим размерным диапазонам, и подсчитываются счетчиками. (Патент на изобретение SU974141, МПК G01N 15/06).
Поскольку анализаторы не имеют встроенных расходомеров или датчиков объема, а расход контролируемой среды в ходе измерений может резко колебаться вследствие изменения температуры, давления в системе, засорения тракта анализатора и др. факторов, погрешность измерения концентрации велика. Недостатком устройства также является увеличение погрешности измерения при изменении скорости протекания контролируемой жидкости.
Задачей предлагаемого решения является создание устройства для контроля чистоты жидкости, в частности определения размера и количества загрязняющих частиц.
Технический результат заключается в повышении чувствительности и точности измерений, уменьшении погрешности измерения концентрации частиц при изменении расхода контролируемой среды, упрощение реализации за счет исключения
необходимости измерения расхода жидкости и, соответственно введения в устройство для реализации способа расходомера.
Поставленная задача решается тем, что устройство для контроля чистоты жидкости содержит осветитель потока контролируемой жидкости, проточную кювету с прозрачными окнами, фотоприемник светового потока, прошедшего жидкость, соединенный с анализатором электрических сигналов. Осветитель потока контролируемой жидкости представляет собой оптический квантовый генератор (лазерный источник). Анализатор контролируемой жидкости представляет собой компьютер (например, ноутбук) с заданной ему программой анализа чистоты жидкости и выдачей результатов на экран компьютера и систему управления качеством очистки жидкости. При этом проточная кювета имеет прямоугольное сечение со сторонами b=200d и c=100d, a прозрачные окна имеют вид прямоугольника со сторонами a=40d и c=100d, где d - минимальный размер контролируемой частицы. Это необходимо, чтобы даже при максимальной концентрации частиц в жидкости внутри освещенного параллелепипеда находилась максимум одна частица.
Полезная модель поясняется чертежом, где представлено устройство контроля степени загрязненности жидкости, где
1 - поток контролируемой жидкости;
2 - лазерный источник света;
3 - фотоприемник;
4 - компьютер;
5 - проточная кювета;
6 - контролируемый объем жидкости в виде параллелепипеда, образованный прозрачными окнами в кювете;
а - высота параллелепипеда;
b - длина параллелепипеда;
с - ширина параллелепипеда.
Устройство для контроля чистоты жидкости содержит лазерный источник света 2, излучение от которого направлено через поток контролируемой жидкости 1, протекающий в кювете 5, на фотоприемник 3. Кювета 5 выполнена из непроницаемого для светового потока материала и имеет прозрачные окна с противоположных сторон для прохождения светового потока. Фотоприемник 3 соединен с анализатором электрических сигналов, например компьютером 4, с заданной ему программой анализа чистоты жидкости и выдачей результатов на экран компьютера и систему управления качеством очистки жидкости. Сечение кюветы 5 имеет вид прямоугольника со сторонами «b» и «с».
Прозрачные окна имеют вид прямоугольника со сторонами «а» и «с». Таким образом, зона освещения и, соответственно, контролируемый объем жидкости, представляет собой прямоугольный параллелепипед со сторонами «а», «b» и «с». Для объективного контроля необходимо в момент измерения наличие одной частицы в зоне освещения, иначе две и более частицы, освещенные одновременно, будут регистрироваться как одна более крупного размера. Это условие связывает размеры контролируемого пространства, расход жидкости и контролируемую концентрацию частиц следующим образом:
Q=F(K)=V/K,
3
3
3
где Q - контролируемый объем в мм (зона освещения), V - установленный расход контролируемой жидкости см/мин, К - концентрация контролируемых частиц в 100 см. Чувствительность фотоприемника и мощность лазера определяют соотношение площадей прозрачного окна и частицы. Поэтому оптимальными размерами являются
a=40d, b=200d, c=100d,
где d - минимальный размер контролируемой частицы.
Преимущества лазерного источника света по сравнению с обычным излучателем (лампа, светодиод и т.д.) заключаются в следующем.
Принцип действия устройства для контроля чистоты жидкости заключается в том, что частица загрязнения затемняет световое поле и по степени затемнения судят о размере частицы. В связи с этим необходимо иметь строго параллельные лучи света в контролируемом объеме для исключения погрешностей измерения размеров частиц из-за оптических искажений лучей проходящих по границам частиц. В применяемых у прототипа излучателях применяют оптические методы фокусировки лучей света с целью приближения к параллельным лучам света. Это специальные линзы с тонкой настройкой, что приводит к сложной конструкции оптической системы как на входе в контролируемый объем, так и на входе в фотоприемник.
Лазерный источник освещения исключает эти системы, что улучшает качество измерения и удешевляет и упрощает сам датчик.
Возможность применения лазерного источника света в датчике позволяет подобрать лазер с постоянной длиной волны, оптимальной для фотоприемника, что вместе с преимуществом по п. а) позволяет увеличить точность и надежность измерения и повысить чувствительность датчика до регистрации частиц размерами с 3 микрон (вместо 5 микрон у прототипа).
Устройство работает следующим образом. Излученный лазером 2 свет проходит через контролируемый объем жидкости 6 и образует в потоке жидкости 1 освещенный
параллелепипед с основанием b*с и высотой а. Попавшая в этот объем частица загрязнения затемняет световое поле. Ослабленный свет выходит из кюветы 5 и попадает на фотоприемник 3. Затенение светового потока в контролируемом потоке от частицы преобразуется в фотоприемнике в электрический сигнал. Сигнал от фотоприемника передается на компьютер 4 для последующей обработки. В компьютерном устройстве производится запоминание времени существования сигнала. По времени существования сигнала вычисляется размер частицы:
i
i
M
где D - размер контролируемой частицы; а - высота щели, через которую проходит световой поток; d - минимальный размер частицы загрязнения, T - время прохождения контролируемой частицы через контролируемый объем жидкости; Т - минимальное время прохождения одной частицы загрязнения частицы через контролируемый объем жидкости.
Таким образом, определяется размер каждой частицы и их количество. Полученные данные легко анализируются для получения иной информации.