Автоматический фотоэлектронный анализатор масел и топлив

 

1.. АВТОМАТИЧЕСКИЙ ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ АНАЖЗАТОР МАСЕЛ И ТОПЛИВ , содержащий корпус с основанием, оптически связанные осветитель с источником питания, светопроводы, вьшолненные в форме усеченных конусов , светочувствительный, элемент, соединенный с усилителем, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений концентраций загрязняющих веществ в потоке , в него дополнительно введены сильфой, жестко связанный с одним из светопроводов, датчик зазора, соединенный с сильфоном, электродвигатель , с редуктором, связанным с сильфоном, генератор ультразвуковой частоты, соединенный с ультразвуковым очистителем оптических поверхностей светопроводов, измерительноуправляющий блок, регистрирующее устройство, сигнализатор и блок питания анализатора, причем измерительно-управляющий блок включает в себя логарифмический усилитель, компаратор, два зжекторных ключа, управляющий коммутатор и вычислительное устройство, причем выход логарифмирующего усилителя подключен к входам компаратора.и первого ключа, а вход - к выходу усилителя светочувствительного элемента, выход компаратора подключен к входу управляющего коммутатора и к электродвигателю с редуктором, выход первого электронного ключа подключен к первому входу вычислительного устройства, а выход второго электронного ключа к второму входу вычислительного устройства , вход второго электронного (Л ключа подключен к датчику зазора, один выход управляющего коммутатора подключен к управляющим входам электронных ключей, второй - к входу источника питания осветителя, третий выход - к генератору ультразвуковой частоты, а выход вычислительного О1 устройства подключен к регистрируюел щему устройству и сигнализатору. 00 2. Анализатор по п. 1, о т л иа чающийся тем, что, с целью 00 повьшения качества очистки оптических поверхностей, ультразвуковой очиститель вьшолнен в виде тонкостенного магнитострикционного цилиндра, один. конец которого с обмоткой возбзшдения закреплен в основании корпуса -i анализатора, а другой вьшолнен в виде двух симметрично расположенных относительно светопроводов сегментов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(5ц С 01 J 1/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3370193/18-25 (22) 17 ° 12. 81 (46) 15.05.85, Бюл.Р 18 (72) В.И.Ганьшин, Г.И .Гурин,.

Ю.Н.Жадан и С.N.Ðóñàêoâ (71) Калининградское высшее инженерное морское училище (53) 535;43(088 ° 8) (5á) 1. Аристов В.В. и др. Прибор

Од-10 N. — "Заводская лаборатория", 1978, Р 3, с. 308-309.

2. Авторское свидетельство СССР

9 484449, кл. С 01 N 21/Об, 1972 (прототип). (54)(57) 1.. АВТОМАТИЧЕСКИЙ ФОТОЭЛЕКТРОННЫЙ АНАЛИЗАТОР МАСЕЛ И ТОПЛИВ, содержащий корпус с основанием, оптически связанные осветитель с источником питания, светопроводы, выполненные в форме усеченных конусов, светочувствительный. элемент, соединенный с усилителем, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений кон: центраций загрязняющих веществ в потоке, в него дополнительно введены сильфон, жестко связанный с одним из светопроводов, датчик зазора, соединенный с сильфоном, электродвигатель с редуктором, связанным с сильфоном, генератор ультразвуковой частоты, соединенный с ультразвуковым очистителем оптических поверхностей светопроводов, измерительноуправляющий блок, регистрирующее устройство, сигнализатор и блок питания анализатора, причем измери„„SU<,11558 8 тельно-управляющий блок включает в себя логарифмический усилитель, компаратор, два эжекторных ключа, управляющий коммутатор и выЧислительное устройство, причем выход логарифмирующего усилителя подключен к входам компаратора и первого ключа, а вход — к выходу. усилителя светочувствительного элемента, выход компаратора подключен к входу управляющего коммутатора и к электродвигателю с редуктором, выход первого электронного ключа подключен к первому входу вычислительного устройства, а выход второго электронного ключа— к второму входу вычислительного устройства, вход второго электронного ключа подключен к датчику зазора, один выход управляющего коммутатора подключен к управляющим входам электронных ключей, второй — к входу источника питания осветителя, третий выход — к генератору ультразвуковой частоты, а выход вычислительного устройства подключен к регистрирующему устройству и сигнализатору.

2. Анализатор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества очистки оптических поверхностей, ультразвуковой очиститель выполнен в виде тонкостенного магнитострикционного цилиндра, один. конец которого с обмоткой возбуждения закреплен B основании корпуса анализатора, а другой выполнен в виде двух симметрично расположенных относительно светопроводов сегментов..1155868

Изобретение относится к контрольно-измерительным приборам, применяемым для контроля за работой судовых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) но параметрам масла в системе смазки, в частности для определения концентраций загрязняющих веществ в маслах и топливах, а также концентраций растворов, эмульсий, взвесей и т.д. по их оптической плотнос- 10 ти в лабораторных условиях и при технологических процессах с высокой точностью . Известно устройство для определения за|рязненпостей смазочных 15 масел. Влок-схемой этого прибора предусмотрено, что излучающий диод инфракрасным излучением просвечивает кювету, которая заполнена исследуемым маслом и установлена 20 в специальный кюветодержатель.

В комплект прибора входят две кюветы: одна с рабочим зазором t мм и вторая с рабочим зазором 3 мм. Ослабленный загрязненным маслом поток 25 излучения попадает на кремниевый фотодиод, Фототок фотодиода усиливается линейным усилителем, выход которого подключен к логарифмическо- му усилителю. Погрешность измерений я0 составляет 5 — 10X Lfg

Недостатками этого прибора являются невозможность его использования для измерений параметров масла в потоке, низкая точность измерений, ограниченный диапазон измерения концентраций загрязняющих веществ, связанный с ограниченным рабочим зазором применяемых кювет, а также отсутствие очистки оптических поверхностей. 40

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотоэлектрический анализатор, содержащий корпус, основание, оптически связанные осветитель с источником питания, светопроводы, выполненные в форме усеченных конусов, светочувствительный элемент соединенный с усилителем (23.

1< недостаткам этого устройства 50 относится то, что применение известного устройства для фотометрирования циркуляционных масел без соответствующего его усовершенствования не представляется возможным, так как циркуляционные масла (и тяжелые топлива) обладают значительным диапазоном изменения концентраций загрязняющих веществ (оптической плотности) и содержат большое количество мелкодисперсных сажистых частиц. Для расширения диапазона измерения концентраций загрязняющих веществ в маслах необходимо или увеличивать интенсивность светового потока, или повышать чувствительность светоприемника, или уменьшать измерительный зазор.

Существенное увеличение интенсивНости светового потока связано с техническими проблемами, выражающимися в низкой надежности мощных источников излучения (газораэрядные лампы, лазеры„ лампы накаливания}, в необ— ходимости специального охлаждающего устройства.

Повышение чувствительности светоприемника также имеет свои ограничения, вызванные неизбежным снижением помехозащищенности и надежности. Так, например, применение фотоэлектронного умножителя, затрудняется его чувствительностью к вибрации, магнитным и электрическим полям, необходимостью использования большого стабилизированного питающего напряжения. (сотни и тысяч вольт), большими габаритами.

Еще более сложной проблемой является подбор измерительного зазора, который бы соответствовал изменяющейся в потоке оптической плотности масел при обеспечении точности измерений, соответствующей минимальной относительной ошибке, затруднен.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений концентраций загрязняющих веществ в потоке и повышение точности очистки оптических поверхностей.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматический фотоэлектрический анализатор масел и топлив, содержащий корпус с основанием, оптически связанные осветитель и источником питания, светопроводы, выполненные в форме усеченных конусов, светочувствительный элемент, соединенный с усилителем, введены сильфон, жестко связанный с одним иэ светопроводов, датчик зазора соединенный с сильфоном, электродвигатель с редуктором., связанным с сильфоном, генератор ультразвуковой частоты, соединенный с ультразвуковым очистителем oIIтических поверхностей светопроволов, иэмерительно-управ3 11 ляющий блок, регистрирующее устройство, сигнализатор и блок питания анализатора, причем измерительноуправляющий блок включает в себя логарифмирующий усилитель, компаратор, два электронных ключа, управляющий коммутатор и вычислиТельное устройство, причем выход логарифмирующего усилителя подключен к входам компаратора и первого ключа, а вход— к выходу усилителя светочувствитель-! ного элемента, выход компаратора подключен к входу управляющего коммутатора и к электродвигателю с редуктором, выход первого электронного ключа подключен к первому входу вычислительного устройства, а выход второго электронного ключа - к второму входу вычислительного устройства, вход второго электронного ключа

:подключен к датчику зазора, один выход управляющего коммутатора подключен к управляющим входам электронных ключей, второй — к входу источника питания осветлителя, третий выход †. к генератору ультразвуковой частоты, а выход вычислительного устройства подключен к регистрирующему устройству и сигнализатору.

Кроме того, с целью повышения качества очистки оптических поверхностей, ультразвуковой очиститель выполнен в виде тонкостенного магнитострикционного цилиндра, один конец которого с обмоткой возбуждения

3 закреплен в основании корпуса анализатора, а другой выполнен в виде двух симметрично расположенных относительно светопроводов сегментов.

На фиг. 1 показан автоматический 4 фотоэлектронный анализатор; на фиг. 2 — отдельные блоки анализатора масел и топлив; на фиг. 3 — сборочный чертеж оптико-механического блока анализатора; на фиг. 4 и 5 — 4 вид А и вид Б на фиг. 3; на фиг. 6 зависимости относительной ошибки от измеряемой оптической плотности.

Автоматический фотоэлектронный анализатор масел и топлив содержит 50 корпус 1, основание 2, светопроводы 3 в форме усеченных конусов, неподвижный 4 и подвижный 5 светопроводы, ультразвуковой очиститель (УЗ0) 6 (на сборочном чертеже оптико-55 механического блока анализатора фиг. 4 показаны две его проекции вид А и вид Б), обмотки 7 возбужде-:

55868 4 ния (УЗО) уплотнительного фланца 8, сильфона 9 с опорной шайбой 10 и датчиком зазора 11, электродвигателя 13 с редуктором 12, светочувствительного элемента (фотодиода) 14, осветителя (светодиода) 15 и оптической системы 16, измерительноуправляющий блок, состоящий из логарифмирующего усилителя 17,компарато10 ра 18, электронных ключей 19 и 20, управляющего коммутатора 21, вычислительного устройства 22, усилитель 23 светочувствительного элемента 14, источник 24 питания осветите15 ля 15, генератор 25 ультразвуковой частоты, регистрирующее устройство 26, сигнализатор 27, блок 28 питания анализатора.

В статике узлы и детали оптико20 механического блока анализатора взаимно расположены следующим образом.

B нижней части корпуса 1 крепится основание ?, с помощью которого устройство монтируется на трубопроводе

25 с исследуемой жидкостью. Вместе с основанием 2 в корпусе смонтирован

УЗО 6 с обмоткой 7 возбуждения. Уплотнительный фланец 8 одновременно слу-, жит платформой для сильфона 9, жестко соединенного при помощи опорной шайбы 1D с подвижным светопроводом 5 и датчиком зазора 11. Через тот же уплотнительный фпанец 8 пропущен неподвижный светопровод 4, .на конце которого закреплен светочувствительный элемент 14. В верхней части корпуса установлен электродвигатель 13 с редуктором 12, приводящий в движение подвижный светопровод 5.

В этой же части корпуса смонтирована оптическая система 16 и осветитель 15.

Выход логарифмирующего усилителя 17 подключен к входам компаратора 18 и электронного ключа 19, а вход — к выходу усилителя 23 свето-. чувствительного элемента (фотодиода) 14, а выход компаратора 18 подключен к входу управляющего коммутатора 21 и к электродвигателю 13 с редуктором 12, выход электронного ключа t9 подключен к первому входу вычислительного устройства 22, выход электронного ключа 20 подключен к второму входу вычислительного устройства 22, вход электронного ключа 20 подключен к датчику зазора 11 один

7 выход управляющего коммутатора 21 подключен к управляющим входам

1155868 электронных ключей 19 и 20, второй к входу источника 24 питания осветителя 15, а третий выход — к генератору ультразвуковой частоты 25. Выход вычислительного устройства 22 подключен к регистрирующему 26 устройству и сигиализатору 2?. Вход усилителя 23 подключен к светочувствительному элементу (фотодиоду) 14.

1О

Выход источника 24 питания подкл1очен к осветителю (светодиоду) 15. Блок 28 питания обеспечивает стабилизированнь1ми папряжепиями все элементы аналиэатора и с помощь1о тумблера 1

15 подключается к сети перемеиногс: тока иапряжеи11ем 220 В. Концентраторы ультразву>ковых колебаний выполпены в виде двух с1ггмептов 29.

Измерительио-управляющий блок выполнен в одном корпусе совместно

2О с источником пптаиия осветителя, усилителем светочувствительного элемента. источником питания анализатора, который соединен с оптикомеханическим блоком анализатора

25 с помощью кабеля, допускающего их. различную компоновку.

Ногарифмиру1ащий усилитель 17, применяемый в качестве элементов измерительно-управляющего блока, ЗО выполнен на базе интегральных операцио иых усилителей серии К 544 и транзисторной соорки серии К 198.

Используется для выработки сигнала, пропорционального оптической плот- И ности исследуемого масла или топлива.

Компаратор 18 двухпороговый вы— полнен на базе интегрального операционного усилителя серии К 140 с до- 49 полн. тельным. транзис". Орами усили вающими выходной сигнал. В блоксхеме он вместе с логарифмирующим

> > усилителем 17 обеспечивает минимизацк1о относительной ошибки измерений и ь*ыдает об этом информационный сигнал управляющему коммутатору 21.

Вычислительное устройство 22 выполнено на базе интегрального анаЛогового перемиожителя сигналов серчи К 525 и операционного усилителя серии К 544, Управляющий коммутатор 21 представляет собой микропрограммный автомат, выполненный на цифровых интегральных схемах серии К 155.

В блок-схеме он выполняет роль задатчика последовательности работы всех элементов схемы.

Устройство работает следующим образом.

После включения источника питания 28 с помощью тумблера Т в сеть переменного тока напряжением 220 В, на все элемент.,1 измерительно-управляющего блока подается питающее напряжение. Управляющий коммутатор 21. через определенный промежуток времени согласно программе, подключает осветитель 15 (светодиод) к источнику 24 питания осветителя 15. Подвижный светОпрОВод находится В фикcHpoBBHIloì начальном,положении.

Излучение от осветителя 15 проходит через оптчческую систему 16, подвижныи светопровод 5, светопроводы в форме усеченных конусов 3, через исследуемую жидкость и, ослабившись, по неподвижному светопроводу 4 поступает на светочувствительный элемент (фотодиод) 14. Фототок, пропорциональный ослабленному излучению, подается на усилитель 23, на выходе которого вырабатывается сигнал, пропорциональный световому потоку, падающему на светочувствительный элемент 14. Этот сигнал поступает иа вход логарифмирующего усилителя 17, на выходе которого вырабатывается сигнал, пропорциональный оптической плотности исследуемого масла или топлива, который поступает на вход компаратора 18, где происходит его сравнение с заданными уровнями . напряжений, пропорциональными граничным значениям диапазона оптической плотности с минимальной относительной ошибкой измерения (фиг. 1).

Если сигнал меньше нижнего порога срабатывания, пропорционального значению оптической плотности Dy=O>15 (фиг. 1, кривая 30), то в результате сравнения компаратор 18 вырабатывает сигнал положительной полярности, поступающий на электродвигатель 13 с редуктором 12, который перемещает вверх подвижный светопровод 5, жестко соединенный с сильфоном 9 и датчиком зазора 11, в результате чего увеличивается измерительный зазор, что соответствует увеличению оптической плотности исследуемой жидкости, при этом датчик 11 зазора вырабатывает увеличивающийся пропорционально зазору электрический

1155868

10 сигнал, а световой поток, проходя через увеличивающийся зазор, все более ослабляясь, поступает на светочувствительный элемент (фотодиод) 14 и ослабляющийся токовый сигнал со 5 светочувствительного элемента (фота-. диода) 14 поступает на усилитель 23 и после усиления на вход логарифмирующего усилителя 17, выходной сигнал которого поступает на вход компаратора 18, где происходит непрерывное сравнение поступающего сигнала с заданными уровнями напряжений.

При достижении нижней границы заданного интервала компаратор 18 срабатывает и нулевой сигнал с его выхода поступает на электродвигатель 13,. который вследствие этого останавливается. Одновременно этот сигнал поступает и на управляющий коммутатор 21.

Последний с получением нулевого сигнала включает электронные ключи, которые подают сигналы логарифмирую щего усилителя 17 и датчика 11 зазора на вычислительное устройство 22.

Вычислительное устройство подсчитывает концентрацию загрязняющих веществ по формуле

Up

C = K —., (30 где К вЂ” коэффициент пропорциональности;

U@ — напряжение пропорциональное оптической плотности, введенной устройством в интервал 35

0,15-1,2;

Up. — напряжение пропорциональное измерительному зазору.

Данная формула следует из соотношения между оптической плотностью D, 40 измерительным зазором E и концентраций загрязнений С

D=g ГС, если посредством регулировки выходной характеристики логарифмирующего 45 усилителя и делителя напряжения подобрать коэффициент К.

С вычислительного устройства 22 сигнал одновременно поступает на регистрирующее устройство 26 и сигна- 50 лизатор 27, который подает звуковой и световой сигналы о необходимости проведения очистки масла, при достижении предельно допустимой концентрации. 55

Если сигнал больше верхнего пороra срабатывания, пропорционального значению оптической плотности D<=1,2 (фиг. 1, привая 3 1), компаратор 18 вырабатывает сигнал отрицатепьной полярности, поступающий на электродвигатель 13 с редуктором 12, который перемещает вниз подвижный светопровод 5, жестко соединенный с сильфоном 9 и датчиком 11 зазора в результате чего уменьшается измерительный зазор, что соответствует уменьшению оптической плотности исследуемой жидкости. Датчик 11 зазора вырабатывает уменьшакицийся пропорционально зазору электрический сигнал. Световой поток, проходя через уменьшающийся зазор, все более возрастая, поступает на светочувствительный элемент (фотодиод) 14. При этом, возрастающий токовый сигнал со светочувствительного элемента (фотодиода) 14 поступает на усилитель 23 и после усиления на вход логарифмирующего усилителя 17, выходной сигнал которого поступает на вход компаратора 18, где происходит непрерывное сравнение поступающего сигнала с заданными уровнями напряжений.

Прн достижении верхней границы заданного интервала компаратор 18 срабатывает и нулевой сигнал с его выхода поступает на электродвигатель 13, который вследствие этого останавливается. Одновременно этот сигнал поступает и на управляющий коммутатор 21. Управляющий коммутатор 2 1 с получением нулевого сигнала включает электронные ключи, которые подают сигналы логарифмирующего усилителя 17 и датчика 11 зазора на вычислительное устройство 22, которое производит подсчет концентрации загрязняющих веществ. 1ри нахождении сигнала логарифми-. рующего усилителя 17 внутри интервала компаратор 18 вырабатывает нулевой сигнал и управляющий коммутатор 21 включает электронные ключи 19 и 20, которые подают сигнал логарифмирующего усилителя 17 и датчика 11 зазора на вычислительное устройство 22.

Процесс измерения концентраций загрязняющих веществ циркуляционного масла (топлива) происходит циклично в.зависимости от типа двигателя, напряженности его работы, типа применяемых горюче-смазочных материалов.

Данный цикл определяется программой, введенной в управляющий коммутатор 2 1.

1155868!

Перед началом цикла измерения управляющий коммутатор 21 включает генератор ультразвуковой частоты 25 на время, достаточное для очистки. оптической поверхности (около 5 мин) 5 светопроводов 3 в зоне измерительного зазора. При прохождении электрического тока по обмотке возбуждения 7 возникает переменное магнитное поле, вызывающее магнитострикционный эффект.

Ультразвуковое поле, достигая оптических поверхностей, механически разрушает пленки загрязнений, которые и уносятся потоком. Высокое качество очистки достигается за счет применения концентраторов ультразвуковых колебаний, выполненных в виде двух симметрично расположенных относительно измерительного зазора сегментов 29 (фиг. 3) колеблющихся с час, тотой 44 кГц. Ультразвуковой очиститель отличается малой массой (вес не более 0,03 кг), компактностью и надежностью в работе.

Устройство питается от судовой сети переменного тока напряжением

220 В. Размеры оптико-механической части 200х80 мм, электронного блока

300х200х200 мм. Масса прибора не более 10 кг.

Данное изббретение позволяет автоматизировать процесс контроля за работой двигателей внутреннего сгорания по концентрации загрязняющих веществ в циркуляционной системе с.предельной точностью измерений

t что значительно повысит надежность работы ДВС и других механизмов, принимать обоснованные решения о сроках смены работающих масел, что в общем случае приведет к значительной их экономии, уменьшить трудоемкость обслуживания ДВС.

1155868

1155868

1355868 дид4 л%

1,8

Составитель Н.Стукова

Редактор М.Недолуженко Техред С.Мигунова Корректор И.Максимишинец.

Заказ 3129/36 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4