Устройство для определения концентрации взвешенных веществ в потоке жидкости

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦШ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ содержащее источник излучения, расположенные последовательно по ходу излучения систему фор ,мирования оптического излучения, оптическую проточную камеру с патрубком для подачи анализируемой жидкости , выполненньм в виде эжектора, и патрубком ее вьшода, расположенными на одной оси по обеим сторонам оптической проточной камеры, фокусирующую систему и фотоприемник3 отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оптическая проточкая камера дополнительно снабжена двумя патрубками одинакового сечения для подачи нейтральной лсидкоСти, расположенными по одну сторону оптической проточной камеры параллельно и симметрично относительно оси патрубка для подачи анализируемой жидкости, при этом соотношение площадей поперечных сечений патрубS ков для подачи нейтральной жидкости, поперечного сечения патрубка для подачи .анализируемой жидкости в плосС кости соединения этого патрубка с проточной оптической камерой и патрубка вывода анализируемой жидкости выбрано из условия

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 N 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3674950/24-25 (22) 16. 12. 83 (46) 23.07.85. Бюл. 1Ф 27 (72) B.l0.Æèòßííbmó ВеВеНайденко9

P.Â.Ôèøêèí и Б.Н.Малышев (71) Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-строительный институт им.В.П.Чкалова (53) 535.232(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 708206, кл. С 01 N 21/27, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

9 693169, кл. G 01 N 21/27, 1977 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОНЦЕНТРАЦИИ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В

ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ содержащее источник излучения, расположенные последовательно по ходу излучения систему формирования оптического излучения, оптическую проточную камеру с патрубком для подачи анализируемой жидкости, выполненным в виде эжектора, и патрубком ее вывода, расположенными на одной оси по обеим сторонам оптической проточной камеры, фокусирующую систему и фотоприемник, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измере ий, оптическая проточкая камера дополнительно снабжена двумя патрубками одинакового сечения для подачи нейтральной жидкости, расположенными по одну сторону оптической проточной камеры параллельно и симметрично относительно оси патрубка для подачи анализируемой жидкости, при этом соотношение площадей поперечных сечений патрубков для подачи нейтральной жидкости, поперечного сечения патрубка для подачи анализируемой жидкости в плоскости соединения этого патрубка с проточной оптической камерой и патрубка вывода анализируемой жидкости выбрано из условия (О, 1-0,2): 1: 1(1,2-1,8) .

1168829

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а точнее к устройствам для определения концентрации твердой фазы в жидких средах путем просвечивания струи анализируе- 5 мой жидкости лучом света, и может быть использовано в химической, нефтехимической, биологической и других отраслях промышленности, а также в области очистки природных и сточных 10 вод.

Известно устройство для определения концентрации твердой фазы в жидкости, содержащее источник света, фокусирующую линзу, диафрагму, фото- 15 элемент и насадку, формирующую лентообразный поток жидкости с установленными на ней направляющими, при этом вокруг насадки соосно ей установлено кольцевое сопло для прохождения 20 сжатого воздуха с выходом по ходу движения потока жидкости Я .

Однако устройство сложно, не технологично, требует стабилизации давления контролируемого потока, не мо- д5 жет использоваться при высоких давлениях, требует дополнительного наличия источника сжатого воздуха и фильтров для его предварительной очистки во избежание дополнительной погрешности измерений. Работает устройство при строго вертикальном (сверху вниз) направлении контролируемого потока.

Кроме того, изменения формыпотока жидкости за счет наличия в данном устройстве насадки с установленными на ней направляющими, приводят к искажению интенсивности светового потока в результате его преломления на 40 границе раздела двух сред (воздухжидкость), с соответствующим изменекием величины ЭДС на выходе системы, фикСируемым как изменение концентрации взвешенных веществ контролируемо-45 го потока. Наличие паров и капелек контролируемой среды вносят дополнительную погрешность при измерениях, изменяющуюся в случае колебаний давлений потока жидкости. При работе с 50 высокими давлениями контролируемой среды происходит дополнительное образование глобул жидкости в результате смешения сжатого воздуха с контролируемым потоком, что регистрируется 55 фотоэлементом, вносят дополнительную погрешность, а также приводит к попаданию этих частиц на фокусирующую линзу и фотоэлемент, резко снижая при этом надежность и точность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения концентрации взвешенных веществ в потоке жидкости содержащее источник излучения, расположенные последовательно по ходу излучения систему формирования оптического излучения, оптическую проточную камеру с патрубком для подачи анализируемой жидкости, выполненным в виде эжектора и патрубком ее вывода, расположенными на одной оси по обеим сторонам оптической проточной камеры, фокусирующую систему и фотоприемник °

С помощью штуцера-эжектора и источника сжатого воздуха переводят жидкость в аэрозоль с последующей регистраци— ей изменения интенсивности видимого света j2) .

Недостатком известного устройства является возможность его использования только для анализа прозрачных бинарных смесей, так как при работе с агрессивными1 абразивными, горячими средами и средами с контролируемым продуктом, склонным к налипанию, появляется нарастающая во времени по— грешность измерения, вызванная ухудшением состояния поверхности оптической системы.

Кроме того, при работе устройства наблюдается рассеивание светового потока на границе раздела двух сред (сжатый воздух — жидкость), а также дробление жидкости на капли и образование глобул, что также вносит дополнительную погрешность при определении концентрации взвешенных веществ в потоке жидкости.

Целью изобретения является повышение точности и измерений. !

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения концентрации взвешенных веществ в потоке жидкости, содержащем источник излучения, расположенные после довательно по ходу излучения систему формирования оптического излучения, оптическую проточную камеру с патрубком для подачи анализируемой жидкости, выполненным в виде эжектора и патрубком ее вывода, расположенными на одной оси по обеим сторонам оптической проточной камеры, фокусирующую систему и фотоприемник, опти1168829 ческая проточная камера дополнительно снабжена двумя патрубками одинакового сечения для подачи нейтральной жидкости, расположенными по одну сторону оптической проточной камеры параллельно и симметрично относительно оси патрубка для подачи анализируемой жидкости, при этом соотношение площадей поперечных сечений патруб— ков для подачи нейтральной жидкости, 10 поперечного сечения патрубка для подачи анализируемой жидкости в плоскости соединения этого патрубка с проточной оптической камерой и патрубка вывода анализируемой жидкости 15 выбрано из условий (О, 1-0,2): 1: (1,2-1,8) .

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, разрез, на фиг.2 — кривые зависимости величины погрешности gp измерения концентрации взвешенных веществ в потоке жидкости от соотношения площадей поперечного сечения патрубков для подачи защитной среды к площади поперечного сечения патрубка 25 для подачи анализируемой жидкости, на фиг.3 — то же, от соотношенияплощади поперечного сечения патрубка для выхода анализируемой жидкости к площади поперечного сечения патрубка для подачи анализируемой жидкости, на фиг.4 — то же, от концентрации .взвешенных веществ при различных соотношениях площадей поперечного сечения патрубков для подачи защитной среды к площадям поперечного сечения патрубков для подачи и выхода анализируемой жидкости.

Устройство содержит оптическую проточную камеру 1 с патрубком 2 для подачи анализируемой жидкости, в которой патрубок выполнен в виде эжектора 3, патрубок выхода 4 анализируемой жидкости, патрубки 5 одинакового сечения для подачи чистой воды, расположенные по одну сторону оптической"5 проточной камеры параллельно и симметрично относительно оси патрубка для подачи анализируемой жидкости, фокусирующие линзы 6, источник 7 света, регулируемый тубус 8 и фотоприем-5О ник 9.

На фиг.4 кривая 10 соответствует зависимости для известного устройст- ва; кривая 11 — для соотношения

0,8:i 6; кривая 12 — для соотношения

0,6: 1:4, кривая 13 — для соотношения

0,4:1:2;кривая 14 — для соотношения (0,1-0,2):1(1,2-1,8).

Устройство работает следующим образом.

Контролируемая жидкость под давлением поступает в патрубок 2 с сужаю— щимся отверстием. В проточной камере

1 в результате увеличения скорости анализируемой среды образуется зона пониженного давления. Через патрубки

5 в камеру 1 подается чистая вода, которая за счет эжекционного эффекта подсасьвается контролируемой средой и отводится вместе с ней через патрубок вывода 4. Патрубки 5 расположены в непосредственной близости от линз

6 оптической системы, при этом чистая вода омывает их, предохраняя тем самым от контакта с контролируемой жидкостью (загрязненной, агрессивной или горячей). Луч света от источника

7 света, например лазера подается через регулируемый тубус и фокусирующую линзу 6 в проточную камеру где о« проходит через непрерывньп слой жидкости, вторую фокусирующую линзу и попадает на фотоприемник 9 регистрирующего устройства. На выходе регистрирующего устройства появля— ется сигнал, пропорциональный концен— трации взвешенных веществ в потоке жидкости.

Анализ характера изменения кривой (фиг.2) показывает, что при соотно-. шении площадей поперечного сечсния патрубков для подачи защитной среды к площади поперечного сечения патрубка для подачи анализируемой жидкости равном (О, 1-0,2):!, погрешность измерений взвешенных веществ в потоке жидкости остается неизменной, в дан! ном случае равна 14%. Величина нижней границы данного соотношения равного

0,1, определена из условия поступления минимального расхода чистой воды, необходимого для предотвращения истирания оптической системы взвешенными веществами и ее обрастания. При соотношении меньшем 0,1 погрешность измерения возрастает до 20 — 25%. Это происходит за счет обрастания и истирания оптической системы линз. При соотношении же большем 0,2 наблюдается увеличение погрешности измерения до

18-31%, что обусловлено большим раз-. бавлением исходной суспензии чистой водой.

Анализ характера изменения кривой (фиг.3) показывает, что при соотношении площади поперечного сече пня па1168829 трубка для выхода анализируемой жидкости к площади поперечного сечения патрубка для подачи анализируемой жидкости равном (1.,2-1,8): 1, погрешность измерений взвешенных веществ в потоке жидкости также остается неизменной и в данном случае равна 14Х.

Нижняя граница данного соотношения равного 1,2 определена из условия ми- 1б нимально необходимого расхода чистой воды, с целью предотвращения истирания и обрастания оптической системы.

Верхняя граница данного соотношения, равного 1,8 определена из условия минимально неизбежной величины погрешности измерений взвешенных веществ в потоке из-за разбавления анализируемой жидкости чистой водой.

При соотношении меньшем 1,2 происхо- 2О дит истирание линз взвешенными веществами и их обрастание, что ведет к резкому увеличению величины погрешности измерений до 23-307.. При соотношении большем 1,8 также наблюдает- 25 ся увеличение величины погрешности, за счет более сильного разбавления анализируемой жидкости чистой водой, Дальнейшее увеличение площади поперечного сечения выходного патрубка приводит не только к возрастанию расхода чистой воды, но может также вызвать нежелательные гидродинамические эффекты (например, могут возникнуть явления кавитации, т.е. разрыва 35 сплошности жидкости и ее вскипание, в результате этого пузырьки воздуха регистрируются фотоприемником, как частицы взвешенных веществ, что приводит к резкому увеличению погрешнос-40 ти измерений).

Из сравнения кривых (фиг.4) следует, что при различных соотношениях площадей поперечного сечения патрубков для подачи защитной среды и патрубков для подачи и выхода анализируемой жидкости, характер изменения величины погрешности одинаковый, а именно с увеличением концентрации взвешенных веществ погрешность изме, ения постепенно возрастает, что вызвано наложением теней от взвешенных частиц в фотоприемнике. Максимально допустимая концентрация, которая определяется с помощью предлагаемого

55 устройства не должна превышать 2025 г/л.

При соотношении площадей поперечных сечений этих патрубков, равном (P,1-0,2):1: (1,2-1,8) °

В таблице представлены сравнительные данные предлагаемого и известного устройств.

Относительная погрешность измерений, X

Концентрация взвешенных веществ,мг/л

ПредлагаеУстройство1прототип Известное мое устройство устройство

8,3

200

28,3

31,3

1000

9, l

34,3

10000

13,0

38,0

17000

14,0

42,4

Как видно из таблицы, предлагаемое устройство позволяет в 3 раза повысить точность измерений концентрации взвешенных веществ в потоке жидкости. (О, 1-0,2): 1:(1,2-1,8) (кривая 14), величина погрешности составляет 14Х.

Эта величина является максимальной для данного соотношения и данной концентрации, в то же время она является минимальной по отношению к погрешностям измерений, полученным при работе с устройством, имеющим отличные от оптимальной концентрации конструкции соотношение площадей поперечных сечений патрубков для подачи защитной среды и подачи и выхода анализируемой жидкости. Такая погрешность обусловлена малым коэффициентом разбавления анализируемой жидкости чистой водой и отсутствием истирания и обрастания оптической системы.

Были испытаны 4 конструкции предлагаемого устройства и известного.

Оптимальной конструкцией явилась конструкция с соотношением площадей поперечного сечения патрубков для подачи защитной среды к площадям поперечного сечения патрубков для подачи и выхода анализируемой жидкости, равным

1168829

Кроме того, применение предлагаемой конструкции устройства в сочетании с использованием жидкостной защиты оптической системы позволяет проводить анализ агрессивных, абразивных, высокотемпературных жидкостей, а также жидкостей, содержащих взвешенные вещества, с достаточной точностью даже при длительном непрерывном режиме работы. чья. и

Frn,л т.и.

fez

Фиг. 3

40 42. 4

1168829 см/7

/Ю