Способ определения концентрации механических загрязнений в жидких и газообразных средах

 

Изобретение относится к автоматическим средствам контроля жидких и газообразных сред на содержание механических примесей. Задача изобретения - снижение погрешности измерения концентрации частиц при изменении расхода контролируемой среды, повышение точности измерений. Способ заключается в преобразовании выходного сигнала датчика, амплитуда выходных сигналов которого пропорциональна размерам частиц загрязнений, а длительность - времени прохождения частиц через чувствительный объем датчика, в импульсы постоянной амплитуды, ширина которых соответствует длительности импульсов от частиц, и импульсы постоянной амплитуды, ширина которых соответствует длительности пауз, следующих за импульсами от частиц, и последующем интегрировании этих импульсов. При этом интегрируются напряжения заданного количества преобразованных импульсов от частиц и напряжения такого же количества импульсов, ширина которых соответствует паузам, следующим за этими импульсами от частиц. О концентрации загрязнений судят по отношению между значениями интегральных величин. 3 ил.

Изобретение относится к автоматическим средствам контроля жидких и газообразных сред на содержание механических примесей.

Известен способ определения концентрации частиц в текучей среде (а.с. СССР 974141 G 01 J 1/04, 1982 г.), в котором определение концентрации частиц происходит путем подсчета импульсов от частиц с помощью многоканального счетчика за определенный период времени, а о концентрации частиц судят по отношению количества импульсов к объему контролируемой среды, прошедшей через датчик, за тот же период времени.

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.

Известен также способ определения концентрации частиц в жидкости (пат. Великобритании 1446017 G 01 N 15/06, 1976 г. - взят за прототип), в котором выходной сигнал датчика анализатора преобразуют в импульсы ширины, соответствующей длительности импульсов от частиц, и постоянной амплитуды, которые интегрируют по некоторому периоду времени, а по величине интегрального сигнала судят о количестве частиц в единице объема жидкости.

В приведенном способе значение измеренной концентрации, хоть и в меньшей мере (с изменением расхода прямо пропорционально ему изменяется количество зарегистрированных импульсов от частиц и обратно пропорционально длительность этих импульсов), также зависит от расхода контролируемой среды.

Например, в предельном случае регистрации за период измерения одной частицы и равной длительности импульса и паузы за ним, интегральная величина напряжения составит половину напряжения амплитуды импульса, а при уменьшении расхода жидкости в два раза будет равна величине напряжения амплитуды импульса, т. е. возрастет в два раза. С увеличением количества импульсов, регистрируемых за период измерения, погрешность снижается, но зависимость от расхода жидкости существует, и зависит от соотношения между длительностью импульсов и пауз, что приводит к дополнительной погрешности в определении концентрации частиц загрязнений.

Задачей изобретения является снижение погрешности измерения концентрации частиц от изменения расхода контролируемой среды, повышение точности измерений.

Поставленная задача решается следующим образом. В способе определения концентрации механических загрязнений в жидких и газообразных средах, заключающемся в преобразовании выходного сигнала датчика в импульсы постоянной амплитуды, ширина которых соответствует длительностям импульсов от частиц, регистрации и последующем интегрировании этих импульсов, интегрируются напряжения заданного количества преобразованных импульсов от частиц, формируется и интегрируется такое же количество импульсов постоянной амплитуды, ширина которых соответствует длительности пауз, следующих за этими импульсами от частиц, а о концентрации загрязнений судят по отношению интегральных величин.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для реализации способа.

На фиг. 2, 3 - диаграммы импульсов и пауз на выходах аналоговых ключей 7 и 8 (см. фиг.1) при фиксированном расходе среды и при уменьшении расхода в два раза.

Устройство для реализации способа содержит датчик 1, выход которого соединен со входом усилителя 2, выход усилителя 2 соединен со входом компаратора 3, выход компаратора 3 со входом инвертора 4, прямой выход 4.1 которого соединен со счетчиком 5 и аналоговым ключом 7, а инверсный выход 4.2 - со входом счетчика 6 и аналоговым ключом 8. Выходы счетчиков 5 и 6 подсоединены к аналоговым ключам 7, 8. Выходы ключей 7, 8 подключены соответственно ко входам интеграторов 9 и 10, выходы которых подсоединены ко входу делителя 11, выход делителя соединен со входом индикатора 12.

Исследуемая жидкость или газ проходят через датчик 1 (например, оптоэлектронный, в котором чувствительный объем формируется оптико-механическим путем - при пересечении струи жидкости или газа световым пучком от осветительной системы, ограниченным диафрагмой, и апертурной диафрагмы фотоприемника, который может находиться на одной оптической оси с осветителем), при прохождении частиц загрязнений через чувствительный объем датчика происходит частичное перекрытие светового потока, и на выходе датчика возникают электрические импульсы, амплитуда напряжений которых пропорциональна размерам частиц загрязнений, а длительность - времени прохождения частиц через чувствительный объем датчика, т.е. расходу контролируемой среды.

С выхода датчика 1 сигналы поступают на усилитель 2, которым они усиливаются по амплитуде, затем на компаратор 3, где усиленный аналоговый сигнал преобразуется в прямоугольные импульсы одинаковой амплитуды без искажения длительностей импульсов от частиц и пауз между ними. С выхода компаратора 3 импульсы подаются на инвертор 4, с прямого выхода 4.1 которого они поступают на счетчик импульсов 5 и аналоговый ключ 7, а с инверсного выхода 4.2 импульсы одинаковой амплитуды, ширина которых соответствует длительности пауз, следующих за импульсами от частиц, - на счетчик 6 и аналоговый ключ 8.

Счетчики 5 и 6 имеют одинаковые коэффициенты пересчета (т.е. настроены на подсчет одинакового заданного количества импульсов). Аналоговые ключи 7, 8, управляемые счетчиками 5, 6, обеспечивают передачу на интеграторы 9, 10 - соответственно, одинакового количества преобразованных импульсов от частиц и импульсов, соответствующих по длительности паузам, следующих за этими частицами. С выхода интеграторов 9, 10 интегральные напряжения подаются на делитель 9, с помощью которого определяется их отношение, а с выхода делителя сигнал, пропорциональный концентрации загрязнений, поступает на соответствующим образом отградуированный индикатор 12.

Фиг. 2, 3 иллюстрируют независимость предлагаемого способа измерения концентрации загрязнений от расхода контролируемой среды.

По оси абсцисс отложено время, по оси ординат напряжение. Диаграммы приведены для заданного количества измеренных импульсов - 4.

На фиг.2 представлены преобразованные импульсы с выхода аналоговых ключей 7 и 8 при заданном коэффициенте пересчета 4 и фиксированном расходе контролируемой среды; длительность импульсов от частиц τ₁,τ₂,τ₃,τ₄; длительность пауз, следующих за ними, Δ₁,Δ₂,Δ₃,Δ₄.

На фиг. 3 представлены импульсы с выхода аналоговых ключей 7 и 8, при уменьшении расхода контролируемой среды в два раза.

Отношение интегральной величины напряжений преобразованных импульсов от частиц к интегральной величине напряжений импульсов одинаковой амплитуды, ширина которых соответствует длительности пауз, следующих за этими импульсами от частиц, при фиксированном расходе Q пропорционально отношению (τ₁+τ₂+τ₃+τ₄)/(Δ₁+Δ₂+Δ₃+Δ₄). Если бы интегрирование велось за определенный период времени, например Т, то, как видно из диаграмм фиг. 2, 3, отношение интегральных величин при изменении расхода в два раза было бы пропорционально 2(τ₁+τ₂)/2(Δ₁+kΔ₂), т. е. возникала бы зависимость от расхода контролируемой среды.

В предложенном способе измерения концентрации механических примесей при изменении расхода жидкости, например, уменьшении в 2 раза, длительность импульсов от частиц возрастает в два раза, длительность пауз также возрастает в два раза - (см. фиг. 3), а отношение интегральных величин останется неизменным при любом количественном задании счета импульсов.

Формула изобретения

Способ определения концентрации механических загрязнений в жидких и газообразных средах, заключающийся в преобразовании выходных сигналов датчика, амплитуда электрических импульсов на выходе которого пропорциональна размерам частиц загрязнений, а длительность - времени прохождения частиц через чувствительный объем датчика, в импульсы постоянной амплитуды, ширина которых соответствует длительностям импульсов от частиц, регистрации и последующем интегрировании этих импульсов, отличающийся тем, что интегрируются напряжения заданного количества преобразованных импульсов от частиц, формируется и интегрируется такое же количество импульсов постоянной амплитуды, ширина которых соответствует длительности пауз, следующих за этими импульсами от частиц, а о концентрации загрязнений судят по отношению интегральных величин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

QZ4A - Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский технологический институт "НИТИ-Тесар"

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Общество с ограниченной ответственностью "Тесар-Механика"

Характер внесенных изменений (дополнений):Внесены изменения в условия оплаты по договору.

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения: 02.02.2007 № РД0017955

Извещение опубликовано: 20.09.2007        БИ: 26/2007

* ИЛ - исключительная лицензия НИЛ - неисключительная лицензия

QZ4A - Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский технологический институт "НИТИ-Тесар"

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): Общество с ограниченной ответственностью "Тесар-Инжиниринг"

Характер внесенных изменений (дополнений):Изменение наименования лицензиата и его юридического адреса

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения: 02.02.2007 № РД0017955

Извещение опубликовано: 27.05.2010        БИ: 15/2010

* ИЛ - исключительная лицензия НИЛ - неисключительная лицензия