Устройство для определения размеров и числа частиц в жидкости

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для автоматизированного измерения размеров и числа частиц в проточных средах, в объемах технологических аппаратов, для оценки качества и эффективности технологических процессов. Принцип работы устройства состоит в сканировании изображения дисперсной среды, протекающей в трубопроводе, посредством многоэлементного регулярного световода, многоэлементного нерегулярного световода, оптической фокусирующей системы и регистрирующего элемента на основе ПЗС-матрицы (прибор с зарядовой связью). Многоэлементный нерегулярный световод выполняет функцию передачи импульса оптического излучения для просветки анализируемой среды, а многоэлементный регулярный световод передает отраженное излучение на фокусирующую систему. С помощью источника импульсной подсветки можно задавать время экспозиции анализируемой среды. Введение этого элемента позволяет проводить дисперсный анализ непосредственно в потоке жидкости. МикроЭВМ, введенная в данную систему, посредством аналого-цифрового преобразователя проводит автоматическую обработку и идентификацию объектов дисперсных систем. Использование световода в конструктивной схеме прибора позволяет проводить дисперсный анализ в труднодоступных местах. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для автоматизированного измерения размеров и числа частиц в проточных средах, в объемах технологических аппаратов, для оценки качества и эффективности технологических процессов.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность измерений непосредственно в потоке жидкости, расширить диапазон скорости потока, при котором можно производить соответствующие измерения, получать информацию о форме каждой регистрируемой частицы и автоматизировать обработку результатов анализа.

Известно устройство для определения размеров частиц в проточных средах [1] , основанное на просветке оптически прозрачной кюветы источником когерентного монохроматического излучения, регистрируемого после прохождения собирающего оптического устройства, интерферометра Маха Цендера и щелевой диафрагмы фотоприемником. По пиковому сигналу, поступающему с фотоприемника, судят о среднем размере частиц. К недостаткам данного устройства следует отнести отсутствие информации о форме частицы, необходимость настройки аппарата на конкретное вещество, трудоемкость его реализации для измерения и контроля параметров реально протекающего технологического процесса.

Известно устройство для измерения размеров взвешенных в жидкости частиц [2], содержащее цилиндрический канал, источник излучения, оптическая ось которого совпадает с осью канала, линзу и фотоприемник, воспринимающий рассеянное исследуемой частицей излучение. Недостатком данного устройства является применимость последнего только для оптически прозрачных жидкостей с низкими концентрациями дисперсной фазы, отсутствие информации о форме частицы и так же, как и в [1], трудоемкость применения устройства для измерения и контроля параметров реально протекающего технологического процесса.

Известно устройство для измерения размеров и числа частиц в жидкости [3] , основанное на регистрации параметров частиц в отраженном свете, осажденных на оптически прозрачной подвижной поверхности, и далее, при помощи оптической системы, фокусирующей изображения частиц на многоэлементный фотоприемник с элементами задержки, пропорциональной скорости перемещения оптически прозрачной поверхности. К недостаткам данного устройства следует отнести невозможность его применения для проточных сред, отсутствие информации о форме частицы, высокую точность, необходимую при подборе элементов задержек. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Предлагаемое техническое решение содержит следующие конструктивные элементы (см. чертеж): регулярный многоэлементный световод 1, фокусирующую систему 2, ПЗС-матрицу (прибор с зарядовой связью) 3, модуль аналого-цифрового преобразователя 4, управляющую микроЭВМ 5, элемент импульсной подсветки 6, многоволоконный нерегулярный световод 7.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый поток жидкости, протекающий по трубопроводу 8, контактирует с многоволоконным регулярным световодом 1. Импульсы оптического излучения, генерируемые источником 6, передаются посредством нерегулярного многоэлементного световода 7 в исследуемую среду. Применение нерегулярного световода 7 позволяет получить достаточно равномерную подсветку среды даже при использовании точечных источников излучения. Далее изображение дисперсной среды передается с помощью регулярного многоэлементного световода 1 и фокусируется оптической системой 2 на ПЗС-матрицу 3, при этом фаза импульсов подсветки совпадает с фазой накопления заряда на ПЗС-элементе 3, что позволяет задавать время экспозиции исследуемой среды с помощью длительности импульса подсветки, которая не должна превышать периода накопления заряда. В зависимости от скорости тока среды в трубопроводе 8, можно в широких пределах варьировать длительность и мощность импульса подсветки. Далее аналоговый сигнал с ПЗС-фотоприемника 3 преобразуется к цифровому виду при помощи модуля быстродействующего аналого-цифрового преобразователя 4 и поступает для дальнейшей обработки в микроЭВМ 5. МикроЭВМ 5 координирует работу всех узлов системы, а именно: устанавливает оптимальную длительность импульса подсветки и его мощность в зависимости от параметров исследуемой среды, управляет процессом оцифровки сигнала с ПЗС-матрицы. Применение для обработки сигнала микроЭВМ позволяет получать информацию не только о счетном количестве и среднем размере частиц, но и о форме каждой отдельной частицы.

Предлагаемое устройство позволяет проводить измерения для широкого класса оптически прозрачных сред. Следует заметить, что для широкого круга веществ анализ в проходящем свете дает более четкие результаты, чем в отраженном. Устройство может применяться для анализа и объективного контроля суспензий и эмульсий в различных технологических процессах.

Литература 1. Авт.свид. 1679284.

2. Авт.свид. 1078283.

3. Авт.свид. 1643993 - прототип.

Формула изобретения

Устройство для определения размеров и числа частиц в жидкости, содержащее приемное устройство, оптическую систему и источник излучения, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введен аналого-цифровой преобразователь, осуществляющий преобразование электрического сигнала с приемного устройства в цифровой код; регулярный многоэлементный световод, выполняющий функции передачи изображения анализируемой среды на приемное устройство, которое выполнено в виде двухкоординатного многоэлементного приемника излучения на основе ПЗС-матрицы; нерегулярный многоэлементный световод, выполняющий функции передачи импульса оптической подсветки в исследуемую среду; микроЭВМ, выполняющая функции обработки цифрового сигнала, следующего на нее с аналого-цифрового преобразователя; устройство генерации импульсной подсветки, синхронизируемое с циклом накопления заряда ПЗС-матрицы.

РИСУНКИ

Рисунок 1