Способ определения концентрации механических загрязнений в жидких и газообразных средах и устройство для его реализации

Изобретение относится к автоматическим средствам контроля жидких и газообразных сред на содержание механических примесей. Способ заключается в преобразовании аналоговых сигналов от частиц загрязнений в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды и определении длительности импульсов от частиц загрязнений и длительности пауз между прохождением частиц. Разделяют последовательность прямоугольных импульсов от частиц и длительности пауз между прохождением частиц на два канала, в одном из которых только импульсы от частиц, а в другом только паузы. Преобразуют длительности импульсов от частиц и длительности импульсов пауз в напряжения, поступающие в микроконтроллер, осуществляющий определение отношения величин напряжений, которым присваивают индекс загрязненности, отображающийся индикатором. Микроконтроллер автоматически определяет канал обработки сигналов в зависимости от концентрации. Амплитуду импульсов выбирают соответствующей амплитуде от частицы размером 5 микрон. Устройство содержит последовательно соединенные фотоприемник, усилитель, пороговое устройство, формирователь импульсов, двухканальный интегратор, а также индикатор и микроконтроллер. Техническим результатом изобретения является повышение надежности измерений и упрощение устройства. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Группа изобретений 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, G01J 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, G01N 15/06), 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), а 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.

Наиболее близкими к предлагаемым решениям являются способ и устройство, описанные в патенте РФ №2139519, МПК G01N 15/06. Способ определения концентрации механических загрязнений в жидких средах заключается 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 загрязнений, в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды и определении длительности импульсов пауз между прохождением частиц, регистрации и последующем интегрировании этих импульсов. При этом интегрируются заданные 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. Устройство для реализации способа содержит датчик, выход которого соединен со входом усилителя. Выход усилителя соединен со входом компаратора, выход которого со входом инвертора, прямой и инверсный выходы которого соединены со счетчиками и аналоговыми ключами. Выходы ключей подключены соответственно ко входам интеграторов, выходы которых подсоединены ко входу делителя. Выход делителя соединен со входом индикатора.

Недостатком прототипа является сложность обработки сигналов и ненадежность работы устройства вследствие этого.

Задачей изобретений является определение концентрации загрязнений свыше 5 класса чистоты жидкостей по ГОСТ 17216 независимо от расхода жидкости при повышении надежности и упрощении.

Поставленная задача решается тем что, в способе определения концентрации механических загрязнений в жидких и газообразных средах, заключающемся в преобразовании аналоговых сигналов от частиц загрязнений в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды и определении длительности импульсов от частиц загрязнений и длительности пауз между прохождением частиц, согласно решению разделяют последовательность прямоугольных импульсов от частиц и длительности пауз между прохождением частиц на два канала, в одном из которых только импульсы от частиц, а в другом только паузы, преобразуют длительности импульсов от частиц и длительности пауз в напряжения, поступающие в микроконтроллер, осуществляющий определение отношения величин напряжений, которым присваивают индекс загрязненности, отображающийся индикатором, причем микроконтроллер автоматически определяет канал обработки сигналов в зависимости от концентрации, при этом амплитуду импульсов выбирают соответствующей амплитуде от частицы размером 5 микрон.

Поставленная задача решается тем что, устройство для определения концентрации механических загрязнений в жидких и газообразных средах, содержащее последовательно соединенные фотоприемник, усилитель, пороговое устройство и формирователь импульсов, двухканальный интегратор, а также индикатор, согласно решению содержит контроллер, входы которого соединены с выходами формирователя импульсов, а выход - со входом индикатора.

Изобретения поясняются чертежами, на фиг.1 приведена схема устройства, на фиг.2 и фиг.3 приведены диаграммы сигналов от частиц загрязнений, полученные на разных стадиях обработки в регистрирующих устройствах, где 1 - фотоприемник; 2 - усилитель; 3 - порог устройства (дискриминатор); 4 - формирователь; 5 - интегратор; 6 - микроконтроллер; 7 - индикатор.

Расходы контролируемой жидкости в случаях, изображенных на фиг.2 и 3, отличаются в 2 раза при одинаковой концентрации загрязнений.

Изображенная на фиг.2 концентрация равна

а на фиг.3 -

т.е. концентрация загрязнений показывается в индикации устройства независимого от расхода.

Устройство для реализации способа состоит из фотоприемника 1, усилителя 2, выход которого соединен с дискриминаторами 3. Формирователь 4 формирует и разделяет последовательность прямоугольник импульсов и пауз на два канала - в одном канале только импульсы, в другом только паузы, которые преобразуются соответственно 5.1 и 5,2 в напряжения U_c1, U_c2 и поступают на микроконтроллер.

Фотоприемник 1, находящийся в датчике, выдает электрические импульсы от частиц загрязнений, которые содержатся в прокачиваемой (текучей) среде. Амплитуда импульсов пропорциональна размеру частиц - скорости потока (расходу). Импульсы усиливаются усилителем 2 и затем поступают на дискриминатор 3.

Дискриминатор 3 имеет регулируемый порог преобразования аналоговых импульсов в прямоугольные и соответственное количество пауз между импульсами. С выхода дискриминатора сигнал поступает на формирователь 4, который формирует и разделяет последовательность прямоугольных импульсов и пауз на два канала; в одном канале только импульсы, в другом - только паузы. Импульсы от частиц и импульсы от пауз преобразуются соответственно интеграторами 5.1 и 5.2 в напряжения U_c1 и U_c2 и поступают на микроконтроллер 6, осуществляющий деление (отношение) величин U_c1 и U_c2 с определенной тактовой частотой.

Результату деления (отношения) присваивается определенный индекс загрязненности «К», который отображается индикатором 7.

Для расширения динамического диапазона определения уровня загрязненности используется второй канал обработки сигнала (3.2, 4.2, 5.3, 5.4), дискриминатор которого (3.2) настроен на более высокий порог преобразования аналогового импульса в прямоугольный. Микроконтроллер автоматически определяет канал обработки сигналов в зависимости от концентрации.

1. Способ определения концентрации механических загрязнений в жидких и газообразных средах, заключающийся в преобразовании аналоговых сигналов от частиц загрязнений в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды и определении длительности импульсов от частиц загрязнений и длительности пауз между прохождением частиц, отличающийся тем, что разделяют последовательность прямоугольных импульсов от частиц и длительности пауз между прохождением частиц на два канала, в одном из которых только импульсы от частиц, а в другом только паузы, преобразуют длительности импульсов от частиц и длительности импульсов пауз в напряжения, поступающие в микроконтроллер, осуществляющий определение отношения величин напряжений, которым присваивают индекс загрязненности, отображающийся индикатором, причем микроконтроллер автоматически определяет канал обработки сигналов в зависимости от концентрации, при этом амплитуду импульсов выбирают соответствующей амплитуде от частицы размером 5 мкм.

2. Устройство для определения концентрации механических загрязнений в жидких и газообразных средах, содержащее последовательно соединенные фотоприемник, усилитель, пороговое устройство и формирователь импульсов, двухканальный интегратор, а также индикатор, отличающееся тем, что оно содержит микроконтроллер, входы которого соединены с выходами формирователя импульсов, а выход - со входом индикатора.