Автоматический нефелометрический концетратомер

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (I1) 864017 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2.4р674 (21) 2035365/18-25 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет—

Опубликовано 1509.81 Бюллетень 89 34

Дата опубликования описания (5t)M. Кл.з

G J 1/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК535.242 8 (088.8) !

В. И. Парфенов, А.А. Перлштейн, N.Аs СаркисдЩфя (g и Г.P (72) Авторы изобретения

° Ломсадзе

1; и. !.!. . с H И0.1

« «в!,„: п

° (И9 ь Д

l ! 1!БЛЯОТЬ1 .Л (73) Заявитель (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ НЕФЕЛОМЕТРИЧЕСКИЙ

КОНЦЕНТРАТОМЕР где Е

У ч,+ q>Изобретение относится к фотометрическим приборам.

Известны автоматические концентратомеры, содержащие источник излучения, оптическую систему формирования светового потока, светоприемник, кювету,. оптические компенсаторы с двигателями (11 .

Недостаток устройств- уход нуля и, следовательно, нестабильность пока10 заний.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является автоматический нефелометрический концентратомер,содержащий источник излучения, 15 установленные по ходу излучения оптическую систему формирования параллельного светового потока, диаФрагму, измерительный и подстроечный оптические компенсаторы с отрабатывающими-20 реверсивными двигателями, шаровую интегрирующую кювету, светоловушку, светоприемник, усилитель j2) .

Недостаток — уход нуля, нестабильность показаний.

Цель изобретения — создание уровня освещенности светоприемника, необходимого для осуществления компенсационного метода измерений в автоматической коррекции нуля. 30

Поставленная цель достигается тем, что в известном автоматическом нефелометрическом концентратомере, содержащем источник излучения, установленные по ходу излучения оптическую систему формирования параллельного светового потока, диафрагму, измерительный и подстроечный оптические компенсаторы с отрабатывающими реверсивными двигателями, шаровую интегрирующую кювету,, светоловушку, светоприемник, усилитель, площадь входного отверстия светоловушки меньше, чем площадь отверстия диафрагмы, причем значение этих площадей связаны функциональной зависимостью освещенность светоприемника, коэффициент отражения поверхности интегрирующей ша- . ровой кюветы; радиус интегрирующей шаровой кюветы;, площадь засвеченного кольца вокруг светоловушки площадь входного отверстия светоловушки; площадь диаФрагмы, 864017

Лучи, непосредственно не попадающие от кольца q< на светоприемник, отразившись от поверхности шаровой интегрирующей кюветы Sy 47R2K, создают вторичную освещенность Е ". светоприемника где к <1 — отношение эффективной поверхности шаровой интегрирующйй кюнеты (она меньше полной поверхности шаровой интегрирующей кюветы на суммарную площадь входного и выходных окон для снетоного потока) к его пол о ной поверхности. Вторичную освещенность Е находим следующим образом.

Пусть оснещенность произвольной точки A шаровой интегрирующей кюветы как и светоловушки, создаваемая

15 светящимся кольцом q будет

Р Чч

4 47jg2(q(„+с). ) а яркость соответственно (,,=р. 6

A = 3)-

Освещенность понерхности светоприемника, обусловленная отражением от элемента dS поверхности шаровой интегрирующей кюветы около точки А, выразится как и "A RSA Р EA ДБД

4 2 4j).,0

Освещенность поверхности светоприемника в результате вторичного отра30 æåíèÿ от поверхности шароной интегрирующей кюветы составит

4Х 2

Ч

F = $ EAd54=kg%+„=VLF

Sî представляет весь световой поток, упавший на поверхность после отражения от кольца q откуда

F 5 +%2 .F

9„кр

Р Е 1

4УР (ф,+4<) ФУРк где Я вЂ” коэффициент отражения поверхности шаровой интегрицующей кюветы имеющей радиус R„

@=$„+$2- площадь диафрагмы.

Найдем освещенность Е поверхности светоприемника, на которую падает свет, отраженный от светящейся поверх-$Q ности q, находящейся на расстоянии

1, для чего представим яркость элемента dq поверхности q<

) () d3(cL) с) С COScL 55 или Qg(g), 1,gq,,cosd, и освещенность сне топриемника от элемента dq„êîëüöà ю(а)„„„— иа)ач,,со д. ь{ьла „

Р Е2 .лр i Q) или от всего кольца q„E = ), Ж

После подстановок и преобразований получим эту освещенность

Е 4т 2(9„» »92) F =крЕ=—, К.р2Г -ц 2

K(-Й)Р(iM)

aZu2

К вЂ” коэффициент, учитывающий отверстия в поверхности интегрирующей шаровой кюветы)

F — световой . поток, прошедший через отверстие диафрагмы.

На фиг. 1 изображена упрощенная одноканальная оптическая схема, поясняющая работу интегрирующей шаровой кюветы (на фиг. 2 — электрическая схема устройства.

Нефелометр содержит источник излучения 1, оптическую систему 2 форми рования параллельного светового потока F, диафрагму 3, оптические компенсаторы подстроечный (коррекции нуля) 4 и измерительный 5, шаровую интегрирующую кювету 6 со светоловушкой 7, светоприемник 8 например фоторезистор, включенный н плечо измерительной мостовой схемы 9, усилитель

10, реверсинные двигатели 11 и 12. программное устройство 13, и, например, КЭП-12У с контактами 14, 15„ 16 и блок питания 17.

Нефелометр работает следующим образом.

Часть параллельного светового потока F вошедшего в шаровую интегрирующую кювету 6, не поглощается снетоловушкой 7, имеющей площадь q а отражаясь от кольца q >, имеющего площадь понерхност . шаровой интегрирующей кюветы б, благодаря интегрирующему эффекту последней создает освещенность E светоприемника 8. Непоглащенн я часть светового потока

Fq,= F " создает освещенность » ч,а е Р(Eq,„кольца g „ обуславливающую яркость Ь его поверхности в направлении ., х.е. кольца q к снетоприемнику.

Ед

"(*)= г- рх(Ч,„+ )

Учитывая последнее выражение для

Е после преобразования получаем

4yQ2

Путем аналогичных рассуждений находится третичная освещенность поверхности светоприемника создаваемая вторичным отражением от понерхности шаровой интегрирующей кюветы

Последующие 1-тые освещенности оггределяться как

864017

Полная освещенность E поверхности светоприемника

Е=Е Е"+,- Е +,",,+Е

1 > ко+к у,...,+k "у ",.—,) =

4Л 1 К Ч . FР<

4-Зт R < (g,+ Я, ) 47t R (1- К P)

Р%

IXV 1 Ю,% )(— ) Р) t0

Уровень освещенности Е светоприемника задается в зависимости от типа последнего и из соображений обеспечения необходимой концентрационной чувствительности " нефелометра, где 15

n — показания йефелометра, к — конус, центрация взвеси g растворе. Чем отношение площадей1„4 меньше, тем концентрационная чувствительность выше и при =0 - 8„ Д достигает на- р0

1 „ч 6 ибольшего значения, что имеет место в обычных нефелометрах. Однако в последнем случае, согласно выведенной формуле, уровень освещенности Е светоприемника становится равным нулю.

При нахождении в шаровой интегрирующей кювете 6 раствора с нулевой концентрацией взвеси создается необходимый уровень освещенности Е светоприемника 8. B этих условиях измеритель" ный мост 9 балансируется при нулевом положении измерительного компенсатора, т.е. его максимальном светопропускании (в компенсационных турбидиметрах наоборот — нулевое положение при минимальном светопропускании компенсатора). При этом компенсатор 4 в исходном полбжении, т.е. при чистой кювете, элементах оптики и т.д., имеет как обычно, наименьшее, светопро пускание. 40

При введении в шаровую интегрирующую кювету светорассеивающего раствора происходит перераспределение светового потока — уменьшается доля света, поглощаемого светоловушкой, и уве- 4 личивается освещенность шаровой интегрирующей кюветы и светоприемника 8, приводя к разбалансу измерительной схемы 9. С выхода усилителя

10 Усиленное напряжение Разбаланса через контакт 15 подается на управляющую обмотку двигателя 11, кинематически связанного со стрелкой нефелометра и измерительным компенса-тором. Фаза этого напряжения обеспечивает вращение двигателя в направ- 55 лении уменьшения светопропускания компенсатора 5 до восстановления первичного уровня освещенности Е светоприемника 8 и баланса измерительной схемы после чего отработка двигателя 11 ! с компенсатором 5 прекращается.

Таким образом, угол поворота системы-двигатель, компенсатор, стрелка — является мерой концентрации взвеси.

По циклограмме программного устроя. ства 13, в некоторый момент времени произойдет промыв шаровой интергрирующей кюветы и заполнение ее раствором с нулевой концентрацией взвеси, разомкнется контакт 15 и замкнутся контакты 14 и 16, через которые на двигатель 11 подается из блока питания 17 напряжение в фазе, обеспечивающей отработку измерительной системы в нулевое положение, а на двигатель

13, кинематически связанный с компенсатором 4 — с выхода усилителя 10 напряжение коррекции нуля. В результате уменьшение освещенности светоприемника иэ-эа загрязнения шаровой интегрирующей кюветы, элементов оптики, старения лампы и т.д. будет скомпенсировано путем отработки двигателя 12 в направлении увеличения светопропускания компенсатора 4 до момента исчезновения раэбаланса моста и остановки двигателя 12.

Затем по циклограмме контакты 14 и 16 размыкаются, контакт 15 замыкается, переводя нефелометр в режим измерения.

Предлагаемый нефелометр является компенсационным прибором, работающим при постоянном уровне освещенности измерительного светоприемника во всем диапазоне изменения измеряемого параметра, и имеет шкалу, не зависящую от люкс-амперной характеристики светоприемника. Кроме того, так как начало шкалы корректируется по нулевому раствору, а конец шкалы, как и ее характер, однозначно определяется диапазоном и законом изменения светопропускания измерительного компенсатора, то отпадает необходимость в нефелометрически эталонах.

Формула изобретения

Автоматический нефелометрический концентратомер, содержащий источник излучения, установленные по ходу излучения оптическую систему формирования параллельного светового потока, диафрагму, измерительный и подстроечный оптические компенсаторы с отрабатывающими реверсивными двигателями, шаровую интегрирующую кювету, светоловушку, светоприемник, усилитель, отличающийся тем, что, с целью создания уровня освещенНости светоприемника, необходимого для осуществления компенсационного метода измерения и автоматической коррекции нуля, площадь входного,отверстия светоловушки меньше, чем площадь отверстия диафрагмы, причем значение этих площадей связаны функциональной зависимостью

ЕР

F>

mRФ(-КР)(+ 1 ) 864017

F †. световой поток, прощедший через отверстие диафрагмы. где Е

q + я

Рие.2

Составитель A.Øåëîìîâà

Редактор A.Äîëèíè÷ Техред А. Савка Корректор М. Шароши

Заказ 7760/58 Тираж 9f0 Подписное

BHMHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 освещенность светоприемника, коэффициент отражения поверхности интегрирующей шаровой кюветы> радиус интегрирующей шаровой кюветы площадь засвеченного кольца вокруг светоловушки; площадь входного отверстия светоловушки; площадь диафрагмы; коэффициент, учитывающий отверстия в поверхности интегрирующей шаровой кюветы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гринштейн М.М. и др. Фотоэлектрические концентратомеры для автоматического контроля и регулирования.

М., Машиностроение, 1966, с. 8587.

2. Авторское свидетельство СССР

9 89279, кл. G 01 J .1/18, 1949 (прототип).