Устройство для измерения концентрации твердых взвешенных частиц

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ЛВтОВСКОМУ СВИДИтЕЛЬСтВЬ

Союз Советскик

Социалистические

Рес ублии

< 1890158 (6! ) Дополнительное к аот. свид-ву (22) Заявлено 10 ° 2. 79(21} 2849589/18-25 с присоединением заявки М " (23) Приоритет (51)M. Кл.

G 01 и 15/06

1оаударстееииый комитет

СССР

Опубликовано 15.12.81- Бюллетень Ме 46 по делам изобретений и открытий (53) УДК535.242 (088. 8) Дата опубликования описания 15. 12. 81 (72) Автор изобретения

Г.А.Сукач (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ТВЕРДЫХ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к техни" ческой физике, в частности к сред" ствам количественного определения концентрации твердых взвешенных частиц в воде и воздухе, и может быть использовано в химической, целлюлозно-бумажной, угольной, легкой и других отраслях промышленности для контроля загрязненности окружающей воздушной и водной сред.

Известно устройство для контроля концентрации твердых взвешенных частиц, содержащее погруженный в контролируемую среду корпус, внутри которого расположен источник света, световые пучки от которого с помощью двух оптических систем формирования светового потока (призмы, линзы, фильтры) направляются в измерительный и опорный каналы тракта. После прохождения лучей по измерительному и опорному каналам они попадают на фотоприемники> где порознь усилива"

/ ются и подаются на регистратор 1 1).

Устройство имеет следующие недос" татки: нестабильность параметров фо" топриемников, их разброс, неидентичность температурных и временных характеристик как электронной части устройства (фотоприемники, каналы усиления, преобразования и сравнения) так и оптической (линзы, призмы, фильтры) . Основным недостатком является низкая чувствительность устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения концентрации твердых взвешенных частиц, содержащее источник света, установленные по ходу излучения оптическую систему формирования светового потока,измерительную ячейку, приемник излучения, выход которого соединен со входом регистратора, соленоид, включенный последовательно в цепь питания источ" .ника света и гальваномагнитный датчик с токовыми и выходными электро"

8901 дами, помещенный в магнитное поле соленоида (2).

Недостатком устройства является сложность кОнструкции и низкая чувствительность.

Цель изобретения - повышение чувствительности и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения концентрации твердых взвешенных час- 16 тиц, содержащем источник света, установленные по ходу излучения оптическую систему формирования светового потока, измерительную ячейку, приемник излучения, выход которого соединен со 15 входом регистратора, соленоид, вклю ченный последовательно в цепь питания источника света, гальваномагнитный датчик с токовыми и. выходными электродами, помещенный в магнитное поле соленоида, токовые электроды гальваномагнитного датчика включены последовательно в цепь питания приемника излучения, выполненного в виде фототранзистора, параллельно. входу которого подключены выходные электроды гальваномагнитного датчика.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит источник све36 та 1, оптическую систему формирования светового потока 2, контролируемую среду 3, приемник излучения - фототранзистор 4, выход которого подключен ко входу регистратора 5, соленоид 6, включенный последовательно в цепь питания источника света 1., и расположенный внутри соленоида 6 гальваномагнитный датчик 7 с токовыми электродами 8 и выходными электродами 9.

Уст рой ст во работает следующим образом.

Сформированный оптической системой 2 свет от источника в цепь питания которого последовательно

45 включен соленоид 6, проходя контролируемую среду 3, попадает на базу фототранэистора 4 и создает в нем в равных количествах электроны и дырки " так называемый "внутренний $6 входной оптический сигнал".

Одновременно с этим извне на ту же базу фототранзистора 4 с выходных электродов, помещенного в магнитное поле соленоида 6, гальваномагнитного датчика 7 поступает внешний входной электрический сигнал. При этом оба эти входные сигналы фототранэистора

4 вычитаются. Затем эти сигналы, сформированные в фототранэисторе 4 в виде единого сигнала, характеризующего контролируемый параметр, с выхода фототранзистора 4, являющегося выходом фотопреобраэователя вообще, поступают на вход регистратора 5, оконечный каскад которого проградуирован в единицах контролируемого параметра (концентрации).

В зависимости от концентрации твердых частиц, находящихся на пути оптического излучения (диапазон измерительных длин волн оптического излучения выбирается из области . прозрачности матричного вещества: воды, воздуха или других веществ), на базу фототранзистора 4 падает большее или меньшее количество квантов света, генерирующих в ней (базе) в одинаковом количестве электроны и .дырки. Возникшие в базе фототранэистора под действием света дырки, попадая в коллектор, увеличивают его ток

Зк. Электроны, оставшиеся в базе вызывают инжекцию дырок из эммитера в базу и дальше к коллектору. Эти. "сквозные" дырки за счет внутреннего усиления фототока (внутренний входной оптический сигнал), приводят к более значительному усилению 3у, чем дырки, созданные непосредственно светом.

Коэффициент усиления по току Р в этом случае описывается следующим выражением:

h, j)(636 ® где 3 < и А3 - приращение тока кол" лектора и базы соответственно, причем д3к >>)a3< °

Реально (Ь достигает нескольких сотен.

Поглощенный в базе фототранзистора

4 свет (полезный сигнал), создавая внутренний входной оптический сигнал в количестве, равном .одной электронно-дырочной паре на один. квант, поглощенного в базе света (при квантовом выходе равном единице), на выходе фототранзистора (в цепи его коллектора), создает число носителей в (100-500) раз большее.

Увеличение интенсивности света, падающего на базу фототранзистора, может быть обусловлено двумя причинами: изменением величины контролируемого параметра - полезный сиг8901 58

20

30

Е =K. Н -Эд Х с дх ю (3) где К - коэффициент, зависящий от Фи З5 зических свойств материала и конструкции гальваномагнитного датчика; ток гальваномагнитного дат-, > чика, и следовательно, фототранэистора.

Из формулы (3) видно, что выходное напряжение гальваномагнитного

Е ппрряяммо о ппррооппооррццииооннааллььнноо, как величйна напряженности магнитного поля

Н (характеризует изменение интенсивности источника света), так и току гальваномагнитного датчика Зд (характеризует нестабильность источника питания, температурные и временные нестабильности фототранзистора).

Подключение выходных электродов гальваномагнитного датчика ко входу фототранзистора таким образом, что полярность внешнего входного электрического сигнала противоположна полярности внутреннего входного оптического сигнала фототранэистора, привоФормула изобретения

Устройство для измерения концентрации твердых взвешенных частиц,,содержащее источник света, установленные по ходу излучения оптическую нал; изменением интенсивности источ- ника света, временным, температурными и другими нестабильностями - сигнал погрешности (ошибки) °

Устранение этого сигнала ошибки достигается тем, что в цепь питания источника излучения последовательно с ним включен соленоид б, При этом соленоид б выполняет двойную функцию. Во-первых, при изменении напряжения питания источника света 1, он сглаживает эти колебания. Во-вторых, внутри него возникает магнитное поле, напряженность которого Н определяется по формуле

Jc W

Н=----л J

С (2) где 3o — ток соленоида и. источника света;, W - полное число витков соленоида; — его длина.

На выходных электродах гальваномагнитного датчика, токовые электроды которого подключены последовательно в цепь питания фототранзистора и который помещен в магнитное поле соленоида таким образом, что направления магнитного поля и тока в нем взаимно перпендикулярны, возникает электродвижущая сила E,âåëè÷èíà которой определяется по формуле дит к тому, что выходной сигнал фо" тотранзистора изменяется прямо пропорционально величине контролируемого параметра, а чувствительность устройства при этом повышена в Р раз.

При этом устранены источники погрешностей: нестабильность источника из" лучения, источников питания, темпе1 ратурные и другие нестабильности, разброс параметров фотоприемников, неидентичность температурных и временных характеристик электронных каналов, разная величина шумов и наводок в каналах.

Действительно, пусть интенсивность источника света увеличивается в и раэ.

При этом в и увеличивается также ток соленоида Jc, а следовательно, согласно формуле (3) и Е, Значит внешний входной электрический сигнал на базе фототранзистора тоже возрастает в и раз. Внутренний входной оптический сигнал (прошедший через контролируемое вещество) тоже в и раз увеличен. Оба эти возросшие сигналы после вычитания в фототрэнзисторе и усиления в Р раэ на выходе фототран" зистора дают сигнал, величина которо" го не зависит от изменения интенсивности источника света, а только от концентрации контролируемого вещест-, ва. Аналогичные рассуждения справедливы и для нестабильностей в цепи фототранэистора (изменяется J< ), а следовательно и Е .

Пусть интенсивность источника све" та и другие параметры устройства остаются неизменными. При стабильности всех параметров устройства и изменении концентрации контролируемого вещества, фототранзистор реа" гирует только на изменение концентрации (изменяется только один внут" ренний входной оптический сигнал, внешний входной электрический сигнал остается неизменным, так как

J< и Эд, а следовательно, и Ех неизменны),которое характеризуется разностью внутреннего оптического и внешнего электрического входных сигналов, 890158

Составитель В Тузов .Редактор С Запесочный Техред А, Ач

Корректор С.йекмар

Заказ 10956/67 Тираж 910 . Подписное

ВНИИПИ 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 систему формирования светового потока, измерительную ячейку, приемник излучения, выход которого соединен со входом регистратора, соленоид, включенный последовательно в цепь питания источника света, гальваномагнитный датчик с токовыми и выходными электродами, помещенный в магнитное поле соленоида, о т л и ч а " ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и упрощения конструкции устройства, токовые эЛектроды гальваномагнитного датчика включены последовательно в цепь питания приемника излучения, выполненного в виде фототранзистора, параллельно входу которого подключены выходные электроды гальваномагнитного датчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Заявка Великобритании У 1416817, to кл. G 01 Н 21/22, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке1т 2816372/25,кл, G 01 М 15/06, 1.979 (прототип).