Фотоэлектрический анализатор загрязнения жидкостей
Устройство относится к измерительной технике, в частности к оптическому контролю при измерениях размеров и концентрации частиц в потоке жидкости.
Сущность полезной модели заключается в том, что в фотоэлектрическом анализаторе загрязнения жидкостей, содержащем первичный преобразователь, соединенный с блоком электроники, при этом первичный преобразователь состоит из последовательно соединенных интегратора, светодиода, оптически связанного с фотоприемником, подсоединенного к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом компаратора, блок электроники состоит из амплитудного анализатора, имеющего выходы к входам микроконтроллера, соединенного с дисплеем и драйвером, пробоотборную воронку, первичный преобразователь и блок электроники заключены в отдельные корпуса, при этом проотборная воронка жестко закреплена на корпусе первичного преобразователя, а в блок электроники дополнительно введены расходомер и интенсиметр, входы которых соединены с выходами амплитудного анализатора, а выходы подсоединены к входам микроконтроллера, корпус первичного преобразователя установлен на стакан, сообщающийся с ним отверстием, в стакане создано разрежение.
Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к оптическому контролю при измерениях размеров и концентрации частиц в потоке жидкости.
Известен фотоэлектрический прибор контроля чистоты жидкости (В.А.Бербер, В.И.Мозяков. Обеспечение чистоты технических и пищевых жидкостей. // Смазочные материалы в промышленности. Материалы II Международной научно-практической конференции (Пермь, 1-4 октября, 2001 г.), стр.62-65.), содержащий первичный преобразователь, соединенный с блоком электроники, при этом первичный преобразователь состоит из последовательно соединенных интегратора, светодиода, оптически связанного с фотоприемником, подсоединенного к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом компаратора, блок электроники состоит из амплитудного анализатора, имеющего выходы ко входам микроконтроллера, соединенного с дисплеем и драйвером, пробоотборную воронку, соединенную трубкой с прибором. Причем для создания условий протекания вязких жидкостей в воронку с анализируемой пробой подается воздух под давлением.
Недостатками данного устройства являются невысокие точность измерения и неудобство эксплуатации прибора.
В основу полезной модели поставлена задача создать прибор, удобный в эксплуатации, повысить точность измерения и расширить функциональные возможности.
Данная задача решается за счет того, что в фотоэлектрическом анализаторе загрязнения жидкостей, содержащем первичный преобразователь, соединенный с блоком электроники, при этом первичный преобразователь состоит из последовательно соединенных интегратора, светодиода, оптически связанного с фотоприемником, подсоединенного к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом компаратора, блок электроники состоит из амплитудного анализатора, имеющего выходы к входам микроконтроллера, соединенного с дисплеем и драйвером, пробоотборную воронку, согласно полезной модели, первичный преобразователь и блок электроники заключены в отдельные корпуса, при этом проотборная воронка жестко закреплена на корпусе первичного преобразователя, а в блок электроники дополнительно введены расходомер и интенсиметр, входы которых соединены с выходами амплитудного анализатора, а выходы подсоединены к входам микроконтроллера, корпус первичного преобразователя установлен на стакан, сообщающийся с ним отверстием, в стакане создано разрежение.
Анализатор выполнен таким образом, чтобы свести к минимуму длину измерительных каналов, на которых возможно осаждение частиц механических примесей из анализируемой пробы и последующее загрязнение следующих проб, что снижает точность измерений. При контроле вязких жидкостей (вязкость более 5 сСт) используется вакуум, который подводится к стакану, в который сливается уже проанализированная жидкость, (в отличие от прототипа, в котором воздух, поступающий под давлением в воронку создает дополнительную погрешность за счет загрязнения пробы) поэтому дополнительное загрязнение пробы отсутствует.
На чертеже изображен общий вид устройства.
Фотоэлектрический анализатор состоит из первичного преобразователя 1 и блока электроники 2. Первичный преобразователь содержит последовательно соединенные интегратор 3, светодиод 4, оптически связанный с фотоприемником 5, подсоединенным к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления 6, выход которого соединен с входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления 7, подсоединенного к компаратору 8. Компаратор подключен к электронному ключу 9. Параллельно компаратору 8 и электронному ключу 9 подключен резистор 19. На корпусе первичного преобразователя 1 жестко закреплена пробоотборная воронка 10, на внутренней поверхности которой нанесены риски. Интервал между рисками соответствует объему анализируемой жидкости 50 см 3. Корпус первичного преобразователя 1 установлен на приемном стакане 11, в котором создано разрежение. В корпусе первичного преобразователя 1 соосно пробоотборной воронке 10 выполнено отверстие 12, имеющее выход в приемный стакан 11. Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 6 и усилитель с фиксированным коэффициентом усиления 8 подсоединены к амплитудному анализатору 13, расположенному в корпусе блока электроники 2. Амплитудный анализатор 13 имеет выходы к микроконтроллеру 14, расходомеру 15 и интенсиметру 16. Микроконтроллер 14 подсоединен к дисплею 17 и драйверу 18.
Фотоэлектрический анализатор загрязнения жидкостей работает по принципу измерения световых потоков, рассеянных частицами загрязнений. Анализируемая жидкость прокачивается по измерительному каналу малого диаметра, с одной стороны которого установлен светодиод 4, а с другой - фотоприемник 5. Поскольку направление потока жидкости перпендикулярно оптической оси измерительной системы «излучатель - фотоприемник», то вместе их пересечения образуется измерительный объем. При наличии оптической неоднородности в измерительном объеме (например, механических примесей) происходит рассеяние света во всех направлениях.
Измеряя с помощью фотоприемника 5 интенсивность рассеянного света, получают информацию о параметрах частиц загрязнений. Определение размера частиц производится по амплитуде электрического импульса, снимаемого с выхода фотоприемника 5. Каждому размеру частицы соответствует своя амплитуда сигнала. Электрический сигнал с фотоприемника усиливается усилителем с регулируемым коэффициентом усиления 6, с выхода которого сигнал поступает для индикации размерных групп 100-200 мкм и свыше 200 мкм. После дополнительного усиления сигнала в усилителе с фиксированным коэффициентом усиления 7 электрический сигнал поступает для индикации размерных групп 5-10, 10-25, 25-50, 50-100 мкм. Компаратор 8, электронный ключ 9 и интегратор 3 образуют схему восстановления постоянной составляющей (ВПС). ВПС обеспечивает постоянный уровень освещенности в измерительном объеме, независимо от вида контролируемой жидкости и температурной нестабильности светодиода 4 и фотоприемника 5. При уменьшении освещенности измерительного объема увеличивается постоянная составляющая сигнала с выхода усилителя 7, которая через схему компаратора 8 и электронного ключа 2 подается на вход интегратора 3, сигнал с выхода которого увеличивает ток светодиода, увеличивая освещенность. Компаратор 8 и электронный ключ 9 блокируют работу ВПС на время появления импульсов от частиц. Резистор 19 служит нагрузкой выхода усилителя 7 в момент замыкания электронного ключа 9. Микроконтроллер 14 осуществляет счет частиц в соответствующих размерных фракциях, индикацию на дисплее 17, функции управления и связь с внешней ЭВМ с помощью драйвера 18. Микроконтроллер 14 осуществляет также определение момента окончания анализа пробы.
Индикация расхода контролируемой жидкости больше нормы и меньше нормы осуществляется с помощью преобразователя длительности
импульсов в напряжение с последующим аналого-цифровым преобразованием и индикацией.
Для оценки общей концентрации частиц в исследуемой жидкости применяется интегральное определение концентрации частиц с помощью интенсиметра 16, причем индикация производится в долях предельно допустимой концентрации.
Для передачи данных для обработки внешней ЭВМ и реализации дистанционного управления используется последовательный интерфейс, соответствующий стандарту RS-232 (используется драйвер 18).
По сравнению с прототипом создан прибор, удобный в эксплуатации, с более высокой точностью измерения и возможностью замера частиц с диаметром 2 мкм и выше.
Фотоэлектрический анализатор загрязнения жидкостей, содержащий первичный преобразователь, соединенный с блоком электроники, при этом первичный преобразователь состоит из последовательно соединенных интегратора, светодиода, оптически связанного с фотоприемником, подсоединенного к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом компаратора, блок электроники состоит из амплитудного анализатора, имеющего выходы к входам микроконтроллера, соединенного с дисплеем и драйвером, пробоотборную воронку, отличающийся тем, что первичный преобразователь и блок электроники заключены в отдельные корпуса, при этом проотборная воронка жестко закреплена на корпусе первичного преобразователя, а в блок электроники дополнительно введены расходомер и интенсиметр, входы которых соединены с выходами амплитудного анализатора, а выходы подсоединены к входам микроконтроллера, корпус первичного преобразователя установлен на стакан, сообщающийся с ним отверстием, в стакане создано разрежение.
