Оптичний вимірювач пилу

Реферат: Винахід належить до аналітичного приладобудування. Оптичний вимірювач пилу складається з циліндричної вимірювальної камери, в торцях якої симетрично один навпроти одного встановлено джерело випромінювання світлового потоку з фокусуючою лінзою та фотоприймач. Протилежні бокові поверхні вимірювальної камери мають повздовжні отвори, симетрично розташовані один навпроти одного. У вимірювальній камері перед фотоприймачем на поворотній осі, яка перпендикулярна напрямку світлового потоку, встановлено калібрувальний оптичний фільтр затемнення. Фільтр у поперечному перерізі має форму кола. Фотоприймач приєднаний до обчислювального пристрою, вихід останнього приєднано до реєструючого цифрового індикатора. Винахід забезпечує підвищення точності вимірювання. UA 115915 C2 (12) UA 115915 C2 UA 115915 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до аналітичного екологічного приладобудування і може бути використаний для виробництва оптичних пиломірів для контролю пилу у димових трубах підприємств, атестації робочих місць, контролю атмосфери у санітарно-захисній зоні енергетичних об'єктів. Відомий оптичний пиломір (Патент Росії № 2558278, МПК G01N21/59, 2015 г. "Оптический пылемер"), що складається з вимірювального і опорного каналів, останній заповнений очищеним від пилу газовою сумішшю аналогічній димового газу конкретного підприємства. В кожному з каналів встановлено по два джерела випромінювання. Димовий потік з пилом направляється у вимірювальний канал. За допомогою системи призм і дзеркал потік випромінювання через вимірювальний і опорний канали формується у єдиний світловий потік і надходить на вхід широкосмугового фотоприймача. Недоліком відомого оптичного пиломіра є складність конструкції зумовлена значною кількістю оптичних елементів: призм, дзеркал, лінз, джерел випромінювання. Старіння, забруднення, волога, вплив токсичного пилу приводить до коливань коефіцієнта перетворення оптичного пиломіра від його номінального значення і відповідно збільшення похибки вимірювання. Відомий оптичний пиломір, (Патент Росії № 2000147 С, 2000 г, "Способ измерения концентрации частиц пыли газовых трактах электрофильтров и устройство для его осуществления"). Відомий оптичний пиломір складається з джерела випромінювання, фотоприймача для реєстрації сигналу пропорційного інтенсивності ослабленого світлового потоку. До складу пиломіра входить додатковий фотоприймач для реєстрації сигналу пропорційного інтенсивності розсіяного світлового потоку. Основним недоліком відомого пиломіра є значна кількість оптичних елементів, вплив параметрів довкілля, токсичного пилу на їх оптичні характеристики, відповідно до змін коефіцієнта перетворення оптичного пиломіра від номінального значення і до збільшення похибки вимірювання. Найближчим за технічною суттю до запропонованого винаходу, що заявляється є патент України № 78913, МПК G01N 21/53, опубл. 25.04.2007 р., "Оптичний пиломір", що складається з джерела випромінювання світлового потоку у видимій частині спектра, фотоприймача, насадки для подачі захисного газу у вигляді тангенціально розташованих каналів для захисту оптичних елементів від пилу. Основним недоліком відомого пиломіра є коливання коефіцієнта перетворення оптичного пиломіра, від номінального значення внаслідок забруднення, старіння, оптичних елементів внаслідок дії токсичного пилу парів вологи, кислот, луг, які присутні у димовому газі. В основу винаходу поставлена задача підвищити точність вимірювання за рахунок компенсації впливу коливань коефіцієнта передачі оптичного пиломіра під дією зовнішніх чинників. Поставлена задача вирішується тим, що в оптичному вимірювачі пилу, що складається з циліндричної вимірювальної камери в торцях якої симетрично один навпроти одного встановлено джерело випромінювання світлового потоку, фокусуюча лінза і фотоприймач, протилежні бокові поверхні вимірювальної камери мають повздовжні отвори симетрично розташовані один навпроти одного. Новим є те, що у вимірювальній камері перед фотоприймачем на поворотній осі встановлено калібрувальний оптичний фільтр, з формою поперечного перерізу у вигляді кола, а вихід фотоприймача, приєднаний до обчислювального пристрою, вихід останнього приєднано до реєструючого цифрового індикатора. Суть технічного рішення пояснюється кресленням, де введені наступні позначення: 1 - вимірювальна камера, 2 - джерело випромінювання, 3 - фокусуюча лінза, 4 - поворотна вісь, 5 - калібрувальний оптичний фільтр, 6 - фотоприймач, 7 - обчислювальний пристрій, 8 реєструючий цифровий індикатор. Вимірювальна камера 1 виконана у вигляді металевого циліндра, який має повздовжні отвори, симетрично розташовані один навпроти одного. Саме через ці отвори і проходить 3 безперешкодно димовий газ промислового підприємства з концентрацією пилу X 1 (мг/м ). В торцях вимірювальної камери розташовано джерело випромінювання 2, світловий потік від якого видимий частині спектра, за допомогою лінзи 3 перетворюється в паралельний потік світла, який поглинається пилом з концентрацією X 1 в димовій трубі. Ослаблений світловий потік, пропорційний концентрації Хі, надходить на фотоприймач 5. На поворотній осі 4 в вимірювальній камері 1 перед фотоприймачем встановлено оптичний калібрувальний фільтр 5, з фіксованим попередньо визначеним і метрологічно підтвердженим рівнем затемнення X 0 . Конструктивно калібрувальний оптичний фільтр 5 має у поперечному перерізі форму кола і встановлений перед фотоприймачем 5. За допомогою поворотної осі 4, калібрувальний фільтр 1 UA 115915 C2 5 10 15 20 25 5 може займати два фіксованих положення: паралельно світловому потоку або перпендикулярно світловому потоку на шляху від джерела випромінювання 2 до фотоприймача 6. Оптичний вимірювач пилу працює у два такти вимірювання наступним чином: У першому такті вимірювання перед початком роботи, за допомого поворотної осі 4, калібрувальний фільтр 5 займає положення паралельно світловому потоку (на кресленні Фіг. 1 а). Вимірювальна камера 1 розміщується у димовій трубі, перпендикулярно руху димового газу з концентрацією пилу X 1 . Світловий потік від джерела випромінювання 2, у видимій частині спектру, за допомогою лінзи 3 перетворюється в паралельний потік світла, який поглинається пилом з концентрацією X 1 в димовій трубі. Ослаблений світловий потік пропорційний концентрації X 1 надходить на фотоприймач 6. На виході фотоприймача 6 формується сигнал: У1  K X1 , де K - коефіцієнт перетворення оптичного пиломіру. Сигнал У і надходить до обчислювального пристрою 7. У другому такті вимірювання за допомогою поворотної осі 4 калібрувальний фільтр 5 займає положення перпендикулярно напрямку світлового потоку від джерела випромінювання 2 (Фіг.1 б). На виході фотоприймача 6 формується сигнал ослаблення світлового потоку: У 2  K(X 0  X1) , що проходить у вимірювальній камері 3 послідовно: джерело випромінювання 1, димовий газ з концентрацією пилу X 1 оптичний калібрувальний фільтр 5 з фіксованим рівнем затемнення X 0 . Таким чином у вимірювальний камері 1 оптичного вимірювача пилу, поперемінно формується два різних ослаблених сигнали У 1 і і У 2 , один з яких є функцією перетворення концентрації пилу X 1 , що вимірюється, а другий сумарною функцією перетворення концентрації пилу X 1 і оптичного калібрувального фільтра 5 з фіксованим рівнем затемнення X 0 . Сигнали У 1 і і У 2 надходять до обчислювального пристрою 7, де вирішується система рівнянь: У1  K X1 ,  У 2  K( X 0  X1) (1) відносно визначення концентрації пилу X 1 : 30 X1  35 40 У1X 0 . У 2  У1 (2) Визначене значення X 1 виводиться на цифровий індикатор 8. При визначенні концентрації X 1 по формулі (2) відхилення коефіцієнта перетворення Κ оптичного пиломіра від номінального значення, внаслідок дії довкілля, токсичного пилу, парів луг і кислот у димовому газі, старіння джерела випромінювання і фотоприймачів, забруднення оптичних елементів схеми відсутні. Запропонований спосіб забезпечує інваріантність (незалежність) вимірювання X 1 від дестабілізуючих факторів. При вимірюванні пилу у димових, високотоксичних і радіоактивних газів запропонованим способом відхилення коефіцієнта перетворення Κ від номінального значення не приводять до похибки вимірювання. При цьому зміни коефіцієнта перетворення пиломіра внаслідок старіння джерела випромінювання інших дестабілізуючих чинників: температура, тиск, волога, радіоактивність, токсичність компенсуються, за рахунок використання калібрувального оптичного фільтра і алгоритму обробки результату вимірювання підвищується точність, зменшується похибка вимірювання. 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 Оптичний вимірювач пилу, який складається з циліндричної вимірювальної камери, в торцях якої симетрично один навпроти одного встановлено джерело випромінювання світлового потоку з фокусуючою лінзою та фотоприймач, протилежні бокові поверхні вимірювальної камери мають повздовжні отвори, симетрично розташовані один навпроти одного, який відрізняється 2 UA 115915 C2 5 тим, що у вимірювальній камері перед фотоприймачем на поворотній осі, яка перпендикулярна напрямку світлового потоку, встановлено калібрувальний оптичний фільтр затемнення з формою поперечного перерізу у вигляді кола, а вихід фотоприймача приєднаний до обчислювального пристрою, вихід останнього приєднано до реєструючого цифрового індикатора. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3