Оптичний пиломір

Реферат: Винахід належить до аналітичного приладобудування. Оптичний пиломір складається з циліндричної вимірювальної камери, в торцях якої встановлено джерело випромінювання світлового потоку з фокусуючою лінзою і перший фотоприймач. Протилежні бокові поверхні вимірювальної камери мають повздовжні отвори, симетрично розташовані один навпроти одного. Згідно з винаходом, у вимірювальній камері посередині перпендикулярно напрямку світлового потоку встановлено калібрувальний оптичний фільтр затемнення з формою поперечного перерізу у вигляді півкола. Cиметрично навпроти калібрувального оптичного фільтра в торці вимірювальної камери розташовано другий фотоприймач. Виходи першого і другого фотоприймачів приєднані до обчислювального пристрою, вихід якого приєднано до реєструючого цифрового індикатора. Винахід забезпечує підвищення точності вимірювання концентрації пилу. UA 115916 C2 (12) UA 115916 C2 UA 115916 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до аналітичного екологічного приладобудування і може бути використаний при виробництві оптичних пиломірів для контролю пилу у димових трубах підприємств, атестації робочих місць, контролю атмосфери у санітарно-захисній зоні промислових і енергетичних об'єктів. Відомий оптичний пиломір (Патент Росії № 2558278, МПК G01N21/59, 2015г. "Оптический пылемер"), що складається з вимірювального і опорного каналів, останній заповнений очищеною від пилу газовою сумішшю, аналогічною димовому 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 оптичного пиломіра є коливання коефіцієнта перетворення оптичного пиломіра, від його номінального значення внаслідок забруднення, старіння, оптичних елементів внаслідок дії токсичного пилу, парів вологи, кислот, лугів, які присутні у димовому газі. В основу винаходу поставлено задача підвищити точність вимірювання концентрації пилу за рахунок компенсації впливу коливань коефіцієнта передачі оптичного пиломіра під дією зовнішніх чинників. Поставлена задача вирішується тим, що в оптичному пиломірі, що складається з циліндричної вимірювальної камери, в торцях якої симетрично один навпроти одного встановлено джерело випромінювання світлового потоку, фокусуюча лінза і перший фотоприймач, протилежні бокові поверхні вимірювальної камери мають повздовжні отвори, симетрично розташовані один навпроти одного Новим є те, що у вимірювальній камері посередині встановлено калібрувальний оптичний фільтр з формою поперечного перерізу у вигляді півкола, симетрично навпроти калібрувального оптичного фільтра в торці вимірювальної камери, поряд з першим фотоприймачем, розташовано другий фотоприймач, виходи першого і другого фотоприймачів приєднані до обчислювального пристрою, вихід якого приєднано до реєструючого цифрового індикатора. Суть технічного рішення пояснюється кресленням, де введені наступні позначення: 1 - вимірювальна камера, 2 - джерело випромінювання, 3 - фокусуюча лінза, 4 калібрувальний оптичний фільтр, 5 - перший фотоприймач, 6 - другий фотоприймач, 7 обчислювальний пристрій, 8 - реєструючий цифровий індикатор. Оптичний пиломір працює наступним чином: Вимірювальну камера 1 розміщують у димовій трубі, перпендикулярно руху димового газу з 3 концентрацією пилу X1 (мг/м ). Вимірювальна камера 1 виконана у вигляді металевого циліндра, який має повздовжні отвори, симетрично розташовані один навпроти одного. Саме через ці отвори і проходить безперешкодно димовий газ промислового підприємств з концентрацією пилу X1 . В торцях вимірювальної камери розташовано джерело випромінювання 2, світловий потік від якого у видимій частині спектра, за допомогою лінзи 3, перетворюється в паралельний потік світла, який поглинається пилом з концентрацією X1 в димовій трубі. Ослаблений світловий потік пропорційний концентрації X1 надходить на перший фотоприймач 5. На виході першого фотоприймача 5 формується сигнал: У 1  K X1 , де K - коефіцієнт 1 UA 115916 C2 5 10 перетворення оптичного пиломіра. Одночасно світловий потік від джерела випромінювання 2 надходить на калібрувальний оптичний фільтр 4, з фіксованим попередньо визначеним і метрологічно підтвердженим рівнем затемнення X 0 . Конструктивно калібрувальний оптичний фільтр 4 має у поперечному перерізі форму півкола і встановлений посередині вимірювальної камери 3, перпендикулярно напрямку світлового потоку від джерела випромінювання 2. Навпроти калібрувального оптичного фільтра 2, у торці вимірювальної камери 1, симетрично встановлено другий фотоприймач 6. На виході другого фотоприймача 6 формується сигнал ослаблення світлового потоку У 2  K( X0  X1 ) , що проходить у вимірювальній камері 3 послідовно: джерело випромінювання 1, димовий газ з концентрацією пилу X1 , оптичний калібрувальний фільтр 4 з фіксованим рівнем затемнення X 0 . Таким чином, у вимірювальний камері 1 оптичного пиломіру, одночасно формується два різних сигнали У 1 і У 2 , один з яких: У 1 є функцією перетворення концентрації пилу X1 , що вимірюється, а другий: У 2 , сумарною функцією перетворення концентрації пилу X1 і оптичного калібрувального фільтра 4, з фіксованим рівнем затемнення X 0 . 15 Сигнали У 1 і У 2 які надходять з першого 5 і другого 6 фотоприймачів до обчислювальному пристрою 7, де вирішується система рівнянь: У 1  K X1 , (1)  У 2  K( X 0  X1 ) відносно визначення концентрації пилу X1 : У 1X 0 (2) У 2  У1 Визначене значення X1 концентрації пилу виводиться на цифровий індикатор 8. При визначенні концентрації X1 по формулі (2) відхилення коефіцієнта перетворення К оптичного пиломіра від його номінального значення, внаслідок дії довкілля, токсичного пилу, парів луг і кислот у димовому газі, старіння джерела випромінювання і фотоприймачів, забруднення оптичних елементів схеми компенсується. Запропонований спосіб забезпечує інваріантність (незалежність) вимірювання X1 від дестабілізуючих факторів. При вимірювання пилу у димових, високотоксичних і радіоактивних газів запропонованим способом відхилення коефіцієнта перетворення К 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 результатами вимірювання пилу підвищується точність, зменшується похибка вимірювання. X1  20 25 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 Оптичний пиломір, що складається з циліндричної вимірювальної камери, в торцях якої встановлено джерело випромінювання світлового потоку з фокусуючою лінзою і перший фотоприймач, протилежні бокові поверхні вимірювальної камери мають повздовжні отвори, симетрично розташовані один навпроти одного, який відрізняється тим, що у вимірювальній камері посередині перпендикулярно напрямку світлового потоку встановлено калібрувальний оптичний фільтр затемнення з формою поперечного перерізу у вигляді півкола, симетрично навпроти калібрувального оптичного фільтра в торці вимірювальної камери, поряд з першим фотоприймачем, розташовано другий фотоприймач, виходи першого і другого фотоприймачів приєднані до обчислювального пристрою, вихід якого приєднано до реєструючого цифрового індикатора. 2 UA 115916 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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