Устройство для измерения концентрации твердых взвешенных частиц

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК ДВтО 1 еСКОМЮ СВИДЮтЕЛЬСтВЬ(23) Приоритет Союз СоветскикСоциалистическиеРеспублик 111890158Опубликовано 15,12.81 Бюллетень Ме чб ло делам изобретений и открытийДата опубликования описания 15. 12. 81(5 ТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ 1(ОНЦЕНТРЯЦИИ 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 конт роля 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 11,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"8901дами, помещенный в магнитное полесоленоида2 1.Недостатком устройства являетсясложность конструкции и низкая чувствительность.Цель изобретения - повышение чувствительности и упрощение конструкции.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для измеренияконцентрации твердых взвешенных час" 10тиц, содержащем источник света, установленные по ходу излучения оптическую систему формирования светового потока, измерительную ячейку, приемникизлучения, выход которого соединен со 15входом регистратора, соленоид, включенный последовательно в цепь питанияисточника света, гальваномагнитныйдатчик с токовыми и выходными электродами, помещенный в магнитное полесоленоида, токовые электроды гальваномагнитного датчика включены последовательно в цепь питания приемника излучения, выполненного в видефототранзистора, параллельно. входукоторого подключены вь 1 ходные электроды гальваномагнитного датчика.На чертеже представлена блок-схемаустройства,Устройство содержит источник свеЗОта 1, оптическую систему формированиясветового потока 2, контролируемуюсреду 3, приемник излучения - фототранзистор 4, выход которого подключен ко входу регистратора 5, соленоид 6, включенный последовательнов цепь питания источника света 1.,и расположенный внутри соленоида 6гальваномагнитный датчик 7 с токовыми электродами 8 и выходными электродами 9.40Уст рой ст во работает следующим образом.Сформированный оптической системой 2 свет от источника 1, в цепьпитания которого последовательно45включен соленоид 6, проходя контролируемую среду 3, попадает на базуфототранэистора 4 и создает в немв равных количествах электроны идырки " так называемый "внутренний 56входной оптический сигнал".Одновременно с этим извне на туже базу фототранзистора 4 с выходныхэлектродов, помещенного в магнитноеполе соленоида 6, гальваномагнитного 55датчика 7 поступает внешний входнойэлектрический сигнал. При этом обаэти входные сигналы фототранэистора 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 3 к. 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 Ъ, чем дырки, созданные непосредственно светом.Коэффициент усиления по току 3 в этом случае описывается следующим выражением:й 31ьзгде АЗи А 3 - приращение тока кол"лектора и базь 1 соответственно, причем А 3 КЪЯЫ,Реально Ъ достигает несколькихсотен.Поглощенный в базе фототранзистора4 свет (полезный сигнал), создаваявнутренний входной оптический сигналв 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 носителейв(100-500) раз большее.Увеличение интенсивности света,падающего на базу фототранзистора,может быть обусловлено двумя причинами: изменением величины контролируемого параметра - полезный сигнал; 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 формуле3 с ЫН=лЛу С(2)где Эс - ток соленоида и. источникасвета;,Ч - полное число витков соленоида;- его длина,На выходных электродах гальваномагнитного датчика, токовые электродыкоторого подключены последовательнов цепь питания фототранзистора и который помещен в магнитное поле соленоида таким образом, что направлениямагнитного поля и тока в нем взаимноперпендикулярны, возникает электродвижущая сила ЕХвеличина которойопределяется по формулеЕ =К Н.Эд Х сдх(3)где К - коэффициент, зависящий от физических свойств материала и конструкции гальваномагнитного датчика; ток гальваномагнитного датчика, и следовательно, фототранэистора.Из Формулы (3) видно, что выходное напряжение гальваномагнитного Е прямо пропорционально, как величйна напряженности магнитного поля Н (характеризует изменение интенсивности источника света), так и току гальваномагнитного датчика 3 д (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, приво 20 25 30 формула изобретения Устройство для измерения концентрации твердых взвешенных частиц, ,содержащее источник света, установленные по ходу излучения оптическую дит к тому, что выходной сигнал Фо"тотранзистора изменяется прямо пропорционально величине контролируемогопараметра, а чувствительность устройства при этом повышена в Ъ раз.При этом устранены источники погрешностей: нестабильность источника из"лучения, источников питания, температурные и другие нестабильности,разброс параметров фотоприемников,неидентичность температурных и временных характеристик электронных каналов, разная величина шумов и наводок в каналах.Действительно, пусть интенсивностьисточника света увеличивается в и раэ,При этом в и увеличивается также токсоленоида )с., а следовательно, согласно Формуле (3) и Е, Значит внешний входной электрический сигнал набазе фототранзистора тоже возрастает в и раз Внутренний входной оптический сигнал (прошедший через контролируемое вещество) тоже в и разувеличен. Оба эти возросшие сигналыпосле вычитания в фототрэнзисторе иусиления враэ на выходе фототран"зистора дают сигнал, величина которо"го не зависит от изменения интенсивности источника света, а только отконцентрации контролируемого вещест-,ва. Аналогичные рассуждения справедливы и для нестабильностей в цепифототранэистора (изменяется 3 ),а следовательно и Е.Пусть интенсивность источника све"та и другие параметры устройстваостаются неизменными. При стабильности всех параметров устройства иизменении 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 какЭс и Эд , а следовательно, и Ехнеизменны),которое характеризуетсяразностью внутреннего оптическогои внешнего электрического входныхсигналов,890158 Составитель В,ТузовЗапесочный Техред А, Ач Корректор С.Шекма едактор 56/67 Тираж 910 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035 Москва, Ж"35,. Покомитета СССРоткрытийушская наб 4/5 атент", г,ужгород, ул,Проектная,илиал П систему формирования светового потока, измерительную ячейку, приемникизлучения, выход которого соединенсо входом регистратора, соленоид,включенный последовательно в цепьпитания 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 упрощенияконструкции устройства, токовыеэЛектроды гальваномагнитного датчика включены последовательно в цепь питания приемника излучения, выполненного в виде фототранзистора, параллельно входу которого подключены вы% ходные электроды гальваномагнитногодатчика.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Заявка Великобритании У 1416817,о кл. С О 1 И 21/22, 1975.2, Авторское свидетельство СССР позаявке 1 т 2816372/25,кл, С 01 М 15/06)1979 (прототип).