Анализатор мутных сред

Изобретение относится к средствам аналитического контроля мутных сред и может быть применено в современных автоматических системах управления технологическими процессами в металлургической, целлюлозно-бумажной, пищевой и химической промышленности для оперативного определения концентрации взвешенных частиц в технологических растворах. Анализатор содержит два независимых монохроматических источника света, подключенных к управляемым источникам постоянного тока, приемники излучения, выходы которых соединены с логдифференциальными усилителями, в свою очередь соединенными с аналоговым модулем блока управления, выходы которого подключены к управляемым источникам постоянного тока. Техническим результатом является снижение погрешности установки монохроматичности и устранение погрешности установки рабочих длин волн спектрофотометра, повышение точности контроля содержания взвешенных частиц в технологических растворах и полная интеграция в автоматическую систему аналитического контроля. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к средствам аналитического контроля мутных сред и может быть применено в современных автоматических системах управления технологическими процессами в металлургической, целлюлозно-бумажной, пищевой и химической промышленности для оперативного контроля качества фильтрации дисперсных растворов до истинных с расчетом степени фильтрации.

Известен двухволновой спектрофотометр Чейнса для анализа истинных растворов и рассеивающих мутных сред (Chance В., Rev. Sci. Instrum., 1951, v.22, р 634; Anal. Chem., 1972, v.44, №4, р.93А. Лазарев А.И. - Зав. Лаб., 1983, т.39. №6, с.885-899. Hitachi - 356), оснащенный двумя непроточными кюветами, одним источником излучения, двумя монохроматорами Черни-Тернера, двумя разными дифракционными решетками, прерывателем и фотоумножителем. Излучение с источников, прошедшее через дифракционные решетки, позволяющие получить свет с разной длиной волны, ослабляется исследуемой средой в кюветах, поступает на монохроматоры, сигналы с которых с помощью прерывателя попеременно подаются на фотоумножитель.

Недостатками аналога является использование механических прерывателей и дифракционных решеток, что повышает погрешность установки монохроматичности и вносит дополнительную погрешность установки рабочих длин волн.

Также известен принятый за прототип измеритель оптической плотности подвижной жидкой среды (пат. РФ №2084873, МПК G01N 21/85, дата публикации 1997.07.20), содержащий источник зондирующего излучения, направляемого в проточную кювету и поступающего после прохождения через жидкость на приемник, связанный с фотометром и вычислителем, снабженный вторым каналом зондирующего излучения с отличной от первого канала оптической базой.

Недостатками прототипа являются следующие пункты:

1. Источники излучения работают в инфракрасном диапазоне, что усиливает влияние температуры анализируемой жидкости и окружающей среды на погрешность измерений.

2. Отсутствует возможность регулирования интенсивности падающего излучения в зависимости от концентрации взвешенных частиц в исследуемой смеси и степени загрязненности кюветы.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. понижение погрешности установки монохроматичности, повышение точности измерений и осуществление возможности регулировки интенсивности излучения.

Технический результат достигается тем, что анализатор мутных сред, содержащий два измерительных канала с двумя источниками света, проточную измерительную кювету, приемник ослабленного излучения, блок управления и фотометр, согласно изобретению, снабжен двумя управляемыми источниками постоянного тока, дополнительным приемником ослабленного излучения и фотометром, причем оба фотометра выполнены в виде логдифференциальных усилителей сигнала, а источники света представляют собой два независимых монохроматических излучателя с различной длиной волны, при этом оптические базы измерительных каналов одинаковы, источники света соединены с выходами управляемых источников постоянного тока, соединенных с выходами блока управления, входы которого через логдифференциальные усилители соединены с приемниками излучения.

Сущность изобретения поясняется функциональной схемой. Устройство содержит проточную оптическую кювету 1, изготовленную из кварца КУ-1 (К10 ГОСТ 20903-75), два независимых монохроматических источника 2 излучения, в качестве которых использованы светодиоды типа ИРС-2, что позволяет существенно уменьшить погрешность установки монохроматичности; два детектора 3 ослабленного излучения, в качестве которых применяются высокочувствительные фотодиодные матрицы ФДУК-2 с широкой спектральной характеристикой, два дифференциальных усилителя 4 постоянного тока с логарифмической обратной связью, позволяющих получить на выходе унифицированный аналоговый сигнал 0-10 В. Два управляемых источника 5 постоянного тока, позволяющие регулировать интенсивность излучения источников 2, соединены с выходами блока 6 управления.

Исследуемый замутненный раствор проходит через кювету 1, облучаемую монохроматическими источниками 2 света с различными длинами волн (450 и 650 нм), ослабленное излучение регистрируется сбалансированными эквивалентными детекторами 3, выходной сигнал с которых попадает на логдифференциальные усилители 4 постоянного тока, логарифмическая обратная связь которых по каждому спектральному каналу дает на выходе линейную характеристику с максимальной амплитудой 10 В. Выходной сигнал усилителей 4, передаваемый на блок управления 6, является унифицированным аналоговым сигналом 0-10 В, что позволяет включить устройство в автоматическую систему аналитического контроля, реализованную на базе программируемого логического контроллера, одной из функций которого в данном случае является управление источниками 5 постоянного тока, формирующими величину напряжения на источниках излучения в зависимости от выходного сигнала с усилителей 4. Значения напряжения на каждом из выходов усилителей 4 соответствуют величинам интенсивности и ослабленного излучения на каждой из длин волн, что на основании информации о регулируемых величинах интенсивности и излучения с источников позволяет рассчитать значение эффективной оптической плотности D_эфф как сумму оптических плотностей D₁ и D₂ по каждому из измерительных каналов по формулам

.

Данный метод определения оптической плотности позволяет повысить точность и устойчивость измерения мутности.

1. Анализатор мутных сред, содержащий два измерительных канала с двумя источниками света, проточную измерительную кювету, приемник ослабленного излучения, блок управления и фотометр, отличающийся тем, что анализатор снабжен двумя управляемыми источниками постоянного тока, дополнительным приемником ослабленного излучения и фотометром, причем оба фотометра выполнены в виде логдифференциальных усилителей сигнала, а источники света представляют собой два независимых монохроматических излучателя с различной длиной волны, при этом оптические базы измерительных каналов одинаковы, источники света соединены с выходами управляемых источников постоянного тока, соединенных с выходами блока управления, входы которого через логдифференциальные усилители соединены с приемниками излучения.

2. Анализатор мутных сред по п.1, отличающийся тем, что блок управления выполнен в виде программируемого логического контроллера с аналоговым модулем.

3. Анализатор мутных сред по п.2, отличающийся тем, что в качестве источников излучения использованы светодиоды типа ИРС-2 с длинами волн 450 и 650 нм.

4. Анализатор мутных сред по п.3, отличающийся тем, что в качестве приемников излучения применены высокочувствительные фотодиодные матрицы ФДУК-2 с широкой спектральной характеристикой.