Устройство для определения пропускания ультрафиолетового излучения в жидких средах

Изобретение относится к области очистки и дезинфекции жидкости, преимущественно питьевой и сточной воды, при помощи Уф-излучения, и предназначено для определения пропускания Уф-излучения в обрабатываемой жидкости с целью контроля ее характеристик и параметров процесса дезинфекции. Устройство содержит источник Уф-излучения и расположенные от него на разном расстоянии и направленные на участки источника с одинаковой интенсивностью датчики Уф-излучения, расположенные непосредственно в среде, а также приспособление для очистки, содержащее чистящие элементы источника излучения и датчиков Уф-излучения, установленное на источнике Уф-излучения с возможностью перемещения за счет соединения с движущим элементом, и датчики контроля положений движущего элемента. Изобретение направлено на повышение достоверности измерений за счет приближения к реальным условиям, а также на упрощение конструкции устройства. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области очистки и дезинфекции жидкости, преимущественно питьевой и сточной воды, при помощи Уф-излучения, и предназначено для определения пропускания Уф-излучения в обрабатываемой жидкости с целью контроля ее характеристик и параметров процесса дезинфекции.

Эффективность дезинфекции жидких сред при помощи Уф-излучения зависит как от интенсивности Уф-излучения, так и от характеристик обрабатываемой среды, в частности от содержания загрязнений, снижающих глубину проникновения в нее Уф-излучения. Поэтому для расчета параметров оборудования для УФ-дезинфекции и выбора его типа для конкретной среды, а также объективного контроля процесса дезинфекции, необходимо измерение коэффициента пропускания Уф-излучения обрабатываемой средой.

Известен ламповый УФ-модуль для стерилизации и дезинфекции жидкости с устройством для спектрального анализа жидкости, который включает в себя источник Уф-излучения, референтный УФ-датчик для определения характеристик источника излучения, и второй УФ-датчик для измерения характеристик излучения, прошедшего через воду. Модуль снабжен специальной системой для оценки загрязненности воды органическими веществами, которая сравнивает сигнал УФ-датчика, расположенного в воде, с сигналом референтного датчика. Вместе датчики генерируют сигнал, по которому определяются спектральные характеристики излучения. Референтный датчик располагается от УФ-источника, на заданном расстоянии. Излучение, исходящее от УФ-источника проходит только через референтную среду, которая отличается от обрабатываемой жидкости, и затем попадает в референтный датчик. Референтная среда имеет постоянное пропускание и откалиброванные характеристики (патент Австрии 411250, C02F 1/32, 2003 г.).

Известно устройство, выбранное в качестве прототипа, предназначенное для постоянного определения УФ-пропускания через поток обрабатываемой жидкости, в котором УФ-пропускание определяется по измерению и оценке интенсивности Уф-излучения источника (лампы), прошедшего через обрабатываемую среду. Излучающая поверхность УФ-лампы частично находится в потоке и частично в референтной среде или же на границе этих сред. Оба датчика направлены на зоны одинаковой интенсивности излучения лампы, причем один УФ-датчик размещен в потоке обрабатываемой жидкости, а другой - в референтной среде. Датчики могут располагаться как на равном, так и на различном расстоянии от источника Уф-излучения, в качестве которого может использоваться газоразрядная лампа в защитном чехле. Датчики соединены с устройством для измерения и оценки сигналов, снимаемых с обоих датчиков. Используемая референтная среда может быть твердой, газообразной или жидкой, в т.ч. такой же, как и обрабатываемая среда. При этом референтная среда должна быть герметично отделена от обрабатываемой среды специальным уплотнением (US 6313468, G01N 21/33). Для снижения ошибки измерений размер источника Уф-излучения должен составлять не менее 13 см, а ее части расположены в обрабатываемой и референтной средах не менее чем на 5 см.

Устройство снабжено системой очистки источника Уф-излучения и датчика, расположенного в воде. Чистящие элементы устройства, предназначенные для очистки чехла лампы, выполнены в виде кольцевых сегментов и установлены на чехле лампы. Чистящие элементы датчика закреплены на сегментах. Устройство для очистки приводится в движение подъемным цилиндром, который перемещает его в крайнюю верхнюю и нижнюю позиции.

Известное техническое решение позволяет повысить точность измерений, однако не обеспечивает достоверности полученных сведений о состоянии реальной обрабатываемой среды по следующим причинам:

- так как УФ-лучи по-разному преломляются в референтной среде и в обрабатываемой жидкости, особенно если референтной средой служит воздух или твердое вещество, то доля излучения, падающего на референтный датчик и датчик, находящийся в среде, будет иной, чем при измерении в одной среде;

- датчик референтной среды находится в иных условиях очистки, чем источник Уф-излучения и датчик, расположенный в обрабатываемой жидкости, поэтому существует вероятность загрязнения окна референтного датчика,

- датчики находятся в разных условиях старения и в разных температурных режимах;

- участки источника излучения, на которые направлены различные датчики, охлаждаются по-разному, что может приводить к неодинаковому изменению интенсивности лампы при изменении температуры рабочей или референтной среды;

- поскольку в устройстве не предусмотрен контроль за перемещением системы очистки, это может привести к тому, что, находясь в промежуточном положении, она может затенять источник излучения или окна датчиков.

К недостаткам устройства также можно отнести необходимость герметичной изоляции референтной среды от обрабатываемой среды для сохранения ее характеристик, что усложняет конструкцию в целом.

В современных системах с автоматическим регулированием интенсивности Уф-излучения недостоверность измерения пропускания обрабатываемой среды может повлиять на выбор несоответствующего для данной среды оборудования, а также в процессе обработки послужить причиной неоправданного изменения интенсивности УФ-ламп, что приведет к дополнительному расходу энергии при ее увеличении, или недостаточной эффективности процесса дезинфекции при ее снижении.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке устройства для измерения пропускания Уф-излучения обрабатываемой среды.

Технический результат, достигаемый за счет реализации изобретения, состоит в повышении достоверности измерений за счет приближения к реальным условиям, а также упрощении конструкции устройства.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для определения УФ-пропускания текучей среды содержит источник Уф-излучения, расположенные от него на разном расстоянии и направленные на участки источника с одинаковой интенсивностью датчики Уф-излучения, электрически соединенные с блоком измерения и обработки сигнала, а также приспособление для очистки, содержащее чистящие элементы источника излучения и одного из датчиков Уф-излучения, установленное на источнике Уф-излучения с возможностью перемещения за счет соединения с движущим элементом.

Согласно изобретению источник Уф-излучения и датчики Уф-излучения полностью расположены непосредственно в обрабатываемой среде, устройство снабжено датчиками контроля положений движущего элемента, а приспособление для очистки дополнительно содержит чистящий элемент для другого датчика Уф-излучения.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства, на фиг.2 показан держатель приспособления для очистки.

Корпус устройства для определения коэффициента пропускания состоит из соединенных между собой кожуха 1, коллектора 2 и кронштейна 3. Между коллектором и кронштейном установлена УФ-лампа 4, помещенная в защитный чехол 5, прозрачный для Уф-излучения, к которой через коллектор подводится электрический кабель, соединяющий ее с блоком ПРА. Под кожухом устройства размещены датчики 6 и 7 Уф-излучения, окна которых закрыты сферическими колпачками и направлены участки лампы с одинаковой интенсивностью излучения. На кронштейне установлено приспособление 8 для очистки чехла лампы и колпачков датчиков, состоящее из рамки 9 с закрепленным на ней держателем 10, внутри которого размещены чистящие элементы 11, выполненные в виде колец с разрезом. Держатель установлен вокруг лампового чехла с возможностью перемещения вдоль его поверхности. Кроме того, на держателе установлены щетки 12, предназначенные для очистки колпачков УФ-датчиков и закрепленные прижимами 13. Рамка соединена с приводным пневмоцилиндром 14, который в процессе очистки перемещает ее вдоль направляющей 15. На пневмоцилиндре установлены датчики 16 и 17 положений, фиксирующие крайние положения движения поршня цилиндра. Для подвода электрических кабелей к УФ-датчикам, датчикам положения и лампового кабеля, а также шланга 18 для подачи воздуха в пневмоцилиндр, предназначена муфта 19 с разъемом.

Изобретение реализуется следующим образом.

С помощью заявленного устройства определяют коэффициент пропускания воды для целей ее обработки с помощью Уф-излучения. Устройство представляет собой сварную конструкцию с габаритньми размерами 465×95×300 мм. В качестве источника излучения используется бактерицидная газоразрядная ртутная лампа низкого давления типа APUV-12 в кварцевом чехле длиной 330 мм. Под кожухом рядом размещены два УФ-датчика с фотоэлементом на основе SiC, чувствительным к длине волны бактерицидного излучения 254 нм. Устройство располагают таким образом, чтобы УФ-лампа и приемные элементы обоих датчиков Уф-излучения были погружены в обрабатываемую жидкость. Окна датчиков направлены на соседние участки колбы лампы, излучение которых одинаково, что выполняется для удаленных от электродов участков колбы трубчатых ламп низкого давления. Датчики расположены на расстоянии 15 мм и 25 мм от чехла лампы. Расстояние между датчиками составляет 30 мм.

При прохождении Уф-излучения через слой обрабатываемой среды интенсивность Уф-излучения ослабевает, что выражается формулой

где x - толщина слоя жидкости, см;

I₀ и I интенсивности излучения до и после прохождения слоя воды.

Исходя из величины интенсивности излучения, прошедшего через слои воды разной толщины, определяют коэффициент (τ) пропускания водой Уф-излучения по формуле:

,

где i₁ и i₁ - значения выходных сигналов датчиков 1 и 2, пропорциональные интенсивности Уф-излучения, мА;

τ₀, m и b - калибровочные коэффициенты, где i₀₁, i₀₂ - нулевые токи датчиков.

Калибровочные коэффициенты и нулевые токи датчиков для используемого устройства имеют следующие значения:

i₀₁=4 мА, i₀₂=4 мА, b=-0,862, τ₀=100, m=0,9304.

Значения коэффициента пропускания водой Уф-излучения (τ), определенные по формуле по значениям сигналов i₁ ближнего и дальнего i₂ датчиков, и характеристики воды, установленные по нему, приведены в Таблице:

№ изм.	I1, мА	i2, мА	τ, %
1.	6,86	6,46	93
2.	6,52	5,97	86
3.	5,65	4,96	67

По значениям пропускания измерений 1 и 2 обрабатываемая вода может быть отнесена к питьевой воде, в то время как по измерению 3 - к сточной. Полученные данные могут быть использоваться как при первоначальном выборе оборудования, так и в процессе обработки воды при изменении пропускания и корректировке мощности излучения.

Для предотвращения загрязнения кварцевого чехла, в который помещена лампа, и окон датчиков периодически производится очистка элементов устройства. Для этого с помощью пневмоцилиндра приводится в движение рамка 9 очистки, перемещающая вилку по направляющей 15. При этом скребки проходят вдоль лампового чехла, а щетки по колпачкам датчиков, осуществляя их очистку. Датчики положения 16 и 17, закрепленные на пневмоцилиндре, фиксируют крайние положения движения его порпшя и служат для возврата приспособления для очистки в крайнее положения после проведения очистки.

Устройство для определения пропускания ультрафиолетового излучения в жидких средах, содержащее источник УФ-излучения, расположенные на разном расстоянии от источника излучения и направленные на участки источника излучения с одинаковой интенсивностью датчики УФ-излучения, электрически соединенные с блоком измерения и обработки сигнала, а также приспособление для очистки, содержащее чистящие элементы источника УФ-излучения и одного из датчиков, установленное на источнике УФ-излучения с возможностью перемещения за счет соединения с пневмоцилиндром, отличающееся тем, что источник УФ-излучения и оба датчика расположены непосредственно в среде, устройство снабжено установленными на пневмоцилиндре датчиками, фиксирующими крайние положения приспособления для очистки и служащим/для его возврата в крайние положения после завершения очистки, а приспособление для очистки содержит дополнительный чистящий элемент, предназначенный для второго датчика УФ-излучения.