Датчики мутности жидких сред для систем управления технологическими процессами

• Автор: Мельничук, Ольга Васильевна
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 175 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОЛЕВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ И МУТНОСТИ ЖИДКИХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

1.1. Основные определения и понятия

1.2. Необходимость измерений мутности концентрации ДФ

ЖДС в различных отраслях производства и науки.

1.3. Особенности полевых промышленных измерений концентрации дисперсной фазы жидких дисперсных
1.4 Место и роль средств измерения мутности ЖДС в системах управления и контроля технологическими процессами.
1.4.1 Пример 1 использование сигналов мутномера для управления работой осветлительной установки.
1.4.2 Пример 2 применение мутномеров в системе управления работой фильтров на станции

подготовки питьевой воды.

1.4.3 Пример 3 применение мутномеров в системе управления технологическим процессом очистки сточных вод на муниципальных водоочистных сооружениях
1.5 Основные требования, предъявляемые к полевым средствам измерения концентрации ДФ в ЖДС
1.5.1 Условия эксплуатации
1.5.2 Метрологические характеристики
1.5.3. Показатели надежности
1.5.4. Другие требования
1.6 Существующие методы измерения концентрации ДФ в
ЖДС. Преимущества фотометрических методов.
1.7 Варианты реализации фотометрических методов
1.8 Актуальные проблемы построения и использования мутномеров и известные пути их решения.
1.9 Нерешенные проблемы в области разработок полевых мутномеров и перспективные направления исследований
Результаты и выводы по главе
Глава 2. ТУРБИДИМЕТРЫ С ПЕРЕМЕННОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ
2.1. Варианты реализации турбидиметров с переменной измерительной базой
2.2 Предложения по построению принципиальной
электрической схемы
2.3. Анализ погрешности
2.3.1. Модель погрешности и цель моделирования.
2.3.2. Результаты моделирования
2.3.3. Адаптивный алгоритм выбора измерительной базы Ы .
2.4. Экспериментальное исследование турбидиметра с переменной измерительной базой.
Результаты и выводы по главе
Глава 3. АДАПТИВНЫЕ ДАТЧИКИ МУТНОСТИ НА ОСНОВЕ
ФОТОРИМНЫХ МАТРИЦ.
3.1. Вводные замечания.
3.2. Математическая модель распределения интенсивности излучения по площади фотопримника.
3.2.1. Разработка математической модели
3.2.2. Результаты вычислительных экспериментов.
3.3. Методика определения концентрации мутности по изображениям на фотопримной матрице.
3.4 Обнаружение и исключение пятен паразитных
отложений.
3.5 Распознавание типа отложения
3.5.1 Вводные замечания.
3.5.2 Обнаружение пятен отложений.
3.5.3 Анализ и селекция пятен отложений.
3.5.4 Вычисление площадей двух классов и принятие решения об очистке окна фотопримника
3.6 Экспериментальная оценка технических возможностей предложенных методик с использованием фотоматриц
3.6.1 Градуировка мутномера.
3.6.2 Оценка основной погрешности при отсутствии паразитных отложений
3.6.3. Оценка дополнительной погрешности от влияния
паразитных отложений.
3.6.4 Сопоставительная оценка влияния паразитных
отложений на погрешность измерений мутности для
различных методик
3.7 Рекомендации по практической реализации
фотоматричного мутномера.
Результаты и выводы по главе 3.
Глава 4. УСТРОЙСТВА ОЧИСТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КАМЕР
ДАТЧИКОВ МУТНОСТИ
4.1. Возможные варианты построения устройств очистки
4.2 Пример реализации адаптивного турбидиметра с
автоматической очисткой
4.3. Выбор моющего раствора.
4.3.1. Виды загрязнений и механизм действия моющих растворов
4.3.2. Требования к моющим растворам систем очистки оптических элементов полевых фотометрических устройств
4.3.3. Экспериментальная оценка эффективности
моющего раствора.
4.4. Оценка длительности цикла очистки
4.4.1. Экспериментальное определение зависимости длительности цикла очистки от относительной
площади отложений
4.4.2. Вывод формулы для относительной длительности
цикла очистки ото., Оптимальные значения 8кр
4.5. Рекомендации по инженерному проектированию автоматических устройств очистки датчиков полевых фотометров
Результаты и выводы по главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Очень часто в фотометрических приборах совмещают функции измерения мутности и концентрации, т. Причем для измерения концентрации ДФ прибор должен градуироваться именно на образцах той ЖДС, в которой ему предстоит работать, чтобы максимально учесть особенности частиц ДФ. Градуировка в единицах мутности более универсальна. Существует единая стандартизованная схема получения сигнала в мутномерах и единый стандартный образец мутности, по которому градуируются все мутномсры. Существует международный стандарт I i ii ii 5. Согласно этому стандарту мутность определяют т. Градуировка производится путем сравнения проб исследуемой жидкости с первичным стандартным образцом. В настоящее время во всем мире в качестве первичного стандартного образца мутности используют суспензию формазина органического соединения 2, получаемого непосредственно перед 1радуировкой смешиванием двух компонентов гексамстилентетрамииа и гидразинсульфата по специальной методике, изложенной в стандарте I . Получаемая суспензия достаточно устойчива и пригодна для целей калибровки в течение 4 недель. Согласно стандарту I , единицей измерения мутности является i i i. В этом случае предполагается, что измерения проводятся именно нефелометрическим методом на длине волны нм, причем угол между осями приемника и излучателя равен . Стандартная методика описывает приготовление суспензии с мутностью . Другие значения получают разбавлением. Для частой периодической калибровки мутномеров могут использоваться вторичные стандартные образцы мутности, которые могут изготавливаться потребителем это могут быть, например бруски матового стекла и должны сличаться с первичным образцом. Агентство по Охране Окружающей Среды США i vi i и Всемирная Организация Здравоохранения ВОЗ используют другую единицу измерения мутности i ii i. Так, например, ВОЗ рекомендует, чтобы мутность питьевой воды была не выше 5 , а для целей обеззараживания не более 1 . При турбидиметрических измерениях используют единицу i ii i. Формазину. В количественном отношении все перечисленные единицы совпадают 1 ЕМФ 1 БТи 1 КТО 1 . Разница заключается только в методиках определения единиц, которые описаны в соответствующих нормативных документах. Существуют и другие образцовые суспензии, отличные от формазина, и соответствующие единицы измерения, количественно не совпадающие с названными. Например, в России и Украине для градуировки мутномеров до сих пор пользуются образцовой суспензией каолина. В этом случае в качестве единицы измерения мутности указывают единицу измерения концентрации частиц каолина в мгл. Так, по ГОСТ . Вода питьевая показатель мутности воды должен быть не более 1,5 мгл по каолину. Каолиновый образец не столь однороден и устойчив, как формазиновый, однако, в отличие от последнего, он более доступен и нетоксичен. I ЕМФ 0, мгл по каолину 6. Для теоретических оценок наряду с вышеназванными можно использовать относительную производную единицу Нпм, определение которой понятно из формулы 1. ЕМФ 0,. Нпм. Поскольку пользователя иногда интересует не собственно мутность среды, а содержание в ней определенного компонента дисперсной фазы, то практически во всех современных мутномерах градуировка может быть выполнена в единицах концентрации этого компонента самим пользователем. Однако с точки зрения обеспечения единства измерений градуировка в единицах мутности предпочтительна. И для многих технологических процессов нет жестких требований относительно того, что регулирование процесса должно вестись именно по концентрации. Часто технологические нормативы предусматривают регулирование по мутности именно по причине более воспроизводимых характеристик мутномеров и более простых процедур выполнения их поверок. Так как данная работа посвящена фотометрическим устройствам, которые могут выполнять функции и мутномеров, и концентратомеров ДФ, то далее по ходу изложения могут встречаться и то, и другое названия приборов, но принцип их действия один. Большинство жидкостей в природе и технике существует именно в виде ЖДС эмульсий, суспензий, коллоидных растворов.