Датчик степени экстракции растворенного вещества

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ДАТЧИК СТЕПЕНИ ЭКСТРАКЦИИ РАСТВОРЕННОГО ВЕЩЕСТВА(71) Заявитель Белорусский государственный университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) 1. Датчик степени экстракции растворенного вещества, содержащий проточную кювету с контролируемым раствором, источник питания, блок регистрации сигнала излучения, источник и приемник оптического излучения, отличающийся тем, что источник и приемник оптического излучения выполнены на основе двух однотипных полупроводниковых светоизлучающих диодов, расположенных напротив друг друга по обе стороны кюветы с раствором, причем один из диодов подключен к источнику питания, а второй соединен с блоком регистрации сигнала. 2. Датчик степени экстракции растворенного вещества по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тактовый генератор, соединенный с блоком коммутации, причем на входы блока коммутации поступают сигналы светоизлучающих диодов, а его выходы подключены к блоку регистрации и источнику питания. 3. Датчик степени экстракции растворенного вещества по п. 1., отличающийся тем, что дополнительная пара диодов расположена по обе стороны дополнительной кюветы с растворителем, причем выходы блоков регистрации сигналов от каждой пары соединены с вычитающим устройством.(56) 1. Мальцев М. Д., Каракулина Г. А. Прикладная оптика и оптические измерения. - М. Машиностроение, 1968. - С. 367. 2. Каталог приборов. (Научный совет по приборостроению при Президенте АН БССР). Наука и техника, 1988. - С. 52 (прототип). Фиг. 1 Предлагаемое техническое решение относится к области химического производства и может использоваться в качестве устройства для контроля и автоматизации процесса экстракции растворимых веществ из композиции с нерастворимыми. 73 Известно устройство для контроля концентрации растворенного вещества в растворе (инфракрасный спектрометр ИКС 23) 1. Оно имеет источник питания, источник оптического излучения, кюветы, два фотоприемника, монохроматор, блок регистрации сигнала излучения и источник питания и обеспечивает измерение спектра растворенного вещества по изменению интенсивности зондирующего излучения, поглощаемого исследуемым веществом. Недостатками устройства являются его громоздкость и высокая стоимость, определяющиеся габаритами и стоимостью монохроматора, что исключает использование устройства в качестве датчика. Наиболее близким по технической сущности является устройство 2, содержащее источник питания, источник излучения, проточные кюветы, диспергирующий элемент, два фотоприемника, блок регистрации сигнала излучения и электронный блок обработки сигналов, который может использоваться для контроля состава газов и растворов. В известном анализаторе функцию громоздкого дорогостоящего монохроматора выполняют два интерференционных фильтра, выделяющих область спектра излучения источника, поглощаемого контролируемым веществом. Недостатком известного устройства является высокая стоимость интерференционных фильтров, что существенно снижает возможность широкого внедрения устройства в промышленность. Кроме того, необходимость обеспечения малой расходимости излучения в области интерференционного фильтра не позволяет существенно снизить габариты устройства в целом, что также исключает его применение в качестве датчика концентрации растворенного вещества (датчика экстракции). Задачей заявляемого объекта является разработка устройства для определения степени экстракции растворенного вещества при существенном уменьшении габаритов его основных узлов, т.е. создание датчика степени экстракции растворенного вещества. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для контроля степени экстракции растворенного вещества, содержащем проточную кювету с исследуемым раствором, источник питания, блок регистрации сигнала излучения, источник и приемник излучения, источник излучения и фотоприемник выполнены на основе двух однотипных полупроводниковых светоизлучающих диодов, расположенных друг напротив друга по обе стороны кюветы с контролируемым раствором, причем один из диодов подключен к источнику питания, а второй соединен с блоком регистрации сигнала концентрации вещества. Для уменьшения погрешности устройство может дополнительно содержать тактовый генератор, соединенный с блоком коммутации,который связывает диоды с источником питания и блоком регистрации, а также устройство может дополнительно содержать дополнительно кювету с раствором, которая соединена со второй парой диодов, один из которых подключен к источнику питания, а второй к дополнительному блоку регистрации, причем выходы обоих блоков регистрации соединены со входами вычитающего блока, что позволяет повысить достоверность и наглядность получаемых результатов. На фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема заявляемого устройства. На фиг. 2 показана принципиальная блок-схема заявляемого датчика степени экстракции растворенного вещества с дополнительно введенными тактовым генератором и блоком коммутации. На фиг. 3 представлена принципиальная блок-схема датчика степени экстракции растворенного вещества, в состав которого дополнительно входят кювета с раствором, вторая пара однотипных полупроводниковых излучающих диодов, блок регистрации и вычитающее устройство. Датчик степени экстракции растворенного вещества (фиг. 1) содержит проточную кювету 1 с исследуемым раствором, источник питания 2, блок регистрации сигнала излучения 3, источник 4 и приемник 5 излучения. Устройство (фиг. 1) работает следующим образом. Проточная кювета 1 наполняется исследуемым раствором. Посланный излучающим диодом 4 сигнал проходит через раствор и от приемного диода 5 поступает на блок регистрации 3, который по изменению величины оптического поглощения в данном спектральном диапазоне позволяет судить о степени экстракции растворенного вещества. Датчик степени экстракции растворенного вещества (фиг. 2) содержит проточную кювету 1 с исследуемым раствором, два диода 4 и 5, источник питания 2 и блок регистрации сигнала излучения 3. Однако в данном случае дополнительно введен тактовый генератор 6, соединенный с блоком коммутации 7, на вход которого поступают сигналы диодов 4 и 5, а выход подключен к блоку регистрации 3 и источнику питания 2. Работа устройства (фиг. 2) осуществляется по следующей схеме. Проточная кювета 1 наполняется исследуемым раствором. Посланный излучающим диодом 4 сигнал проходит через раствор и от приемного диода 5 поступает на блок коммутации 7, управляемый тактовым генератором 6, и далее на блок регистрации 3,который по изменению величины оптического поглощения в данном спектральном диапазоне позволяет судить о степени экстракции растворенного вещества. Причем введение новых элементов и образование новых связей позволяет по сигналу коммутатора менять режим работы устройства, т.е. каждый из диодов поочередно может быть как приемным, так и излучающим. Это позволяет наряду с уменьшением габаритов устройства избежать возможных погрешностей, связанных с градиентом концентрации и неидентичностью диодов. 73 Устройство (фиг. 3) содержит проточную кювету с исследуемым раствором 1, источник питания 2, блок регистрации сигнала излучения 3, источник 4 и приемник 5 излучения. Данное устройство дополнительно содержит кювету с раствором 8, по обе стороны которой находится вторая пара однотипных полупроводниковых излучающих диодов 9 и 10, подключенных к источнику питания 2 и к дополнительному блоку регистрации 11, причем выходы обоих блоков регистрации 3 и 11 подаются на входы вычитающего устройства 12. Устройство (фиг. 3) работает следующим образом. Проточная кювета 1 наполняется исследуемым раствором, а проточная кювета 2 растворителем. Посланные излучающими диодами 4 и 9 сигналы проходят через кюветы и от приемных диодов 5 и 10 соответственно поступают на блоки регистрации 3 и 11. Затем сигналы с блоков регистрации 3 и 11 поступают на вычитающее устройство 12, которое обеспечивает нормирование сигнала излучения путем сопоставления сигнала исследуемой кюветы с раствором с сигналом кюветы, заполненной растворителем. Необходимо отметить, что заявляемое устройство может использоваться для анализа широкого спектра веществ. Это обеспечивается тем, что область спектра излучения светоизлучающего диода и максимальная фоточувствительность диода в режиме регистрации оптического излучения совпадают с полосой поглощения контролируемого раствора. Кроме того, в отличие от прототипа диодные источник и приемник излучения выполняют одновременно и функцию монохроматора (либо интерференционного фильтра), что позволяет существенно уменьшить габариты устройства при одновременном обеспечении требуемой точности измерений. Существенно, что стоимость полупроводниковых диодов тоже невысока. Итак, предлагаемые решения позволяют создать устройство для контроля степени экстракции растворенного вещества с габаритами, существенно меньшими, чем у известных устройств, т.е. датчик степени экстракции растворенного вещества, а также радикально снизить его стоимость, что обеспечивается отказом от использования таких громоздких и дорогостоящих элементов, как монохроматоры и интерференционные фильтры, при одновременном повышении точности контроля степени экстракции благодаря использованию дополнительных элементов, обеспечивающих смену режимов работы диодов и возможность нормировки сигнала степени экстракции. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.