201153. lajstromszámú szabadalom • Változtatható méréshatárú optikai berendezés áramló folyadékokban és/vagy gázokban szuszpendált szilárd részecskék jelenlétének jelzésére és/vagy koncentrációjának mérésére
1 HU 201153 B 2 A jelen találmány tárgya olyan, változtatható méréshatárú (érzékenységű) optikai berendezés, amely alkalmas áramló folyadékokban (gázokban, gőzökben) szuszpendált szilárd részecskék jelenlétének (megjelenésének) jelzésére, koncentrációjának folyamatos, vagy szakaszos mérésére, és a mérés eredményétől függően irányítástechnikai berendezések számára megfelelő rendelkezőjelek képzésére. A műszaki élet számtalan területén felmerülő feladat, hogy egy áramló közeget rendszeresen figyelemmel tudjunk kísérni abból a szempontból, hogy nem jelenik-e meg abban a közegben szilárd részecskék halmaza illetve, hogy a benne lebegő szilárd részecskék mennyisége (koncentrációja) elér-e, illetve meghalad-e egy bizonyos meghatározott határértéket. Ilyen műszeres ellenőrzésre van szükség pl. víztisztító berendezéseknél a vastalanító utáni szűrőt követően, ahol az áramló vízben a vasoxid-pelyhek megjelenése szűrési elégtelenségre (a szűrő telítődésére, vagy meghibásodására) utal, és a kezelőszemélyzet részéről beavatkozást igényel. Ugyanilyen műszeres ellenőrzés szükséges porelszívó berendezéseknél a szűrő (porleválasztó) után, de alkalmazása környezetvédelmi okokból indokolt lehet szilárd tüzelőanyaggal működő hőtermelő berendezések pemyeleválasztói, és más hasonló berendezések működésének ellenőrzésére. Hasonló műszaki feladatot jelenthet az elszívott levegő füsttartalmának ellenőrzése is, akár környezetvédelmi, akár tűzvédelmi okból. E célra számos optikai jellegű berendezés ismeretes. Alkalmazásuk alapját az a tény képezi, hogy a folyadék és/vagy gáz (gőz) optikai viszonyai megváltoznak, ha annak áramában lebegő szilárd részecskék jelennek meg. Ha a részecskék színe sötét, felületük matt. tehát a fényt elnyelik, akkor az áramló közeg fényáteresztőképessége csökken. Ha pedig a részecskék színe világos. felületük fényvisszaverő, akkor megjelenésükkel egyidejűleg fényszóródás lép fel: fényt észlelhetünk olyan helyen is. ahol az irányított fénysugár és a fényelnyelő határoló felületek miatt egyébként fénynek nem volna lehetséges megjelennie. A legegyszerűbb ilyen optikai berendezés egy fényforrásból áll, amelynek fényével az áramló közeget átvilágítják, és az ellenkező oldalon a közegáramot harántoló fénysugár intenzitását fotométer jellegű, önmagában ismert műszerrel mérik. Csővezetékben áramló közeg esetében erre a célra a cső két ellentétes oldalán egy-egy átlátszó anyaggal (célszerűen üveggel) határolt nyílást készítenek (pl. a DD 219.582 sz. szabadalom szerinti berendezés). E megoldás két nagy hátránya azonnal szembeötlik: a fényforrás fényerejének változásait, amelyek izzólámpánál például a tápáramforrás feszültségingadozásából is eredhetnek, a készülék a lebegő szilárd anyagrészecskék koncentrációváltozásaként értékeli: ezenfelül a szilárd részecskék viszonylag alacsony koncentrációjának érzékeléséhez igen költséges, nagy érzékenységű mérőberendezésre van szükség. Ez utóbbi hátrány kiküszöbölésére készítettek olyan berendezéseket, amelyek egy vagy több tükör alkalmazásával a fénysugár útján meghosszabbítják, és így az hosszabb úton halad a vizsgált közegben, miáltal - ha a közegben lebegő részecskék vannak. - azok alacsonyabb koncentrációja esetén is nagyobb lesz a fényerőváltozás. A tükör az áramló közeg 1 csatornáján (csővezetékén) belül van elhelyezve. Ilyen megoldást ismertet egy tükör alkalmazásával az US-PS 4 547 675 sz., és a DD-PS 211 175 lajstromszámú szabadalom, több tükör alkalmazásával az US-PS 4 544 273 és az US-PS 4 547 068 lajstromszámú szabadalom. Ezek a megoldások síktükröket alkalmaznak. Domború tükör használatát javasolja (víztartalomnak infravörös sugárral való méréshez) a DD-PS 140 920 lajstromszámú szabadalom. Ezeknél a berendezéseknél azonban a következő jelentős hibalehetőségekkel kell számolni: ha az áramló (vizsgált) közeg sebessége viszonylag nagy, az abban szuszpendált szilárd szemcsék az áramlás útvonalában elhelyezett tükröket karcolják, azok felülete lassan karcossá válik, fényvisszaverőképessége csökken, így a berendezés lassan, fokozatosan, de állandóan nagyobb koncentrációt fog mérni a ténylegesnél. Ha viszont a vizsgált közeg áramlása lassú és/vagy ingadozó sebességű, a tükrön a szilárd szemcsék lerakódnak, aminek hatása megegyezik a karcolódás hatásával. Ha a tükrök időszakos tisztításáról gondoskodunk, pl. egy fúvókából időközönként tiszta közeggel lefúvatjuk őket, akkor a készülék mérési pontossága periodikusan változik. Folyamatos fénysugár helyett fényimpulzusokkal javasolja a vizsgálatot végezni az US-PS 4 559 453 lajstromszámú szabadalom, - az impulzusok alkalmazása azonban a fentebb említett hibákat nem szünteti meg. A fényforrásnak pl. a hálózati feszültségingadozásból eredő fényerőváltozásának a hatását kívánja kiküszöbölni a DD-PS 211 176 lajstromszámú szabadalom azzal, hogy a fényforrás fényét egy féligáteresztő tükör alkalmazásával két sugárnyalábra bontja, és a két sugárnyaláb egyikét közvetlenül vezeti az érzékelő műszerbe, ahol a két sugárnyaláb fényerejének összehasonlítása útján képezi a mérés eredményét reprezentáló jelet. Ez a megoldás annyiban hátrányos, hogy a féligáteresztő tükrök kényes előállítási eljárásuk következtében igen költségesek (üvegre légritkított térben nagyfeszültségű villamos árammal rágőzölögtetett fémoxidrétegből állnak), ezen felül a fémoxidréteg fényáteresztőképessége idővel változik, ami a mérés eredményét megváltoztatja. A vizsgált közeget szállító cső belsejébe benyúló világító és fényérzékelő szonda alkalmazását ajánlja (egymással meghatározott szögben elhelyezve) a DD-PS 213 511 lajstromszámú szabadalom. A szondákkal kapcsolatban azonban mindazok az aggályok fennállnak, mint amiket az áramlási keresztmetszetben elhelyezett tükrökkel kapcsolatban elmondtunk: azok lezáró felületét - ami a legtöbbször vagy üveglencse vagy egy üveglap - a részecskék ugyanúgy karcolják, és/vagy azon a szilárd részecskék ugyanúgy lerakodhatnak, mint a tükrökön, és ennek következtében a mérési eredmény pontatlanná válhat. A vizsgált áramló közegben - fényelnyelő környezetben - egy fényelnyelő felületre irányított fénysugárból eredő, a szilárd szemcsék felületén szóródó fény mérésével kívánja a feladatot megoldani a DE-AS 24 45 148 és a DE-AS 29 11 429 sz. szabadalmi bejelentés. Hasonló megoldást ajánl a DE-PS 2260 313 lastromszámú szabadalom is. ez utóbbi teljesen elektronikus (félvezető) eszközöket alkalmazva: egy fénykibocsájtó dióda (LED) fényéből kelet5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
