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油雾浓度测量仪

阅读：846发布：2020-05-11

IPRDB可以提供油雾浓度测量仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种油雾浓度测量仪，属于多相流离散相浓度测量技术领域，它包括光源发射器、起偏器、防护镜、雾室、检偏器和光源接收器，光源发射器发出的平行光经过起偏器形成平面偏振光，平面偏振光在雾室内与微小的油雾颗粒作用，其振动面发生偏转，通过检偏器的透射光由光源接收器接收，光源接收器检测出不同油雾浓度情况下的平面偏振光光强变化，实现光/电转换，输出直流电压，通过电压－浓度兑换表直接得出油雾浓度。本发明的油雾浓度测量仪可以进行在线测量、定量测量，且操作简单，测量结果准确。，下面是油雾浓度测量仪专利的具体信息内容。

1、一种油雾浓度测量仪，其特征是它包括光源发射器、起偏器、防护镜、雾室、检偏器 和光源接收器，左端端盖螺母与前支架联接，光源发射器固定在前支架上，前支架与雾室前 调节套筒联接，雾室前调节套筒和雾室后调节套筒用雾室调节螺栓副联接，雾室后调节套筒 与后支架联接，后防护镜和检偏器用镜片固定套固定在后支架上，光源接收器固定在后支架 上，将系统装入封闭不透光外壳中，外壳采用金属加工，内外表面采取发黑处理。

2、根据权利要求1所述的油雾浓度测量仪，其特征在于所说的雾室为圆筒型，雾室的两 侧设有油雾入口和出口；防护镜安装在雾室两端。

3、根据权利要求1所述的油雾浓度测量仪，其特征在于所说的后支架采用可旋转结构， 检偏器为可360°旋转结构。

4、根据权利要求1所述的油雾浓度测量仪，其特征在于所说的雾室前调节套筒和雾室后 调节套筒之间的连接、雾室后调节套筒与后支架的连接均采用密封圈密封。

5、根据权利要求1所述的油雾浓度测量仪，其特征在于所说的光源发射器、起偏器、防 护镜、雾室、检偏器和光源接收器的中心在同一光轴上。

说明书全文

技术领域

本发明属于多相流离散相浓度测量技术领域，特别涉及一种油雾浓度测量仪。

背景技术

目前多相流离散相浓度的测量方法按原理可以分为直接法和间接法。直接法是通过敏感 元件直接获取多相流离散相的浓度信息，使用的仪器主要有船舶主机曲拐箱油雾探测器、红 外测油仪、粉尘监测仪、煤粉浓度传感器、气象卫星等；间接法是先使油雾中的微小颗粒吸 附，再使用称重、荧光激发等方法进行二次分析，使用的设备包括滤膜、天平、分光光度计 等。现有产品存在的四点不足：1.测量介质不同，此处的测量介质为以液体为离散相的气液 两相流，油雾颗粒径为1～3μm，浓度范围3～12g/m3；2.无法进行在线监测；3.无法进行定 量测量；4.操作复杂，设备昂贵。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种油雾浓度测量仪，该测量仪利用了平面偏振光 的旋光特性，实现了油雾浓度测量。1811年，人们发现当偏振光沿光轴方向通过石英晶体时， 其振动面会发生旋转，后来在许多其它晶体如氯酸纳(NaCLO3)和溴酸纳(NaBrO3)以及某些 液体，如松节油、糖的水溶液及酒石酸溶液中也发现了这种现象，具有这种现象的物质被称 为旋光物质。通过实验发现当平面偏振光穿过润滑油雾时，其光波矢量的振动面也发生旋转， 不同浓度油雾使光波矢量振动面旋转角度不同。根据这一现象利用光探测器检测通过检偏器 的透射平面偏振光强度可以实现油雾浓度直接定量测量。依据马吕斯定律，接收端光强度变 化满足

I——透射光强度；
I0——入射光强度；
波长为λ的平面偏振光通过油雾后旋转角度(如图1)可以表示为

式中，a——旋光率；
ρ——油雾浓度，g/m3；
l——油雾区间长度，m。
式(2)反映了平面偏振光的旋光现象，将式(2)带入式(1)得
I ( ρ ) = I 0 cos 2 ( π 2 + alρ )
本发明的油雾浓度测量仪包括光源发射器、起偏器、防护镜、雾室、检偏器和光源接收 器，左端端盖螺母与前支架联接，光源发射器固定在前支架上，前支架与雾室前调节套筒联 接，雾室前调节套筒和雾室后调节套筒用雾室调节螺栓副联接，雾室后调节套筒与后支架联 接，雾室两侧设有油雾入口和出口，后防护镜和检偏器用镜片固定套固定在后支架上，光源 接收器固定在后支架上，油雾出口快换接头与集油盒相连，油雾入口快换接头与油雾发生器 相连，在装配时，一定要使光源发射器、起偏器、防护镜、雾室、检偏器和光源接收器的中 心在同一光轴上，以保证整个设备的光路畅通，将系统装入封闭不透光外壳中，外壳采用金 属加工，内外表面采取发黑处理。其中光源发射器(图5)采用直流+12V电压供电，采用集 成稳压芯片LM2575，并在其反馈端接入一个电位器，使得光源的输出光强度可以调节，以 满足不同浓度油雾的测量要求；雾室设计为圆筒型，内径30mm；防护镜安装在雾室两端， 避免油雾颗粒污染起偏器和检偏器；检偏器设计为可360度旋转结构，用以调整油雾浓度测 量装置的测量初始点；光源接收器(图6)由电源、光探测器、电压调理单元、输出显示四 部分组成，电源为直流+12v，光探测器采用通用型硅光电池，作为光电转换元件，电压调理 单元的作用是放大光探测器输出的直流电压，使其与下一级电路匹配；为避免杂散光对测量 的影响，将系统装入封闭不透光外壳中，外壳采用金属加工，内外表面采取发黑处理。
光源发射器发出的平行光经过起偏器形成平面偏振光，平面偏振光在雾室内与微小的油 雾颗粒作用，其振动面发生偏转，通过检偏器的透射光由光源接收器接收，光源接收器检测 出不同油雾浓度情况下的平面偏振光光强变化，实现光/电转换，图2，输出直流电压，通过 电压-浓度兑换表直接得出油雾浓度，电压-浓度兑换表如下：

在实验环境温度20℃，相对湿度65％的室内环境进行，实验时气源压力0.5MPa，气温、 油温50℃，通过调节系统风量与耗油量使实验台产生不同浓度油雾，实验测得油雾浓度与 实验装置输出电压之间的关系表。本发明的油雾浓度测量仪可以进行在线测量、定量测量， 且操作简单，测量结果准确。

附图说明

图1平面偏振光穿过油雾示意图
图2为本发明的油雾浓度测量仪原理图；
图3为本发明的油雾浓度测量仪结构半剖示意图；
图4为本发明的油雾浓度测量仪结构左视图；
图5为本发明的油雾浓度测量仪的光源发射器电气原理图；
图6为本发明的油雾浓度测量仪的光源接收器电气原理图；
图7为本发明的油雾浓度测量仪的电压-浓度兑换表图；
图8为LM2575引脚示意图。
在图3中，1左端端盖螺母，2前支架，3雾室前调节套筒，4雾室后调节套筒，5雾室 调节螺栓副，6第一O型橡胶圈，7紧定螺钉，8镜片固定套，9第二O型橡胶圈，10后支 架，11右端端盖螺母，12光源发射器，13起偏器，14前防护镜，15后防护镜，16检偏器， 17光源接收器，18油雾出口快换接头，19油雾入口快换接头，20雾室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。本实施例设立工况条件是在油雾润滑条件下，油 雾颗粒径为1～3μm，浓度范围3～12g/m3条件下进行。
本发明由光源发射器、起偏器、防护镜、雾室、检偏器及光源接收器组成。其中光源发 射器采用直流+12V电压供电，为使得到稳定的发光功率，采用了由美国国家半导体公司生产 的新一代集成稳压芯片LM2575，其内部集成振荡器，并具有电流限制、热关断等完善的保护 电路，所以只需少量的外围元件便可以构成高效的稳压电路，结构简单，抗干扰能力强，在 多数情况下不需要单独散热。LM2575的引脚及功能，图8，其中
Vin：电压输入端；
Output：开关电压输出；
Ground：接地公共端；
Feedback：反馈输入端；
On/Off：控制输入端(接地时，电路正常工作)。
其主要性能参数
最大输出电流：1A；最大输入电压：45V；振荡频率：54kHz；最大稳压误差：4％；
工作温度范围：-40℃～+125℃。
从图5中可以看出，LM2575由2脚输出稳幅电压，保证红外发光管D1，D2，D3正常工 作。在LM2575的反馈端接入一个电位器，使得光源的输出光强度可以调节，以满足不同浓度 油雾的测量要求；雾室设计为圆筒型，内径30mm；防护镜采用普通UV镜片，安装在雾室两 端，避免油雾颗粒污染起偏器和检偏器；起偏器和检偏器采用PLΦ55mm平面偏光片，双面 0.7mm玻璃基板，总厚度1.7mm，单体透过率≥40％，偏光度≥97％(采用JIS-Z-8701标准)； 检偏器设计为可360度旋转结构，用以调整油雾浓度测量装置的测量初始点；光源接收器由 电源、光探测器、电压调理单元、输出显示四部分组成，电源为直流+12v，光探测器采用通 用型硅光电池，作为光电转换元件，电压调理单元的作用是去掉接收信号中的噪声干扰，放 大光探测器输出的微弱直流电压，使其与下一级电路匹配，图6；为避免杂散光对测量的影 响，将系统装入封闭不透光外壳中，外壳采用金属加工，内外表面采取发黑处理。
本发明的具体连接关系是左端端盖螺母1与前支架2用螺纹联接，用于保护光源发射器 12，光源发射器12用螺钉固定在前支架2上；前支架2与雾室前调节套筒3用螺纹联接，用 于固定起偏器13、前防护镜14；雾室前调节套筒3和雾室后调节套筒4用雾室调节螺栓副5 联接，可以调节雾室的长度，并用第一O型橡胶圈6进行密封；雾室后调节套筒5与后支架 10用紧定螺钉7联接，后支架10采用可旋转结构，并用第二O型橡胶圈9进行密封；后防 护镜15和检偏器16用镜片固定套8固定在后支架10上，光源接收器17用螺钉固定在后支 架10上，右端端盖螺母11与后支架10用螺纹联接用于保护光源接收器17；油雾出口快换 接头18与集油盒相连，油雾入口快换接头19与油雾发生器相连。见图3、4。
光源发射器发出的平行光经过起偏器形成平面偏振光，平面偏振光在雾室内与微小的油 雾颗粒作用，其振动面发生偏转，通过检偏器的透射光由光源接收器接收，光源接收器检测 出不同油雾浓度情况下的平面偏振光光强变化，实现光/电转换，输出直流电压，通过电压- 浓度兑换表图7直接得出油雾浓度。本发明的油雾浓度测量仪操作步骤是：
1.检测仪入口用快换接头与油雾发生器联接，出口用快换接头与集油盒联接；
2.打开检测仪电源；
3.旋转电路支架，找到仪器零点；
4.接通油雾入口快换接头，并测量检测仪输出电压；
5.由电压-浓度兑换表图7查出油雾的浓度值。
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