ITPR940001A1

ITPR940001A1 - INSTRUMENT FOR MEASURING THE OPACITY OF A FLUID OR A GASEOUS MIXTURE.

Info

Publication number: ITPR940001A1
Application number: IT94PR000001A
Authority: IT
Inventors: Roberto Scarica
Original assignee: Tecnotest S R L
Priority date: 1994-01-17
Filing date: 1994-01-17
Publication date: 1995-07-17
Also published as: ITPR940001A0; IT1278235B1

Abstract

Il trovato si inserisce nel campo degli strumenti di misura ed in particolare si riferisce ad un opacimetro o fumometro per la misurazione della opacità di un fluido attraversante una camera di misurazione (1).Lo strumento comprende mezzi di isolamento di materiale perfettamente trasparente interposti tra la camera di misurazione (1) e mezzi fototrasmettitori (5) e fotoricevitori (6).Detti mezzi di isolamento sono elementi trasparenti (9) che impediscono qualsiasi contatto tra il fluido e i mezzi fototrasmettitori (5) e fotoricevitori (6) impedendo la fuoriuscita d fluido dalle aperture laterali (3) della camera di misurazione (1) attraverso le quali passa un fascio luminoso (4).The invention is part of the field of measuring instruments and in particular refers to an opacimeter or fumometer for measuring the opacity of a fluid passing through a measuring chamber (1). The instrument comprises perfectly transparent insulating means interposed between the measuring chamber (1) and phototransmitter means (5) and photoreceivers (6). Said isolation means are transparent elements (9) which prevent any contact between the fluid and the phototransmitter means (5) and photoreceivers (6) preventing the leakage of fluid from the lateral openings (3) of the measuring chamber (1) through which a light beam (4) passes.

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

annessa a domanda dì brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per tìtolo: attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION having as its title:

STRUMENTO PER LA MISURAZIONE DELLA OPACITÀ DI UN FLUIDO O DI UNA MISCELA GASSOSA. INSTRUMENT FOR MEASURING THE OPACITY OF A FLUID OR A GASEOUS MIXTURE.

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Forma oggetto del presente trovato uno strumento per la misurazione della opacità di un fluido o di una miscela gassosa, comunemente denominato opacimetro o fumometro. Gli opacimetri sono strumenti che vengono generalmente utilizzati per misurare la opacità dei gas di scarico dei veicoli, in particolare dei veicoli con motore diesel. Gli opacimetri convenzionali comprendono generalmente una camera di misurazione, che viene applicata direttamente alla marmitta del veicolo e che viene attraversata dai gas di scarico di questo ultimo. La camera di misurazione è provvista di due aperture laterali attraverso le quali viene fatto passane un fascio luminoso emesso da una sorgente esterna alla camera di misurazione e rilevato, in uscita dalla camera di misurazione stessa, da appositi mezzi di rilevazione, preferibi 1mente costituiti da elementi fotosensibili o fotodiodi. In tal modo, conoscendo la lunghezza della colonna di fumo (coincidente con la lunghezza della camera di misurazione) e misurando la percentuale di luce trasmessa che giunge sugli elementi ricevitori del fascio luminoso, è possibile determinare l'opacità del fluido gassoso attraver sante la camera di misurazione, mediante impiego di formule matematiche ben note ai tecnici del settore. The present invention relates to an instrument for measuring the opacity of a fluid or a gaseous mixture, commonly referred to as an opacimeter or fumometer. Opacimeters are tools that are generally used to measure the opacity of vehicle exhaust gases, especially vehicles with a diesel engine. Conventional opacimeters generally comprise a measuring chamber, which is applied directly to the vehicle's muffler and which is passed through by the exhaust gases of the latter. The measurement chamber is provided with two lateral openings through which a light beam emitted from a source external to the measurement chamber is passed and detected, at the exit of the measurement chamber itself, by special detection means, preferably consisting of elements photosensitive or photodiodes. In this way, knowing the length of the smoke column (coinciding with the length of the measuring chamber) and measuring the percentage of transmitted light that reaches the receiving elements of the light beam, it is possible to determine the opacity of the gaseous fluid passing through the chamber. of measurement, through the use of mathematical formulas well known to those skilled in the art.

Uno dei principali inconvenienti degli opacimetri sopra descritti è quello del progressivo imbrattamento degli elementi ottici di trasmissione e ricezione del fascio luminoso da parte del fluido gassoso o del fumo di cui misurare l'opacità. Infatti il fumo durante la misurazione fuoriesce, anche se in quantità modeste, attraverso le aperture laterali della camera di misurazione e quindi può rendere progressivamente traslucidi o opachi i vetri trasparenti posti normalmente a protezione degli elementi ottici di trasmissione e ricezione. Per ovviare al suddetto inconveniente, tra gli elementi ottici di trasmissione e ricezione del fascio luminoso e la camera di misurazione sono state interposte due camere nelle quali opportuni mezzi di ventilazione provvedono ad allontanare dagli elementi ottici il fumo fuoriuscente dalla camera di misurazione. La suddetta soluzione non risolve però totalmente l'inconveniente sopra descritto in quanto una piccola parte dei fumi raggiunge comunque gli elementi Ottici i quali, dopo un certo numero di misurazioni, diventano sporchi e quindi non perfettamente efficienti. Il suddetto inconveniente è ancora piu evidente nel caso dei cosidetti opacimetri campioni ossia di quegli strumenti il cui scopo è quello di tarare i vari tipi di opacimetri posti in commercio. E' evidente come gli opacimetri campione, dopo un certo numero di misurazioni, diventino progressivamente meno precisi e quindi anche gli strumenti' tarati da essi risentano di detta imprecisione ampiificandola . One of the main drawbacks of the opacimeters described above is that of the progressive soiling of the optical elements for transmitting and receiving the light beam by the gaseous fluid or the smoke whose opacity is to be measured. In fact, the smoke during the measurement escapes, even if in modest quantities, through the lateral openings of the measurement chamber and therefore can make the transparent glasses normally placed to protect the optical transmission and reception elements progressively translucent or opaque. To obviate the aforementioned drawback, two chambers have been interposed between the optical elements for transmitting and receiving the light beam and the measurement chamber, in which suitable ventilation means remove the smoke coming out of the measurement chamber from the optical elements. However, the aforesaid solution does not completely solve the drawback described above since a small part of the fumes still reaches the Optical elements which, after a certain number of measurements, become dirty and therefore not perfectly efficient. The aforementioned drawback is even more evident in the case of the so-called sample opacimeters, ie those instruments whose purpose is to calibrate the various types of opacimeters available on the market. It is evident that the sample opacimeters, after a certain number of measurements, become progressively less precise and therefore also the instruments calibrated by them are affected by this imprecision by amplifying it.

Scopo del presente trovato è quello di eliminare i suddetti inconvenienti rendendo disponibile un opacimetro le cui misurazioni siano sempre perfettamente attendibili e non affette da errori dovuti alla non perfetta pulizia e alla non perfetta trasparenza del percorso seguito dal fascio luminoso di misurazione. The purpose of the present invention is to eliminate the aforementioned drawbacks by making available an opacimeter whose measurements are always perfectly reliable and not affected by errors due to imperfect cleaning and imperfect transparency of the path followed by the measuring light beam.

Ulteriore scopo è quello di rendere fissa, e quindi misurabile con assoluta certezza, la lunghezza della zona opaca attraversata dal fascio luminoso. A further purpose is to make the length of the opaque zone crossed by the light beam fixed, and therefore measurable with absolute certainty.

Detti scopi sono pienamente raggiunti dallo strumento per la misurazione della opacità di un fluido o di una miscela gassosa, oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate ed in particolare per il fatto di prevedere dei mezzi di isolamento interposti tra la camera di misurazione ed i mezzi fototrasmettitori e fotoricevitori per la trasmissione e la ricezione del fascio luminoso, detti mezzi di isolamento essendo conformati e sistemati in modo tale da impedire qualsiasi contatto tra il fluido da sottoporre a misura ed i mezzi fototrasmettitorie fotoricevitori ed essendo atti ad impedire la fuotiuscita di fluido dalle aperture laterali della camera durante la misurazìone . Said purposes are fully achieved by the instrument for measuring the opacity of a fluid or a gaseous mixture, object of the present invention, which is characterized by the contents of the claims reported below and in particular by the fact of providing insulation means interposed between the measurement chamber and the phototransmitter and photoreceiver means for transmitting and receiving the light beam, said isolation means being shaped and arranged in such a way as to prevent any contact between the fluid to be subjected to measurement and the phototransmitters and photoreceiver means and being suitable to prevent the escape of fluid from the lateral openings of the chamber during the measurement.

Detti mezzi di isolamento possono essere elementi trasparenti di forma discoidale o a forma di str quali possono passare attraverso più posizioni operative, ed in particolare da una posizione in cui gli elementi trasparenti chiudono a tenuta le aperture laterali della camera di misurazione ad una posizione in cui gli elementi trasparenti , distaccati dalla camera, possono muoversi rispetto alla camera stessa in modo che il successivo contatto a tenuta con la camera avvenga in una diversa zona degli elementi trasparenti non ancora pervenuta a contatto con il fluido da sottoporre a misurazione. In tal modo, muovendo opportunamente gli elementi trasparenti con appositi mezzi attuatori, è possibile utilizzare detti elementi trasparenti per un gran numero di misurazioni, in ognuna delle quali gli elementi trasparenti si presentano perfettamente puliti al fascio luminoso che li attraversa, eliminando qualsiasi tipo di errore di misura dovuto ad impurità incontrate dal fascio luminoso durante il suo percorso. Said insulating means can be transparent elements with a discoid shape or in the form of strings which can pass through several operating positions, and in particular from a position in which the transparent elements seal the lateral openings of the measuring chamber to a position in which the transparent elements, detached from the chamber, can move with respect to the chamber itself so that the subsequent sealed contact with the chamber takes place in a different area of the transparent elements not yet in contact with the fluid to be measured. In this way, by suitably moving the transparent elements with suitable actuator means, it is possible to use said transparent elements for a large number of measurements, in each of which the transparent elements are perfectly clean to the light beam that passes through them, eliminating any type of error. measurement due to impurities encountered by the light beam during its path.

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di una preferita forma realizzativa illustrata a puro titolo esemplificativo ma non limitativo, nelle unite tavole di disegno, in cui: - la figura 1 illustra lo strumento parzialmente sezionato longitudinalmente; This and other characteristics will be more clearly highlighted by the following description of a preferred embodiment illustrated purely by way of non-limiting example, in the accompanying drawing tables, in which: - Figure 1 illustrates the instrument partially sectioned longitudinally;

la figura 2 illustra un particolare dello strumento di fig.1 in scala ingrandita; Figure 2 illustrates a detail of the instrument of Figure 1 on an enlarged scale;

la figura 3 illustra un particolare dello strumento sezionato secondo la retta A-A di figura 1; Figure 3 shows a detail of the instrument sectioned along the line A-A of Figure 1;

la figura A illustra un particolare dei mezzi attuatori degli elementi trasparenti. Figure A illustrates a detail of the actuating means of the transparent elements.

Con riferimento alle figure, con 1 è stata indicata una camera di misurazione di un opacimetro o fumometro, ossia di uno strumento per la misurazione della opacità di un fluido o di una miscela gassosa. With reference to the figures, 1 indicates a measurement chamber of an opacimeter or fumometer, that is, an instrument for measuring the opacity of a fluid or a gaseous mixture.

Il trovato è qui descritto nel caso specifico di utilizzo per la misurazione dell'opacità dei gas di scarico dei veicoli con motore diesel. The invention is described here in the specific case of use for measuring the opacity of the exhaust gases of vehicles with a diesel engine.

La camera di misurazione 1 è provvista di un ingresso 7 per il gas, direttamente applicato alla marmitta 2 di un veicolo, e di due uscite 8 (di cui una sola illustrata in figura 3) per lo scarico del gas. The measuring chamber 1 is provided with an inlet 7 for the gas, directly applied to the muffler 2 of a vehicle, and with two outlets 8 (of which only one is illustrated in Figure 3) for exhausting the gas.

La camera di misurazione 1 è provvista anche di due aperture laterali 3, illustrate in maggior dettaglio in figura 2, attraverso le quali, durante la misurazione, passa un fascio luminoso schematicamente indicato con 4 . Il fascio luminoso 4 è prodotto da mezzi di trasmissione o fotoemettitori 5 costituiti da una sorgente luminosa esterna alla camera 1, realizzata ad esempio con un proiettore comprendente una lampada alogena o un diodo led verde ad alta efficienza ed un gruppo ottico di concentrazione che origina un fascio luminoso avente un diametro di circa 6 min (valore puramente indicativo) ed atto ad attraversare tutta la camera di misurazione per uscire attraverso la corrispondente opposta apertura 3 ed essere raccolto da mezzi fotoricevitori 6. The measuring chamber 1 is also provided with two lateral openings 3, illustrated in greater detail in figure 2, through which, during the measurement, a light beam schematically indicated with 4 passes. The light beam 4 is produced by transmission means or photo-emitters 5 consisting of a light source external to the chamber 1, made for example with a projector comprising a halogen lamp or a high-efficiency green LED diode and an optical concentration unit which generates a light beam having a diameter of about 6 min (purely indicative value) and able to pass through the entire measurement chamber to exit through the corresponding opposite opening 3 and be collected by photoreceiver means 6.

I fotoricevitori 6, che rilevano la percentuale di luce trasmessa che fuoriesce dalla camera dopo aver attraversato il gas o fumo, comprendono almeno un elemento fotosensibile, preferibilmente costituito da uno o piu fotodiodi . The photoreceivers 6, which detect the percentage of transmitted light that escapes from the chamber after passing through the gas or smoke, comprise at least one photosensitive element, preferably consisting of one or more photodiodes.

Sia i fototrasmettitori che i fotoricevitori possono essere muniti di un elemento di protezione costituito ad esempio da un vetrino perfettamente trasparente. Both the phototransmitters and the photoreceivers can be equipped with a protection element consisting, for example, of a perfectly transparent glass.

E1 evidente che i fotor icevitori 6 rilevano solo una percentuale della luce trasmessa inferiore al 100% poiché il fascio luminoso è indebolito dall'opacità del fumo e quindi la quantità di luce ricevuta dai mezzi fotoricevitori 6 è inversamente proporzionale alla concentrazione del fumo presente nella camera di misurazione . It is evident that the photoreceptors 6 detect only a percentage of the transmitted light lower than 100% since the light beam is weakened by the opacity of the smoke and therefore the quantity of light received by the photoreceiver means 6 is inversely proportional to the concentration of the smoke present in the chamber. of measurement.

Con 18 e 19 sono state rispettivamente indicate una sonda di rilevazione della temperatura ed una sonda di rilevazione della pressione presenti nella camera di misurazione . With 18 and 19 there are respectively indicated a probe for detecting the temperature and a probe for detecting the pressure present in the measuring chamber.

Le aperture 3 laterali della camera di misurazione originalmente provviste di mezzi di isolamento costituiti da elementi trasparenti 9 che consentono di mantenere la camera di misurazione 1 per†attamente isolata rispetto ai mezzi fototrasmettitori 5 e fotoricevitori 6 in modo che il fumo non possa uscire dalla camera di misurazione durante le fasi di misura. The lateral openings 3 of the measuring chamber were originally provided with insulation means consisting of transparent elements 9 which allow the measuring chamber 1 to be kept permanently insulated with respect to the phototransmitters 5 and photoreceivers 6 so that the smoke cannot escape from the chamber of measurement during the measurement phases.

Secondo la forma realizzativa illustrata gli elementi trasparenti 9 hanno forma discoidale come meglio illustrato in figura 4, e sono provvisti di mezzi attuatori , complessivamente indicati con 10, che consentono due diverse posizioni operative a detti elementi trasparenti 9. According to the illustrated embodiment, the transparent elements 9 have a discoidal shape as better illustrated in Figure 4, and are provided with actuator means, indicated as a whole with 10, which allow two different operating positions for said transparent elements 9.

In una prima posizione operativa gli elementi trasparenti 9 chiudono a tenuta le aperture laterali 3 della camera di misurazione appoggiando su guarnizioni 11, ad esempio del tipo "0-ring". In a first operative position the transparent elements 9 seal the lateral openings 3 of the measuring chamber by resting on gaskets 11, for example of the "0-ring" type.

In una seconda posizione operativa gli elementi trasparenti 9 sono lievemente distaccati dalla camera in modo da poter essere spostati rispetto alla camera stessa per far sì che il successivo contatto a tenuta con la camera avvenga in una diversa zona degli elementi trasparenti non ancora pervenuta a contatto con il gas e quindi In a second operating position, the transparent elements 9 are slightly detached from the chamber so that they can be moved with respect to the chamber itself to ensure that the subsequent sealed contact with the chamber takes place in a different area of the transparent elements that has not yet come into contact with the gas and then

trasparente in quanto non ancora contaminata da impurità. Ciascun elemento trasparente 9, che può essere ad esempi realizzato in vetro o in materiale plastico, è applicato su un solenoide 12 che, quando attivato mediante impulso elettrico, distacca lievemente dalla camera l'elemento trasparente supportato. transparent as not yet contaminated by impurities. Each transparent element 9, which for example can be made of glass or plastic material, is applied to a solenoid 12 which, when activated by an electrical impulse, slightly detaches the supported transparent element from the chamber.

L'elemento trasparente è calettato su un albero 13 che attraversa il solenoide 12 ed è provvisto di una ruota dentata 14. The transparent element is keyed onto a shaft 13 which passes through the solenoid 12 and is provided with a toothed wheel 14.

La ruota dentata 14 è preferibilmente del tipo con profilo a dente di sega sul quale interagisce una lamina 15 supportata dall'albero 17 di un ulteriore solenoide 16. The toothed wheel 14 is preferably of the type with a sawtooth profile on which a lamina 15 supported by the shaft 17 of a further solenoid 16 interacts.

L'attivazione dell 'ulteriore solenoide 16, che avviene quando anche l'altro solenoide 12 è attivato e cioè in condizione di elemento trasparente 9 distaccato dalla camera, provoca la rotazione dell'albero 13 (e quindi dell'elemento trasparente 9) per un certo angolo. The activation of the further solenoid 16, which takes place when the other solenoid 12 is also activated, i.e. in the condition of the transparent element 9 detached from the chamber, causes the rotation of the shaft 13 (and therefore of the transparent element 9) for a certain angle.

Tale angolo è preferibilmente di 10° in modo che ciascun elemento traparente 9 di forma discoidale sia dotato di 36 diverse posizioni perfettamente trasparenti e non affette da impurità dovute al contatto con il fumo. This angle is preferably 10 ° so that each transparent disc-shaped element 9 has 36 different positions which are perfectly transparent and not affected by impurities due to contact with the smoke.

Dopo 36 misurazioni è sufficiente smontare e pulire gli elementi trasparenti 9 o sostituirli con altri puliti. After 36 measurements it is sufficient to disassemble and clean the transparent elements 9 or replace them with clean ones.

E' ovvio che il numero delle diverse posizioni assumibili dagli elementi discoidali dipende dal diametro degli stessi ed è quindi determinato in funzione del numero di posizioni che si desidera ottenere e del costo e dell'ingombro sostenibile. It is obvious that the number of different positions that the disk-shaped elements can assume depends on their diameter and is therefore determined according to the number of positions to be obtained and the cost and the sustainable size.

I solenoidi 12 e 16, con la ruota dentata 14, gli alberi 13 e 17 e la lamina 15 costituiscono mezzi attuatori degli elementi trasparenti 9. The solenoids 12 and 16, with the toothed wheel 14, the shafts 13 and 17 and the lamina 15 constitute actuating means of the transparent elements 9.

Secondo una variante di realizzazione non illustrata, gli elementi trasparenti 9 possono avere forma lineare ed essere costituiti da strisce di materiale trasparente scorrevoli su guide e movimentate da appositi spintori. Con lo strumento oggetto del presente trovato la lunghezza della camera di misurazione 1 è assolutamente certa e priva di errori in quanto la camera stessa è perfettamente chiusa a tenuta durante la misurazione nel senso di attraversamento del fascio luminoso. According to a variant embodiment not shown, the transparent elements 9 can have a linear shape and consist of strips of transparent material sliding on guides and moved by suitable pushers. With the instrument of the present invention, the length of the measuring chamber 1 is absolutely certain and free of errors since the chamber itself is perfectly sealed during the measurement in the direction of crossing of the light beam.

Negli strumenti tradizionali invece tale lunghezza è variabile in quanto il fumo fuoriuscente dalla aperture laterali 3 può modificare la lunghezza della zona fumosa attraversata dal fascio luminoso. In traditional instruments, on the other hand, this length is variable since the smoke coming out of the side openings 3 can modify the length of the smoky area crossed by the light beam.

Ulteriore vantaggio del presente strumento è dato dal fatto che le impurità del fumo non influiscono sulla misurazione in quanto prima di ogni misurazione gli elementi trasparenti discoidali sono ruotati presentandosi perfettamente puliti alla successiva misurazione. A further advantage of this instrument is given by the fact that the impurities of the smoke do not affect the measurement since before each measurement the transparent discoidal elements are rotated, presenting themselves perfectly clean at the next measurement.

Claims

CLAIMS 1) Instrument for measuring the opacity of a fluid or a gaseous mixture, comprising: - a measuring chamber (1) provided with at least one inlet (7) and at least one outlet (8) for the fluid under test, and with at least two openings (3) to allow the inlet and outlet respectively of a light beam (A); - transmission means or phototransmitters (5), external to the measuring chamber (1), for transmitting the light beam (4) through the measuring chamber (1); photoreceiver means (6), external to the measuring chamber (1), for detecting the light beam (4) exiting the measuring chamber (1), characterized by the fact that it comprises insulation means of perfectly transparent material interposed between the measuring chamber (1) and the phototransmitters (5) and photoreceivers (6), said isolation means being shaped and arranged in such a way as to prevent any contact between the fluid to be subjected to measurement and phototransmitters (5) and photoreceivers (6), and to prevent the escape of fluid from the side openings of the chamber during the measurement.

2) Instrument according to claim 1, wherein the insulation means comprise transparent elements (9) provided with actuator means (10) which allow two different positions for said insulation means: - a first position in which the transparent elements (9) seal off the openings (3) of the measuring chamber (1) through which the light beam (4) passes; a second position in which the transparent elements (9), slightly detached from the chamber (1), can move with respect to the chamber itself so that the subsequent sealed contact with the chamber takes place in a different area of the transparent elements that has not yet reached contact with the fluid to be measured.

3) Instrument according to claim 2 in which the transparent elements (9) have a discoidal shape. U) An instrument according to claim 2, in which the transparent elements (9) have a linear shape and are substantially constituted by strips of transparent material sliding on guides. 5) Instrument according to claim 2, in which the actuator means (10) comprise, for each transparent element (9), a solenoid (12) crossed by a shaft (13) on which the moved transparent element (9) is keyed moving away from or approaching the chamber (1) from the translation of the shaft 6) Instrument according to claim 5, characterized in that the actuator means further comprise, for each transparent element (9), a second solenoid (16) which places in rotation, in successive clicks of a fixed entity, the shaft (13) supporting the transparent element (9), by means of a plate (15) acting on the profile of a toothed wheel (14) keyed on the shaft (1 3).