Устройство для измерения концентрации и дисперсности частиц пыли в газовом потоке

 

УСТРОЙСТВО ДПЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ И ДИСПЕРСНОСТИ ЧАСТИЦ ПЫЛИ В ГАЗОВОМ ПОТОКЕ, содержащеепоследовательно соединенные пьезоэлектрический преобразователь, усилитель, фильтр, последовательно соединенные амплитудньШ дискриминатор , нормализатор счетных импульсов и счетчик, два управляющих входа которого подключены к выходу фop шpoвaтeля импульса интервала времени счета, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения низких концентраций и малых размеров частиц пьли путем повышения разрешающей способности, чувствительности, помехоустойчивости и повышения скорости измерения, фильтр выполнен узкополосным, с регулируемой полосой и настройкой на час ,тоту механического резонанса пьезоэлектрического, преобразователя , при зтом устройство дополнительно содержит амплитудньй детектор , фильтр нижних частот и усилитель видеоимпульсов, соединен§ ные последовательно, частотный детектор , задатчик допустимого числа W импульсов, выход узкополосного фильтра соединен с входом аьшлитудного детектора, выход усилителя видеоимпульсов соединен с входом амплитудного дискриминатора, входы задатчика допустимого числа импульсов соединены с соответствую05 щими выходами счетчика, вход частотЧ ного детектора соединен с выходом 4 нормализатора счетлмх импульсов, 00 а выход - с.управляющим входом фильтра.

Взамен ранее изданного

480 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ 1ЕСНИХ

РЕСПУбЛИН

O% Oil (д). О 01 N 15/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

ГОСУДАРСТВЕЫНЦЙ НОМИТЕТ СССР

06 ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕЙИЙ И ОТНРЫТВ9 (21) 3293474/24-25 (22) 28.05.81 (46) 15.07.85. Бюл. И 2б (72) М.В. Колмаков (71) Центральный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (53.) 548. 137 (088. 8) (5á) Клименко. А.П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли.

М.: Химия, 1978, с. 93-9б, рис. 4.12

Патент США У 4212190, кл. 73-28, опублик. 1978.

Заявка на изобретение (Франция)

Ф 2412840, кл. С 01 N 15/00, опчблик. 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОНЦЕНТРАЦИИ И ДИСПЕРСНОСТИ ЧАСТИЦ

ПЫЛИ В ГАЗОВОМ ПОТОКЕ, содержащеепоследовательно соединенные пьезоэлектрический преобразователь, усилитель, фильтр, последовательно соединенные амплитудный дискриминатор, нормалиэатор счетных импульсов и счетчик, два управляющих входа которого подключены к выходу формирователя импульса интервала времени счета,. о т л и ч а ioщ е е с.я - тем, что, с целью повышения точности измерения низких концентраций и малых размеров частиц пыли путем повышения разрешающей способности, чувствительности, помехоустойчивости и повышения скорости измерения, фильтр выполнен узкополосным, с регулируемой полосой и настройкой на час,тоту. механического резонанса пьезоэлектрического преобразователя, при этом устройство дополнительно содержит амплитудный детектор, фильтр нижних частот и усилитель видеоимпульсов, соединенные последовательно, частотный детектор, эадатчик допустимого числа импульсов, выход узкополосного фильтра соединен с входом амплитудного детектора, выход усилителя видеоимнульсов соединен с входом амплитудного дискриминатора, входы эадатчпка допустимого числа импульсов соединены с соответствующими выходами счетчика, вход частотного детектора соединен с выходом нормалиэатора счетных импульсов, а выход — с .управляющим входом фильтра.

167Ч30

35

SO

1 1

Устройство относится к контроль но"измерительной технике и может найти применение в автомобильной, пищевой, химической, текстильной и других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения - повышение точности измерения низких концентраций и малых размеров частиц пыли путем повышения разрешающей способности, чувствительности, помехоустойчивости и повышение скорости измерения.

На чертеже изображена структурная схема устройства .

Пьезоэлектрический преобразова, тель 1 помещен за соплом измерительной камеры с воздуходувкой и подключен к усилителю 2, который соединен последовательно с узкополосным фильтром 3, выполненным с регулируемой шириной полосы пропускания и настроенным на частоту механического резонанса пьезоэлектрического преобразователя 1, амплитудным детектором A .радиоимпульсов, фильтром 5 нижних частот и усилителем 6 видеоимпульсов, низкой частоты, амплитудным дискриминатором 7, который может быть пороговым или дифференциальным, нормализатором 8 счетных импульсов, счетчиком 9 импульсов, к входу

"Пуск" и входу "Сброс" которого подключен формирователь 10 импульса интервала времени счета, выполненный в виде генератора импульса на-. пряжения регулируемой длительности Т.

К разрядным выходам счетчика .9 импульсов, который может бьггь двоичным, двоично-десятичным или в другой любой системе счисления, присоединены входы задатчика допустимого числа импульсов счета, который изображен поразрядным переключателем П, хотя может быть выполнен чисто электронным, например, в виде программируемого дешифратора с некоторым сигналом на выходе при превышении заданного числа импульсов счета.

Выход задатчика 11 допустимого числа импульсов и выходного формирователя 10 импульса интервала времени счета присоединены соответственно

1 H 11 входу логической cxeHbl выключени» газового потока и индпка IO IS

55 результата измерения, показанной на чертеже в энде комбинации реле Р1 с двумя нормально замкнутыми контактами И,, "- и одним нор1 мально разомкнутым контактом В "

1 и реле Р> с контактами переключателя П,, Логическая схема выключения газового потока и индикации. результата измерения может быть и чисто электронной в виде комбинации логических элементов И, ИЛИ, НЕ, при этом в нее входят световые индикаторы, например лампы Л „ зеленого и Л красного цвета, источник питания Е, и присое-.

Ч динен электродвигатель воздуходувки или другой, включающий или переключающий газовый поток элемент, например заслонка, Контакты реле на чертеже показаны в обесточенном состоянии их обмоток, т.е. перед интервалом времени счета (измерения) Т.

Узкополосный фильтр 3 имеет управляемый вход для регулирования ширины полосы пропускания. Этот . вход соединен с выходом частотного детектора 12, вход которого подключен параллельно входу счетчика 9 импульсовв.

Измерение концентрации и днсперсности пьяни в газовом потоке производят следующим образом.

Вначале устанавливают на некоторый уровень, определяемый дисперсностью (размерами) частиц, порог срабатывания или дифференциальный коридор амплитудного дискриминатора 7. Задают время измерения Т, определяемое, например, качеством (проницаемостью, отсутствием дефектов, пылеемкостью и т.д.) испытуе- . мого в газовом потоке с дозированной концентрацией и дисперсностью частиц противопылевого фильтра,, и запускают формирователь 10 импульса интервала времени счета, При этом напряжение с формирователя 10, пройдя на вход 11 логической схемы выкшочения газового потока и индикации результата измерения через нормально замкнутый контакт 6 ре1 ле P„, переключит контакты переключателя П реле Р, от чего включится воздуходувка н частицы пыпи в газовом потоке, ускоряясь и концентрируясь соплом, начнут ударяться по чувствительному элементу пьезоэлект-.. рического преабраэователя 1, ОдноЯО 4 имеют собственные частоты порядка сотен и тясяч килогерц .и добротность (величина, обратная затуханию) иорядка десятков и сотен. Под действием удара чувствительный элемент совершает затухающие механические колебания с частотой, близкой к собственной, огибающая которых уменьшается по экспоненте.

Действие ударов частиц по чувствительному элементу происходит во времени случайно, но при.относительно редких ударах, до 100-1000 в секунду,.они следуют порознь, а генерируемая чувствительным элементом

ЭДС представляет собой случайную последовательность радиоимпульгов с внезапным началом и огибающей экс поненциальной формы для каждого удара частицы. Частота заполнения радиоимпульса .равна собственной частоте чувствительного элемента пьезоэлектрического преобразователя

1, а амплитуда каждого периода колебания пропорциональна силе удара, Осциллограммы сигналов на чертеже показаны для удара одной частицы ири прохождении сигналов через блоки устройства во время измерения Т

Радиоймпульсы с пьезоэлектрического преобразователя 1 вместе с помехами усиливают усилителем 2, фильтруют в узкой полосе пропускания узкополосным фильтром 3, который настраивают на собственную частоту чувствительного элемента пьезоэлектрического преобразователя 1, в результате чего образуются радиоимпульсы с колоколообразной формой огибающей, которые детектируют амплитуд. ным детектором 4 и фильтруют фильтром 5 нижних частот с образованием колоколообразных видеоимпульсов низ- кой частоты, амплитуда которых пропорциональна силе, удара частиц пыли о чувствительный элемент. Последовательность видеоимпульсов свободна от влияния вибрациоиных, акустических и электрических помех на пьезоэлектрический преобразователь 1.

В усилителе 6 видеоимиульсов произ" водят усиление видеоимиульсов, затем выполияюг нх амплитудный анализ ио величине уровня сигнала больше заданного порога или в пределах узкого коридора (диффереициальный

Чувствительный элемент пьезоэлектрического преобразователя 1 механи- 50 чески представляет собой осциллятор с некоторой собственной частотой и затуханием, зависящими лт конструктивных и прочностных параметров: формы, размеров, упругих свойств, 55 способов крепления н т,д. Практичес- ки распространенные пьезоэлементы (диски, кольца, стержни, пластины) э

1! 674 временно предыдущие показания счетчика 9 импульсов сбросятся на нуль и ни одна из ламп гореть не будет.

Взаимодействие частиц пыли с чувствительным элементом пьезоэлектрического преобразователя 1 механически может быть представлено как действие удара за очень короткое время (десятые и сотые доли микросекунды), приводящее к изменению ко- 10 личества движения чувствительного элемента. Соотношение массы чувствительного элемента к массе .частицы пыли очень велико. Частица действует на чувствительный элемент в локаль- 13 ной площадке контакта, определяемой радиусом частицы, силой удара, уп-. ругими свойствами частицы и поверхности чувствительного элемента, Амплитуда генерированного в мо-. 20 мент удара электрического импульса пропорциональна силе удара, которая пропорциональна квадрату радиуса частицы, степени 6/25 ее скорости и пропорциональна отношению площади 25 контакта удара к площади всего чувствительного элемента, т.е. проэлорциональна отношению электрической емкости площади контакта К емкости всего чувствительного элемента Зо пьезоэлектрического преобразователя 1 с соединительным кабелем.

Это .отношение очень мало, поэтому амплитуда электрического импульса невелика и составляет доли милли" вольта или единицы милливольт. Эти значения того же порядка, что и сигналы от вибрационных и акустических помех, хотя и слабых по воздействию (давление, изгиб, кручение) на чувст- о вительный элемент сравнительно с силой (давлением) от удара частицы, ио зато. действующих непрерывно на всю поверхность чувствительного элемента и поэтому генерирующих .сопоставительный с ударами частиц электрический заряд и напряжение помех.

5 11á7 анализ) в амплитудном дискриминаторе 7, затем — нормализацию по амплитуде и длительности с образованием счетных импульсов в нормалиэаторе 8. Длительность нормализованных импульсов при амплитудном анализе может быть равна длительности видеоимпульса на уровне порога дискриминации.

По установленному порогу 10 амплитудного дискриминатора 7 и сумме сосчитанных в счетчике 9 эа время Т импульсов й;= g n опре деляют размер и концентра ню частиц пыли s газовом потоке. f5

Счетные импульсы после нормализации направляют также в частотный детектор 12, где детектируют по частоте в процессе измерения. Сигналом с частотного детектора .12 уп. равляют шириной полосы пропускания ускополосного фильтра Э через его управляемый вход, расширяя ее пропорционально при большом числе импульсов в единицу времени и сужая 25 полосу при малом,. Этим уменьшается вероятность наложения радиоимпульсов от ударов частиц (длительность радиоимпульса тем короче, чем шире полоса узкополосного фильтра Э), и повышается разрешающая способность, чувствительность и помехоустойчивость при малых концентрациях, когда полоса пропускания сужается.

В задатчике 1 1 допустимого числа импульсов предустанавливают некоторое .предельное значение, Если в процессе измерений оно не превышается, тогда после окончания заданного интервала време- „ ни измерения Т реле P a логической схеме выключения газового потока и индикации результата измерения обесточивается, контакт переключа-: теля П отключает от источника пй1 45 тания E воздуходувку и присоединяет к нему лампуЛ „через нормально замкнутый контакт . 6.. реле Р„

При этом испытуемый протнвопыпевой фильтр признается годным.

Если число сосчитанных импульсов превысило м " с", тогда сигнас

480 Ь лом с задатчика 11 допустимого числа импульсов через вход 1 логи.ческой схемы включается реле Р

1 9 при этой его контактом В „разрывается цепь питания реле Р, его переключатель П, отсоединяет воздуходувку от источника питания К раньше окончания интервала времени Т, чем сокращается время измерения и диагноза, причем тем значительнее, чем больше концентраФ ция илн сильнее поврежден противопыпевой фильтр. Загорается лампа

/ к, так как замыкается контакт

8, и размыкается контакт S „ реле Р, . Противопыпевой фильтр при этом признается негодным,.

Предлагаемое устройство для изме" рения концентрации н дисперсности частиц пыли в газовом потоке прошло проверку на опытном стенде контроля дефектов противопыпевых фильтров автомобильных двигателей. Усилие радиоимпульсов от ударов частиц песка или древесных опилок о пьезоэлектрический преобразователь производилось на частоте 250 кГц селективным микромипливольтметром

Вб-1. Узкополосная фильтрация осуществлялась в полосах 1-.10 кГц.

При избранных дозировках концентрации .(несколько грамм на интервал времени измерения 10 с) видеоимпульсы не перекрывались, четко различались по амплитуде в зависимости от размеров частиц, уверенно дискриминировались по уровню (порогу), заданному амплитудным ограничителем по минимуму на смещенном в обратную сторону диоде, и считались электронно-счетным частотомером ЧЭ-24 в ре-, жиме измерения частоты эа интервал

10 с. При исправном противопылевом фильтре импульсы отсутствовали или имелись единичные импульсы, при дефектном фильтре — сотни и тысячи импульсов. Изменяя порог ограничения, можно настроить устройство на счет частиц с размером больше заданного для обнаружения в противопылевом фильтре отверстий больше допустимого размера.

1167480

Составитель Е.Пономарева

Техред М.Моргентал Корректор А.Федосеев

Редактор Е.Копча

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,,Раушскан паб., д, 4/5

Заказ 3399

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектными,

Устройство для измерения концентрации и дисперсности частиц пыли в газовом потоке Устройство для измерения концентрации и дисперсности частиц пыли в газовом потоке Устройство для измерения концентрации и дисперсности частиц пыли в газовом потоке Устройство для измерения концентрации и дисперсности частиц пыли в газовом потоке Устройство для измерения концентрации и дисперсности частиц пыли в газовом потоке 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для определения параметров частиц загрязнителя в рабочей жидкости и может быть использовано в машиностроении и на транспорте для диагностике трущихся узлов машин

Изобретение относится к анализу экологического состояния и мониторинга окружающей среды, в частности воздушного бассейна

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к приборам, предназначенным для отбора проб аэрозоля с малыми концентрациями из воздуха и может быть использовано для исследования состава аэрозолей совместно с любым анализатором аэрозолей

Изобретение относится к области охраны труда, в частности к приборам для измерения запыленности воздуха

Изобретение относится к оптико-интерференционным способам и устройствам для измерения размеров и концентрации полидисперсных аэрозольных сред и может быть использовано в измерительной технике

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для автоматизированного измерения размеров и числа частиц в проточных средах, в объемах технологических аппаратов, для оценки качества и эффективности технологических процессов

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для автоматизированного измерения размеров и числа частиц в проточных средах, в объемах технологических аппаратов, для оценки качества и эффективности технологических процессов

Изобретение относится к средствам для исследования и анализа частиц и материалов с помощью оптических средств и может быть использовано в медицинских исследованиях, геофизике, механике, химии, порошковой металлургии, при контроле загрязнений окружающей среды и т.д

 

Наверх