Способ определения размеров и концентрации аэрозольных частиц

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим способам контроля параметров взвешенных аэрозольных частиц в воздушном потоке, и может быть использовано при изучении процессов горения аэрозолей, в сельском хозяйстве и при охране окружающей среды. Целью изобретения является расширение информативности анализа за счет дополнительного определения среднего теплофизического размера аэрозолей и повышения точности определения концентрации аэрозольных частиц. Сущность изобретения состоит в том, что воздушный поток с аэрозолями подвергают периодическому воздействию теплового потока, нагревающего частицы. В промежутках между импульсами дважды последовательно измеряют разность температур частиц и воздушного потока, из которых с помощью тарировочной зависимости или соотношения, приведенного в формуле изобретения, находят средний теплофизический размер частиц. Концентрацию аэрозольных частиц определяют из измеряемой величины теплового потока, выходящего из анализируемого объема с учетом полученной величины среднего теплофизического размера частиц. 6 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим способам контроля параметров взвешенных частиц в воздушном потоке, и может быть использовано при изучении процесса горения аэрозолей, в сельском хозяйстве и при охране окружающей среды. Цель изобретения состоит в расширении информативности анализа за счет дополнительного определения среднего теплофизического параметра аэрозолей и повышении точности определения концентрации аэрозольных частиц. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего способ определения размеров и концентрации аэрозольных частиц; на фиг.2 эпюра импульсных периодических воздействий теплового излучения (Ф_нат мощность теплового излучения); на фиг. 3 эпюра температуры Т_част частиц аэрозолей; на фиг.4 эпюра напряжений U_затв ¹, прикладываемых к второму модулятору при первом изменении температур; на фиг.5 эпюра напряжений U_затв², прикладываемая к второму модулятору при втором измерении температур; на фиг.6 эпюра напряжений Т_изм на выходе датчика теплового излучения. Устройство, реализующее способ определения размеров и концентраций аэрозольных частиц, содержит источник 1 теплового излучения, первый 2 и второй 3 модуляторы, датчик 4 теплового излучения, усилитель 5, регистратор 6, фазовращатель 7. На фиг.1 также условно изображен поток 8 аэрозольных частиц. Устройство работает следующим образом. От источника 1 тепловое излучение периодически проходит через модулятор 2 и облучает поток 8 аэрозольных частиц с периодом, указанным на фиг.2. Фазовращатель 7 управляет коммутацией модуляторов 2 и 3 таким образом, что в момент облучения аэрозольных частиц при открытом окне модулятора 2, окно модулятора 3 закрыто и датчик 4 тепловое излучение не воспринимает. После закрытия окна модулятора 2 и до следующего его открытия, частицы аэрозоля (фиг.3) нагревшись до температуры Т_н, остывают до температуры Т_о. В это время окно модулятора 3 открывают в момент времени t₁ (фиг.4). Накопление сигнала (от теплового излучения частицами), определяемого температурой Т₁, датчиком 5 происходит за несколько циклов облучения этих частиц источником 1 в течение характерного времени измерения температуры. По истечении этого времени момент открытия окна модулятора 3 сдвигают относительно момента закрытия окна модулятора 2, т.е. окно модулятора 3 открывают в момент времени t₂ (при закрытом окне модулятора 2) и датчик 4 накапливает сигнал (от теплового излучения частицами), пропорциональный температуре Т₂ также в течение интервала времени, достаточного для накопления сигнала (фиг.5). Сигналы с датчика 4, несущие информацию о величинах температур частиц Т₁ и Т₂ в моменты времени t₁ и t₂ (фиг.6), фиксируют регистратором 6. Если температура окружающего поток частиц воздуха постоянна, то она измеряется один раз в течение эксперимента, а если температура воздуха значительно колеблется, то она измеряется с помощью известных средств (термометров), синхронно с измерением температуры частиц аэрозоля. После получения данных о температурах Т₁ и Т₂ частиц аэрозоля в моменты времени t₁ и t₂, а также температуре Т_в воздуха, окружающего эти частицы, находятся разности ΔТ₁ и ΔТ₂ температур частиц и воздуха ΔТ₁ Т₁ Т_в, ΔТ₂Т₂ Т_в в моменты времени t₁ и t₂. Зная коэффициент а температуропроводимости материала частиц аэрозоля, вычисляют их средний теплофизический размер L по формуле L π или по тарировочной зависимости. Концентрацию n частиц в измеряемом объеме V определяют по интегральному потоку теплового излучения Т, выходящему из этого объема и попадающему на измерительный датчик, по предварительно снятой тарировочной зависимости или вычисляется по формуле n где σ постоянная Стефана-Больцмана; S L² π средняя площадь излучения частиц; Т температура частиц; W угол сбора излучения измерительной оптической приемной системы; L средний теплофизический размер частиц аэрозоля. Соотношение среднего теплофизического размера частиц и их аэродинамического размера дает более полное представление о степени рыхлости или асимметрии структуры частиц. Кроме того, средний теплофизический размер частиц характеризует скорость передачи тепла в аэроизолях, что совместно с данными о концентрации этих частиц позволяет более точно оценить качество работы аэрозольных диспергаторов, форсунок в двигателях внутреннего сгорания и т.д.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ И КОНЦЕНТРАЦИИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ, включающий измерение температуры воздушного потока со взвешенными аэрозольными частицами, по которой определяют концентрацию аэрозольных частиц, отличающийся тем, что, с целью расширения информативности за счет дополнительного определения среднего теплофизического размера аэрозолей и повышения точности определения концентрации аэрозольных частиц, поток воздуха со взвешенными аэрозольными частицами подвергают периодическому импульсному воздействию теплового излучения, а в промежутках между каждыми двумя последовательными циклами импульсного воздействия теплового излучения последовательно во времени два раза измеряют температуру воздуха и величину интегрального теплового потока I из исследуемого объема V, по которому определяют температуру аэрозольных частиц, находят соответствующую этим двум измерениям первую и вторую разности температур аэрозольных частиц и воздуха, при этом средний теплофизический размер L аэрозольных частиц определяют из соотношения где a коэффициент температуропроводности материала частиц аэрозолей;
ΔT₁ разность температур частиц и воздуха в момент времени t₁;
ΔT₂ разность температур частиц и воздуха в момент времени t₂,
или из экспериментальной тарировочной зависимости, а концентрацию n аэрозольных частиц определяют из соотношения

где S = πL² средняя площадь излучения аэрозольных частиц;
T температура аэрозольных частиц;
E интегральная степень черноты аэрозольных частиц;
W угол сбора теплового излучения аэрозольных частиц;
σ постоянная Стефана-Больцмана,
или из экспериментальной тарировочной зависимости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002        

---