Способ автоматического измерения концентрации пыли в газовоздушных средах

 

СОО." СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК

175851у А1

<5 "з G 0" М 5/02

ГОСУДАРСТВ . НЫЛ КОМИТЕ Г

ПО.ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕl-! Êß

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 4811807/25 (22) 09.04.90 (46) 30.08.92. Бюл. М 32 (71) Институт газа АН УССР (72) В. И, Тупихин, П. В. Костогрыз и О. Н.

Сидельникова (5б) Патент Великобритании М 1328075, кл.

6 01 N 21/02, 1975.

Optical double channel powder meter.—

Chemie Ingenier tecnik. 1973, M 1, р. 40.

Изобретени. относится к способам измерения ко:. центрации пыли газовоздушных сред с помощью оптических методов и может быть использован в промышленности строительных материалов, в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен способ измерения концентрации пыли, при котором исследуемую запыnåííóþ среду освещают, а рассеянный пылью под углом 70 световой поток измеряют и используют для определения концентрации пыли и калибровки при градуировке устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения концентрации пыли, осуществляемый в оптической двухканальном пылемере, в котором освещают исследуемую пыль в рабочем канале и оптический зталон светорассеяния, регистрируют одним и тем же фотоприемником и сравнивают излучения, рассеянные измеряемой пылью и оптическим эталоном светорассеяния, усиливают и оптическим клином в канале сравнения компенсируют рассогласование и определяют концентрацию измеряемой пыли. (54} СПОСОБ ABTQMATi i lEÑ!ËÃÎ ИЗ у1:РЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ l!LlflN В Г>ЗОВОЗДУШНЫХ СРЕДАХ (57) Использование; исследование пыли в газовоздушных средах оптическим1 методами. Сущность изобретения: искл.ачен .е индивидуальной градуиравки для каждого вида пыли за счет использования имитатора-эталона, на который нанесена исследуе мая пыль. 1 з. и. ф-лы, 1 ил, В данном способе измерения концентрации фактическ сравнивают всегда различные характеристики рассеян 1я рабочего (газовоздушная запыленнал среда} и канала сравнения (оптические средства рассеяния и ослабления светового noTQKB); ачи постоянны у оптического эталона рассеяния и переменны у исследуемой пыли, так .ак зависят от вида и концентрации ее в пот ке.

Кроме того, оптический клин (фильтр переменной оптической плотности), используемый для компенсации рассогласования интенсивностей светорассеяния г о двум каналам, изменяет интенс;,внасть светового потока, падающего на оптический зталон светорассеяния на сохраняет постоянство освещаемой площади, чта увеличиьает ра;-;— личие характеристик рассеяни". па каналам.

Отсюда следует и основной нсдостат-к известного способа измерения: необходимость индивидуальной градуиравки на каждый вид пыли. А эта неудобства, существенные затраты. и, чта самое главное, снижение точнссти измерен, за счет дополнительной пагр шнасти метода

cpe+cTB l p3p Mpoel:., K0TopBR в HBOToRutee время может достигать 257 . Дополни1758519 тельно на снижение точности заметное влияние оказывает неидентичность характеристик светорассеяния в обоих каналах, в том числе и изменение их в диапазоне измерения концентрации пыли.

Цель изобретения — повышение гочности измерения. . Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического измерения концентрации пыли в газовоздушных средах путем освещения одним и тем же источником света исследуемой пыли в рабочем и эталона в сравнительном каналах, регистрации одним и тем;::;, фотоприемником интенсивностей интегрального рассеянного излучения, сравнения, усилия, компенсации рассогласования оптических сигналов и определения концентрации пыли, согласчо изобретению, регистрацию излучения в канале сравнения осуществляют с использованием плоского имитатора исследуемой пыли, взвешенную массу которой равномерно распределяют на оптически прозрачной подложке и стационарно закрепляют оптически прозрачными липким слоем, компенсацию разности интенсивностей интегрального рассеяния излучения в каналах осуществля от изменением площади освещаемой поверхности имитатора исследуемой пыли.

В предлагаемом способе измерения сравнением интенсивностей интегрального светорассеяния одними и теми же исследуемыми частицами в Обоих каналах фактически выполняют сравнение масс одной и той же пыли: в рабочем канале — в известном постоянном освещаемом объеме, в канале сравнения — на определяемой (измеряемой) освещенной площади плоского имитатора исследуемой пыли, общая равномерно распределенная масса которой известна. Следовательно, при равенстве интенсивностей интегрального светорассеяния в обоих каналах по величине освещаемой площади плоского имитатора исследуемой пыли определяют массу исследуемой пыли на плоском имитаторе и в освещенном объеме (они равны). Зная массу пыли в рабочем освещаемом объеме (величина постоянная) и долю его в исследуемом объеме лагко определяют абсолютную концентрацию. !лл этого нет необходимости градуирсва .ь прибор, На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа измерения концентрации пыли.

Предлагаемый способ осугцествляют с использованием двухканальной опти«еской схемы, в которой излучение от источни<„-;, W через зеркала 2, 3 и линзы 4, 5 направляют

У (по двум каналам — рабочему и каналу сравнения. На выходе линз 4, 5 формируют два идентичных, одинаковой интенсивности п„яка параллельных световых лучей, которые модулируют обтюрзтором 6 с одинаковой, но сдвинутой по фазе нз "80". частотой.

В рабочем канале гараллельным пучком лучей, сформированным линзой 4, Освещают измерительный объем 7, содер::.::акций

Взвешенные частицы исследуемойл пыли.

Рассеянное исследуемой пыль в направлении 9 излучение собирзкт лин";oA 8 и с помОщьк) 38pKiëç нзправлягот нз фотоприемник .0..

Параллельно в канале сравнени» сформированный линзой 5 и равный по интенсивности поток излучения направляют через регулируемую диафрагму 11 на плоский ими) атоо 12 той же исследуемой пыли.

Регулированием отверстия Диафрагмы 11 изб еняют поперечное сечение светового потока, При этом изменяют только размер освещаемой площади, то есть изменяют пропорциональную площади долю общей взвешенной пыли плоского имитатора исследуемой пыли, а интенсивность светового потока на единицу освещаемой площади (пыли) остается постоянной. Благодаря этому сохраняют псс-Оянство характеристик и тег„ :зл:,ного светорассеяния в канале сравнен . во всем диапа:- оне измерения ко, центра ции. Иэ ".учение, рассея н нов частицами освеьценной дол; взвешснной в равHoi )8oHo расо;.еделен ной нз плоском имитаторе."сследуемой пьо., в том же направлении О, собирают линзой 13 и через

3 -. .ркало i 4 нзпоавля от так же на фа) Оооиемни, 10

Измен «ие концентоаци л иссле„-,.уемой

nыли, рзссеиваюшей излуче;-гие в Освещаемом измерительном Объеме, вызывает появлание г epеменной нз фо) ".npH8,",;iä"..,"",- 10, сигнала рассогласования:",з вь ходе усилите л я 1 5., которыЙ подают H 8 4 c no ë H è i8n ü H û É механизм 16, переме цаю ц; и заслонку Диафрагмы 11. Перемещень.с .::.:.ланки Ди фрагмы 11 вызывает изменение О вещземаи площади плоскоГО имитдто )а исс! 8, )усмой пыли, ТО есть изменяет Осве ц;- .:-ч:едали равномерно распределенной и взвс.ь нной пыли, рассеивак)щей падзюв„ 88 с пc:гоянной интенсивностью излучение. Пе;;емес)ение заслонки буд8Т П1)одолжаться ДО ДО".тиже ния „-авенства опти" вских сиен -moo оассея нного излучения зналОГичными чз".тицзми и ыл 1: в Обоих KBHGë:!х, то есть !:„ o Достиже ния равенства кали, ств пыл.л. ocвещаемь1х в V3t i8i- Игел,Ном Объеме 7 Jl H iif oC;:;o, ) ими га .Оае иccfit ä! 8ìoé пы) ;, .::. Г :., р -ме

Ще« : Э ":.ЗСЛОНКИ СВЯЗ:;НО ОРОС и фУН -:,:ИО1758519 нальной зависимостью со шкалой концентрации пыли 17, по которой фиксируют ее абсолютное значение, Плоский имитатор исследуемой пыли выполнен в виде оптически прозрачной подложки, .-а поверхности которой равномерно расг!ределлют — î÷íî взвешенную массу (кол)1«ес íо) исследуемой пыли и стационарно закреплл)от оптически прозрачным липким слоем. Излучение, прошедшее через плоский имитатор исследуемой пыли, в кг)нце канала сравнения поглощается ловушкой 13, Л р и м е р. Источником освещения 1 освещают частицы пылевоздушного потока, прокачиваемога через измерительный обьем рабочего канала 7. Концентрацию угольной пыли (фракция d = 0,2 мм, у = 1,4 мг/мм, концентрация СУ=150 мг/м ), в поз токе задают генератором пыли с точностью 0,5%. Освещаемый измеритегьный обьем рабочего канала.равен С дм, а количество контролируемой пыли в измерительном освещаемом объеме равно посв. = 1,5 мг, Тем же источником излучения 1 с той же интенсивнасrью параллельно освещают часть глощади г)лоского имитатора 12 тай . ке исследуемой пыли в канале сравнения, Имит тор исслед,емай пыли выполняют иэ плос):ай оптически . розрачной с полирог ва ;ньвм пла=костями подложки, на 100 см которой равномерна:-:ерез сито с отверстиями d=-0,2 мм и гасс-ояниями между ними, равными l=4,8 мм, наносят и стационарно, с помощью ог:тически прозрачного тонкого липкого слоя (вазелин, глицерин) закрепля)от частицы исследуемой пыли. Да и после нанесения исследуемой пыли его взвешивают на аналитических весах высокой точности, например, )иг)а 180 0 и определяют массу равномерно нанесенной и стационарно закрепленной исследуемой пыли п1у=4,3 мг, с предельной погрешностью д =1,16 %; плотность распределения по поверхности

4Д

p = - г = С.043 мг/см, Неравномерность распределения частиц по поверхности (S=-",00см ) контролируют сравнением интенсивностии рас .. ея ния отдельными участками паверхнас, и глоского имитатора исследуемой пыли. Неравномерность распределения частиц, та есть погрешность измерения массы в диапазоне изменения освещаемой площади имитатора исследуемой пыли с учетом неравномерности светового потока в поперечном сечении не превышает 0,6 % (дп =0.6 %) 5

=(.706 =; l,3%

Основные показатели (режимы) вы элнения известного способа (базовый обье.:т) и предлагаемого способа при измерении концентрации различных вида!) пыли (пыль угольная, фракция d=-0,2 мм,", =- l,4 мг/мм ., пыль кварцевая б= 0,2 MM, "; ==- 6,5 м;, мм" и у Гол ь и э я и ы л ь то и же ф р а к )! ": и, и р!» м . 3

5}, на с расстоянием между отверст)1. )м!:, сита l — -3,8 мм) представлены.:-» блице, 30

Интенсивность рассеянного исследуемой пылью интегрального излучения в рабочем канале сравнивают с интенсивностью рассеянного такой же пылью излучения в канале сравнения. Разность интенсивностей, рассеянных излучений,. компенсируют изменением площади освещения 31 плоского имитатаоа исследуемой пыли в кана е сравнения; при достижении равенства замеряют освещаемую площадь S>=34,9 см .

При этом погрешность измерения площади при погрешности линейного измерения 0,5 мм дв = 0.00007%.

Доля массы освещаемой пыли на поверхности плоского имитатора пыли пр«

31=34,9см равна л10св=Я)р=34,9 0,043=1, мг, что соответствует массе пыли, освещенной в измерительном объеме рабочего канала macy.=1,5 мг, а следовательно,. и концентрации исследуемой (угольной) пыли

150 мг/м которую определяют также и по шкале 17. Верхний предел измерения концентрации угольной пыли при указанных выше данных плоского имитатора исследуемой пыли (5=100 см, d--0,2 мм 1=4,8 мм, 2

G= 4,3 мг и p = 0,043 мг/см") составит

Смаке= S p 100 =100 0,043 100=430 мг/м, Коэффициент связи между концентрацией пыли и освещаемой площадью плоского имитатора исследуемой пыли составляет K=C/S=4,3. При этом предельную погрешность измерения массы исследуемой пыли на освещаемой поверхности плоского имитатора исследуемой пыли, а следовательно, и массы пыли в исследуемом освещаемом объеме и ее концентрации в исследуемой среде определяют по предельным погрешностям взвешивания д м=1,16%, распределения частиц на плоской говерхности имитатора исследуемой пыли совместно с неравномерностью интенсивности светового потока rio сечению д н=0,6%, и определения освещаемой площади плоского имитатора исследуемой пыли д,=0,00007 %, т,е, д, =I!1,16) + (0,6) +r0.00007) 1758519

Основные показатели (режимы) способов измерения концентрации пыли

Показатели

Базовый объект

Предла гаемый способ

Концентрация измеряемой пыли

1<0

150

Плоский имитатор .массы пыли

Частицы, мм

0,2

0,2 0,2

0,2

Общая площадь имитатора массы, смз

100

100

Расстояние между частицами, мм

Совещаемая площадь при измерениях, см2

34,9 18,5 7,5

0-400 0-800 0-2000

2I,4

Шкала, мгlмэ

0-700

Предельная погрешность измерения, Ф

1,3

0,86 0,65

0,93

Гсть

Нет

Нет Нет

Нет

Реализация предлагаемого способа исключает индивидуальную гоадуип)вку и влияние неинформативных параметров измеряемой среды и тем самым позволяет сравнительна простыми средствами обеспечить прямое измерение концентрации пыли в абсолютных единицах, в 10-20 раз повысить точность измерения и упростить органиэацию контроля и измерения в широком диапазоне концентраций различных видов пыли одним и тем же прибором.

Формула и зоб ретен и я

Способ автоматического измерения концентрации пыли в гаэовоздушных средах путем освещения одним и тем же источником света исследуемой пыли в рабочем

Необходимость индивидуальной градуировки канале и эталона в сравнительном канале, регистрации одним и тем же фотоприемником интегрального рассеянного излучения, сравнения, усиления, компенсации сигна5 лов рассогласования каналов и определения концентрации пыли, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, регистрацию излучения в канале сравнения осуществляют с использова10 нием плоского имитатора исследуемой пыли, взвешенную массу которой равномерно распределяют на оптически прозрачной подложке и стационарно закрепляют оптически прозрачным липким слоем, а ком15 пенсацию сигналов рассогласования каналов осуществляют изменением площади освещаемой поверхности имитатора исследуемой пыли, 2 3 4 (окись 5 (уголь } (кварц} цинка) (уголь ) 1758519

Составитель В.Тупихин

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Моргентал Корректор С. Патрушева

Заказ 2994 Тираж

4 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10