Оптический пылемер

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 N 21/53

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ В б

I (21) 4943224/25 (22) 26.04,91 (46) 30.03.93. Бюл, М 12 (71) Сибирский металлургический институт им. С.Орджоникидзе и Кузнецкий металлургический комбинат (72) В.А.Кузнецов и И.З.Глейзер (73) В.А.Кузнецов и И.З.Глейзер (56) Авторское свидетельство СССР

N. 479997, кл. G 01 N 21/53, 1977, Клименко А.П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли; М., Химия, 1978, с. 156-158, (54) ОПТИЧЕСКИЙ ПЫЛЕМЕР (57) Использование: оптический пылемер предназначен для измерения степени запыленности газов, Сущность: оптический пылемер содержит измерительную камеру 1, осветитель 2, фотоприемник 3, усилитель 4, регистрирующее устройство 5, заслонку 6, механизм 7 перемещения заслонки, экран

„„ЯЛ „„1 806346 A3

8, блок коррекции 9, блок 10 преобразования, первый блок памяти fi, блок 12 регулирования тока, блок 13 задания тока, второй блок памяти 14, третий блок памяти 15, блок вычисления 16, четвертый блок памяти 17, первый блок управления 18, второй блок управления 19, первый логический элемент

20, второй логический элемент 21, третий логический элемент 22, четвертый логический элемент 23, четыре индикатора 24 — 27, блок 28 формирования управляющих сигналов, причем осветитель 2 через измерительную камеру i оптически связан с фотоприемником 3, 3 - 4 - 9 - 1011 - 5, 10 -» 14 -» 16, 10 - 15 - 16, 16 -» 17 -» 18 -» 9, 17 - 20 - 2 4, 17

-» 2i -» 25, 17 -» 1 9 -» 12 — ° 2, 17

- 22 -» 26, 17- 23 -» 27,13 - 12, 28

- 11,28-» 14,28-» 15,28 -» 17,2ил, 3

1806346

Изобретениеотносится к приборамдля измерения запыленности газа оптическим методом.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности и качества настройки и рибора.

На фиг,1 представлена функциональная схема пылемера; на фиг.2 — диаграмма работы блока формирования управляющих сигналов U>, Uz, Оз, Оа сформированные в блоке для воздействия на управляющие входы соответствующих блоков памяти.

Пылемер (фиг. I) содержит измерительную камеру 1, осветитель 2, последовательно соединенные фотоприемник 3 и усилитель 4, причем световой поток от осветителя 2 проходит к фотоприемнику 3 через измерительную камеру 1, регистрирующее устройство 5, заслонку 6, механизм 7 перемещения заслонки, экран 8, перекрывающий при перемещении световой поток от осветителя 2 к фотоприемнику 3, а также последовательно соединенные блок 9 коррекции, блок 10 преобразований и первый блок 11 памяти, причем выход усилителя 4 соединен со входом блока 9 коррекции, а выход первого блока 11 памяти подключен к регистрирующему устройству 5, блок 12 регулирования тока, выход которого соединен с осветителем 2, блок 13 задания тока, выход которого подключен к первому входу блока 12 регулирования тока, второй 14 и третий 15 блоки памяти, входы которых подключены к выходам блока 10 преобразований, последовательно соединенные блок 16 вычисления и четвертый блок 17 памяти, причем выходы второго и третьего 14, 15 блоков памяти соединены с входами блока

16 вычисления, первый 18 и второй 19 блоки управления, входы которых соединены с выходами четвертого блока 17 памяти, причем выход первого блока 18 управления подключен к управляющему входу блока 9 коррекции, а выход второго блока 19 управления соединен со .вторым входом блока 12 регулирования тока, четыре логических блока

20 — 23, причем входы первого 20 и второго

21 логических блоков соединены с первым выходом четвертого блока 17 памяти, а входы третьего 22 и четвертого 23 логических блоков подключены ко второму входу четвертого блока 17 памяти, четыре индикатора 24-27, соединенные соответственно с логическими блоками 20-23, блок 28 формирования управляющих сигналов, четыре выхода которого подключены соответственно и управляющим входам четыре блоков па,мяти 11, 14, 15, 17.

Оптический пылемер работает в двух режимах: измерения и коррекции. Временные интервалы (циклы) указанных режимов формируют в блоке 28 формирования сигналов управления. Соотношение времени измерения и коррекции зависит от физических условий, в которых работает пылемер (температура и агрессивность окружающей среды, влажность, скорость движения частиц и т.д.).

В режиме .измерения световой поток

"0 проходит внутри камеры 1 через пыле-газовую среду, ослабляется и фиксируется фотоприемником 3, на, выходе которого формируется электрический сигнал, пропорциональный световому потоку. Этот сиг15 нал усиливается усилителем 4, выходное напряжение которого подается на вход блока 9 коррекции, который содержит усилитель с регулируемыми параметрами— коэффициентом усиления и смещением.

20 Блок 9 коррекции содержит управляющий вход, при помощи которого можно корректировать напряжение смещения (либо коэффициент усиления) усилителя. В режиме измерения параметры усилителя имеют по25 стоянную величину (не корректируются), Сигнал из блока коррекции поступает в блок

10 преобразований, где осуществляется его преобразование в соответствии с зависимостью, определяемой иэ закона Бугера-Лам-.

30 берга-Бера: I = 4е, или после несложных преобразований:

35 . где с- величина запыленности пыле-газового потока, проходящего через камеру 1;

I — интенсивность светового потока, падающего на фотоприемник при эапыленно40 сти среды, равной С;.

I> — интенсивность начального светового потока при отсутствии в камере пыли (С =

0); ю — коэффициент поглощения и тол45 щина.слоя пылегазовой среды (постоянные величины).

Сигнал с выхода блока 10 преобразований поступает в первый блок 11 памяти, где происходит хранение информации в период

50 процесса счета в блоке 10 преобразований, а также запись новой информации после производства вычислений в блоке 10. Кроме того, хранение информации требуется также при работе прибора в режиме коррек55 ции. Информация из блока 11 памяти поступает в регистрирующее устройство 5. используемое для визуального определения запыленности, Для стабилизации и точной регулировки тока осветителя в схему введен регулятор 12

1806346 чины задания на ток в блоке 13 задания), так 15 и автоматически (за счет изменения напря40 тельную камеру 1 пылегазового потока и 45

50 отличаться от значений калиброванной запыленности сн и ск (Хнфсн, ХкфcK), TQ блок 55 тока, который представляет из себя последовательно соединенные решающий усилитель и усилитель мощности, в выходной цепи которого включен осветитель 2. На вход решающего усилителя поступают сигналы задания на ток с блока 13 задания тока, обратной связи по току осветителя, а также коррекции от блока 19 управления.

Низкая инерционность и значительный коэффициент усиления регулятора 12 тока позволяют с высоким быстродействием и точностью стабилизировать, а также при необходимости регулировать ток осветителя 2 как вручную (например, изменением велижения корректирующего сигнала от второго

19 блока управления). Известно, что начальный световой поток 4 пропорционален току осветителя, поэтому регулирование токов приводит в конечном итоге к воздействию на световой поток, В процессе старения, а также под действием внешних условий параметры прибора изменяются, что приводит к снижению точности показаний предварительно откалиброванного устройства. Такие воздействия как запыление оптики или старение осветителя вызывают. изменение начального светового потока 4; другие воздействия, как, например, изменение температуры окружающей среды, напряжения питания и т.д. приводят к изменению сквозного коэффициента усиления Ки и нарушению балансировки усилителей, когда при нулевом значении сигнала на входе и выходе усилителя появляется напряжение (т.к. дрейф нуля). В связи с этим реальные показания прибора будут отличны от величины измеряемой запыленности.

При длительной эксплуатации требуется оистематически проверять точность измерения прибора, Для выполнения проверки прекращается подача в измерипосле оседания пыли между осветителем 2 и фотоприемником 3, последовательно устанавливаются экраны 8 из материала с калиброванной прозрачностью, которые имитируют запыленность с„и с„, соответствующие начальной и конечной граничным точкам шкалы прибора. Если показания Хь и Хк прибора в этих точках шкалы будут вычислений 16 сформирует два корректирующих сигнала, один из которых будет регулировать начальный световой поток 10, а другой — смещение усилителя, установленного в блоке коррекции.

10

В режиме коррекции параметров устройства по сигналу, сформированному в блоке 28 формирования управляющих сигналов, включается механизм 7 перемещения заслонок, скользящие заслонки 6 перекрывают прорези в измерительной камере 1 и тем самым прекращается подача пыле-газового потока. Одновременно с появлением сигнала на механизм 7 перемещения заслонок в блоке 28 формируется сигнала U<, поступающий на управляющий вход первого блока 11 памяти (см,фиг.1), который переходит в режим хранения информации, когда сигналы, полученные в режиме записи, запоминаются и постоянно присутствуют на выходе блока 11 памяти, а также на регистрирующем устройстве, При этом вход блока 11 памяти блокируется, и изменения входного сигнала.не влияют на

его выходные параметры, После оседания пыли в измерительной камере 1 через нее проходит максимальный световой поток, соответствующий нижней граничной точке шкалы прибора (обычно нулевой точке шкалы — отсутствие запыленности cH = О). Информация, пропорциональная максимальному световому потоку из блока

10 преобразований поступает во второй блок 14 памяти, где записывается и присутствует на выходе блока, Управляющий сигнал на запись Uz поступает на управляющий вход блока 14 с задержкой по отношению к первому управляющему сигналу U>, определяемой временем Л t1 движения заслонки

6 и оседания пыли. С выдержкой времени

Л t, необходимой для надежной записи информации, управляющий сигнал Uz снимаетСя, и второй блок 14 памяти переводится в режим хранения; при этом информация на выходе блока 14 будет иметь постоянное значение независимо от сигнала на его входе.

По управляющему сигналу, сформированному в блоке 28 в момент окончания записи информации во второй блок 14 памяти, приводится в движение экран 8 с калиброванной прозрачностью, который перекрывает световой поток. Последний ослабляется до минимального значения и соответствует верхней граничнбй точке прибора (имитация предельной для данного измерителя запыленности ск). С задержкой

Л tz по отношению к заданному фронту управляющего сигнала Uz, определяемой временем установки экрана 8, на управляющий вход третьего блока 15 памяти поступает сигнала управления Оз, сформированный в блоке 28. При этом информации, соответствующая минимальному световому потоку, 1806346

20

30

50 из блока 10 преобразований записывается в третий блок 15 памяти. Затем с выдержкой времени Л t управляющий сигнал 0з снимается и третий блок памяти переходит в режим хранения информации (по аналогии со вторым блоком). Таким образом, на входе блока 16 вычисления присутствует информация Хн и Х», записанная в двух предельных точках шкалы прибора при имитации запыленности сн и с». Зта информация обрабатывается в блоке 16 вычислений, где определяЮтся величины двух сигналов (коррекции тока. осветителя и смещения усилителя). Сформированные сигналы поступают на вход четвертого блока 17 памяти. По четвертому управляющему сигналу U4, сформированному в блоке 28 с задержкой по отношению к заднему фронту сигнала 0з, определяемой временем Л тз вычислений блока 16, блок 17 памяти переводится в режим записи, а затем, после снятия управляющего сигнала в режим хранения;.при этом информация записывается в четвертый блок

17 памяти, запоминается и хранится на выводе блока 17 в течение всего следующего цикла измерений прибора (после окончания коррекции), Сигналы из четвертого блока 17 памяти поступают в соответствующие блоки управления, первый блок 18 осуществляет корректировку смещения усилителя в блоке

9 коррекции, а второй 19 — тока осветителя в блоке 12 регулирования тока, На этом цикл коррекции заканчивается и по соответствующим сигналам управления приводятся в движение экран 8 и механизм 7 перемещения заслонок. После установки экрана 8 и заслонки 6 в первоначальное положение (время Л и) в измерительную камеру 1 поступает пылегазовый поток и начинается процесс его измерения.. В приборе предусматривается сигнализация при появлении на выходе четвертого блока 17 памяти предельно допустимых минимального или максимального значения сигналов. Формирование сигналов на включение индикаторов 24-27 осуществляется логическими блоками 20-23, одна пара которых 20-21 контролирует минимальный и максимальный сигналы, поступающие на первый блок 17 управления смещением усилителя блока 9, а вторая пара 22-23 — соответствующие сигналы, поступающие на второй вход блока 12 регулирования тока осветителя, Включение одного из индикаторов 24-25 указывает на предельные значения сигналов по каналу управления смещением, что приводит к необходимости вручную изменять величину смещения усилителя в блоке 9. При включении одного из индикаторов 26-27 требуется ручная подстройка установки задания тока U T в блоке

13 задания тока.

При работе прибора с предельными корректирующими сигналами точность его показаний снижается.

Применение предложенного пылемера позволит улучшить качество настройки и соответственно точность процесса измерений, а также упростить и ускорить процесс коррекции, который в.отличие от прототипа выполняется автоматически.

Разработанный оптический пылемер может найти применение для повышения качества работы пылегазоочистительных установок, осуществления контроля постоянных и особенно залповых выбросов в агмосферу.

Формула изобретения

Оптический пылемер, содержащий последовательно установленные осветитель, измерительную камеру, заслонку с механизмом перемещения заслонки, экран, фотоприемник, а также усилитель и регистрирующее устройство, причем осветитель через измерительную камеру оптически связан с фотоприемником, а выход фотоприемника подключен к усилителю, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и качества настройки, в него введены блок коррекции, блок преобразования, первый, второй, третий и четвертый блоки памяти, блок регулирования тока, блока задания тока, блок вычисления, первый и второй блоки управления, первый, второй, третий и четвертый логические блоки первый, второй, третий и четвертый индикаторы и блок формирования управляющих сигналов, причем выход усилителя подключен к входу блока коррекции, управляющий вход которого соединен с выходом первого блока управления, выход блока коррекции соединен с входом блока преобразования, выход которого соединен с входами первого, второго и третьего блоков памяти, выход первого блока памяти подключен к регистрирующему устройству, выходы второго и третьего блока памяти подключены к первому и второму входам блока вычисления, выход которого подключен к входу четвертого блока памяти, первый выход которого подключен к входу первого блока управления и входам первого и второго логических блоков, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго индикаторов, второй выход четвертого блока памяти подключен к входу второго блока управления и входам третьего и четвертого логических блоков, выходы которых под1806346

С/Л:Р Я М /С/

Составитель В.Кузнецов

Техред М.Моргентал Корректор А,Обручар

Редактор

Заказ 973 Тираж 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, 101 ключены соответственно к входам третьего и четвертого индикаторов, первый, второй, третий и четвертый выходы блока формирования управляющих сигналов подключены соответственно к управляющим входам первого, второго, третьего и четвертого блоков памяти, выход второго блока управления подключен к управляющему входу блока регулирования тока, вход которого подключен к выходу блока задания тока, а выход — к входу осветителя, причем осветитель вы5 полнен с возможностью управления световым потоком.