Устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах

 

Использование: изобретение относится к области технической физики. Сущность изобретения: устройство содержит генератор импульсов, регулятор мощности, два излучателя, один из которых размещен в первой трубке, фотопреобразователь, электронный блок и блок регистрации. Введение переключателя диапазонов измерения, второй и третьей трубок с размещением в них второго излучателя и фотопреобразователя позволяет снизить влияние на выходной сигнал "шумовой" составляющей, исключить запыление оптических элементов пристеночными потоками частиц и соответственно повысить точность измерения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при измерениях концентрации твердых частиц в дымовых газах газоходов тепловых электростанций.

Известно устройство для измерения оптической плотности дымовых газов в газоходе, содержащее два излучателя света с источниками питания, расположенные взаимно перпендикулярно, и фотопреобразователь, размещенные в торцах стаканов, совмещенных с отверстиями в стенках газохода, соединенный с фотопреобразователем накаливающий прибор, блок коррекции, один из источников питания выполнен с регулируемыми выходными параметрами, причем блок коррекции подсоединен между показывающим прибором и источником питания с регулируемыми выходными параметрами [1] Недостатком устройства является невозможность прямых измерений концентрации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах, содержащее генератор импульсов, два излучателя, два ключа, входы которых соединены через элемент вычисления натурального логарифма с выходом фотопреобразователя сигналов излучателей, а выходы со входами вычитателя, выход которого подключен через усилитель с регулируемым параметром к входу регистрирующего прибора, причем один из излучателей размещен по оси трубки на ее конце, противоположный конец которой введен в газоход [2] Однако решение-прототип [2] не обеспечивает достаточной точности измерений из-за возможности запыления оптических элементов, прежде всего второго канала излучатель-фотопреобразователь и особенно при расширении диапазона измерений концентрации.

Задачей изобретения является создание устройства, характеризующего повышенной точностью измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах.

Предметом изобретения является устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах, содержащее генератор импульсов, вход которого подключен к выходу регулятора мощности, первый и второй выходы к первому и второму излучателям соответственно, электронный блок, информационный вход которого подключен к выходу фотопреобразователя, первый и второй управляющие входы к соответствующим выходам генератора импульсов, выход к входу блока регистрации, первую трубку, на конце которой по ее оси размещен первый излучатель, при этом другой конец первой трубки предназначен для введения в стенку газохода, которое согласно изобретению содержит вторую трубку, расположенную параллельно и рядом с первой трубкой, третью трубку и переключатель N-диапазонов измерения, электронный блок и блок регистрации снабжены дополнительными выходом и входом соответственно, которые соединены с входом и выходом переключателя N-диапазонов измерения, входы регулятора мощности соединены с соответствующими вторыми выходами переключателя N-диапазонов измерения, второй излучатель и фотопреобразователь размещены на концах и по осям второй и третьей трубок соответственно, другие концы которых предназначены для введения в противоположные стенки газохода.

Приведенная совокупность признаков позволяет исключить запыление оптических элементов, обеспечить дистанционное переключение диапазонов измерения и, таким образом, соответственно повысить точность измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах.

Изобретение имеет развитие, касающееся предпочтительного выполнения переключателя диапазонов измерения в связке с регулятором мощности. Согласно этому развитию переключатель N-диапазонов измерения содержит N пороговых элементов и N одновибраторов, а регулятор мощности N схем И, при этом вход переключателя N-диапазонов измерения подключен к входам пороговых элементов, выходы которых соединены с входами соответствующих одновибраторов, первые выходы одновибраторов являются первым выходом переключателя N-диапазонов измерения, а вторые подключены к первым входам соответствующих схем И, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами источника опорных напряжений, а выходы являются выходом регулятора мощности.

На фиг. 1 представлена схема устройства в целом. На фиг. 2 приведено внутреннее выполнение электронного блока, а на фиг. 3 блок-схема узла из регулятора мощности и переключателя, например, 2-х диапазонов измерения.

Устройство фиг. 1 содержит первый и второй излучатели 1 и 2, генератор 3 импульсов, регулятор 4 мощности генератора 3. Излучатели 1, 2 и фотопреобразователь 5 световых сигналов излучателей размещены по осям трубок 6, 7 и 8 соответственно на их концах, противоположные концы трубок предназначены для введения в газоход через стенку 9.

В стенках трубок 6, 7 и 8 в месте размещения излучателей 1 и 2 и фотопреобразователя 5 выполнены отверстия 10 для сообщения с атмосферой.

Выходной сигнал с фотопреобразователя 5 обрабатывается и регистрируется посредством электронного блока 11, переключателя 12 диапазонов измерения, блока 13 регистрации.

Электронный блок 11 (фиг. 2) содержит, как и в устройстве-прототипе, элемент 14 вычисления натурального логарифма, два ключа 15 и 16, вычитатель 17, усилитель 18 с регулируемым параметром. Дополнительно введен интегратор 19.

На фиг. 3 представлен узел из переключателя 12 и регулятора 4. Переключатель 12 для каждого из диапазонов измерения содержит пороговый элемент 20 и одновибратор 21, а регулятор схему 22 совпадения.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Электромагнитное излучение, формируемое излучателями 1 и 2, с помощью трубок 6 и 7 вводится в газоход. Степень поглощения электромагнитных волн, достигающих фотопреобразователя 5, для излучателя 2 больше, чем для излучателя 1, так как длина участка поглощения излучения для излучателя 2 больше на величину l.

Измерение концентрации K твердых частиц производится согласно выражению: где l расстояние между торцами трубок 6 и 7, введенных в газоход; j1 и j2 интенсивности излучения, измеренные фотопреобразователем 5, от излучателей 1 и 2 соответственно; a коэффициент, зависящий от среднего размера частиц, получаемых в результате градуировки устройства путем установки регулируемого параметра усилителя 18.

Генератор 3 формирует мощные импульсы поочередно на излучатели 1, 2 и синхронизирующие импульсы на ключи 15 и 16 блока 11, в котором производятся также операции деления и логарифмирования согласно приведенному выше выражению по определению концентрации K.

В случае, когда значение сигнала, поступающего через дополнительный выход с блока 11, достигает порогового уровня соответствующего элемента 20 переключателя 12, формируется кодовый импульс с одного из одновибраторов 21. Этот импульс регистрируется (записывается) блоком 13. Шаг переключателя 12 может быть выбран соответствующим изменению концентрации, например, на 2 г/м³ за время, не меньшее 10 с. Исключение возможности переключения диапазона при импульсных изменениях концентрации обеспечивается интегратором 19.

С другого выхода сработавшего одновибратора 21 подается сигнал на соответствующую схему 22 блока 4 (фиг. 3) и таким образом осуществляется регулирование мощности выходных импульсов генератора 3, возбуждающих излучатели 1,2.

Блок 13 может быть выполнен, например, в виде самописца с двумя входами.

Эксплуатация макета предложенного устройства и устройства-прототипа показала, что введение трубок 6 и 8 с возможностью размещения торца каждой из них во внутренней полости газохода (а не в его стенке) исключает запыление оптических элементов пристеночными потоками частиц. Кроме того, благодаря введению переключателя 12 снизилось влияние на выходной сигнал "шумовой" составляющей. Это позволило обеспечить большую точность измерения.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах, содержащее генератор импульсов, вход которого подключен к выходу регулятора мощности, первый и второй выходы к первому и второму излучателям соответственно, оптически сопряженным с фотопреобразователем, электронный блок, информационный вход которого подключен к выходу фотопреобразователя, первый и второй управляющие входы к соответствующим выходам генератора импульсов, выход к входу блока регистрации, первую трубку, на конце которой по ее оси размещен первый излучатель, при этом другой конец первой трубки предназначен для введения в стенку газохода, отличающееся тем, что оно содержит вторую трубку, расположенную параллельно первой трубке, третью трубку и переключатель N диапазонов измерения, электронный блок и блок регистрации снабжены дополнительными выходом и входом соответственно, которые соединены с входом и первым выходом переключателя N диапазонов измерения, входы регулятора мощности соединены с соответствующими вторыми выходами переключателя N диапазонов измерения, второй излучатель и фотопреобразователь размещены на концах и по осям второй и третьей трубок соответственно, другие концы которых предназначены для введения в противоположные стенки газохода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что переключатель N диапазонов измерения содержит N пороговых элементов и N одновибраторов, а регулятор мощности N схем И, при этом вход переключателя N диапазонов измерения подключен к входам пороговых элементов, выходы которых соединены с входами соответствующих одновибраторов, первые выходы одновибраторов являются первым выходом переключателя N диапазонов измерения, а вторые подключены к первым входам соответствующих схем И, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами опорных напряжений, а выходы являются выходом регулятора мощности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3