Устройство для измерения концентрации угольной пыли

 

1,„,,„„ о п и с м - и к а

ИЗОБРЕТЕНИЯ! .(u) 734539

Союз Советскин

Социалисткческик

Респубпик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 01.06.77 (21) 2491533/18-25 (5) )M. Кл.

6 01 N 15/02 с присоелннением заявки ¹

Государственный комитет (23) Приоритет

ССЕР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.05.80. Бюллетень ¹ 18 (53) УДК 539.

° 21 5 (088.8) Дата опубликования описания 18.05.80

П. № Сопрунюк и А. A. Пац (72) Авторы изобретения

Физико-механический институт АН Украинской CCP (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ KCHUEHTPAUHA

УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ

Изобретение относится к приборам цля измеречия концентрации пьцпт.

Известно устройство для измерения концентрации пыли f1), содержащее источник излучения, приемник излучения, усилители, модуляторы и регистрирукеций прибор.

Однако это устройство не обеспечивает достаточной точности измерений и имеет ограниченный диапазон измерений, что обусловлено нестабильностью светового потока источника излучения, неста бильностью усилителей и наличием. дрейфовых составляющих

Наличиe механических модуляторов для 15 выделения малых уровней переменных составлякецих, необходимость стабилизации вращения модулятора и стабилизации уси. лителей, применение фотоэлектронных ум. ножителей, имеюших сильные зависимос 2О ти or температуры) магнитных полей и нестабильные параметры Во времени, требунхцие искробезопасного исполнения для угольных шахт. Все эти недостатки ис2 сочают: возможность применен подоб ных датчиков для измерения MBJ1blx KoR центраций ужльной пыли

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является светочувствительный датчик 2 ), содержащий два оптических канала, каждый из которых содержит фото1 диод, подключенный анодом к инвертирукецему входу операционного усилителя, выход которого через резистор обратной связи соединен с инвертирующим входом операционного усилителяОднако изменения чувствительности такого светодатчика при изменении тем» пературы, присучствие напряжения на выхОде операционного усилителя при неосваценном фотодиоде, возникакецего за счет темновых токов фотодиода и дрейфовых напряжений операционного усилителя вюзсят погрешности при измерении малых световых потоков, а следовательно и малых концентраций пыли, и ограни

7 345 39 4

Когда напряжение U соответствует щ роговому световому потоку Р который регистрирует (erne чувствует) фотодиод фотоприемника 1, то изменение суммы напряжений 0, + Ugr соответствует измене нию порогового светового потока, а следовательно и изменению чувствительности или ее ограничению в светодатчике.

Ограничения по пороговому потоку и его

10 нестабильность ограничивают чувствительность светодатчика в зоне малых м концентраций C ; пыли, так как минимальная измеряемая концентрация определяется выражением Cmm Фц,в/ a "

15 1 де к параметр ОптическОго канала ен пылемера.

Для устранения влияния суммы напря» жений U„ О р .необходимо ее запоминание, сравнение {или вычитание) с об20 шей суммой напряжений U +U р 0 р и получение результирующего напряжения, Равного (У о„Ро р) -{U T t 0qp = о,рПоэтому предложенный фотодатчик для з измерения малых концентраций угольной

25 пыли работает циклически, причем повтор асщийся цикл разбит на два равных такла, которые задаются вычислительным устройством. В первом такте осуществляется запоминание в запоминаюЗ0 щем устройстве 5 суммы напряжений

0»+U>> {такт коррекции). Во втором о такте осуществляется получение íà выходе усилителя 3 полезного напряжения

Оср посредством подачи на неинвертирую35 щий вход усилителя 2 от запоминаю= шаго устройства 5 суммы напряжений

U wUqp, a на инвертирующем,цхо де будет присутствовать суммы напряжений (9 (у + (- 4 (фаза 0т U p + Oq равна фазе

40. (3 + Ц р ), тогда дифференциальный вход усйлителя.2 осуществит вычитание суммы напряжений 0 а 9Р из суммы напряжений U++U»+ U>p (рабочий такт). Инвертирующий усилитель 3 необходим для

45 записи в запоминающее устройство

5 синфазной суммы напряжений )„р+О р

ПО отношению к приведенной на иивертирукиций вход усилителя 2 сумме напряжений О,р+ U, +О,,, Когда закрыт

50 светозатвор 6, фотодиод 1 затемнен и тогда мОжнО измерить сумщГ напряжений Uqcp - g р ° чнщают динамический диапазон и Т вительность светодатч ика..

Белью изобретения является уменьшение погрешности, повышение чувствительности и расширение динамического диапазона измерения.

Liamü достигается тем, что в предлагаемом устройстве выход светодатчика под ключен к инвертируккпему усилителю, а выход инвертируккиего усилителя через ключ подсоединен K запоминаквцему усчъ. ройству, которое включено одним выходо к неинвертируки ему входу светодатчика вторым к корпусу, а перед фотоприемни ком светодатчика устанавливается светозатвор, вход управления которого соедин с ключом и тем, что два фотодатчика для измерения малых концентраций угольной пыли через ключи подсоединены к вычитакнцему устройству, а входы ключей фотодатчиков обьединены и подключены к блоку управления.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства, которое состоит и двух идентичных блоков 1 и Ц, каждыя из которых содержит фотоприемник 1, сое диненный с операционным усилителем,2 (являются светодатчиком); к выходу уси лителя 2 подключен инвертирующий усилитель 3; ключ 4 подсоединен к усилителю 3 и запоминающему устройству 5, запоминающее устройство 5 подсоединен к неинвертирующему входу светодатчика (усилителя 2); светозатвор 6 и вход ключа 4 подсоединены к прямому входу блока управления 7 ключи 8 и 9 соединяют выходы усилителя 3 с вычитакщим устройством 10, входы ключей 8 и 9 подклю чены к инверсному выходу блока управл ния 7.

На выходе операционного усилителя

2 светодатчика присутствуют напряжени от темпового тока фотодиода 1 tlat и на пряжение U gp дрейфа Операционного уси лителя 2. На выходе усилителя 2, кром полезного напряжения U ф, Hecp@его информацию о измеряемом световом йотоке присутствует сумма напряжений

u +u, <»

Изменения во времени.и от температуры суммы напряжений р+ gp оказываются как изменение светового пото падаккцего на фотодиод, что вносит потьрешность в измерение светового потока 9, ослабленного пылью, поскольку между изье ряемой ко1щентрвцией С и принимаемым световым потоком Ж существует зависимость Р = Р„<> р, где (-< )

<Ро падакзпий на пыль световой поток. фстодаччик работает следукшим образом, Блок управления 7 вырабатывает сиз нал первого тайга, тогда одновременНО закрываются светозатвор f и ктпоч

5 7 345

4 и открываются ключи 8 и 9, поэтому вывод усилителя 3 через ключ 4 подклю-чается к запомииаюшему устройству 5. и в нем происходит запись суммы напРЯжений А ч qp Затем блок управления 7 вырабатыйает сигнал вто рого такта, и одновременно открываются светозатвор 6 и ключ 4 и закрываются ключи 8 и 9 и на инвертирукщий вход усилителя 2 поступает сумма на- 1о щ66кений асср 0 + о р G на неинвер тируюший вход усилителя 2 поступает сум. ма напряжений ;,„+ "ф и.- следовательно на выходе усилителя будет только напряжение 35

Для уменьшения погрешности, повышения чувствительности и расширения. диапазона измерения двухканальных| фотодатчиков каждый из предложенных фотодатчиков через ключи 8 и 9 в рабо- 20 чий такт подключается к вычитатсщему устройсжу 10, которое вычитает сигна лы с блоков т и П

Фотодатчик для измерения малых кон» 1 центра ий угольной пыли позволяет уменьшить погрешности, повысить чувствительность и расширить диапазон измерения в зоне малых концентраций пыли. Положительный аффект достигается предложен- щв ной схемой и цикличностью ее работы, 39 6

Формула изобретения

1. Устройсщо для измерения кон центраций угольной щ цти, содержашее два оптических канала, каждый из которых содержит корпус, источник излу чеканя, светодаччики, включаюшие фотодиоды, подключенные к усилителям о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности, ювствительности и расширения диапазона измерений, выход светодатчика подсвечен к инвертируюшему усилителю, а выход ин вертируюшего усилителя через ключ под соединен K запоминаюшему устройству, которое подключено одним выходом к неинвертируюшему входу светодатчика, а-вторым к корпусу, причем перед фотоприемником светодатчика установлен светозажор, вход управления которого соединен с ключом.

2. Устройство по и,-1, о т л и ч аю m е е с я тем, что оптические кана» лы через ключи подсоединены к вычитакнцему устройству, а выходы ключей подключены к блоку управления.

Источники информации,;. принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Англии М 1320966, нл; С 1, 1968.

2е шлейх роника, 1 97 1 у 34 1 1, с 30-35, (прототип).

7 34539

Составитель З. Скорняков редактор И, Шубина Техред Ж. Кастелевич Корректор С. Шекмар

Зарю 2156/48 Тираж 1019 Подписное

UHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4