Способ определения концентрации аэрозоля и устройство для его осуществления

 

Союз Советсниа

Соцнапнстнчесима

Республик

ОП ИСАЙ

ИЗОБРЕТЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТ (6 l ) Допол и и тельное к а вт с вид- ву (22) Заявлено 26.11.79 (21) 2844 с присоединение)и заявки Ж

1оаудврсткиный комитат

СССР (23) Прморигет— ао долам изобретений и открытий

Опубликовано 23.08.81. в) а)а опубликования описани (I

И. К. Решидов, Д. Л. Зеликсон и Н. Г. By кова " (72) Авторы изобретения (7 I ) заявители (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

АЭРОЗОЛЯ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУ1ЦЕСТВЛЕНИЯ может быть выражена следующим образом.

3;=3о(3 „S), 5 где 30 а

ЮЬч РКа... )

Ъ (2) где P — коэффициент, определяемый геометрией электродов, ограничиввклцих обьем разрядного промежутка, и предельной концентрацией пыли, запирающей корону (1 0);

К "1. — зависит от диэлектрической постоянной материала частиц в оаределяет степень экранировкв частиц электрического поля;

t — время зарядки частицы;

Изобретение относится к методам и средст. вам исследования физических свойств веществ в части определения концентрации частиц,.взвешенных в газе и может быть применено для контроля концентрации и количества пыли в промышленных выбросах с целью защиты окружающей среды от загрязнений.

Известен способ определения концентрации в потоке аэрозоля, включающий предварительную зарядку частиц в поле коронного разряда и последующее измерение индукционного заряда, наведенного частицами в измерительном электроде (1) .

Наиболее близким к предлагаемому по технической суицюсти и достигаемому эффекту является способ определения концентрации аэрозоля, включающий регистрацию тока коронного разряда, созданного в потоке аэрозоля, при этом разрядный ток уменьшается пропорционально концентрации частиц, а точнее, поверхности часпщ в единице объема аэрозоля.

Указанная зависимость с достаточной точностью — начальный ток коронного разряда в отсутствии пыли; — измеряемая ксащентрация; — коэффициент зарядки, причем

4 концентрации путем устранения погрешностей, обусловленных пульсациями начального тока короны и скорости потока прн повышенных скоростях, преимущестьенно, в промышленных газоходах (дымовых трубах и т,д.).

Поставленная цель достигается способом определения концентрации аэрозоля, включающим регистрашно тока коронного разряда, созданного в потоке аэрозоля.

1О Предложенный способ отличается от известного тем, что концентрацию определяют в процессе зарядки или перезарядки частиц по измеренному отношению токов в трех расположенных вдоль потока локальных зонах коронного разряда и соответствующих этим зонам коэффициентам зарядки, вычисленным по скорости потока, найденной из отношения разности токов в трех последовательно расположенных зонах разряда, а по концентрации и скорости рО судят о расходе пыли.

Теоретические основания определения концентрации аэрозоля, скорости потока и расхода пыли.

Пусть с каждого измерительного электрода

7 — 9 снимается ток, определяемый выражением (1), где i = 7 — 9 — соответствующий номер электрода, тогда где е — диэлектрическая постоянная, э — удельное электрическое сопротивление.

Иэ выражений (1) и (2) видно, что известный способ обладает более высокой чувствительностью„так как изменение регистрируемого тока определяется не только электрическим зарядом частиц аэрозоля, но и степенью экранировки электрического поля. В известном способе поток аэрозоля образуется конвективными силами и имеет скорость порядка сантиметров в секунду, что увеличивает время зарядки н позволяет считать заряд частиц предельными — в формуле (2), временной сомно: житель стремится к единице. Тогда для определения концентрации можно воспользоваться формулой (1), предварительно измерив начальный ток в отсутствии пыли.

Способ пригоден только для определения концентрации частиц аэрозоля при малой скорости потока, если в начальный момент частиць отсутствовали.

Устройство, реализующее способ для определения концентрации аэрозоля, содержит один коронирующий и ряд осадительных электродов, расположенных в потоке аэрозоля (2).

Однако применение этого способа для контроля запыленности в промьицленных газоходах, где скорость потока достигает 10 м/с и выше, наталкивается на ряд трудностей:

a) неизвестно начальное значение тока короны, так как состояние поверхности коронирующего электрода непрерывно изменяется, что ведет к погрешности при измерении по формуле (1); б) невозможнж сообщить частицам предельн„й заряд, так как даже для заряда частиц н, 4о

90k от предельного необходимо 0,1 с, а при указанной скорости это потребует электродов длиной более 1 м, что ведет к быстрому выходу прибора из строя вследствие загрязнения осадительных электродов частицами; в) при работе прибора в режиме недозарядки частиц в измеренных значениях концентраиии возникает погрешность, обусловленная зависимостью тока не только от концентрации, но и от скорости потока.

Так как известный способ не позволяет определить скорость потока, отсутствует возможность оценки расхода пыли, который равен

Q„-- Svvr, (4) В 7 Е

=х .9 9 (7) (8) Расположив электроды 7 — 9 с постоянным шаroM, равным 3, приравняв (7) и (8), найдем скорость потока (ъ-х

V=5 7 (9) — постоянная времени зарядки, которая может быть представлена

< "-4Å, р, . (3) При постоянной скорости течения время зарядки Ь=Ц/У где j = 1, 2, 3 — расстояние от границы разрядной области, Тогда из (2) можно записать

h — ——

В (6)

trav+ 6а

Подставив цифровые индексы коэффициента зарядки в (5), найдем где Х вЂ” показания логометра 11.

Аналогично из (6) найдем ш -сс p v+p а Е, сс -сс с с 6 p -p

8 9 Ъ где V — скорость потока;

F — сечение газохода.

Цель изобретения — возможность оценки расхода пыли и повышение точности измерения где постоянная времени зарядки вычисляется по (3), так как удельное сопротивление коронного разряда без пыли находится по напряженности электрического поля и плотности тока.

857790

5=25

О ЪЧ-х у,- (11) 10

Из (l ) для токов крайних электродов 7 и 9 обозначив показания второго логометра 12 через У, имеем

: т <-ст-,5 (10)

Отсюда находим концентрацию с учетом (6) и (9) где $Π— произведение постоянных величин иэ (2), может быть измерено путем градуировки для данного материала частиц и геометрии электродов, так как при малых скоростях

Х-+З,а $ $о.

Устройство для осуществления способа для определения концентрации аэрозоля, содержашее один коронирующий и ряд осаднтельных электродов, расположенных в потоке аэрозоля, 20 снабжено, по меньшей мере, тремя расположенными эквипотенциально по одному между осадительными измерительными электродами и двумя измерителями отношения токов, напри25 мер, логометрии, два входа одного из которых соединены с двумя измерительными электродами, а оба входа второго логометра соединены с диагональю двух мостовых схем, образованных соединением измерительных электродов с резис30 торами равного сопротивления, причем длина вдоль потока измерительных электродов на порядок меньше осадительных.

На чертеже представлена конструктивная схема устройства осуществляющего предлагаемый способ.

В прямоточном сопле 1, устанавливаемом в потоке исследуемого аэрозоля, расположены электроды: коронирующий в. виде нити 2, установленной на оси сопла 1 с помощью штиф40 тов 3, а также кольцевые осадительные 4 — 6 и измерительные 7 — 9, изолированные друг от друга прокладками. Некоронируюшие электроды

4 — 9 образуют эквнпотенциальную поверхность, причем осадительные электроды 4 — 6 могут

45 быть заземлены, а расположенные между ними измерительные электроды 7 — 9 соединены с резисторами 10 равного сопротивления и образуют две мостовые схемы, диагонали которых соединены со входами измерителя отношения токов, например логометрами 11. Крайние измерительные электроды 7 и 9 соедтиены с аналогичным логометром 12.

Длина измерительных электродов 7 — 9 на порядок меньше осадительных 4 — 6 для того, чтобы в пределах каждого измерительного электрода 7 — 9 можно было принять ко ффициеттт зарядки частиц постоянным и достаточно точно измерить обозначенное на чертеже расстояние между электродами. Высоковольтный источник

l3 тока соединен с коронирующим электродом

2 через штифт 3. Диэлектрические вставки 1 обеспечивают изоляцию электродов 4 — 9 от 2 — 3.

Диффузорная часть вставки позволяет уменьшить скорость потока в сопле l в 2-4 раза по сравнению с исследуемым потоком при соблюдении изокинетичности отбора аэрозоля на скоростях выше 10 м/с. Сопло 1 может быль установлено непосредственно в исследуемом потоке или соединено с побудителем тяги.

При указанном на чертеже расположении некоронирующих электродов 4 — 9 исследуемый аэрозоль подают в сопло 1 справа налево. Ток высокого напряжения от источника 13 через штифт 3 подан на нить 2, создающей коронный разряд на электроды 4 — 9. Находящиеся в исследуемом потоке частицы могут быть заряжены вплоть до предельного заряда или оставаться нейтральными в электрическом отношении. В зависимости от этого выбором полярности нити

2 обеспечивают или перезарядку заряженных частиц, или просто производят зарядку нейтральных частиц.

Для определенности рассмотрим вариант незаряженных частиц. Тогда в поле коронного разряда по мере увеличения заряда на частицах, перемещающихся вдоль сопла 1, плотность тока в локальных зонах, ограниченных измерительными электродами 7 — 9, уменьшается. Разность токов двух соседних измерительных электродов 7 и 8, а также 8 и 9, снимаемая и диагоналей мостовых схем (или соответствующая разность потенциалов, определяемая резисторами 10), подается на два входа логометра 11, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный отношению этих разностей токов. Отношение токов крайних измерительных электродов 7 и 9 измеряется логометром 12.

По результатам измерения двумя лотометрами 11 и 12 определяется концентрация аэрозоля с предварительным вычислением коэффициента зарядки (2) в зоне расположения каждого измерительного электрода по скорости потока, найденной из отношения разности токов, измеренного логометром 11. Затем по формуле (4) находят расход пыли. Если необходимо, определяют поле скоростей и концентраций переметцением сопла 1 вдоль диаметра газохода.

Аналогично работает устройство в режиме мрезарядки частиц, только в этом случае разности токов изменяют знак, а отношения токов изменяют степень на минус единицу.

Описанная принципиальная схема устройства, реализуютцая способ определения концентрации аэрозоли, иллюстрирует возможность одновременного тпмерения концентрации аэрозоля, 857790 скорости потока и расхода пыли при повышенной точности измерения концентрации, обусловленной исключением погрешности вариаций начального тока (значение этого тока не входит в формулу (2) ) и введением поправки на скорость потока при измерении в режиме зарядки или перезарядки частиц. При этом расширен диапазон измеряемых скоростей без увеличения габаритов электродной системы в пределах 0,1 — 10 м/с (3 ) Х ) 1). В указан- 1о иом диапазоне скоростей градуировочная характеристика логарифмически линейна. Динамический диапазон может быть перенесен в область больших скоростей за счет расширения потока в диффузоре сопла в 2 — раза. 1S

Диапазон измерения концентраций ограничен явлением запирания короны, однако может быть расширен в 5 — 6 раз повышением электрического напряжения на коронирующем электроде 20

Формула изобретения

1. Способ определения концентрации аэроэо- 2S ля, заключающийся в регистрации тока коронного разряда, созданного в потоке аэрозоля, отличающийся тем, что, с целью расширения информативности и повышения точности измерения концентрации, определяют в 30 процессе зарядки частиц значения токов в трех расположенных вдоль потока локальных зонах коронного разряда и по соответствующим этим зонам коэффициентам зарядки, вычисленным по скорости потока, найденной иэ отношения разности токов в трех последовательно расположенных зонах разряда определяют концентрацию, а по концентрации и скорости судят о расходе пыли.

2. Устройство для осуществления способа по и, 1, содержащее один коронирующий и ряд осадительных электродов, расположенных в потокеаэрозоля,отличающееся тем, что оно снабжено, по меньшей мере, тремя измерительными электродами, расположенными эквипотенциально по одному между осадительными электродами и двумя измерителями отношения токов, например, логометрами, два входа очного из которых через резисторы равного сопротивления соединены с двумя измерительными электродами, а оба входа другого логометра включены в диагонали двух мостовых схем, образованных соединением измерительных электродов с резисторами равного сопротивления, причем длина измерительных электродов вдоль потока на порядок меньше осадительных.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Верещагин И. П. и др. Основы электрогазодинамики дисперсных систем. М., "Энергия", 1974, с. 167.

2. Патент США N 3932851, кл. G 08 В 17/10, 1974 (прототип) .

Составитель В, Алексеев

Редактор H. Рогулич Техред Ж. Кастелевич Корректор Л. Иван

Заказ 7229/69 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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