Устройство для измерения концентрации частиц в газе

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТЬРСКЬМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социалистических

Республик нн98?4?2 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 06.07. 81 (21) 3311326/18-25 (Sg) М Кп 3 с присоединением заявки М0 0 Ф М 15/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Прмормтет—

Р ) УДК 543.43 (088. 8) Опубликовано 070133. Бюллетень Йо1

Дата опубликования описания 070133

А,Н.Äoðìèäoíîâ, Б,Ю.Кольцов, И.И.Леонов и (72) Авторы изобретения

S

1

f (71) Заявитель

Ленинградский институт авиационного приборо (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ЧАСТИЦ В ГАЗЕ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устрой-. ствам для измерения концентрации частиц в газе, и может быть использовано для контроля запыленности воздука и в системах автоматического измерения и регулирования концентрации частиц в газе.

Известно устройство, основанное на модуляции объемного заряда потока аэрозоля и последующем изме . рении переменной составляющей заряда, содержащее зарядную камеру, в которой осуществляется периодический коронный разряд, и индукционную измеритель-I ную камеру, установленные.последовательно по потоку газа.1.13.

Устройство имеет низкую чувствительность, что обусловлено малой величиной измеряемого объемного заряда, ограниченного размерами индукционной камеры. Следствием этого является низкая точночть измерения малых (менее

0,01 мг/м ) концентраций.

Известно также устройство для определения концентрации. частиц или их отдельных- фракций по массовому заряду, содержащее коллектор, выделяющий предварительно заряженные частицы из потока, и индукционный измерительный электрод со схемой измерения заряда в виде измерителя постоянного напряжения или тока, подключенного к коллектору или измерительному электроду !21 °

Недостатком такого устройства является низкая точность определения малых концентраций, обусловленная

1О утечкой. заряда через входную цепь измерителя при большом времени отбора и высоким уровнем шумов схемы измерения заряда на инфранизких частотах.

При использовании в качестве измерителей напряжения электростатических вольтметров можно измерять концентрации частиц не ниже 0,001 мг/м

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения концентрации частиц в газе, содержащее установленные последовательно по потоку газа зарядную камеру и заключенные в электростатический экран коллектор заряженных частиц и измерительный электрод, который соединен со схемой измерения заряда в виде электрометра через коммутатор. Концентрацию частиц определяют по амплитуде импульса входного тока электрометра, подключаемого к измерительному электроду по оконча987472 нии осаждения частиц на коллектор, и объему raýà, прошедшего через устройство за время осаждения. Устройство позволяет уменьшить погрешность измерения, связанную с утечкой заряда коллектора через входную цепь схемы ,измерения заряда Е3 2.

Однако известное устройство может обеспечить высокую точность измерения концентрации лишь при условии накопления на коллекторе оптимального электрического заряда осажденных частиц. При малой величине накопленного заряда, соответствуннаей малой концентрации частиц или малой длительности отбора пробы, появляется значительная (десятки процентов) погрешность измерения, обусловленная тем, что шумы схемы измерения заряда в этом случае соизмеримы или даже превышают полезный сигнал. при величине накопленного заряда, существенно превышающей оптимальное значение (большие концентрации или времена отбора пробы), уменьшается эффективность осаждения частиц или потока из-за влияния отталкивающего потока заряда на коллекторе и, как следствие, появляются большие (сотни процентов) погрешности измерения. Так как в известном устройстве в процессе .накопления частиц на коллекторе информация о заряде отсутствует, то объем пробы выбирается априорно, что, как правило, приводит к большим погрешностям измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения в широком диапазоне концентраций частиц в газе.

Для достижения этой цели в устройство, содержащее установленные последовательно по потоку газа зарядную камеру и заключенные в электростатический экран коллектор заряженных частиц и измерительный электрод, соединенный со схемой измерения заряда., согласно изобретению введены модулирующий электрод, установленный между коллектором и измерительным электродом, генератор периодического сигнала и емкостный модулятор, выводы сиг- . нальной цепи которого подключены к модулирующему электроду и электростатическому экрану, а управляющий вход — к генератору периодического сигнала, причем схема измерения заряда выполнена в виде избирательного усилителя, настроенного на частоту генератора периодического сигнала.

На фиг.1 показана схема устройства, коллектор которого представляет собой цилиндрический аэрозольный

Фильтр; на фиг.2 — схема устройства с коллектором в виде плоской подложки инерционного или электростатического осадителя частиц, Устройство содержит зарядную камеру 1 и электростатический экран 2, установленные последовательно по потоку газа. Зарядная камера 1 представляет собой систему электродов униполярного коронного разряда или радиоизотопную ионизационную камеру.

В электростатическом экране 2 установлены коллектор 3 заряженных часt ,тиц, модулирующий электрод 4 и измерительный электрод 5. Иодулирующий электрод 4 расположен между коллектором 3 и измерительным электродом 5.

Коллектор 3 может быть выполнен в виде цилиндрического аэрозольного фильтра (фиг.1), а также в виде подложки инерционного или электростатического осадителя частиц (фиг.2).Модулирующий электрод 4 подключен к первому сигнальному выводу емкостного модулятора 6, второй сигнальный вывод которого подключен к электростатическому экрану 2. Емкостный модулятор б вы20 полнен, например, в виде воздушного конденсатора с вращающимся ротором, при этом генератор периодического сигнала 7 представляет собой двигатель, вращающий ротор конденсатора с

25 постоянной скоростью. Измерительный электрод 5 подключен ко входу избирательного усилителя 8.

Устройство работает следуюшим об- . разом. () В зарядной камере 1 частицы приобретают униполярный электрический заряд и затем осаждаются из потока газа на коллектор 3. Суммарный заряд осажденных частиц определяется их кон-

3$ центрацией и объемом прокаченного газа. Заряд, наведенный коллектором 3 на модулирующем электроде 4, пропорционален суммарному заряду частиц. При включении генератора периодического сигнала 7 периодически изменяется соотношение емкостей модулирующего электрода 4 и емкостного модулятора б относительно электростатического экрана 2 и происходит перераспре деление наведенного заряда между мо45 дулирующим электродом 4 и первым сигнальным выводом емкостного модулятора

6 с частотой генератора периодического сигнала 7 за счет работы, соверша» емой этим генератором. На измеритель50 ном электроде 5 наводится заряд, определяемый переменной составляющей заряда модулирующего электрода 4, которая измеряется избирательным усилителем 8, настроенным на частоту гене55 ратора периодического сигнала 7. Допустимое время накопления заряда на коллекторе 3, определяющее точность измерения малых концентраций частиц, ° ограничено лишь утечкой заряда по изоляторам модулирующего электрода 4 и емкостного модулятора 6 и может составлять 10 -10 с. Накопление заряженных частиц на коллекторе 3 производят до получения на выходе избирательного усилителя 8 наперед задан,9В7472 ного электрического сигнала, превышающего шумовой сигнал устройст ва, по величине которого И объему прокаченного газа определяют концентрацию частиц. Преобразование медленно меняющегося накапливаемого заряда в пе- 5 риодический и использование избирательного усилителя позволяют также уменьшить собственные шуми устройства.

Введение модулирующего электрода емкостного модулятора, генератора пе- 10 риодического сигнала и избирательног усилителя, настроенного на частоту генератора периодического сигнала, повышает точность измерения за счет устранения влияния параметров входной цепи схемы измерения на измеряемый заряд, непрерывности процесса измерения и повышения отношения сигнал-шум.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить погрешность измерения концентраций частиц более 10 мг/м до 10%.

Формула изобретения устройство для измерения концентрации частиц в газе, содержащее установленные последовательно по потоку газа зарядную камеру и заключенные в электростатический экран коллектор заряженных частиц и измерительный электрод, соединенный со схемой измерения заряда, о т л и ч а ю щ .e е с я тем, что, с целью повышения точности измерений в широком диапазоне концентраций, в устройство введены модулирующий электрод, установленный между коллектором и измерительным электродом, генератор периодического сигнала и емкостный модулятор, выводы сигнальной цепи которого подключены к модулирующему электроду и электростатическому экрану, а управляющий вход — к генератору периодического сигнала, причем схема измерения заряда выполнена в виде избирательного усилителя, настроенного на частоту генератора периодического сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ФРГ 9 1959917, кл. 42 1 4/15, 1973.

2. Заявка Франции 9 2274044, кл.. С Ot и 27/70, 1976.

3. Калакутский Л.И., Подольс- кий A.A. Исследования по электропреципитации и индукционному измерению зарядов порошка. Сб. "Метраж, приборы и системы контроля производственной среды Л., ЛЭТИ, 1976, с.11-20 (прототип).

987472

Юо ол

Составитель В. Вощанкин

Редактор В.Данко Техред О. Веце

Корректор М.Щароши филиал ППП "Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 10284/30 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий

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