Устройство для измерения концентрации частиц в газе

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскнкСоциалистическихРеспублик К АВТЬРСКЬМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61)Дополнительное к авт. свмд-ву(22) Заявлено 06,.07. 81 (21) 3311326/18-25 И 1 м.кп. с присоединением заявки Йо 0 0 й 15/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийОпубликовано 070133, Бюллетень йо 1 Дата опубликования описания 070133 Ю.Кольцов, И.И.Леонов и Б А.Й.Дормидо ц,. 2 Авторы изобретен(71) Заявитель ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИСИНИЦ В ГАЗЕ 54) УСТРОЙСТ 2 электрод со в виде изме жения или т лектору или ду (21.Цедостатком такого устройства является низкая точность определения малых концентраций, обусловленная утечкой. заряда через входную цепь измерителя при большом времени отбора и высоким уровнем шумов схемы измерения заряда на инфраниэких частотах. При использовании в качестве измерителей напряжения электростатических вольтметров можно измерять концентрации частиц.не ниже 0,001 мг/м3Наиболее 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, подключаемогозмерительному электроду по окончак и Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устрой-.ствам для измерения концентрации частиц в газе, и может быть использовано для контроля запыленности воэдукаи в системах автоматического измерения и регулирования концентрации частиц в газе,Известно устройство, основанное 10на модуляции объемного заряда потокааэрозоля и последующем изме.рении переменной составляющей заряда, содержащее зарядную камеру, в которой осуществляется периодический коронныйразряд, и индукционную измеритель-ную камеру, установленные.последовательно по потоку газа.1,13.Устройство имеет низкую чувствительность, что обусловлено малой величиной измеряемого объемного заряда,ограниченного размерами индукционнойкамеры, Следствием этого является низкая точность измерения малых (менее0,01 мг/м ) концентраций.Известно также устройство для определения концентрации. частиц или ихотдельных- фракций по массовому заряду, содержащее коллектор, выделяющийпредварительно заряженные частицы иэпотока, и индукционный измерительный ЗО хемой измерения зарядателя постоянного напряа,подключенного к колзмерительному электро 987472нии осаждения частиц на коллектор, и объему газа, прошедшего через устройство за время осаждения. Устройствопозволяет уменьшить погрешность измерения, связанную с утечкой зарядаколлектора через входную цепь схемы,измерения заряда ГЗ 3,Однако известное устройство можетобеспечить высокую точность измеренияконцентрации лишь при условии накопления на коллекторе оптимального электрического заряда осажденных частиц. При малой величине накопленногозаряда, соответствующей малой концентрации частиц или малой длительностиотбора пробы, появляется значительная (десятки процентов) погрешность измерения, обусловленная тем, что шумысхемы измерения заряда в этом случаесоизмеримы или даже превышают полезный сигнал. При величине накопленного заряда, существенно превышающейоптимальное 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 известномустройстве 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 заряженныхчастиц и измерительный электрод, соединенный со схемой измерения заряда, согласно изобретению введены модулирующий электрод, установленный между коллектором и измерительным электродом, генератор периодического сигналаи 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 избирательногоусилителя, 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 электродовуниполярного коронного разряда илирадиоизотопную ионизационную камеру,В электростатическом экране 2 установлены коллектор 3 заряженных час,тиц, модулирующий электрод 4 и измерительный электрод 5. Иодулирующийэлектрод 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 подложкиинерционного или электростатическогоосадителя частиц (фиг,2),Модулирующийэлектрод 4 подключен к первому сигнальному выводу емкостного модулятора 6, второй сигнальный вывод которого подключен к электростатическомуэкрану 2. Емкостный модулятор б вы полнен, например, в виде воздушногоконденсатора с вращающимся ротором,при этом генератор периодическогосигнала 7 представляет собой двигатель, вращающий ротор конденсатора с 25 постоянной скоростью. Измерительныйэлектрод 5 подключен ко входу избирательного усилителя 8.Устройство работает следующим образом.В зарядной камере 1 частицы приобретают униполярный электрический заряд и затем осаждаются из потока газа 1на коллектор 3. Суммарный заряд осажденных частиц определяется их кон 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 перераспределение наведенного заряда между мо дулирующим электродом 4 и первым сигнальным выводом емкостного модулятора6 с частотой генератора периодического сигнала 7 за счет работы, совершаемой этим генератором. На измеритель ном электроде 5 наводится заряд, определяемый переменной составляющейзаряда модулирующего электрода 4, которая измеряется избирательным усилителем 8, настроенным на частоту гене ратора периодического сигнала 7. Допустимое время накопления заряда наколлекторе 3, определяющее точностьизмерения малых концентраций частиц,ограничено лишь утечкой заряда поизоляторам модулирующего электрода 4и емкостного модулятора 6 и можетсоставлять 10-10 с. Накопление заряженных частиц на коллекторе 3 производят до получения на выходе избирательного усилителя 8 наперед задан,9 В 7472 Формула изобретения 25 8. ного электрического сигнала, превышающего шумовой сигнал устройства, по величине которого И объему прокаченного газа определяют концентрацию частиц. Преобразование медленно меняющегося накапливаемого заряда в пе риодический и использование избирательного усилителя позволяют также уменьшить собственные шуми устройства.Введение модулнрующего электрода емкостного модулятора, генератора пе- О 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 измеения концентраций частиц более 10 мг/м до 10. устройство для измерения концентрации частиц в газе, содержащее установленные последовательно по потоку газа зарядную камеру и заключенные в электростатический экран коллекторзаряженных частиц и измерительныйэлектрод, соединенный со схемой измерения заряда, о т л и ч а ю щ .е е с ятем, что, с целью повышения точностиизмерений в широком диапазоне концентраций, в устройство введены модулирующий электрод, установленный между коллектором и измерительным электродом, генератор периодического сигнала и емкостный модулятор, выводысигнальной цепи которого подключенык модулирующему электроду и электростатическому экрану, а управляющийвход - к генератору периодическогосигнала, причем схема измерения заряда выполнена в виде избирательногоусилителя, настроенного на частотугенератора периодического сигнала.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Заявка ФРГ В 1959917,кл. 424/15, 1973.2, Заявка франции 9 2274044,кл. С О й 27/70, 1976,3. Калакутский Л.И., Подольс-кий А.А. Исследования по электропреципитации и индукционному измерениюзарядов порошка. Сб. "Метадон, приборы и системы контроля производственной среды Л., ЛЭТИ, 1976, с.11-20987472 Юоол Составитель В. ВощанкинРедактор В.Данко Техред О.Веце Корректор М.Щароши Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 Заказ 10284/30 Тираж 871 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж,Раушская наб., д.4/5