Способ автоматического измерения концентрации пыли в газовоздушных средах

)СцРЕтЕ- ИЧ ЕЛЬСТВУ 54) СПОСОБ АВТОЬ РЕГИЯ КОНЦЕНТРА ВОЗДУШНЫХ СРЕД 57) Использование; газовоздушных сред дами, Сущность иза индивлдуальной гра вида пыли за счет ис ра-эталона, на которь мая пыль, 1 з. и. ф-ль 32УССРВ. Костогрыз и О. Н тании М 1328075, кл. ппе ров;1 ег тетег1973, М 1, р. 40,Изабретени. относится к способам измерения концентрации пыли газовоздушных сред с помощью оптических методов и может быть использован в промышленности строительных материалов, в химической, металлургической и других отраслях промышленности.Известен способ измерения концентрации пыли, при котором исследуемую запыгенную среду освещают, а рассеянный пылью пад углом 70 световой поток измеряют и используют для определения концентрации пыли и калибровки при градуировке устройства.Наиболее близким к предлагаемому является способ определения концентрации пыли, осуществляемый в оптической двухканальном пылемере, в котором освещают исследуемую пыль в рабочем канале и оптический эталон светорассеяния, регистрируют одним и тем же фотоприемником и сравнивают излучения, рассеянные измеряемой пылью и оптическим эталоном свето- рассеяния, усиливают и оптическим клином в канале сравнения компенсируют рассогласование и определяют концентрацию измеряемой пыли. В данном спасоае измерения концентрации фактическ" сравнивают всегда различные характеристики рассеян 1 я рабочего газовоздушная запыленнал среда) и канала сравнения (оптические средства рассеяния и ослабления светового потока): ачи постоянны у оптического эталона рассеяния и переменны у исследуемой пыли, так как зависят от вида и концентрации ее в пот ке. Кроме того, оптический клин Яэильтр переменной оптической плотности), используемый для компенсации рассогласования интенсивностей светорассеяния го двум каналам, изменяет интенс;,внасть светового потока, падающего на оптический эталон светорассеяния на сохраняет постоянства освещаемой площади, что увеличиьает различие характеристик рассеяния па каналам,Отсюда следует и основной нсдостат-к известного способа измерения: необходимость индивидуальной градуиравки на каждый вид пыли, А эта неудобства, существенные затраты. и, чта самое главное, снижение точности измерен:-. за счет дополнительной погр.,шнасти метода средств градуировки, которая в настоящее время может достлгать 25;4, ДополниГОСУДАРСТВ . НЫЛ КОМИТЕ гПО,ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР Т 0 РСК 0 ДУ ЯРДЕ -юкифйайсай 21) 4811807/25(5 б) Патент ВеликобриО 01 И 21/02, 1975.ОртсаГ боцЫе спСпеве п 9 епег теспй А 1 ,ЕСгЛГО ИЗ.1 ЦИИ ПЫЛИ В ГАЗО. АХ исследование пыли в ах оптическим 1 метобретения: исключение дуиравки для каждого пользования имитатой нанесена исследуе 1 ил, 175851925 30 35 40 50 тельно на снижение точности заметное влияние оказывает неидентичность характеристик светорассеяния в обоих каналах, в том числе и изменение их в диапазоне измерения концентрации пыли.Цель изобретения - повышение точности измерения.. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического измерения концентрации пыли в газовоздушных средах путем освещения одним и тем же источником света исследуемой пыли в рабочем и эталона в сравнительном каналах, регистрации одним и тем;к, фотоприемником интенсивностей интегрального рассеянноГа излучения, сравнения, усилия, компенсации рассогласования оптических сигналов и определения концентрации пыли, согласчо изобретению, регистрацию излучения в канале сравнения осуществляют с использованием плоского имитатора исследуемой пыли, взвешенную массу которой равномерно распределяют на оптически прозрачной подложке и стационарно закрепляют оптически прозрачными липким слоем, компенсацию разности интенсивностей интегрального рассеяния излучения в каналах осуществля 1 ат изменением площади освещаемой поверхности имитатора исследуемой пыли.В предлагаемом способе измерения сравнением интенсивностей интегрального светорассеяния одними и теми же исследуемыми частицами в обоих каналах фактически выполняют сравнение масс одной и тай же пыли; в рабочем канале - в известном постоянном освещаемом объеме, в Канале сравнения - на определяемой измеряемой) освещенной площади плоского имитатора исследуемой пыли, общая равномерно распределенная масса которой известна, Следовательно, при равенстве интенсивностей интегрального светарассеяния в обоих каналах па величине освещаемой площади плоского имитатора исследуемой пыли определяют массу исследуемой пыли на плоском имитаторе и в освещенном объеме (ани равны), Зная массу пыли в рабочем освещаемом объеме величина постоянная) и долю его в исследуемом объеме легко определяютт абсолютную концентраци 5 О лл этого нет необходимости градуирсва. ь прибор,На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа измерения концентрации пыли,Предлагаемый способ Осуществляют с использованием двухканальной аптиескай схемы, в которой излучение от источ 1 п 1 ка 1 через зеркала 2, 3 и линзы 4, 5 направляю 5 по двум каналам - рабочему и каналу сравнения. На выходе линз 4, 5 фармиру 5 ат два идентичных, одинаковой интенсивности пучка параллельных световых лучей, которые модулируют обтюраторам 6 с одинаковой, но сдвинутой по фазе на 180". частотой.В рабочем канале гараллельным пучком лучей, сформированным линзой 4, освеьцают измерительный объем 7, содеращий вэвешень 1 ые частицы исследуемойл пыли,Рассеянное иссгедуемой пылью в направлении 9 излучение собира От линзой 8 и с помощью зеркала направлягат на фатаприемник 10,Параллельна в канале сравнения сФормированный линзой 5 и равный па интенсивности поток излучения направляют через регулируемую диафрагму 11 на плоский имитатор 12 той же исследуемой пыли. Регулированием отверстия диафрагмы 11 иэь еняют поперечное сечение светового патака, При этом изменяют только размер освещаемой площади, та есть изменяют пропорциональную площади долю общей взвешенной пыли плоского имитатора исследуемой пыли, а интенсивность светового потока на единицу освещаемой площади (пыли) остается постоянной. Благодаря этому сохраняют пас-аянства характеристик иГ тегальнога светорассеяния в канале саав 5.1 ния ва Г, ем диапа лоне иэмОени 51 ка 1 центрации, Иэ".учение, рассеянное частицами асве 1 цен ной дал; вэвешсннай в равнсмерна расг 5 эецеленнай на плоском имитаторе . сследуемой г 1 ьи 1 и, в том же направлении О, собирают линзой 13 и через э-ркала 1 ч направля 5 ат так же на фатаг 10 иемни,Изменние канцентрац 1 ли исследуемой пыли, рассеиваюшей излуче;-ье в Освещаемом измерительном объеме, выэг 1 вает появление геременнай на ла:апр,1 ем и. 10, сигнала рассогласования;,а выходе усилителя 15., который подают на лспалн 1 л; ельный механизм 16, перемещающ; и заслонку диафрагмы 11. Перемещенис .ГПГ 1.1 к,л дилфраГмы 11 вызывает изменение освещаемой плащад 1 плоского имитатора иссг:едусмойл пыли, та есть изменяет асвеще:-ч а дали равномерна распределенно 5 л и вэвсш,. ннай пыли, рассеивающей г 1 гдаюаее с пс;таяннай интенсивностью излучение. Пеемецение заслонки будет продолжаться да да;тижения равенства апти" еских сигналов аассеяннага излучения аналаГичными ча,тицами Г 1 ыли в ОбОих каналах, та есть,.:О достижения равенства количеств пыл 5 л. Освегцаемь 1 х 8 изме:игел.,нам объеме 7 и НЗ пласла;л имитэ "аае иссл".дуемай пыл и , Г :;,;Г-". ЛЕ щен 1 е заслонки сьяэ;на простой фунл. 1 а 1758519нальной зависимостью со шкалой концентрации пыли 17, по которой фиксируют ее абсолютное значение,Плоский имитатор исследуемой пыли 12 выполнен в виде оптически прозрачной подложки, а поверхности которой равномерно распределяют точно взвешенную массу ,кол)1 чество) исследуемой пыли и стационарно закрепля)от оптически прозрачным липким слоем. Излучение, прошедшее через плоский имитатор исследуемой пыли, в кнце канала сравнения поглощается ловушкой 13,П р и м е р. Источником освещения 1 освещают частицы пылевоздушного потока, и рокачиваемого через измерительный обьем рабочего канала 7. Концентрацию угольной пыли (фракция б = 0,2 мм, у = 1,4 мг/мм, концентрация Су= 150 мг/м), в по зтоке задают генератором пыли с точностью 0,5%. Освещаемый измеритегьный абьем рабочего канала.равен С дм, а количество контролируемой пыли в измерительном освещаемом объеме равно посв = 1,5 МГ,Тем же источником излучения 1 с той же интенсивнос) ью параллельно освещают часть глощади плоского имитатора 12 той .ке исследуемой пыли в канале сравнения, Имитатор исследуемой пыли выполняют иэ плоской оптически . розрачной с палирог ва;ньвм пло:костями подложки, на 100 см которой равномерно -:ерез сито с отверстиями о=-0,2 мм и асс.ояниями между ними, равными 1=4,8 мм, наносят и стационарно, с помощью оптически прозрачного тонкого липкого слоя (вазелин, глицерин) закрепля)от частицы исследуемой пыли. Да и после нанесения исследуемой пыли его взвешивают на аналитических весах высокой точности, например, тига Р 180 0 и определяют массу равномерно нанесенной и стационарно закрепленной исследуемой пыли гпу=4,3 мг, с предельной погрешностью д =1,16 %; плотность распределения по поверхности43р =-) = С,043 мг/см, Неравномерность распределения эстиц по поверхности (Я=-100 с2) контролируют сравнением интенсивностии рас ея ния отдельными участками повеохности глоского имитатора исследуемой пыли. Неравномерность распределения частиц, то есть погрешность измерения массы в диапазоне изменения освещаемой площади имитатора исследуемой пыли с учетом неравномерности светового потока в поперечном сечении не превышает 0,6 /, (д, =0,6 %).=).706 =;1,3%. Основные показатели (режимы) выэлнения известного способа (базовый обье,;т) и предлагаемого способа при измерении концентрации различных видо пыли (пь(ль угольная, фракция О=-0,2 мм,",Р =- ,4 мг/мл 1., пыль кварцевая б= 0,2 мм, ", . - . 6,5 л;,л,м" и угольная пыль тои же фрею:и ,пр 1.л)ер 5), но с расстоянием между отдерсти.)л); сита- -3,8 мм) представлены. т.".блице,30 35 40 45 50 55 Интенсивность рассеянного исследуемой пылью интегрального излучения в рабочем канале сравнивают с интенсивностью рассеянного такой же пылью излучения в канале сравнения. Разность интенсивностей, рассеянных излучений,. компенсируют изменением площади освещения Я 1 плоского имитатооа исследуемой пыли в канале сравнения; при достижении равенства замеряют освещаемую площадь Я 1=34,9 см 2, При этом погрешность измерения площади при погрешности линейного измерения 0,5 мм дв = 0,00007%.Доля массы освещаемой пыли на поверхности плоского имитатора пыли при Я 1=34,9 см равна )т)осв=Я)р=34,9 0,043= 1,э мг, что соответствует массе пыли, освещенной в измерительном объеме рабочего канала (т)осв.=1,5 мг, а следовательно,. и концентрации исследуемой (угольной) пыли 150 мг/м которую определяют также и па шкале 17. Верхний предел измерения концентрации угольной пыли при указанных выше данных плоского имитатора исследуемой пыли (Я=100 см, 0=0,2 мм )=4,8 мм,26= 4,3 мг и р = 0,043 мг/см 2) составит Смаке= Я р 100 =100 0,043 100=430 мг/м, Коэффициент связи между концентрацией пыли и освещаемой площадью плоского имитатора исследуемой пыли составляет К=С/Я=4,3, При этом предельную погрешность измерения массы исследуемой пыли на освещаемой поверхности плоского имитатора исследуемой пыли, а следовательно, и массы пыли в исследуемом освещаемом объеме и ее концентрации в исследуемой среде определяют по предельным погрешностям взвешивания д м=1,16%, распределения частиц на плоской поверхности имитатора исследуемой пыли совместно с неравномерностью интенсивности светового потока по сечению д н=0,6%, и определения освещаемой площади плоского имитатора исследуемой пыли д п=0,00007 %, т,е,Дс =)(1,1 б) (О,б) КО,ПООО 7) =1758519 Основные показатели (режимы) способов измерения концентрации пыли Показатели Базовыйобъект Предла гаемый способ Концентрация измеряемойпыли 150 Плоский имитатор .массыпыли Частицы, мм Общая площадь имита"тора массы, смз 100 100 Расстояние между частицами, мм Совещаемая площадь приизмерениях, см 2 3 уЭ 18,5 7,70-Й 00 0-800 0-2000 21,ч Шкала, мгмэ 0-700 Предельная погрешностьизмерения, Ф 0,86 О,бр 0,93 Гсть Нет Нет Нет Нет Реализация предлагаемого способа исключает индивидуальную гоадуип)вку и влияние неинформативных параметров измеряемой среды и тем самым позволяет сравнительна простыми средствами обеспечить прямое измерение концентрации пыли в абсолютных единицах, в 10-20 раз повысить точность измерения и упростить органиэацию контроля и измерения в широком диапазоне концентраций различных видов пыли одним и тем же прибором. Формула изобретенияСпособ автоматического измерения концентрации пыли в гаэовоздушных средах путем освещения одним и тем же источником света исследуемой пыли в рабочем Необходимость индивидуальной градуировки канале и эталона в сравнительном канале, регистрации одним и тем же фотоприемником интегрального рассеянного излучения, сравнения, усиления, компенсации сигна лов рассогласования каналов и определения концентрации пыли, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения, регистрацию излучения в канале сравнения осуществляют с использова нием плоского имитатора исследуемойпыли, взвешенную массу которой равномерно распределяют на оптически прозрачной подложке и стационарно закрепляют оптически прозрачным липким слоем, а ком пенсацию сигналов рассогласования каналов осуществляют изменением площади освещаемой поверхности имитатора исследуемой пыли,2 3 4 (окись 5 (уголь) (кварц) цинка) (уголь)1758519 ъ 1Составитель В.Тупихинктор Л.Пчолинская Техред М,Моргентал Корректор С. Патрушев Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Г а 104 аказ 2994 Тираж 1 ВНИИПИ Государственного комитета по изобр 113035, Москва, Ж, РаушПод ениям и кая наб. сновткрытиям при ГКНТ СССР