Способ определения концентрацииаэрозольных частиц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. К 22) Заявлено 04.1178 (21) 2682161/18 исоединеммем заяви 15/О осударствениый комитет СССР яо дмам изобретений и открытийДата опубликования описания 2 ЗЛ54 Б ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРЭРОЗОЛЬНЬ 1 К ЧАСТИЦ технике ств матеелению стиц и мо сдованиях (например сственных и техноло- контрох произсится к ных свой к опред льных ча при иссл розолей к и иску дицинско нитарном различныйство для определепринцип действия на улавливании часследующим анализом помощью таких лительны и не измерения струдоемки,ойство для неапыленностиринципу зарядкоронного раз также уст измерения тающее по ыли в голе вестногокая чувсттехническойоб, по. которомуаэрозоль с зам из высо недостаткявляется н овны ства иост боле ти я кают Ос устро вителНа сущно пропу близким и яется спо сследуеьы Изобретение отноисследования различриалов, в частностиконцентрацииаэроэожет использоватьсякак естественных аэв метеорологии), тав химическои или мегии, а также при сале запыленности наводствах.Известно устрония запыленности,которогоосновантиц фйльтром с поосадка (11 .ОднакоустройствточныИзвестнопрерывногогазов, рабоки частиц иряда 2(. данной скоростью, через счетный объем, образованный пересечением пучка электромагнитногс излучения с полем зрения приемной системы, и, регистрируют импульсы рассеянного частицами излучения. Концентрацию опреде- ляют по интенсивности поступления импульсов и по расходу аэрозоля через счетный объем. Причем расход аэрозоля находят как произведение скорости движения аэрозоля на площадь сечения счетного объема, перпендикулярную потоку частиц 3.Чтобы избежать-слишком большого числа нежелательных многократных совпадений (когда в счетном объемерегистрируются одновременно более одной аэрозольной частицы) стремятся получить счетный объем как можно меньших размеров, например, в сотые доли милиметра, А при таях размерах из. ерение площади сечения счетного -объема превращатся в сложную задачу, которая требует для своего решения использования либо специальной калибровочной аппаратуры (в частности генераторов аэрозоля известной концентрацич), либо устройств для сканирования счетног объема миниатюрными рассеивающими тест-объектами. Но и вгде й - истиннаяпульсов, т.е. колв единицу временикаемых через счетсечения которогожения частиц - ОВеличина счетнбыть найдена по врчастицы через счедлительности импул нтенсивностчество импуот частиц,ый объем, п, а скоро ь имльсовпропусвиго объема Чемени прохождный объем, тьса с выхода жет нияпо отоэтом случае размеры счетного объема получают со значительной погрешностью, которая отражается на точности определения концентрации:Цель изобретения - упрощение, повышение точности и быстроты измерений.Поставленная цель достигается тем, что измеряют интервалы времени между импульсами, определяют частоту появления интервала с известной длительностью, затем разбавляют исследуемый аэрозоль чистым воздухом, повторяют измерения с разбавленным аэрозолем и находят концентрацию частиц по следующей зависимости г и - концентрацичастиц;о - линейная скорость пропусния аэрозоля;УЯх- частота появления интервала заданной длительностидо и после разбавления соответственно;Т; - известная длительностьинтервала,К - степень разбавления,Точность и оперативность при одновременном упрощении работы повышаются ввиду того, что операция разбавления намного проще, чем измерениеразмеров счетного объема (при его малых размерах) и не вносит погрешностей. С помощью данной последовательности операций можно, применяя другую расчетную формулу, одновременноопределить величину счетного объема,что важно для оценки динамическихи других характеристик прибора, тоткалибровать прибор по постояннойвремени регистрации.В основе предлагаемого способалежит найденная связь между парамерами вероятностных распределений дтельностей импульсов и интерваловмежду ними и истинными значениямисчетной кбнцентрации частиц и разрами счетного объейа.Величина концентрации аэр ьныхчастиц я можно получить из и тнойависимости приемника Т и по расходу аэрозолячерез счетный объем - Ь О 5ОС (2)Лзвестно, что распределение расстояний между соседними частицами в пространстве описывается зависимостью 3а(х) =4 зг и Х е-Тугих . (3)Р где У(х) - вероятность наблюдения интервала длиной х,и - счетная концентрация частиц.Из формулы (3) видно, что определить счетную концентрацию частиц можно, измерив каким-либо образом частоту появления интервала длиной х.Однако осуществление прямых (т.е. непосредственно в пространстве) измерений параметра И(х) является крайне сложной технической задачейНа практике (например, при использовании Фотографических регистрато-ров) проще определять не сами расстояния между частицами, а проекции расстояний на какую-либо плоскость. Но осуществить переход от проекционного размера к инстинному с малой погрешностью в этом случае также не удает-. ся Однако переход от проекционного к истинному размеру оказывается возможным, если счетнуюконцентрацию связывать не с вероятностями И(х), а с,отношением вероятностей Я (х)/ Ик(х), где И,(х) и Ик(х) - распределе ния по интервалам х, соответственно, до и после разбавления дисперсных частиц объемом чистого воздуха в К раз. Тогда в качестве параметра х могут выступать длины проекций частиц на какую-либо плоскость, По аналогии с (1) выражение для Функции вероятности после разбавления Ик(х) можно представить в виде 4) получаем искомое с язывающее концентраци вероятностей появлени и после разбавления Если в качестве измерительногоприбора используются фотоэлектрические счетчики, в которых осуществля ется измерение оптического сигналаот каждой освещенной частицы в счетном объеме датчика и преобразованиеего в электрический сигнал, то переход от измеряемых прибором интерва лов времени Т между появлением им807143 Х(0 Т 1 ) (6) з. ( +. С помощью этой формулы по изме- ренным значениям частоты наблюдения интервалов времени длительностью Т между поступлением в рабочий объем частиц при заданном разбавлении К и скорости аспирации О нетрудно определить счетную концентрацию частиц в неразбавленном аэрозоле.То, что мы определили счетную концентрацию аэрозоля и затем до формуле (1).нашли площадь сечения счетно" го Объема 5 (в направлении движения аэрозоля) не означает, однако, что прибор полностью откалиброван. Для суждения с постоянной времени и других параметрах датчика нужнысведения о величине счетного объема Ч. 24 И- ф 4 г т 2 (д)й .(1 аа) Для нахождения У достаточнэ найти из (7) величину счетной коицентра ции и измерить значения интенсивности поступления импульсов до и послеразбавления аэрозоля. Поскольку приопределении концентрации частиц производятся измерения частоты появле ния интервалов времени Т, целесообразно вместо интенсивностей К ,Я определять среднйе значения интерваловТ и Т (до и после разбавления).В этом случае соотнсааение (11) 55 принимает простой и удобный для вычйс.ления вид пульсов к линейным расстояниям Хосуществляется по формуле где О - известная скорость прососачастиц через счетный объем.Формула для определения счетнойконцентрацИи дисперсных частиц сучетом (б) приобретает вид Использование формулы (2) для определения значения У требует дополнительного измерения длительности импульсов от частиц. Однакопри неболь.ших счетных объемах длительность импульсов оказывается зависящей нетолько от их размеров и скорости движения аэрозоля, но и от размера частиц.Практика показывает, что при измерении, например, капель облаков и туманов, последняя зависимость привО- дит к погрешностям измерения йТ 10Кроме того, наличие в тракте измерения длительности амплитудного порогового устройства и электроники с ограниченной полосой пропускания приводит к некоторому укороЧению сигналов меньшей амплитуды. В целом, пог-решности определениямогут достигать 25-35, что и приводит к зависимости размера счетного объема от размера частицы. Далее, при больших концентрациях частиц длительность импульса может искажаться за счет одновременного попадания частиц в счетный объем. Это также приводит к погрешности или неоднозначности измерения длительности импульса. Путем проведения операций разбавления аэрозоля, измерения распределения интервалов по длительности и проведения соответстэующих расчетов можно устранить вышеперечисленные недостатки и определить величину объема,У не из" меряя длительности Г; С учетом поправки на многократные совпадения частиц в счетном объеме, соотношение между истинным И и измеренным й значениями .нтенсивности поступления частиц можно представить в виде Если же разбавить исследуемый объем воздуха (газа, жидкости), содержащего частицы, равным ему объемом чистого воздуха, то соотношение между новыми значениями М и й изменится за счет уменьшения вероятнос-. ти многократных совпадений частиц Иэ (8) и (9) можно определить время пролета частицы черезсчетныйобъем При К - кратном раэбавлении формулаимеет вид где35Для более простого случая двукрат. -ного разбавления иэ соотношений (1),.(2) и (10) пблучаем Формулу для определения величины рабочего объема 40:ь- ф (2 м-н )3, Р)ф Аналогичный расчетный аппарат может использоваться и в, случае, когда концентрация частиц измеряется с помсицью методов, основанных на регистрации изображений, в частности теле10 807143 Составитель О, АлексееваРедактор Н, Лазаренко Техред М. Голинка Корректор Н. Григорук Ю ФФЮюажШ Ю юФВШ Ф ЕЗаказ 272/65 Тираж 918 ПодписноеВНИИПИ Государственного кощтета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 где о - концентрация аэрозольныхчастиц,0 - линейная скорость пропуска"ния аэрозоля;И;,Ч- частота появления интервала заданной длительности дои после разбавления соответственно 7.Т - известная длительность ин. тервала,"К - степень разбавления.Источники информации, принятые ьо внимание при экспертизе 1. Пылегазоизмернтель Оць се г фирмы 5 Ьаагц Уаио 5 почо, 5 Ьгдпалевгсов аЬпсап Тогдагц СцваоьуХероо 5 спвадлц Кеч,2. Коузов П.А., Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и . измельченных материалов, Л 1971. 3. Авторское свидетельство СССРВ 197270, кл. 6 01 М 15/02, 1965 (прототип).