Способ определения концентрации аэрозоля и устройство для его осуществления

ОП ИСА ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ 61) Дополнительное к авт. свид-в 22)Заявлено 26.11,79 (21) 28с присоединением заявки Ж осиный комитат 23)Приориг СССРдолам изобретений и открытий Опубликовано 23,08.81, Дата опубликования опи(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОАЭРОЗОЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ 1 ЦЕСТВЛЕНИЯ ожет быть щи Изобретение относится квам исследования физическ жена етодам и средст свойств веществ частиц,.вэв части определения концент нных в газе и может быть о л применено дляичества пыли контроля концентрации и ко промышленных выбросах с ц ружающей среды от загрязне лью защиты о где Зо - начальнын в отсутств 8 - измеряемаяИзвестенпотоке аю зарядки последу пособ определения концентрации роэоля, включающий предваритель.частиц в поле коронного раэряющее измерение индукционного денного частицами в измерительном р 1 с Ф Ъзаряда, навэлектроде- коэффициент, определяемый ге.ометрней электродов, ограничивающих объем разрядного промежутка, и предельной концентрацией пыли, запирающей корону(1 0);- зависят от диэлектрической постоянной материала частиц в определяет степень экранировкичастиц электрического поля; - время зарядки частицы; гд Наиболее близким к пре нической сущности и достига является способ определения аэроэоля, включающий реги ронного разряда, созданного ля, при этом разрядный ток порционально концентрации поверхности часпщ в единиц Укаэанная зависимость с длагаемому по техемому эффектуконцентрациистрацию тока ко.в потоке аэроэо.уменьшается про.частиц, а точнее,е объема аэрозоля,достаточной точностью Союз СоветсниаСоцивпнстичесимаРеспублни к коронного разрядапыли;концентрация;зарядки, причем8577904концентрации путем устранения погрешностей,обусловленных пульсациями начального токакороны и скорости потока прн повышенныхскоростях, преимущестьенно, в промышленныхгазоходах (дымовых трубах и т,д,).Поставленная цель достигается способом оп.ределения концентрации аэрозоля, включающимрегистрашно тока коронного разряда, созданного в потоке аэрозоля.10 Предложенный способ отличается от известного тем, что концентрацию определяют в процессе зарядки или перезарядки частиц по изме.ренному отношению токов в трех расположенных вдоль потока локальных зонах коронногоразряда и соответствующих этим зонам коэффициентам зарядки, вычисленным по скоростипотока, найденной из отношения разности токов в трех последовательно расположенныхзонах разряда, а по концентрации и скорости 20 судят о расходе пыли.Теоретические основания определения концентрации аэрозоля, скорости потока и расходапыли.Пусть с каждого измерительного электродад 5 7 - 9 снимается ток, определяемый выражением(1), где 1 = 7 - 9 - соответствуюший номерэлектрода, тогда где е - диэлектрическая постоянная,р - удельное электрическое сопротивление.Иэ выражений (1) и (2) видно, что известный способ обладает более высокой чувствительностьютак как изменение регистрируемоготока определяется не только электрическимзарядом частиц аэрозоля, но и степенью экра.нировки электрического поля. В известномспособе 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 сомножитель стремится к единице. Тогда для определения концентрации можно воспользоватьсяформулой (1), предварительно измерив начальный ток в отсутствии пыли.Способ пригоден только для определенияконцентрации частиц аэрозоля при малой скорости потока, если в начальный момент частицьотсутствовали,Устройство, реализующее способ для опреде.ления концентрации аэрозоля, содержит одинкоронирующий 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:а) неизвестно начальное значение тока короны,так как состояние поверхности коронирующего электрода непрерывно изменяется, что ведетк погрешности при измерении по формуле (1);б) невозможнж сообщить частицам предель.ный заряд, так как даже для заряда частиц на 49 от предельного необходимо 0,1 с, а приуказанной скорости это потребует электродовдлиной более 1 м, что ведет к быстрому выходу прибора из строя вследствие загрязненияосадительных электродов частицами;в) при работе прибора в режиме недозарядки частиц в измеренных значениях концентрации 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(9)- постоянная времени зарядки, ко. торая может быть представлена т "-4 е, р ) . (3) При постоянной скорости течения время зарядки 1=ЦУгде 1 = 1, 2, 3 - расстояние от границы разрядной области, Тогда из (2) можно записать- -- . - (6)1 ч+ Подставив цифровые индексы коэффициентазарядки в (5), найдем где Х - показания логометра 11,Аналогично из (6) найдема -и ььмВЬ В -Е,а, с м а е-а8 9 Ъ Расположив электроды 7 - 9 с постоянным шагом, равным 3, приравняв (7) и (8), найдем скорость потокагде Ч - скорость потока; Р - сечение газохода. Цель изобретения - возможность оценки расхода пыли и повышение точности измерениягде постоянная времени зарядки вычисляетсяпо (3), так как удельное сопротивление коронного разряда без пыли находится по напряженности электрического поля и плотности тока.857790 с,- 2 с, О ЪЧ-х у,(11) 10 15 Из (11 для токов крайних электродов 7 и 9 обозначив показания второго логометра 12 через У, имеем; т -сг у 5Ч= -(10) Отсюда находим концентрацию с учетом (Ь) и (9) где Зо - произведение постоянных величин иэ(2), может быть измерено путем градуировкидля данногоматериала частиц и геометрииэлектродов, так как при малых скоростяхХ -+ 3, а 5 + ЗоУстройство для осуществления способа дляопределения концентрации аэрозоля, содержащее один коронирующий и ряд осаднтельныхэлектродов, расположенных в потоке аэрозоля,20снабжено, по меньшей мере, тремя расположенными эквипотенциально по одному между осадительными измерительными электродами идвумя измерителями отношения токов, напри 25мер, логометрии, два входа одного из которыхсоединены с двумя измерительными электрода.ми, а оба входа второго логометра соединеныс диагональю двух мостовых схем, образованныхсоединением измерительных электродов с резис 30торами равного сопротивления, причем длинавдоль потока измерительных электродов на порядок меньше осадительных.На чертеже представлена конструктивная схема устройства осуществляющего предлагаемыйспособ,35В прямоточном сопле 1, устанавливаемомв потоке исследуемого аэрозоля, расположеныэлектроды: коронирующий в,виде нити 2, ус.тановленной на оси сопла 1 с помощью штиф.40тов 3, а также кольцевые осадительные 4 - 6 иизмерительные 7 - 9, изолированные друг от друга прокладками. Некоронируюшие электроды4 - 9 образуют эквипотенциальную поверхность,причем осадительные электроды 4 - 6 могут45быть заземлены, а расположенные между нимиизмерительные электроды 7 - 9 соединены с резисторами 10 равного сопротивления и образу.ют две мостовые схемы, диагонали которыхсоединены со входами измерителя отношениятоков, например логометрами 11. Крайние измерительные электроды 7 и 9 соедшены с ана.логичным логометром 12,Длина измерительных электродов 7 - 9 на пврядок меньше осадительных 4 - 6 для того, чтобы в пределах каждого измерительного электрода 7 - 9 можно было принять коэффициентзарядки частиц постоянным и достаточно точноизмерить обозначенное на чертеже расстояние между электродами, Высоковольтный источник13 тока соединен с коронирующим электродом2 через штифт 3, Диэлектрические вставки 1обеспечивают изоляцию электродов 4 - 9 от 2 - 3,Диффузорная часть вставки позволяет уменьшить скорость потока в сопле 1 в 2-4 раза посравнению с исследуемым потоком при соблю.денни 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 исследуемыйаэрозоль подают в сопло 1 справа налево. Токвысокого напряжения от источника 13 черезштифт 3 подан на нить 2, создающей коронныйразряд на электроды 4 - 9. Находящиеся в ис следуемом потоке частицы могут быть заряжены вплоть до предельного заряда или оставатьсянейтральными в электрическом отношении, В за.висимости от этого выбором полярности нити2 обеспечивают или перезарядку заряженныхчастиц, 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 логомет. ра 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 козффици. ента 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 перемещенкем сопла 1 вдоль диаметра газохо. да 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, реализующая способ определения концент 1 ации аэрозоли, иллюстрирует возможность одновременного юмерения концентрации аэрозоля, 857790скорости потока и расхода пыли при повышен. ной точности измерения концентрации, обуслов. ленной 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 о иом диапазоне скоростей градуировочная харак. теристика логарифмически линейна. Динамический диапазон может быть перенесен в область больших скоростей за счет расширения потока в диффузоре сопла в 2-4 раза.Диапазон измерения концентраций ограничен явлением запирания короны, однако может быть расширен в 5 - 6 раз повышением электрического напряжения на коронирующем электро. де. 20Формула изобретения1, Способ определения концентрации аэрозо. 25 ля, заключающийся в регистрации тока коронного разряда, созданного в потоке аэрозоля, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения информативности и повышения точности измерения концентрации, определяют в30 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 из 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 рад осадительных электродов, расположенных в по. токеаэрозоля,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 иэмерн. тельными электродами, а оба входа другого логометра включены в диагонали двух мосто. вых схем, образованных соединением измерительных электродов с резисторами равного сопротивления, причем длина измерительных эле. ктродов 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. 1 б 7,2, Патент США Яф 3932851, кл. 608 В 17/10,1974 (прототип) .857790 Составитель В, АлексееТехред Ж. Кастелевич ктор Л. Ива едактор Н. Р П "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 229/69 Тираж 907 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж 35, Ра