Устройство для определения размера аэрозольных частиц

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик н 11957067(51)М Кл з С 01 М 15/07 с присоединением заявки Ио -Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытийДата опубликования описания 070982(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРА АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦИзобретение относится к измерительной технике, а конкретно к измерениям концентрации и распределениячастиц по размерам в дисперсных средах, и может быть использовано приизмерении эффективности фильтрующихматериалов и устройств, а также вмедицинской промышленности и др. дляконтроля чистоты воздуха и технологических газов.Известно устройство для определения размера и концентрации аэрозольных частиц, содержащее последовательно расположенные осветитель, рабочую кювету с системой прокачки аэрозоля, оптическую собирающую систему,диафрагму и фотоприемник,При прокачке потока аэрозолядиаметром 1,0 мм через пучок света отосветителя диаметром 1,2 мм образующаяся фигура пересечения является .рабочим объемом ЧР . Свет, рассеянный частицей при пересечении .Чрсобирается оптической системой в телесном угле бОо, Фокусируется черездиафрагму на Фотоприемник и преобразуется в импульс напряжения, амплитуда которого определяет размер час тицы, Основным условйем правильногоопределения размера частицы по ажплитуде импульса является высокая равномерность освещения ЧрК недостаткам этого устройства относится то, что при глубине ЧР равной 1,0 мм, и диаметре луча света 1,2 мм интенсивность освещения частиц от максимальной в центре ЧР уменьшается почти до нуля. на перифе" рии рабочего объема и поэтому снижается точность измерения аэрозольных частиц. ,Наиболее близким по техническойсущности является устройство для определения размера аэрозольных частиц, которое содержит расположенные последовательно осветитель, рабочую кювету с системой прокачки аэрозоля, оптическую собирающую систему, светоделительную призму, прозрачный экран с непрозрачной пластинкой на нем, установленный в плоскости резкого изображения оси потока аэрозоля оптической собирающей систе мой, фотоприемник, соединенный с первым входом электронного ключа, второй вход котордго соединен с вторым Фотоприемником, расположенным по ходу луча, отраженного светоделителт.30 ной призмой 21.При пересечении частицей рабочего объема поток рассеянного света, собранный оптической собирающей системой, попадает на светоделительную призму, пропускающую под прямым углом 50 излучения на Фотоприемник, 5 который регистрирует все частицы, пересекающие Ч т.е. измеряют общую концентрацию; 50 излучения про-. ходит на второй фотоприемник, перед которым установлен экран с непрозрачной пластинкой, закрепленной верти-кально.Когда резкое или нерезкое изо- бражение частицы частично или полностью попадет на Фотоприемник,. то. 15 на нем появляется сигнал, свидетельствующий о том, что частица в рабочем объеме движется вне выделяемой зоны. Этот сигнал поступает на электронный ключ и запрещает регис трацию импульса от такой частицы,При таком оптическом способе в рабочем обьеме формируется зона в виде. ромба, вытянутого в направлении оси оптической собирающей системы. Меньшая диагональ ромба равна ширине непрозрачной пластинки, деленной на увеличение оптической системы, а большая диагональ - удвоенному расстоянию от резкой частицы до не- резкой, у которой размер кружка не- резкости равен меньшей диагонали ромба.К недостаткам этого устройства относится то, что формируемая измерительная зона сильно вытянута по глубине Чр, а именно в этом направлении у большинства счетчиков имеет место наибольшая неравномерность освещения,Г отсутствует возможность регулировки объема выделяемой зоны, величина зо ны для мелких частиц больше, а для крупных меньше, в результате при анализе происходит обогащение спектра мелкими частицами и обеднение крупными. 45Цель изобретения - повышение точности измерения размеров частиц в дисперсных средах.Поставленная цель достигается тем что в устройстве для определе 50 ния размера аэрозольных частиц, содержащем расположенные последова- тельно осветитель, рабочую кювету с системой прокачки аэрозоля, оптическую собирающую систему, светоделиЪельную призму, прозрачный экран, 55 на поверхности которого расположена непрозрачная пластинка, установленная в плоскости резкого изображения оси потока аэрозоля оптической собирающей системой, первый фотопри-. 60 емник, соединенныйс первым входом электронного ключа, второй вход которого соединен с вторым Фотоприемником, расположенным по ходу луча, отраженного светоделительной призмой 65 непрозрачная пластинка выполнена прямоугольной и установлена горизонтально, а между первым входом электронного ключа и первым фотоприемником введен дискриминатор импульсовпо длительности провалов, причемпорог дискриминации у связан с размерами непрозрачной пластинки следующим соотношениемгде Ь - высота непрозрачной прямоугольной пластинки;ь 3 - глубина выделяемой измерительной зоны в потоке аэрозоля ,А - относительное отверстиеоптической собирающей системы ,- фокусное расстояние систе 9 - увеличение;Б - скорость потока аэрозоля;- расстояние от оптическойсобирающей системы до осипотока аэрозоля,На фиг, 1 приведена оптическаясхема устройства для измерения размера.аэрозольных частиц; на фиг.2 +оптическая схема регистрации частиц,пересекающих освещенный рабочий объем; на фиг.З - траектории движениярезкой нерезкой частиц.1Устройство состоит из расположенных последовательно осветителя 1,рабочей кюветы 2 с системой 3 прокачки аэрозоля, оптической системы 4,собирающей рассеянный частицами светпри пролете их через рабочий объем,светоделительной призмы 5, котораярасщепляет падающий на нее свет отоптической системы на два пучка -проходящий и отраженный, прозрачного,экрана б с непрозрачной прямоугольнойпластинкой, установленной на экранегоризонтально в плоскости резкогоиэображения оси потока аэрозоля,Фотоприемника 7, регистрирующего проходящий через призму 5 рассеянный частицами свет, дискриминатора 8 импульсов по длительности провалов, сигнал с которого поступает на первыйвход .электронного ключа 9 (работающего как схема совпадения), второйвход которого соединен с вторым фотоприемником 10, регистрирующим отраженный светоделительной призмой 5рассеянный свет.Цилиндр 11 представляет собойфигуру пересечения освещающего пучкасвета (от осветителя) диаметром Рс потоком аэрозоля диаметром й в рабочей кювете и является рабочим объемом. Собирающая оптическая система4 собирает рассеянный частицами светпри пролете их в Ур и фокусирует его957067 череэнепоказанную на рисунке светоделительную призму на прозрачный экранб с непрозрачной горизонтальной прямоугольной пластинкой, который находится в плоскости Р резкого изображения оптической системой 4 оси потока аэрозоля О, лежащей в плоскости Р. Пластинка б частично закрывает находящийся за ней торец фотоприемника 7, который преобразует поступающие на него импульсы света в импульсы напряжения и подает их надискриминатор 8 и далее на первыйвход электронного ключа 9.Устройство работает следующимобразомПри прокачке потока аэрозоля через рабочий объем 11 частицЫ, движущиеся в плОскости Р, проектируютсяоптической собирающей системой 4 наэкран б с прямоугольной пластинкойи дают на нем резкие изображения движущихся в рабочем объеме ЧР Частиц,диаметр которых не более сфРезкие иэображения дадут такжечастицы, движущиеся за плоскостью-иа расстоянии от нее не более 1равном задней глубине резкости оптической системы 4,(4) 50 2 (И-гц И р)д 8Ъ(7) 40 П р .и м е р . В, качестве примерарассмотрим лучший образец счетчикА 3-5, имеющий диаметр потока азрозо ля 1 мм, фокусное расстояние 15 мм,относительное отверстие 1:1,5, расстояние от .объектива до оси потокааэрозоля 20 мм, увеличение 1 и высоту пластинки 0,5 мм. Длительность бО провала на импульсах от частиц, находящихся в зоне глубиной 0,1 мм прискорости прокачки 1 м/с, равна--ЗР фРв частицы, движущиеся перед плоскостью Р на расстоянии от нее неболее 11, равном передней глубинерезкости,ФР(2)где ОЗР - дваметр зрачка оптическойсистемы 4,.Все частицы, движущиеся вне зоны,заключенной между плоскостями Р иР 1, дадут нерезкие кружки рассеяния еНа фиг.З показаны траектории движения резкой (1) и нерезкой (П)частиц по экрану 6 с расположеннойна нем непрозрачной прямоугольнойпластинкой размером 1 хЬ, где 1 - дли на, а й - высота непрозрачной прямоугольной пластины.При прокачке аэрозоля через ЧРрезкое изображение частицы диаметром сР двигается по прозрачному экрану б и с находящегося за ним фотоприемника снимается импульс. При пересечении резким изображением частицынепрозрачной пластинки высотой и наимпульсе появится провал длительностью где 0 - скорость прокачки аэрозоля. Нерезкое иэображение частицы при пересечении пластинки 6 также дастпровал, длительность которого ьменьше Таким образом, с помощью прямоугольной непрозрачной пластинки 6 удается связать координату пролета частицы в ЧР сфпараметрами импульса рт нее. Если теперь, с помощью вре- юенногЬ анализатора, пропускающего 1 а электроиный ключ импульсы с длии -д цельностью провалов Т и Ъ.(т.е. с порогом дискриминации д ,равным Т ), регистрируем толькорезкие частицы, то формируется вобщем рабочем объеме плоская измерительная зона, заключенная в узком 20 пространстве между плоскостями Р иР 1, в пределах которой обеспечивается высокая равномерность освещения иглубина которого дЯ равна 25 ьБ - .сс- -ф.:- (5)зр рили через относительное отверстие оптической системы А Подставив в полученноевыращение (6) значение ФР = (Ь-Тд 0 р)lЪ , получим " уравнение, связывающее глубину изме рительной зоны дБ с порогом дискриминации Т временного дискримина- тора Таким образом, непрозрачная прямоугольная пластинка определенных размеров, установленная горизонтально, и временной дискриминатор, порог которого связан с .высотой непрозрачной пластинки соотношением (7),создает новое качество - формирует в общем ЧР, плоскую чувствительную зону с высокой равномерностью освещения, что повышает точность измерения размеров частиц,957067 250 мкс1 О тСледовательно, при наличии непрозрачной пластинки и временногоанализатора, пропускающего на анализ частицы с длительностью провала 5 порог500 мкс и больше, идет регистрациячастиц из узкой зоны (0,1 мм), впределах которой обеспечивается вы,сокая раавномерность и точное измере-,/ние размера частиц.Предлагаемое устройство, имеющее- 20где Ьвысокую точность определения дисперсного состава аэрозолей, найдет широкое применение в народном хозяйстве для контроля запыленности, аглавное, для измерений фракционнойэффективности фильтрующих материалов и элементов. Измерения эффехтивности фильтрующих материалов и уст- Хройств в зависимости от размера частиц необходимы при расчете и проектировании систем очистки воздуха и газов и могут быть проведены предлага.емым устройством быстро, автоматически и с высокой точностью,Формула и э обретения.12 20 0,5 - 0,1 "Х,Уф 15йтлъв - ф"Длительность провалов на импульсах от частиц на йериферии потока и хуже освещенных равна2 20 0,5 - 1 - ф 15.1 Устройство для определения размерааэроэольных частиц, содержащее расположенные последовательно осветитель, рабочую кювету с систе мой прокачки аэрозоля, оптическую собирающую систему,светолелительную призму, прозрачный экран, на поверхности которого расположена непрозрачная пластинка, установленная в плоскости резкого изображения оси потока аэрозоля оптической собирающей системой, первый фотоприемник, соединенный с первым входом электронного клю 4 а, второй вход которого соединен с вторым фотоприемником, расположенным по ходу луча, отраженного светоделительной призмой, о т - л и ч а ю щ е.е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, непрозрачная пластинка выполнена прямоугольной и установлена горизонально, а между первым входом элекго ключа и первым фотоприемниведен дискриминатор импульсовтельности провалов, при этомдискриминации ьу связан с разнепрозрачной пластинки следусоотношением2 ЯЬ - д БАКР= Ор- высота непрозрачной прямоугольнЪй пластинки;Я -глубина выделяемой измерительной зоны в потоке аэрозоля;. - относительное отверстиеоптической собирающей сис-.темы;- расстояние от оптическойсобирающей системы до оси,потока аэрозоля. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Соколов В.С., Сергеев В.И. Фо 4 О тоэлектрический счетчик аэроэольныхчастиц АЗ. - "Электронная техника",сер.1 "Электроника СВЧ", Р 10, 1970,с,92-100.2. БЬцэ 1 ег В., Кпо 11 епЬегд Я,Ре 1 ес 11 оп апй э 1 г 1 щ оХ эпеа 11раэ 11 с 1 еэ 1 п ап орел сач 1 йу даэ1 аэег, Арр 1.0 рй, 1972, у.11, р,1515520,887 .нного коений и оРаушска илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 аказ б 586/31 ВНИИПИ по д 113035, Тираж осударств ам изобресква, ЖПодписноемитета СССРткрытийя наб Д.4/5