УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ГАЗАХ Российский патент 1995 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для градуировки измерителей концентрации твердых частиц в газах энергетической, химической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для градуировки измерителей концентрации, содержащее сосуд, разделенный газораспределительной плитой на две секции, из которых нижняя сообщена с регулируемым источником избыточного давления газа, а верхняя через отверстие в крышке с атмосферой и заполнена порошкообразной средой, стенки верхней секции выполнены прозрачными. Сосуд снабжен фланцем, выполненным в виде рупора с отверстием по центру, в котором размещен циркулятор измерителя в СВЧ-диапазоне [1]
Недостатком устройства является невозможность создания натурных условий для градуировки измерителей концентрации твеpдых частиц в газах и, следовательно, низкая точность градуировки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для градуировки измерителей концентрации твердых частиц, содержащее заборную трубку, фильтровальный патрон, измеритель расхода газа, воздуходувку с регулирующим элементом, весоизмерительный узел [2]
Недостатком устройства является невозможность проведения градуировки в автоматическом режиме и низкая точность метода ( ± 25%).

Целью изобретения является повышение точности и автоматизация градуировки измерителей концентрации твердых частиц в газах.

Цель достигается тем, что в устройство для градуировки измерителей концентрации твердых частиц в газах, содержащее заборную трубку, фильтрующий и весоизмерительный узлы, расходомер и воздуходувку, причем заборная трубка входным концом введена в газоход, а выходным сообщена через фильтрующий узел, расходомер и воздуходувку с атмосферой, введен блок управления, а фильтрующий элемент выполнен в виде электромагнитной катушки, подключенной к блоку питания и охватывающей вертикальную осадительную камеру, в нижней части которой установка решетка с размещенными на ней слоем магнитных элементов, причем осадительная камера соединена с весоизмерительным узлом, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен с выходом расходомера, а первый и второй выходы соответственно к управляющим входам воздуходувки и блока питания электромагнитной катушки; введена по крайней мере одна дополнительная электромагнитная катушка с решеткой и размещенным на ней слоем магнитных элементов, которые последовательно установлены в осадительной камере над основной электромагнитной катушкой; блок управления выполнен в виде электронного ключа, входом подключенного через первый вход блока управления к весоизмерительному узлу, выходом к выходу порогового элемента и через схему задержки к входу реле времени и сбросовому входу сумматора, выход которого подключен к входу порогового элемента, а вход через второй вход блока управления к расходомеру, причем выход реле времени соединен с управляющим входом схемы НЕ и через второй выход блока управления с управляющим входом блока питания воздуходувки, а выход через первый выход блока управления с управляющим входом воздуходувки.

На фиг. 1 изображено устройство для градуировки измерителей концентрации твердых частиц в газах; на фиг. 2 циклограмма работы элементов устройства.

Устройство для градуировки содержит заборную трубку 1, введенную в газоход 2, весоизмерительный узел 3, расходомер 4, воздуходувку 5, блок 6 управления и фильтрующий элемент, который выполнен в виде электромагнитной катушки 7, подключенной к блоку 8 питания и охватывающей вертикальную осадительную камеру 9, в нижней части которой установлена решетка 10 с размещенным на ней слоем магнитных элементов 11. В устройство может быть введена по крайней мере одна дополнительная электромагнитная катушка 12 с решеткой 13 и размещенным на ней слоем магнитных элементов 14, установленных в осадительной камере над основной электромагнитной катушкой 7, причем электромагнитные катушки соединены между собой через фазосдвигающий элемент 15. Блок 6 управления выполнен в виде электронного ключа 16, регистрирующего прибора 17, порогового элемента 18, схемы 19 задержки, подключенной к входу реле 20 времени и сбросовому входу сумматора 21, выход которого подключен к входу порогового элемента 18, а вход через второй вход блока 6 управления к расходомеру 4, причем выход реле 20 времени соединен с управляющим входом схемы НЕ 22.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Место установки заборной трубки 1 выбирают согласно существующей методике (см. прототип). После подключения схемы НЕ 22 к ≈220 В (линии питания воздуходувки 5) воздуходувка 5 начинает отсасывать объем контролируемых газов из газохода 2 через заборную трубку 1. Решетка 10 в совокупности со слоем магнитных элементов, например, выполненных в виде шариков 1-3 мм, является фильтрующим элементом для твердых частиц, содержащихся в прокачиваемом через него газе. Частицы осаждаются на поверхности решетки 10 и магнитных элементах 11, очищенный от твердых частиц газ пропускается через расходомер 4, который выдает информацию об объеме прокаченного газа на сумматор 21. После достижения расчетного объема (например, 60 м³) срабатывает пороговый элемент 18 (момент t₁), включающий ключ 16, и на регистрирующий прибор 17 (U₁₇) поступает информация о весе осажденных частиц с весоизмерительного узла 3 на фильтрующем элементе. Через схему 19 задержки сформированный сигнал (U₂₁) поступает на сброс сумматора 22 (момент t₂) и запуск реле 20 времени (U₂₀), отключающего подачу питающего напряжения на воздуходувку 22 (U₂₂) и включающего блок 8 питания, который формирует импульсы питания электромагнитной катушкой 7. Причем последней создается импульсное электромагнитное поле, обусловливающее хаотическое перемещение магнитных элементов 11 (кипящий слой). В результате упомянутого перемещения твердые частицы отделяются от поверхности решетки 10 и магнитных элементов и уносятся отсасывающим потоком в газоход, что определяет очистку фильтрующего элемента и его готовность к следующему циклу измерений. Время очистки фильтрующего элемента устанавливается на реле 20 времени (t_рв) и соответствует экспериментально подбираемой величине, например 3-5 мин. После отключения реле 20 времени схема НЕ 22 соединяет воздуходувку 22 с линией питания и начинается новый цикл измерений.

На регистрирующем приборе 17 (U₁₇) фиксируется измеренное значение веса осевших твердых частиц на фильтрующем элементе, содержавшихся в измеренном расходомером 4 объеме газа. Величину последнего выбирают из условия точности измерения веса порции твердых частиц в осадительной камере 9. Например, если вес последней 30-40 г, целесообразно при средней концентрации твердых частиц в контролируемом газе 0,8 г/м³ выбирать объем прокачиваемого газа ≈50м³. В этом случае вес осадительной камеры 9 и вес порции твердых частиц соизмеримы, что определяет высокую точность измерений весоизмерительным узлом 3.

Для увеличения степени улавливания твердых частиц возможно использовать одну, две дополнительные решетки 13 с магнитными элементами 14. В этом случае достигается 100%-ное улавливание частиц, что повышает точность измерений. Однако увеличение числа дополнительных решеток усложняет конструкцию и увеличивает гидравлическое сопротивление потоку газа. Поэтому при толщине насыпного слоя магнитных элементов 3-4 диаметра последних целесообразно устанавливать 2-3 секции решеток, причем последние возможно выполнять из сетки Х18Н10 с размером окна ≈500 мкм. В качестве магнитных элементов можно использовать шарики 1,5 мм и 3 мм из ст.3. Основная масса шариков (70%) имеет диаметр 1-1,5 мм, а остальные 3 мм.

В этом случае используются мелкие шарики для увеличения фильтровальной поверхности, уменьшения пор; крупные шарики для разрушения агрегатов из мелких шариков, возникающих при воздействии на них электромагнитного поля.

Фазосдвигающий элемент 15 повышает эффективность процесса "кипения" шариков (магнитных элементов), величину сдвига фазы выбирают экспериментально для получения максимального воздействия, например, верхней катушки на нижние шарики. Действительно, эффективное воздействие электромагнитного поля на шарики осуществляется только до середины высоты катушки. Выше последней шарики могут перемещаться только за счет инерционных сил или в результате взаимодействия между собой. Верхняя катушка может подхватывать шарики на нижней секции в момент, когда шарики отделятся от нижней сетки. На этот период времени необходимо сдвигать фазу.

При взвешивании фильтрующего элемента в измерения вводится погрешность от уменьшения истинного веса последнего за счет его "отсасывания" воздуходувкой 5. Эта погрешность зависит от производительности воздуходувки и корректируется выводом нуля на весоизмерительном узле при включенной воздуходувке при наладке устройства. Изменение степени "отсасывания" в результате осаждения твердых частиц на поверхности магнитных элементов вводится в погрешность измерений, которая не превышает 1-2%

Использование: изобретение относится к технической физике и позволяет повысить точность и автоматизировать градуировку измерителей концентрации твердых частиц в газах. Сущность: в устройство при отсасывании воздуходувкой объема контролируемого газа из газохода через заборную трубку на решетке в совокупности со слоем магнитных элементов подаются твердые частицы. Очищенный газ пропускается через расходомер, который выдает информацию об объеме прокачанного газа на сумматор. После достижения расчетного объема срабатывает пороговый элемент и на регистрирующий прибор поступает информация о весе осажденных с частиц с весоизмерительного узла. Очистка решетки и магнитных элементов осуществляется подачей импульсного напряжения на электромагнитную катушку, обусловливающего "кипение" магнитных элементов, отделение от них твердых частиц и унос в газоход за счет перепада давления. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ГАЗАХ, содержащее заборную трубку, фильтрующий и весоизмерительный узлы, расходомер и воздуходувку, причем заборная трубка входным концом введена в газоход, а выходным сообщена через фильтрующий узел, расходомер и воздуходувку с атмосферой, отличающееся тем, что, с целью автоматизации градуировки, в него введен блок управления, а фильтрующий элемент выполнен в виде электромагнитной катушки, подключенной к блоку питания и охватывающей вертикальную осадительную камеру, в нижней части которой установлена решетка с размещенным на ней слоем магнитных элементов, причем осадительная камера соединена с весоизмерительным узлом, выход которого подключен к первому входу блока управления, второй вход которого соединен с выходом расходомера, а первый и второй выходы соответственно к управляющим входам воздуходувки и блока питания электромагнитной катушки. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в него введены по крайней мере одна дополнительная электромагнитная катушка с решеткой и размещенным на ней слоем магнитных элементов, которые последовательно установлены в осадительной камере над основной электромагнитной катушкой. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде электронного ключа, входом подключенного через первый вход блока управления к весоизмерительному узлу, выходом к выходу порогового элемента и через схему задержки к входу реле времени и сбросовому входу сумматора, выход которого подключен к входу порогового элемента, а вход через второй вход блока управления к расходомеру, причем выход реле времени соединен с управляющим входом схемы НЕ и через второй выход блока управления с управляющим входом блока питания воздуходувки, а выход через первый выход блока управления с управляющим входом воздуходувки.