УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ДЫМОВЫХ ГАЗАХ Российский патент 1997 года по МПК G01N21/53 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при измерениях концентрации твердых частиц в дымовых газах газоходов тепловых электростанций.

Известно устройство для измерения оптической плотности дымовых газов в газоходе, содержащее два излучателя света с источниками питания, расположенные взаимно перпендикулярно, и фотопреобразователь, размещенные в торцах стаканов, совмещенных с отверстиями в стенках газохода, соединенный с фотопреобразователем накаливающий прибор, блок коррекции, один из источников питания выполнен с регулируемыми выходными параметрами, причем блок коррекции подсоединен между показывающим прибором и источником питания с регулируемыми выходными параметрами [1]
Недостатком устройства является невозможность прямых измерений концентрации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах, содержащее генератор импульсов, два излучателя, два ключа, входы которых соединены через элемент вычисления натурального логарифма с выходом фотопреобразователя сигналов излучателей, а выходы со входами вычитателя, выход которого подключен через усилитель с регулируемым параметром к входу регистрирующего прибора, причем один из излучателей размещен по оси трубки на ее конце, противоположный конец которой введен в газоход [2]
Однако решение-прототип [2] не обеспечивает достаточной точности измерений из-за возможности запыления оптических элементов, прежде всего второго канала излучатель-фотопреобразователь и особенно при расширении диапазона измерений концентрации.

Задачей изобретения является создание устройства, характеризующего повышенной точностью измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах.

Предметом изобретения является устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах, содержащее генератор импульсов, вход которого подключен к выходу регулятора мощности, первый и второй выходы к первому и второму излучателям соответственно, электронный блок, информационный вход которого подключен к выходу фотопреобразователя, первый и второй управляющие входы к соответствующим выходам генератора импульсов, выход к входу блока регистрации, первую трубку, на конце которой по ее оси размещен первый излучатель, при этом другой конец первой трубки предназначен для введения в стенку газохода, которое согласно изобретению содержит вторую трубку, расположенную параллельно и рядом с первой трубкой, третью трубку и переключатель N-диапазонов измерения, электронный блок и блок регистрации снабжены дополнительными выходом и входом соответственно, которые соединены с входом и выходом переключателя N-диапазонов измерения, входы регулятора мощности соединены с соответствующими вторыми выходами переключателя N-диапазонов измерения, второй излучатель и фотопреобразователь размещены на концах и по осям второй и третьей трубок соответственно, другие концы которых предназначены для введения в противоположные стенки газохода.

Приведенная совокупность признаков позволяет исключить запыление оптических элементов, обеспечить дистанционное переключение диапазонов измерения и, таким образом, соответственно повысить точность измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах.

Изобретение имеет развитие, касающееся предпочтительного выполнения переключателя диапазонов измерения в связке с регулятором мощности. Согласно этому развитию переключатель N-диапазонов измерения содержит N пороговых элементов и N одновибраторов, а регулятор мощности N схем И, при этом вход переключателя N-диапазонов измерения подключен к входам пороговых элементов, выходы которых соединены с входами соответствующих одновибраторов, первые выходы одновибраторов являются первым выходом переключателя N-диапазонов измерения, а вторые подключены к первым входам соответствующих схем И, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами источника опорных напряжений, а выходы являются выходом регулятора мощности.

На фиг. 1 представлена схема устройства в целом. На фиг. 2 приведено внутреннее выполнение электронного блока, а на фиг. 3 блок-схема узла из регулятора мощности и переключателя, например, 2-х диапазонов измерения.

Устройство фиг. 1 содержит первый и второй излучатели 1 и 2, генератор 3 импульсов, регулятор 4 мощности генератора 3. Излучатели 1, 2 и фотопреобразователь 5 световых сигналов излучателей размещены по осям трубок 6, 7 и 8 соответственно на их концах, противоположные концы трубок предназначены для введения в газоход через стенку 9.

В стенках трубок 6, 7 и 8 в месте размещения излучателей 1 и 2 и фотопреобразователя 5 выполнены отверстия 10 для сообщения с атмосферой.

Выходной сигнал с фотопреобразователя 5 обрабатывается и регистрируется посредством электронного блока 11, переключателя 12 диапазонов измерения, блока 13 регистрации.

Электронный блок 11 (фиг. 2) содержит, как и в устройстве-прототипе, элемент 14 вычисления натурального логарифма, два ключа 15 и 16, вычитатель 17, усилитель 18 с регулируемым параметром. Дополнительно введен интегратор 19.

На фиг. 3 представлен узел из переключателя 12 и регулятора 4. Переключатель 12 для каждого из диапазонов измерения содержит пороговый элемент 20 и одновибратор 21, а регулятор схему 22 совпадения.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Электромагнитное излучение, формируемое излучателями 1 и 2, с помощью трубок 6 и 7 вводится в газоход. Степень поглощения электромагнитных волн, достигающих фотопреобразователя 5, для излучателя 2 больше, чем для излучателя 1, так как длина участка поглощения излучения для излучателя 2 больше на величину l.

Измерение концентрации K твердых частиц производится согласно выражению:

где l расстояние между торцами трубок 6 и 7, введенных в газоход; j1 и j2 интенсивности излучения, измеренные фотопреобразователем 5, от излучателей 1 и 2 соответственно; a коэффициент, зависящий от среднего размера частиц, получаемых в результате градуировки устройства путем установки регулируемого параметра усилителя 18.

Генератор 3 формирует мощные импульсы поочередно на излучатели 1, 2 и синхронизирующие импульсы на ключи 15 и 16 блока 11, в котором производятся также операции деления и логарифмирования согласно приведенному выше выражению по определению концентрации K.

В случае, когда значение сигнала, поступающего через дополнительный выход с блока 11, достигает порогового уровня соответствующего элемента 20 переключателя 12, формируется кодовый импульс с одного из одновибраторов 21. Этот импульс регистрируется (записывается) блоком 13. Шаг переключателя 12 может быть выбран соответствующим изменению концентрации, например, на 2 г/м³ за время, не меньшее 10 с. Исключение возможности переключения диапазона при импульсных изменениях концентрации обеспечивается интегратором 19.

С другого выхода сработавшего одновибратора 21 подается сигнал на соответствующую схему 22 блока 4 (фиг. 3) и таким образом осуществляется регулирование мощности выходных импульсов генератора 3, возбуждающих излучатели 1,2.

Блок 13 может быть выполнен, например, в виде самописца с двумя входами.

Эксплуатация макета предложенного устройства и устройства-прототипа показала, что введение трубок 6 и 8 с возможностью размещения торца каждой из них во внутренней полости газохода (а не в его стенке) исключает запыление оптических элементов пристеночными потоками частиц. Кроме того, благодаря введению переключателя 12 снизилось влияние на выходной сигнал "шумовой" составляющей. Это позволило обеспечить большую точность измерения.

Использование: изобретение относится к области технической физики. Сущность изобретения: устройство содержит генератор импульсов, регулятор мощности, два излучателя, один из которых размещен в первой трубке, фотопреобразователь, электронный блок и блок регистрации. Введение переключателя диапазонов измерения, второй и третьей трубок с размещением в них второго излучателя и фотопреобразователя позволяет снизить влияние на выходной сигнал "шумовой" составляющей, исключить запыление оптических элементов пристеночными потоками частиц и соответственно повысить точность измерения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах, содержащее генератор импульсов, вход которого подключен к выходу регулятора мощности, первый и второй выходы к первому и второму излучателям соответственно, оптически сопряженным с фотопреобразователем, электронный блок, информационный вход которого подключен к выходу фотопреобразователя, первый и второй управляющие входы к соответствующим выходам генератора импульсов, выход к входу блока регистрации, первую трубку, на конце которой по ее оси размещен первый излучатель, при этом другой конец первой трубки предназначен для введения в стенку газохода, отличающееся тем, что оно содержит вторую трубку, расположенную параллельно первой трубке, третью трубку и переключатель N диапазонов измерения, электронный блок и блок регистрации снабжены дополнительными выходом и входом соответственно, которые соединены с входом и первым выходом переключателя N диапазонов измерения, входы регулятора мощности соединены с соответствующими вторыми выходами переключателя N диапазонов измерения, второй излучатель и фотопреобразователь размещены на концах и по осям второй и третьей трубок соответственно, другие концы которых предназначены для введения в противоположные стенки газохода. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что переключатель N диапазонов измерения содержит N пороговых элементов и N одновибраторов, а регулятор мощности N схем И, при этом вход переключателя N диапазонов измерения подключен к входам пороговых элементов, выходы которых соединены с входами соответствующих одновибраторов, первые выходы одновибраторов являются первым выходом переключателя N диапазонов измерения, а вторые подключены к первым входам соответствующих схем И, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами опорных напряжений, а выходы являются выходом регулятора мощности.