СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ПЫЛЕГАЗОВОГО ПОТОКА Российский патент 1998 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля пылегазовых потоков, а именно к способам определения их концентрации.

Изобретение может быть использовано для диагностики экологичности, взрыво- и пожаробезопасности пылегазовых смесей промышленных предприятий, например, зерноперерабатывающей, углеперерабатывающей и других производств.

Известен способ измерения массы и концентрации частиц [1], заключающийся в том, что пылегазовый поток пропускают возле датчика, массу и концентрацию частиц определяют по амплитуде и частоте импульсов.

Недостатками способа являются сложность реализации, низкие чувствительность, информативность и точность измерения сигнала. Известно, что обтекание пылевым потоком датчика сопровождается налипанием на его чувствительные элементы пылевых частиц, что искажает результат измерения, а сама установка датчика в поток весьма затруднена, информативный сигнал при малых концентрациях практически отсутствует.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к достигаемому результату является акустоэмиссионный контроль пылевого потока в воздуховоде [2] , принятый за прототип. Этот способ включает измерение и установление связи между параметрами акустической эмиссии (АЭ) и параметрами пылевого потока.

Сущность акустоэмиссионного контроля заключается в том, что исследуемый пылегазовый поток направляют по пылегазопроводу, на котором установлен датчик, при этом частицы пыли ударяются о стенки пылегазопровода, что приводит к возникновению сигналов акустической эмиссии (АЭ).

Сигналы АЭ несут информацию о распределении масс пылевых частиц, их концентрации в пылегазовом потоке.

Недостатки способа - низкие точность, помехозащищенность, чувствительность и разрешающая способность регистрируемых сигналов акустической эмиссии при возрастании концентрации, что ведет к необъективной и ненадежной оценке, особенно в области предельно допустимой концентрации пылегазового потока.

Задача изобретения - повышение точности, чувствительности, помехозащищенности и разрешающей способности при измерении акустического сигнала, простота реализации при непрерывном слежении и оценке концентрации и ее предельно допустимого значения в пылегазовом потоке.

Поставленная задача решается тем, что акустический сигнал датчика преобразуют в спектрограмму высших гармоник, которые имеют высокую частоту и сильно выделяются от шумового поля, что обеспечивает помехозащищенность измерительного канала.

Высшие гармоники акустического сигнала обеспечивают большую разрешающую способность измерительного тракта. Так, например, если первая основная гармоника для чистой газовой среды отличается всего на Δ от основной гармоники для твердой фазы потока
f_n= f_г+Δ,
то высшие гармоники, всегда кратные основной гармонике, отличаются уже на k•Δ:
(f_г+Δ)•k = f_г•k+Δ•k,
где k - коэффициент кратности высшей гармоники; f_г - частота для чистой газовой среды; f_n - частота звучания твердой фазы.

Таким образом, высшие гармоники спектра несут более полную информацию об амплитудно-частотных параметрах пылегазового потока и обеспечивают более высокую разрешающую способность способа, что особенно важно для различия предельно допустимой концентрации от чистой газовой среды.

Существенным признаком предлагаемого способа является то, что сигнал преобразуют в спектрограмму Фурье спектроанализатором. Сформированный диагностический подспектр из тембровых гармоник имеет в k раз большую разрешающую способность, чем первые основные гармоники пылегазовой среды и твердой фазы пылегазового потока.

Использование разности частот твердой фазы и среды пылегазового потока по высшим гармоникам спектра при определении концентрации является не только новым, но и обеспечивает способу существенные метрологические качества.

Апробирование способа осуществлено на лабораторной модели пылегазохода, оснащенной измерительной аппаратурой (фиг. 1), где 1 - пылегазовый поток, 2 - датчик акустической эмиссии, 3 - спектроанализатор. Пылегазовый поток 1 направляют по пылегазоводу, огибающему место установки датчика 2, воспринимающего акустический сигнал твердых частиц и газовой среды потока. Акустический сигнал датчиком преобразуется в электрический и подается на вход спектроанализатора. Спектроанализатор перерабатывает сигнал датчика в спектрограмму Фурье, представляющую собой диагностический спектр с повышенной разрешающей способностью и помехозащищенностью.

Примеры: по предлагаемому способу были проведены модельные испытания пылегазовых потоков с концентрациями твердой фазы: 0 г/м³ - чистая газовая среда; 4•10^-4 г/м³ и 8•10^-4 г/м³ - твердой фазы соответственно спектрограммам Фурье а, б, в (фиг. 2), на которых сигналы внутреннего калибратора - I, первой основной гармоники - II, высших гармоник -III имеют четко выраженную гребенчатую структуру, подчиняющуюся аддитивному закону.

График зависимости (фиг. 3) концентрации твердой фазы (г/м³) от уровня акустического сигнала, измеряемого в mV построен по приведенным спектрограммам. Каждая точка графика (фиг. 3) строится по отдельной спектрограмме. Координатами точки являются по оси абсцисс средневзвешенные амплитуды высших гармоник III спектрограммы, а по оси ординат значения концентрации твердой фазы для этой же спектрограммы.

Построенная по экспериментальным значениям кривая для данной пыли соответствует линейному закону распределения уровня акустического сигнала от концентрации твердой фазы в широком диапазоне крупностей.

Апробирование способа на указанных выше примерах показывает, что малые концентрации твердой фазы не отличимы от чистой газовой среды на основных гармониках, в то время как высшие гармоники обладают резким отличием, что подтверждает указанные выше особенности высших гармоник в формировании диагностического спектра и эффективность предлагаемого способа.

Источники информации.

1. Патент Великобритании N 1345095, кл. G 01N 15/06, опубл. 1974.

2. Новожилов А.А., Прусс Ю.В., Муханов В.В. Акустоэмиссионный контроль пылевого потока в воздуховоде. В сб. н.т.: Обеспыливание в строительстве. Ростов-на-Дону, Рост. инж.-строит. ин-т, 1991.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля движущегося пылегазового потока. Сущность способа: измерение концентрации твердой фазы пылегазового потока проводят по излучению сигналов акустической эмиссии, излучаемой движущимися частицами при соударении с элементами крепления датчика. Способ обеспечивает повышенную помехозащищенность, увеличивает разрешающую способность при измерении малых концентраций. 3 ил.

Способ определения концентрации твердой фазы пылегазового потока, заключающийся в том, что измеряют и устанавливают связь между параметрами акустической эмиссии и параметрами пылегазового потока, отличающийся тем, что сигнал датчика преобразуют в спектрограмму Фурье, а диагностический спектр формируют в виде гребенчатых подспектров высших гармоник для твердой фазы и газовой среды пылегазового потока.