ИЗМЕРИТЕЛЬ ДЫМНОСТИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Российский патент 2002 года по МПК G01N21/59 

Изобретение относится к измерительной технике, касается оптических устройств для непрерывного измерения дымности отходящих газов и может быть использовано в химической, металлургической промышленности и топливно-энергетическом комплексе.

Известен оптический пылемер (Патент РФ N 2095792, М. кл. G 01 N 21/85), собранный по трехканальной схеме, в котором первый излучатель расположен перед рабочей камерой, формирует измерительный канал и оптически связан с фотоприемником через защитные окна рабочей камеры, второй излучатель расположен за рабочей камерой, формирует контрольный канал и оптически непосредственно связан с фотоприемником, третий излучатель расположен внутри устройства за рабочей камерой, формирует дополнительный контрольный канал и оптически связан с фотоприемником через защитное окно, при этом все излучатели выполнены с возможностью поочередного включения.

Недостатком данного пылемера является наличие сразу трех излучателей как элементов энергоемких, требующих точной и стабильной ориентации относительно фотоприемника, вследствие чего получается схема, чувствительная к деформациям измерительного канала в процессе работы и работоспособная лишь при чередующемся включении излучателей.

Известен измеритель оптической плотности газов с включениями твердой фазы (Патент РФ N 2153159, М. кл. G 01 N 21/59), в котором излучатель и фотоприемник расположены с двух противоположных сторон газохода в стаканах. Стаканы излучателя и фотоприемника закреплены на газоходе через герметичные котировочные узлы, имеющие две угловые степени свободы. Юстировочный узел состоит из основного фланца, соединенного сильфонной связью с фланцем для крепления стаканов излучателя или фотоприемника.

Недостатками такого устройства являются усложнение конструкции, так как юстировочными узлами снабжены оба блока (излучателя и приемника), а также статичность юстировки, не компенсирующей деформаций стенок газохода, возникающих при изменении параметров потока, проходящего через газоход в реальных рабочих условиях.

Известен пылемер НИИцемент (Гохберг Ж.Л., Захаров М.С. Методы и приборы автоматического контроля выбросов. ТЭС.-М.: Энергоатомиздат, 1986, 144 с. (с. 131)), содержащий излучатель и фотоприемник, установленные в измерительной камере, которая представляет собой трубу с прорезями, помещенную в газоход вдоль его поперечного сечения. Причем прорези могут закрываться для контроля мощности падающего излучения. Наличие измерительной камеры позволяет исключить несоосность излучателя и фотоприемника, возникающую в результате тепловых деформаций стенок газохода.

Недостатком известного пылемера является то, что при значительной ширине газохода (3-5 м) габариты измерительной камеры затрудняют ее монтаж и не позволяют оперативно производить измерения. К тому же наличие камеры в зоне измерений приводит к искажению пылегазового потока, что ведет к возникновению погрешностей измерений. Кроме того, наличие подвижных элементов в конструкции, эксплуатация которых ведется при высоких температурах, влажности и запыленности, существенно усложняет требования по техническому обслуживанию прибора. Указанные причины ограничивают применение данного устройства в производственных условиях.

Наиболее близким техническим решением является оптико-электронное устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах (Патент РФ N 2133462, М. кл. G 01 N 21/59), в котором для повышения точности измерений и снижения трудоемкости профилактического обслуживания реализована следующая схема. На установленный в блоке излучателя дополнительный опорный фотопреобразователь падает часть светового потока источника излучения от отражателя, закрепленного снаружи от защитного стекла в полом светопроводе блока излучателя в струе защитного газа. Логарифмирование сигналов фотопреобразователей производится после их усиления линейными усилителями. Проведение процедуры логарифмирования после линейного усиления позволяет получить долговременную стабильность настройки прибора, а создание опорного оптического канала обеспечивает автоматическую компенсацию загрязнения защитного стекла.

Однако такая конструкция имеет ряд недостатков: не контролируется мощность излучателя, все блоки электрически связаны друг с другом, к тому же соосность блоков излучателя и фотопреобразователя обеспечивается лишь начальной установкой на газоходе.

Задачей изобретения является повышение точности измерений оптико-электронного устройства для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах, упрощение монтажа и обслуживания устройства в производственных условиях.

Данная задача решается за счет того, что в устройство, содержащее блок излучателя, имеющий источник коллимированного излучения, оптически связанный с опорным и измерительным фотоприемниками, два линейных усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления, два логарифматора, дифференциальный усилитель, защитные стекла, полые светопроводы, отражатель, установленный в полом светопроводе, устройства подачи защитного газа, компаратор и регистратор, согласно изобретению введен световозвращатель, блок излучателя дополнительно содержит регулятор расходимости излучения, зеркало с пропускающим окном, контрольный фотоприемник, третий линейный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, второй дифференциальный усилитель и второй компаратор, контрольный фотоприемник оптически связан непосредственно с излучателем, опорный фотоприемник оптически связан с излучателем через полупрозрачное и глухое с внутренним отражением зеркала, установленные в полом светопроводе блока излучателя за защитным стеклом, причем полупрозрачное зеркало установлено в потоке защитного газа, измерительный фотоприемник расположен также в блоке излучателя и оптически связан с источником коллимированного излучения через световозвращатель и зеркало с пропускающим окном, световозвращатель установлен на противоположной блоку излучателя стороне дымохода, блок излучателя снабжен юстировочным узлом, имеющим две угловые степени свободы, вход третьего линейного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен с выходом контрольного фотоприемника, а выход соединен с входом второго компаратора и инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход второго дифференциального усилителя соединен с выходом линейного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления опорного фотоприемника, выход второго дифференциального усилителя соединен со входом первого компаратора, выход второго компаратора соединен с регистратором.

Предложенные технические решения позволяют компенсировать несоосность излучателя и измерительного фотоприемника, возникающую в реальных рабочих условиях вследствие тепловых деформаций и вибраций стенок газохода, компенсировать температурный дрейф характеристик фотоприемников, произвести статическую компенсацию несоосности блоков излучателя-приемника и световозвращателя, получить долговременную стабильность настройки прибора, производить автоматическую компенсацию загрязнения защитных окон, судить о состоянии излучателя и контролировать мощность излучения, причем наличие в контрольном канале зеркала с внутренним зеркальным покрытием, установленного в непосредственной близости от защитного окна блока излучателя-приемника, позволяет компенсировать разность по числу проходов измерительного и контрольного пучков через защитные окна, а удвоение длины оптического пути света через дымоход увеличивает чувствительность прибора. Блок световозвращателя не имеет электрических связей с остальными блоками измерителя, а оптическая схема обеспечивает одновременное (параллельное) измерение интенсивности светового потока в измерительном опорном и контрольных каналах.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит источник коллимированного излучения 1, полупрозрачное зеркало 2, ответвляющее часть светового потока на контрольный фотоприемник 3, регулятор расходимости излучения 4, зеркало с пропускающим окном 5, защитные окна 6, 7, полупрозрачное зеркало 8, ответвляющее часть светового потока на опорный фотоприемник 9 через зеркало с внутренним зеркальным покрытием 10, юстировочный узел 11, полые светопроводы 12 и 13 с закрепленными на них ниппелями для подачи защитного газа 14 и 15, линзу фокусирующую 16, измерительный фотоприемник 17, линейные усилители 18, 19, 20, логарифматоры 21, 22, дифференциальные усилители (вычитатели) 23, 24, компараторы (пороговые элементы) 25, 26, блок излучателя 27, световозвращатель 28, блок световозвращателя 29, регистратор 30, источник электропитания 31.

Регулятор расходимости излучения 4, зеркало с пропускающим окном 5, световозвращатель 28, линза фокусирующая 16, измерительный фотоприемник 17, линейный усилитель 20 и логарифматор 22 образуют измерительный канал. Полупрозрачное зеркало 8, зеркало с внутренним зеркальным покрытием 10, зеркало с пропускающим окном 5, опорный фотоприемник 9, линейный усилитель 19 и логарифматор 21 образуют опорный канал компенсации и сигнализации загрязнения защитных окон, а полупрозрачное зеркало 2, контрольный фотоприемник 3, линейный усилитель 18 - канал контроля выходной мощности источника коллимированного излучения.

Устройство работает следующим образом. Блоки излучателя 27 и световозвращателя 29 располагаются на противоположных стенках газохода 32, в которых предварительно вырезаются отверстия. После этого с помощью юстировочного узла 11 производят начальную статическую компенсацию несоосности блоков излучателя 27 и световозвращателя 29 и регулируют расходимость излучения регулятором 4 по максимальному заполнению возвращенным светом зеркала 5. В отсутствии дыма при чистых защитных стеклах 6 и 7 путем регулировки коэффициентов усиления линейных усилителей 21 и 22 устанавливают равенство сигналов, подаваемых на вход дифференциального усилителя 23, и, соответственно, нулевое значение оптической плотности отходящих газов на регистраторе 30. Загрязнение газового потока сажевыми частицами уменьшит его оптическое пропускание, в результате чего уменьшится выходной сигнал измерительного канала и, соответственно, регистратор покажет значение дымности потока. Налипание сажевых частиц на обращенных к дымоходу поверхностях защитных стекол 6 и 7, а также наружной поверхности зеркала 10 вызовет одновременное снижение интенсивности света в измерительном и опорном каналах и будет скомпенсировано при вычитании электрических сигналов в дифференциальном усилителе 23.

Установка регулируемых усилителей 18, 19, 20 позволяет электронными методами выровнять чувствительность каналов, которая будет сохраняться при синхронных вариациях чувствительности фотоприемников 3, 9, 17, вызванных температурным дрейфом или процессами старения. Компаратор 25 выдает через регистратор 30 сигнал предупреждения о недопустимом снижении интенсивности исходного пучка, тем самым информируя о необходимости замены источника коллимированного излучения. Компаратор 26 срабатывает при недопустимом снижении интенсивности зондирующего пучка, выдавая через регистратор 30 информацию о необходимости очистки защитных окон 6, 7 и зеркала с внутренним зеркальным покрытием 10.

Изобретение относится к измерительной технике, касается оптических устройств для непрерывного измерения дымности отходящих газов и может быть использовано в химической, металлургической промышленности и топливно-энергетическом комплексе. Измеритель дымности теплоэнергетических установок содержит блок излучателя, имеющий источник коллимированного излучения, оптически связанный с опорным, измерительным и контрольным фотоприемниками, три линейных усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления, два логарифматора, два дифференциальных усилителя, защитные стекла, полые светопроводы, отражатель, установленный в полом светопроводе, устройства подачи защитного газа, два компаратора, регистратор, световозвращатель, регулятор расходимости излучения, зеркало с пропускающим окном. Контрольный фотоприемник оптически связан непосредственно с излучателем, опорный фотоприемник оптически связан с излучателем через полупрозрачное и глухое с внутренним отражением зеркала, установленные в полом светопроводе блока излучателя за защитным стеклом, причем полупрозрачное зеркало установлено в потоке защитного газа, измерительный фотоприемник расположен также в блоке излучателя и оптически связан с источником коллимированного излучения через световозвращатель и зеркало с пропускающим окном, световозвращатель установлен на противоположной блоку излучателя стороне дымохода, блок излучателя снабжен юстировочным узлом, имеющим две угловые степени свободы. Вход третьего линейного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен с выходом контрольного фотоприемника, а выход соединен с входом второго компаратора и инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход второго дифференциального усилителя соединен с выходом линейного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления опорного фотоприемника, выход второго дифференциального усилителя соединен со входом первого компаратора, выход второго компаратора соединен с регистратором. Техническим результатом является повышение точности измерений, упрощение монтажа и обслуживания устройства в производственных условиях. 1 ил.

Измеритель дымности теплоэнергетических установок, содержащий блок излучателя, имеющий источник коллимированного излучения, оптически связанный с опорным и измерительным фотоприемниками, два линейных усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления, два логарифматора, дифференциальный усилитель, защитные стекла, полые светопроводы, отражатель, установленный в полом светопроводе, устройства подачи защитного газа, компаратор и регистратор, отличающийся тем, что в него введен световозвращатель, блок излучателя дополнительно содержит регулятор расходимости излучения, зеркало с пропускающим окном, контрольный фотоприемник, третий линейный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, второй дифференциальный усилитель и второй компаратор, контрольный фотоприемник оптически связан непосредственно с излучателем, опорный фотоприемник оптически связан с излучателем через полупрозрачное и глухое с внутренним отражением зеркала, установленные в полом светопроводе блока излучателя за защитным стеклом, причем полупрозрачное зеркало установлено в потоке защитного газа, измерительный фотоприемник расположен также в блоке излучателя и оптически связан с источником коллимированного излучения через световозвращатель и зеркало с пропускающим окном, световозвращатель установлен на противоположной блоку излучателя стороне дымохода, блок излучателя снабжен юстировочным узлом, имеющим две угловые степени свободы, вход третьего линейного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен с выходом контрольного фотоприемника, а выход соединен с входом второго компаратора и инвертирующим входом второго дифференциального усилителя, неинвертирующий вход второго дифференциального усилителя соединен с выходом линейного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления опорного фотоприемника, выход второго дифференциального усилителя соединен со входом первого компаратора, выход второго компаратора соединен с регистратором.