КОНТРОЛЛЕР ДЫМНОСТИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Российский патент 2003 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 N2095792, M. 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 тpeх 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 чередующимся включении излучателей.

Известен измеритель оптической плотности газов с включениями твердой фазы (Патент РФ N2153159, M.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.: Энергоатомоиздат, 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 N2133462, М.кл. (G 01 N 21/59), в котором для повышения точности измерений и снижения трудоемкости профилактического обслуживания имеется излучатель, два фотоприемника, логарифматор, защитные стекла, полые светопроводы, отверстия для подачи защитного газа, отражатель, закрепленный в полом светопроводе блока излучателя и оптически сопряженный с фотоприемником опорного канала, в электронную схему введены два линейных усилителя с регулируемыми коэффициентами усиления, второй логарифматор, дифференциальный усилитель и компаратор, выход измерительного фотоприемника через линейный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления соединен с входом первого логарифматора, выход которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, а выход опорного фотоприемника через другой линейный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления соединен со входами компаратора и второго логарифматора, выход которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя. Проведение процедуры логарифмирования после линейного усиления позволило получить долговременную стабильность настройки прибора, а создание опорного оптического канала обеспечивало автоматическую компенсацию загрязнения защитного стекла.

Однако такая конструкция имеет ряд недостатков: все блоки электрически связаны друг с другом, блоки излучателя и приемника располагаются по разные стороны газохода, соосность блоков излучателя и фотопреобразователя обеспечивается лишь начальной установкой на газоходе, к тому же требуются два фотоприемника.

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

Данная задача решается за счет того, что в контроллере дымности отходящих газов теплоэнергетических установок, содержащем блок излучателя, состоящий из источника излучения, полого светопровода с отверстиями для подачи защитного газа, защитного стекла, фотоприемника, отражателя, закрепленного в полом светопроводе снаружи от защитного стекла, логарифматор, дифференциальный усилитель, источник электропитания и регистратор, согласно изобретению в блоке излучателя установлено зеркало с пропускающим расходящееся излучение излучателя окном, излучатель имеет регулятор расходимости, фокусирующая линза установлена перед фотоприемником, отражатель снабжен датчиком положения и выполнен с внутренним отражающим покрытием и возможностью вращения, а в электронную схему введены коммутатор, два устройства выборки-хранения и генератор импульсов; выход датчика положения соединен с управляющими входами генератора импульсов и коммутатора, выход генератора импульсов соединен с излучателем, выход логарифматора соединен со входом коммутатора; каждый из двух выходов коммутатора соединен со входом соответствующего устройства выборки-хранения, выходы устройств выборки-хранения соединены с двумя входами дифференциального усилителя; на противоположной блоку излучателя-приемника стороне газохода закреплен защищенный защитным стеклом световозвращатель, оптически связанный через газоход и зеркало с пропускающим окном с фотоприемником. Кроме того, блок излучателя соединен с газоходом через герметичный юстировочный узел, имеющий две угловые степени свободы.

Предложенные технические решения позволяют произвести начальную установку блоков излучателя, который в данном случае можно назвать блоком излучателя-приемника, и световозвращателя, компенсировать несоосность этих блоков, возникающую при эксплуатации в промышленных условиях вследствие деформаций стенок газохода и тем самым получить долговременную стабильность настройки прибора, автоматически компенсировать загрязнения защитных окон; использование одного фотоприемника как в измерительном, так и в компенсационном каналах устраняет влияние изменения его характеристик в области линейности на величину регистрируемой дымности, устраняет электрическую связь между блоками излучателя-приемника и световозвращателя.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит источник коллимированного излучения 1, имеющий регулятор расходимости излучения 2, зеркало с пропускающим это излучение окном 3, защитные стекла 4, 5, отражатель с внутренним отражением 6, снабженный датчиком положения 7 и приводом 8, полые светопроводы 9 и 10 с закрепленными на них ниппелями для подачи защитного газа 11 и 12, корпус 13, в котором установлен световозвращатель 14, линзу 15, фокусирующую возвращенное световозвращателем излучение на фотоприемник 16, электрически соединенный с входом логарифматора 17, выход которого соединен с информационным входом коммутатора 18, нагруженного, в свою очередь, входами устройств выборки-хранения 19, 20 и управляемого по управляющему входу датчиком положения отражателя. Сигналы с устройств выборки-хранения подаются на разные входы дифференциального усилителя (вычитателя) 21. Генератор импульсов 22 нагружен на излучатель и управляется также датчиком положения отражателя. Элементы 1-4, 6-9, 11, 15-22 объединены в блок излучателя-приемника 23, который соединен через герметичный юстировочный узел 24 с газоходом 25. Peгистратор 26 соединен с выходом дифференциального усилителя. Источник электропитания 27 обеспечивает все электронные блоки и электромеханические элементы необходимыми для работы напряжениями.

Регулятор расходимости излучения 2, зеркало с пропускающим окном 3, световозвращатель 14, линза фокусирующая 15, фотоприемник 16, логарифматор 17, коммутатор 18, устройство выборки-хранения 19 и дифференциальный усилитель 21 образуют измерительный канал (в положении, когда плоскость отражателя 6 параллельна направлению распространения потока излучения). Отражатель 6, зеркало с пропускающим окном 3, линза фокусирующая 15, фотоприемник 16, логарифматор 17, коммутатор 18, устройство выборки хранения 20 и дифференциальный усилитель 21 образуют канал компенсации загрязнения защитных окон (в положении. когда плоскость отражателя 6 перпендикулярна направлению распространения потока излучения).

Устройство работает следующим образом.

Блок излучателя-приемника 23 и корпус 13, в котором установлен световозвращатель 14, располагаются на противоположных стенках газохода 25, в которых предварительно вырезаются отверстия. После чего с помощью юстировочного узла 24 производят начальную статическую компенсацию несоосности блока излучателя-приемника 23 и корпуса 13 со световозвращателем 14 и регулируют расходимость излучения регулятором 2 по максимальному заполнению возвращенным светом зеркала 3. Отражатель 6 вращается под действием привода 8. В момент времени, когда плоскость отражателя 6 параллельна световому потоку, сигнал с датчика 7 поступает на коммутатор 18, который открывает измерительный канал, и на генератор импульсов 22. Электрический импульс генератора поступает в излучатель 1, который в свою очередь генерирует световой импульс; излучение достигает световозвращатель 14 и, возвращаясь в блок излучателя-приемника 23, отражается зеркалом 3 и фокусируется на фотоприемник 16. Интенсивность светового потока, пришедшего на фотоприемник, зависит как от оптического пропускания двухфазного газопылевого потока в газоходе 25, так и от оптического пропускания защитных стекол 4, 5, и будет тем меньше, чем больше концентрация сажевых частиц в потоке газа. Сигнал с фотоприемника 16 через логарифматор 17 и коммутатор 18 попадает в устройство выборки-хранения 19, нагруженное на один из входов дифференциального усилителя 21.

В момент времени, когда плоскость отражателя 6 перпендикулярна световому потоку, по сигналу с датчика 7 генератор импульсов 22 возбуждает излучатель 1, а коммутатор 18 открывает компенсационный канал, соединяя выход логарифматора 17 с входом устройства выборки-хранения 20. Отражатель 6 направляет световой поток через окно 4, зеркало 3 и линзу 15 на фотоприемник 16. Интенсивность потока излучения, пришедшего на фотоприемник 16, будет зависеть от оптического пропускания защитного стекла 4 и наружной поверхности отражателя 6, сигнал с фотоприемника 16 через логарифматор 17 и коммутатор 18 попадает в устройство выпорки-хранения 20, нагруженного на другой вход дифференциального усилителя 21.

В результате операции вычитания в предположении одинаковой скорости отложения загрязнений частицами дыма наружной поверхности отражателя 6 и обращенной к газоходу поверхности защитного стекла 5 происходит компенсация загрязнения защитных стекол, и разностный электрический сигнал, пропорциональный концентрации твердых частиц, с выхода дифференциального усилителя 21 поступает на вход peгистратора 26.

Изобретение относится к измерительной технике, касается оптических устройств для автоматического контроля дымности отходящих газов и может быть использовано в химической, металлургической промышленности и топливно-энергетическом комплексе. Контроллер дымности отходящих газов теплоэнергетических установок содержит блок излучателя, состоящий из источника излучения, полого светопровода с отверстиями для подачи защитного газа, защитного стекла, фотоприемника, отражателя, закрепленного в полом светопроводе снаружи от защитного стекла, линзы фокусирующей, логарифматор, дифференциальный усилитель, источник электропитания и регистратор. В блоке излучателя установлено зеркало с пропускающим расходящееся излучение излучателя окном, излучатель имеет регулятор расходимости, фокусирующая линза установлена перед фотоприемником, отражатель снабжен датчиком положения и выполнен с внутренним отражающим покрытием и возможностью вращения, а в электронную схему введены коммутатор, два устройства выборки-хранения и генератор импульсов. Выход датчика положения соединен с управляющими входами генератора импульсов и коммутатора, выход генератора импульсов соединен с излучателем, выход логарифматора соединен с входом коммутатора, каждый из двух выходов коммутатора соединен с входом соответствующего устройства выборки-хранения, выходы устройств выборки-хранения соединены с двумя входами дифференциального усилителя. На противоположной блоку излучателя-приемника стороне газохода закреплен защищенный защитным стеклом световозвращатель, оптически связанный через газоход и зеркало с пропускающим окном с фотоприемником. Блок излучателя соединен с газоходом через герметичный юстировочный узел, имеющий две угловые степени свободы. Техническим результатом является повышение точности измерений концентрации твердых частиц в дымовых газах, упрощение монтажа и обслуживания устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Контроллер дымности отходящих газов теплоэнергетических установок, содержащий блок излучателя, состоящий из источника излучения, полого светопровода с отверстиями для подачи защитного газа, защитного стекла, фотоприемника, отражателя, закрепленного в полом светопроводе снаружи от защитного стекла, линзы фокусирующей, логарифматор, дифференциальный усилитель, источник электропитания и регистратор, отличающийся тем, что в блоке излучателя установлено зеркало с пропускающим расходящееся излучение излучателя окном, излучатель имеет регулятор расходимости, фокусирующая линза установлена перед фотоприемником, отражатель снабжен датчиком положения и выполнен с внутренним отражающим покрытием и возможностью вращения, а в электронную схему введены коммутатор, два устройства выборки-хранения и генератор импульсов, выход датчика положения соединен с управляющими входами генератора импульсов и коммутатора, выход генератора импульсов соединен с излучателем, выход логарифматора соединен с входом коммутатора, каждый из двух выходов коммутатора соединен со входом соответствующего устройства выборки-хранения, выходы устройств выборки-хранения соединены с двумя входами дифференциального усилителя, на противоположной блоку излучателя-приемника стороне газохода закреплен защищенный защитным стеклом световозвращатель, оптически связанный через газоход и зеркало с пропускающим окном с фотоприемником. 2. Контроллер по п. 1, отличающийся тем, что блок излучателя соединен с газоходом через герметичный юстировочный узел, имеющий две угловые степени свободы.