СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ АЭРОЗОЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК G01N15/00 G01N15/02 

Изобретение относится к области измерения концентраций непроводящих частиц в газовых смесях и может найти применение в различных отраслях науки, техники и медицины, например для измерения концентрации аэрозолей, используемых в качестве лечебных воздушных дыхательных смесей.

Известен способ непрерывного измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля, основанный на заряде частиц аэрозоля в поле коронного разряда переменного тока и последующем измерении ЭДС, индуцируемой ими на измерительный электрод [1].

Недостаток этого способа состоит в низкой точности измерения из-за переноса к измерительному электроду ионов, образующихся в моменты перехода напряжения коронного разряда переменного тока через ноль.

Известен способ измерения концентрации дисперсной фазы аэрозолей, использующий для заряда частиц поле униполярного импульсного коронного разряда [2].

Недостаток этого способа состоит в низкой точности измерения из-за влияния неизвестного естественного заряда частиц аэрозоля.

Известен способ [3], наиболее близкий по технической сущности, устраняющий влияние неизвестного естественного заряда частиц аэрозоля, состоящий в предварительном заряде частиц потока аэрозоля в поле коронного разряда постоянного тока до величины, превышающей их естественный заряд, при полярности разряда, противоположной полярности последующего униполярного импульсного коронного разряда.

Недостаток этого способа, как и предыдущих, заключается в низкой точности измерения в области малых (менее 0,1 мг/м³) концентраций аэрозоля, для которых наводимая заряженными частицами аэрозоля на измерительный электрод ЭДС, менее ЭДС, обусловленной наводками от близко расположенного источника электромагнитного излучения - камеры импульсного коронного униполярного заряда аэрозоля. Применение экранирующих заземленных колец, располагаемых между источником наводок и измерительным электродом, позволяет повысить чувствительность и уменьшает, но полностью не устраняет указанные наводки на измерительный электрод.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности способа измерения за счет компенсации наводок на измерительный электрод от камеры импульсного коронного униполярного заряда аэрозоля.

Поставленная цель достигается тем, что предварительный заряд частиц потока аэрозоля в первой зарядной камере коронного разряда постоянного тока осуществляется до заряда насыщения, противоположного по знаку, но равного по величине заряду насыщения, обеспечиваемому второй зарядной камерой импульсного коронного заряда. Вторая камера обеспечивает импульсный перезаряд предварительно заряженных противоположным знаком частиц аэрозоля и на ее выходе образуется последовательность чередующихся движущихся областей объемного заряда положительного и отрицательного знака, причем величина заряда насыщения для всех областей одинакова по абсолютной величине. Далее поток знакопеременно заряженного аэрозоля проходит область приложенного внешнего постоянного магнитного поля, вектор магнитной индукции которого направлен перпендикулярно потоку аэрозоля. На заряженные частицы аэрозоля, движущиеся перпендикулярно вектору индукции магнитного поля, действует сила Лоренца и в пределах области воздействия магнитного поля частицы движутся по окружностям, диаметр которых пропорционален размеру частиц. Положительно и отрицательно заряженные частицы, проходя область воздействия внешнего постоянного магнитного поля, смещаются в разные стороны относительно первоначальной оси потока аэрозоля в плоскости, перпендикулярной вектору индукции внешнего постоянного магнитного поля.

Разделенные в пространстве области объемного положительного и отрицательного заряда наводят ЭДС разного знака, каждая в своем измерительном электроде. Измерительные электроды соединяются каждый со своим входом инструментального усилителя, выходной сигнал которого пропорционален суммарной поверхностной концентрации частиц аэрозоля. При этом электромагнитное излучение от импульсного коронного униполярного разряда наводит на измерительных электродах одинаковые ЭДС, которые являются синфазным сигналом для инструментального усилителя и эффективно подавляются последним.

Таким образом, пространственная сепарация в магнитном поле заряженных частиц по знаку заряда обеспечивает возможность дифференциальной обработки (вычитания) сигналов измерительных электродов, позволяющей эффективно подавить при вычитании наводки на измерительные электроды от коронного разряда и тем самым повысить чувствительность способа.

На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.

В диэлектрическом корпусе 1 последовательно по потоку аэрозоля установлены наружный 2 и внутренний 3 электроды коронного разряда постоянного тока, наружный 4 и внутренний 5 электроды униполярного импульсного коронного разряда, полюса 6, 7 постоянного магнита (магнитопровод на чертеже не показан) и измерительные индукционные электроды 8 и 9, электрически соединенные соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами инструментального усилителя 10.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При пропускании потока аэрозоля через систему электродов частицы в поле постоянной короны между электродами 2 и 3 приобретают электрический заряд. Далее поток униполярно заряженных частиц перезаряжается в поле импульсного коронного разряда противоположного знака между электродами 4 и 5 во время импульса, а во время паузы сохраняют свой первоначальный заряд.

Модулированный по знаку заряда поток аэрозоля проходит зону воздействия постоянного магнитного поля между полюсами магнита 6 и 7, где происходит пространственная сепарация разноименно заряженных частиц под действием силы Лоренца.

Потоки разделенных в пространстве положительно и отрицательно заряженных частиц поступают соответственно в измерительные электроды 8, 9 и за счет электрической индукции наводят в них ЭДС, противоположные по знаку, величины переменных составляющих которых пропорциональны концентрации дисперсной фазы аэрозоля.

На измерительные электроды 8 и 9 одновременно наводится также и ЭДС помехи от импульсного коронного разряда между электродами 4 и 5, одинаковые по амплитуде и знаку из-за симметричной конструкции и одинакового расстояния от каждого измерительного электрода до источника помехи.

В паузах между прохождением через измерительные электроды 8 и 9 областей объемного заряда, заряженных соответственно в поле постоянной короны между электродами 2 и 3 и перезаряженных в поле униполярного импульсного коронного разряда между электродами 4 и 5 во время импульса разряда, через измерительные электроды 8 и 9 проходит поступающий на вход датчика аэрозоль, знак и величина заряда которого неизвестны.

ЭДС, наведенные в измерительных электродах 8 и 9, подаются на входы инструментального усилителя 10, где производится их алгебраическое сложение, при этом синфазные ЭДС помех вычитаются, а противофазные ЭДС, наведенные заряженными частицами, суммируются. Постоянная составляющая выходного напряжения инструментального усилителя 10 пропорциональна концентрации дисперсной фазы аэрозоля. Амплитуда переменной составляющей выходного напряжения инструментального усилителя 10 пропорциональна величине собственного заряда, поступающего на вход датчика аэрозоля. Выделение полезной постоянной составляющей выходного напряжения инструментального усилителя 10 осуществляется, например, при помощи фильтра нижних частот (на чертеже не показан).

Таким образом, пространственная сепарация разнополярно заряженных частиц в постоянном магнитном поле позволяет обеспечить обработку частиц разного знака заряда отдельными измерительными электродами и эффективно подавить наводки от импульсного коронного разряда на измерительные электроды при вычитании сигналов измерительных электродов инструментальным усилителем, обеспечив тем самым повышение чувствительности устройства, реализующего способ.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Устройство для непрерывного измерения запыленности газов по А.С. СССР №113558, кл. 42I, 4₁₅ (G 01 N 15/02), Высотский Д.И. и др., заявл. 23.10.56.

2. Способ измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля по А.С. СССР №340942, кл. G 01 N 15/02, Подольский А.А. и др., опубл. 05.06.72, бюл. №18.

3. Способ непрерывного измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля по А.С. СССР №575547, кл. G 01 N 15/02, Нейман Л.А. и др., опубл. 05.10.77, бюл. №37 - прототип.

Использование: в области измерения концентраций непроводящих частиц в газовых смесях в различных отраслях науки, техники и медицины, например для измерения концентрации аэрозолей, используемых в качестве лечебных воздушных дыхательных смесей. Сущность: предварительный заряд частиц потока аэрозоля в первой зарядной камере коронного разряда постоянного тока осуществляется до заряда насыщения, противоположного по знаку и равного по величине заряда насыщения, обеспечиваемому второй зарядной камерой униполярного импульсного коронного заряда. Поток знакопеременно заряженного аэрозоля с выхода второй камеры проходит область приложенного внешнего постоянного магнитного поля, вектор магнитной индукции которого направлен перпендикулярно потоку. Разноименно заряженные частицы, проходя область воздействия внешнего постоянного магнитного поля, смещаются в разные стороны относительно первоначальной оси потока под действием силы Лоренца. Разделенные в пространстве области объемного положительного и отрицательного заряда наводят ЭДС разного знака, каждая в своем измерительном электроде. Измерительные электроды соединяются каждый со своим входом инструментального усилителя, выходной сигнал которого пропорционален суммарной поверхностной концентрации частиц аэрозоля. При этом электромагнитное излучение от импульсного коронного униполярного разряда наводит на измерительных электродах одинаковые ЭДС, которые являются синфазным сигналом для инструментального усилителя и эффективно подавляются последним. Технический результат изобретения заключается в повышении точности способа измерения концентрации аэрозоля за счет компенсации наводок на измерительный электрод от камеры импульсного коронного униполярного заряда аэрозоля. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ непрерывного измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля, заключающийся в последовательном заряде потока аэрозольных частиц в поле коронного разряда постоянного тока и в поле униполярного импульсного коронного разряда противоположной полярности, с последующей регистрацией ЭДС, наведенной потоком заряженных аэрозольных частиц, модулированным по знаку заряда, в измерительном электроде, отличающийся тем, что поток заряженных до заряда насыщения аэрозольных частиц, модулированный по знаку заряда, дополнительно пропускают через зону воздействия постоянного магнитного поля, вектор магнитной индукции которого направлен перпендикулярно потоку для разделения потока заряженных частиц в пространстве по знаку заряда под действием силы Лоренца на два разноименно заряженных потока с последующим вычитанием ЭДС, наведенных каждым из потоков в каждом из двух измерительных электродов, при котором ЭДС разного знака, наведенные каждым из потоков, суммируют, а синфазные наводки на измерительные электроды от импульсного коронного разряда вычитают.2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее корпус с установленными последовательно по потоку аэрозоля наружным и внутренним электродами коронного разряда постоянного тока, наружным и внутренним электродами униполярного импульсного коронного разряда, полюсами постоянного магнита, вектор магнитной индукции поля которого направлен перпендикулярно потоку, и двумя измерительными индукционными электродами, расположенными симметрично относительно оси корпуса в плоскости, перпендикулярной вектору магнитной индукции поля постоянного магнита, электрически соединенными каждый со своим входом инструментального усилителя.