Устройство для измерения запыленности газов Советский патент 1983 года по МПК G01N15/00 

Изобретений относится к средствам измерения запыле нноСти газов и может быть использовано для.техноло гического контроля малых концентраций частиц в воздухе в электронной, приборостроительной и других отраслях промышленности.

Известно устройство для измерения запыленности газов, основанное на зарядке аэрозольных частиц в поле импульсного коронного разряда и последующем измерений переменной составляющей заряда иидукциондным способом,.содержащее установленТ)ые в корпусе последовательно по потоку потенциальныйэлектрод в виде кольца и расположенный внутри него по его оси заземленный игольчатый электрод, предназначенный для создания коронного разряда, цилиндрический электростатический экран и индукционную камеру, образующие газоход постоянного сечения, а также блок обработки и регистрации сигнала, подключенный к индукционной камере. Данное устройство может измерять концентрацию аэрозольных частиц в широком диапазоне размеров, что позволяет использовать, его для контроля запыленности технологических газов и воздуха 1.

Однако известное устройство имеет ограниченный в области малых значений диапазон измеряемых концентраций, обусловленный низким отношением сигнал/помеха. Повышение отношения сигнал/помеха невозможно, поскольку условия увеличения полезного сигнала и уменьшения помехи при данной конструкции устройства являются взаимйисключающими. . .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения запыленности газов, содержащее установленные в корпусе последовательно по потоку газа потенциальный электрод с отверстиями, заземленные игольчатые электроды, размещенные в отверстиях потенциального электрода, предназначен- ные для создания коронного разряда, электростатический экран и индукционную камеру, к которой подключен блок обработки и регистрация сигнала. Электростатический экран и индукционная камера выполнены в виде наборов коаксиальных, электрически связанных в пределах набора цилиндров, образующих газоход с постоянным сечением. Конструкция электродов для создания коронного разряда обеспечивает высокую эффективности, ки aэpoзOJfe ныx частиц при большом расходе анализируемого газа и малом напряжении на потенциальном электроч де за счет увеличения числа разрядных промежутков и уменьшения межэлектродного расстояния. Благодаря этому данное устройства обеспечивает лучшее соотношение сигнал/помеха ,

Дальнейшее увеличение соотношения сигнал/помеха при данной конструкции устройства возможно за счет уменьшения помехи, создаваемой напряжением коронного разряда на индукционной камере, что достигается уменьшением взаимной емкости потенциального электрода и индукционной камеры за счет увеличения числа и длины цилиндров электрйстатического экрана, однако при этом увеличивается осаждение аэрозольных частиц на стенках газохода, что приводит к уменьшению полезного сигнала и появлению дополнительной погрешности в результатах измерения. Указанные факторы ограничивают максимально достижимое Для данной конструкции отношение сигнал/помеха и диапозон измерения малых концентраций аэрозольных частиц в газе.

Цель изобретения - расширение диапозона измеряемых концентраций в область малых значений за счет повышения отношения сигнал/помеха.

Для достижения этой цели в устройстве, содержащем установленные в , KQpnyce последовательно по потоку газа потенциальный электрод с отверстиями и заземленные игольчатые электроды, размещенные в отверстиях потенциального электрода, предназ- - наченные для создания коронного разряда, электростатический экран и индукционную камеру, к которой подключен блок обработки сигнала, отверстия в потенциальном электроде расположены по кольцу в его периферийной части, причем их суммарная, площадь больше площади проходного сечения индукционной камеры, электростатичесеий экран образован двумя коаксиальными элементами, расположенными соосно с потенциальным электродом, внутренний из которых выполнен в виде конуса, ориентированного вершиной по потоку, с диаетром основания, равным внутреннему диаметру кольца, по которому расположены отверстия, внешний элеент имеет- внутреннюю поверхность в виде усеченного конуса, также ориентированного вершиной по потоку, с максимальным диаметром основания конуса, равным внешнему диаметру кольа, и минимальным диё1метром, не преышaющи 4 внутреннего диаметра индукионной камеры.

Предложенная конструкция устройства позволяет расширить диапазон измеряемых концентраций в область алых значений за счет повышения отношения сигнал/помеха, так как при указанных в формуле соотношениях проходных сечений потенциального электрода и индукционной камеры повы шение эффективности зарядки аэрозоль ных частиц за счет снижения скорости потока газа в отверстиях потенциального электрода не приводит к .снижению скорости в индукционной камере, которая может быть задана исходя из условий обеспечения максимального значения ко:5ффициента передачи и минимальных потерь заряженных частиц в электростатическом экране, а конфигурация электростатического экрана обеспе ивает минимальную взаимную емкость потенциального элек трода и индукционной камеры. На фиг. 1 схематично показан конструкция устройства для измерения запыленности газов, общий вид; на. фиг. 2 - то же, вид сверху, В металлическом корпусе 1 установ лен потенциальный электрод 2 с бтвер стиями, расположенными по кольцу в его периферийной части, и заземленные игольчатые электроды 3, рас положенные в отверстиях потенциального электрода 2. За электродом 3, зоосно с потенциальным электродом 2., расположен электростатический экран, образованный элементами 4 и 5, рричем внутренний элемент 4 выполнен в виде конуса и ориентирован вершинрй по потоку, а диаметр его основания равен внутреннему диаметру кольца, по которому расположены отверстия в потенциальном электроде 2. Внешний элемент 5 имеет Внутреннюк поверхность в виде усеченного конуса, также ориентированного вершиной по потоку, причем его максимальный дна-, метр равен наружному диаметру кольца по которому расположены отверстия в потенциальном электроде 2. За элейтростатическим экраном 4, 5 последовательно по потоку расположена индук ционная камера 6, диаметр которой равен или больше минимального диаметра усеченного конуса внешнего элемента 5 электростатического экрана, а площадь проходного сечения 1еньше суммарной плсицади отверстий потенциального электрода 2. К индукционной KciMspe 6 подключен блок Тобработки сигнала, выполненный, иапример, в виде последовательно qP® диненных усилителя и детектора, а к потенциальному электроду 2 - йсточ ник 8 высокого импульсного напря- ; жения для создания коронного разряда Потенциальиый электрод 2 и иидукцион ная камера 6 установлены в корпусе на изоляторах 9 и 10, форма ко Сгрых обеспечивает плавное изменение c toрости потока в газоходе. Заэемлейные игольчатые электроды 3 и элементы 4 и 5 электростатического экрана элек трически соединены с корпусом 1. Устройство работает следующим ооразом. Поток анализируемого газа пррпус-, кается через устройство. На потенциальный электрод 2 относительно корпуса 1 подается от источника 8 напряжение, вызывающее импульсный коронный разряд между потенциальным электродом 2 и эаэемленными игольчатыми электродами 3. В течение импульса коронного разряда пылевые частицы приобретают электрический заряд. Время пребывания частиц в зарядной камере, необходимое для приобретения заряда, близкого к предельному, задается при известном расходе газа выбором проходного сечения потенциального электрода 2, а именно количеством и размерами отверстий. Далее поток газа с аэрозольными частица- ми проходит участок газохода, образованный элементами 4 и 5 электростатического экрана, и поступает в индукционную камеру б. На этом участке эа счет сужения проходного сечения газохода плавно возрастает скорость потока до значения, обеспечивающего оптимальные условия измерения заряда аэрозольных частиц в индукционной камере 6. Заряженные аэрбзольные частицы индукцируют на ней . электрический заряд с частотой сле-г дования импульсов коронного разряда. При заданной частоте следования импульсов и расходе газа выбором проходного сечения индукционной камеры 6 достигается получение коэффициента передачи индукционной камере 6, близкого к единице. На входе, блока 7 обработки сигнала, подключенного к индукционной камере 6, формируется переменное напряжение, которое усиливается, и детектируется в блоке 7 обработки сигнала, в результате чего на его выходе появляется сигнал, пропорциональный концентрации частиц в газе. Применение электростатического экрана, образованного элементами 4 и 5 указанной формы, позволяет решить одновременно две задачи - надежную электростатическую экранировку индукционной измерительной камеры 6 от помехи, создаваемой потен-, циальным электродом 2, и формирова-. ние газового потока с заданным профилем скоростей. Внутренний элемент 4 электростатического экрана защищает индукционную камеру б от помехи, создаваемой, цен траль ной частью потенциального электрода 2, ограниченной внутренним диёметрс кольца, по которому расположены отверстия, а внешний элемент 5 - от помехи, создаваемой внешней частью потенциального электрода 2, ограниченной внеш- . ним-диаметром кольца. Конусообразная форма поверхностей элементов электростатического экрана позволяет свести к минимуму 19заимную емкость незаэкранированной части потенциального электрода 2 и индукционной камеры 6, а также путем задания соответствующих углов при вершинах конусов элементов.4 и 5, обеспечить при заданной длине электростатического экрана необходимое изменение скоростей потока от минимальной в отверстиях потенциального электрода 2 до максимальной в индукционной камере б и исключить возможность обраэо,вания застойных зон в потоке.

.

. . - Таким образом, при(1енение предлагаемой конструкции устройства позволяет достичь лучшего по сравнению

с прототилсж соотношения сигнал/помеха как за счет возможности раздельного задания оптимальных значений скоростей в зрне зарядки аэрозольных частиц (отверстия потенциального элетрода 2) и в индукцио.нной камере 6, чем достигается увеличение полезного сигнала, так и за счет уменьшения взаимной емкости потенциального электрода 2 и индукционной камеры б, чем достигается уменьшение помехи. Благодаря этому предлагаемое устройство позволяет измерять концентрации частиц, соответствующие запыленности воздуха производственных помещений 1-Ш классов чистоты по ОСТ IIOSO. 001-78.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ИЗМЕРЕНИЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ ГАЗОВ, содержащее установленные в корпусе последовательно по потйку газа потенциальный электрод с отверстиями и заземленные игольчатые электродц, размещенные . в отверстиях потенциального электрода, предназначенные для создания коронного разряда, электростатический экран и индукционную камеру к ; которой подключен блок обработки сигнала, о т л и ч а ю щ е ее я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых концентраций в область малых значений, отверстия в потенциальном электроде расположены : по кольцу в его периферийной части, причем их суммарная площадь больше площади проходного сечения индукционной камеры, электростатический экран образован двумя коаксиальными элейентами, расположенными соосно с: потенциальным электродом,внутренний из которых выполнен в виде конуса, ориентированного вершиной по .потоку, с диаметром основания, равным внутреннему диаметру кольца, по которо му расположены отверстия, внешний элемент, имеет внутреннюю поверх- § ность в виде усеченного конуса, так(Л же ориентированного вершиной по потоку, с максимальным диаметром с основания конуса, равным внешнему дис1метру кольца, и минимд1льным диаметром, не превышающим внутрен- о него диаметра индукционной камеры. 4 со ел