Способ измерения концентрации частиц аэрозоля Советский патент 1985 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к методам исследования физико-химических свойств веществ, а именно к способам определения концентрации частиц, взвешенных в потоке газа, и может быть использовано в средствах контроля и защиты атмосферы от выбросов промышленных, предприятий, в частности для оценки задымленности газов.

Известен способ измерения концентрации частиц аэрозоля в потоке, согласно которому пропускают данный аэрозоль через систему электродов с коронным разрядом со скоростью, определяемой изокинетичностью относительно потока, и регистрируют в различных участках разряда электрические токи, по соотношению которых определяют концентрацию 1.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ измерения концентрации частиц аэрозоля в потоке, заключающийся в пропускании аэрозоля через систему электродов с коронным разрядом и измерении тока разряда при двух скоростях движения аэрозоля, причем ток разряда, соответствующий нулевой концентрации, регистрируют в режиме повышенной скорости, а ток, соответствующий измеряемой концентрации,- в режиме изокинетичности.

Способ обладает повышенной чувствительностью, так как позволяет при одной и той же концентрации получить больший сигнал в виде отношения тока при нулевой концентрации к току измерения в режиме предельной зарядки частиц, обеспечивающей максимальную экранировку разрядного тока 2.

Недостаток известного способа состоит в том, что он пригоден только для измерения концентрации первоначально незаряженных частиц. Кроме того, при поверке нуля нельзя ускорять поток до скорости, соизмеримой со скоростью ионов в поле разряда, так как в этом случае,т.е. при соизмеримости скоростей, изменяется вольт-амперная характеристика разряда, что вносит погрешность в определение тока нуля концентрации и ограничивает диапазон возможных скоростей потока, в котором определяют концентрацию.

Цель изобретения - повышение точности измерений концентрации за счет более точного определения ее нулевого значения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения концентрации частиц аэрозоля с удельным сопротивлением более 1000 Ом-м в потоке, заключающемуся в пропускании аэрозоля через систему электродов с коронным разрядом, измерении тока разряда при двух скоростях движения аэрозоля, ограничивают скорость пропускания аэрозоля в режиме малых скоростей до

0,1 м/с и оценивают нулевое значение концентрации при осаждении частиц на электродах, затем удаляют осевщие частицы при скорости потока, превышающей 10 м/с, 5 и оценивают измеряемую концентрацию. При этом удаление осевших на электродах частиц может быть проведено в скоростном потоке при повороте электродной системы в пределах 180°.

На фиг. I приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Игольчатый коронирующий электрод 1 соединен кабелем, расположенным в штанге 2, с высоковольтным источником питания. Коаксиальный электроду 1 измерительный электрод 3 в виде стержня выполнен решетчатым из расположенных по окружности диаметром 10 Д 300 мм стержней диаметром X с шагом У, таким, что Х:У:Д 1:4:10. Стержни 3 соединены с электропроводным основанием 4, к которому присоединен регистратор тока, например микроамперметр, а также с диэлектрической заглушкой 5. Основание 4 закреплено на штан-

5 ге 2 посредством изолятора 6. Кожух 7 ограничивает зону коронного разряда и соединен тягой 8 с механизмом перемещения вдоль штанги 2. В кожухе 7 выполнены дренажные отверстия 9 и 10.

Устройство вводится в исследуемый газопылевой поток, движушийся перпендикулярно оси прибора согласно стрелке В. Изображенное положение кожуха 7 соответствует режиму оценки нулевого значения концентрации, т.е. поверки, когда пропускают

5 аэрозоль с малой скоростью через дренажные отверстия 9 и 10 в зону коронного разряда, возникающего между коронирующим и измерительным электродами I и 2. Разрядный ток, стекающий с основания 4, регистрируется микроамперметром. Скорость пропускания в зоне коронного разряда под кожухом 7 меньше скорости электрического дрейфа всех частиц аэрозоля и обеспечивает их оседание на электродах, в основном на стержнях 3. Если в исследуемом

5 аэрозоле присутствуют частицы размером 0,2-0,6 мкм, скорость электродрейфа которых минимальна, то как следует из теоретической зависимости скорости дрейфа от размера частиц, последняя равна 0.1 м/с при напряженности поля разряда 5 кВ/см,

0 поэтому необходимо установить скорость пропускания аэрозоля меньще этой величины подбором диаметров дренажных отверстий 9 и 10 в зависимости от скорости исследуемого потока. При малой скорости течения

аэрозоля через кожух частицы успевают оседать на электроды и поэтому не экранируют коронный разряд, ток которого в этом случае максимален и соответствует нулевой концентрации частиц.

После измерения тока нулевой концентрации механизмом перемещения или вручную сдвигают тягу 8 с кожухом 7 вдоль штанги 2. Кожух 7 перемещается относительно 5 в положение, когда его торец совмещается с изолятором 6, выполняющим функцию заглущки в режиме измерения и препятствующим попаданию пыли под кожух 7, дренажные отверстия 9 и 10 которого также заглущены. Осевщие на электродах частицы удаляются в скоростном потоке, превышающем 10 м/с. Если скорость исследуемого потока аэрозоля ниже указанного значения, проводят продувку электродов подсосом или эжекцией газа через полость щтанги 2. В режиме измерения кожух 7 освобождает зону коронного разряда и аэрозоль пропускают между стержнями 3 с изокинетической скоростью. В зоне разряда частицы заряжаются и экранируют разрядный ток своим объемным зарядом, поэтому измеренный ток соответствует истинной концентрации частиц, так как скорость пропускания в режиме измерения больще скорости электрического дрейфа частиц и последние практически не успевают осесть на электродах за время нахождения в зоне коронного разряда.

Выбранное соотношение размеров элементов измерительного электрода 3 1:4:10 обеспечивает малые гидравлические потери при движении аэрозоля в зону коронного разряда, интенсивный унос частиц с электродов, аксиальную симметрию электрического поля с достаточной азимутальной равномерностью, необходимой для использования известных теоретических соотношений между отношением токов в режимах измерения (поверка) и концентрацией частиц, а также нечувствительность результатов измерения к углу скоса исследуемого потока, как в плоскости-чертежа, так и в перпендикулярном направлении. Соотношение 1:4:10 получено экспериментально при исследовании пылегазового, потока при различных скоростях и концентрациях.

Для повышения надежности удаления частиц, обладающих повышенной адгезией к электродам, периодически изменяют

ориентацию электродов относительно вектора ckopocTH в режиме измерения поворотом штанги 2 вокруг оси в пределах 180°, что обеспечивает перемещение осевщих на электродах слоев частиц с подветренной стороны на наветренную, откуда частицы уносятся набегающим потоком.

Предлагаемый способ налагает ряд ограничений на свойства частиц и потока. Удельное электрическое сопротивление частиц должно превосходить 1000 Ом-м, так как более электропроводные частицы в режиме малых скоростей, перезаряжаясь на электродах, колеблются между электродами и переносят дополнительный ток, внося

5 погрещность в определение нулевого значения концентрации. Длина L и радиус R электродов должны удовлетворять соотношению

,/V,

0 скорости электрического дрейфа

частиц и потока газа в режиме

измерения концентрации,

для предотвращения оседания частиц в

процессе измерения концентрации. Это

5 условие легко достижимо. Левая часть неравенства равна 0,5 и. более, а правая часть - меньше 0,01.

Динамический диапазон предлагаемого способа линеен до 60% от концентрации запирания коронного разряда и составляет

0 О-60 м для диаметра измерительного электрода 25 мм, что дает для частиц единичной плотности размером 5 мкм пределы измерения О-50 г/м .

Предлагаемая принципиальная схема устройства, реализующая способ измерения концентрации аэрозоля в потоке, позволяет повысить точность измерения за счет снижения погрешности поверки нуля концентрации, которая осуществляется фактически в обеспыленном газе, движущемся

0 с принудительной малой скоростью, поэтому разрядный ток поверки не зависит от скорости исследуемого потока, а также от предварительного случайного заряда частиц, и регистрируется в чистом газе того же физико-химического состава, что и в

исследуемом потоке.

фиг. 2

1. СПОСОБ ИЗЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЧАСТИЦ АЭРОЗОЛЯ с удельным сопротивлением более 1000 Ом-м в потоке, заключающийся в пропускании аэрозоля через систему электродов с коронным разрядом, измерении тока разряда при двух скоростях движения аэрозоля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений концентрации за счет более точного определения ее нулевого значения, ограничивают скорость пропускания аэрозоля в режиме малых скоростей до 0,1 м/с и оценивают нулевое значение концентрации при осаждении частиц на электродах, затем удаляют осевшие частицы при скорости потока, превышающей 10 м/с, и оценивают измеряемую концентрацию. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что удаление осевших на электродах частиц проводят в скоростном потоке при повороте электродной системы в пределах 180°.