Устройство для измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля Советский патент 1986 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения дисперсной фазы аэрозоля, и может быть использовано в горнодобывающей, перерабатывающей и другой отраслях промышленности, а т,акг же для контроля загрязненности окружающей средыо

Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение динамического диапазона за счет адаптивно- го измeнe шя постоянной времени из- мерения и чувствительности усилителя, а тагоке синхро шзации источника питания.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройствво Устройство содеджит установленные последовательно по потоку в цилиндрическом газоходе 1 зарядную камеру 2 типа игла-цилиндр и измерительную камеру 3 индукционного типа, ИЛЛИНДР 4 зарядной камеры 2 подютю- чен к выходу импульсного источника 5 питатш, а второй электрод - игла 6 заземлено Измерительная камера 3 подютючена к входу избирательного усилителя 7о Выход усилителя 7, соединен с объединенными входами второй резистивной матрицы 8. Выходы резистивной матрицы 8 через второй коммутатор 9 соединены с ми синхронного детектора 10 с коммутаторами 11 с Первая резистивная матрица 12 и первый коммутатор 13 включены в цепь отрицательной обратной связи усилителя 7 Объединенные входы резистивной матрицы 12 подютючены к инвертирующему входу усилителя 7, а выходы через ко ммута- тор 13 - к выходу усилтателя 7 Число элементов матриц 8 и 12, а также

число ключей коммутаторов 9 и 13 одинаково. Управляющие входы коммутаторов 9 и 13 подключены к выходу преобразователя 14 кода. Коммутатор 11 синхронного детектора 10 соединен с управляющим входом источника 5 питания, а выход синхрон- iного детектора 10 подключен через амплитудный детектор 1.5 к входу аналого-цифрового преобразователя 16.

Выход аналого-цифрового преобразователя 16 соединен с входом индикатора 17 и с входом преобразователя 14 кода Выход преобразователя 1 подключен также к установочному ; входу индикатора 17.

5

0

5

Устройство работает следующим образом

Поток аэрозоля с постоянной cifo- ростью пропускается через газоход 1, В зарядной камере 2 во время импульса коронного разряда образуется по- , ток униполярных ионов. Частицы аэрозоля, пересекающие зтот поток униполярных ионов, приобретают заряд, величина которого зависит от пара- /метров потока ионов и размеров частицы „ Поскольку итание на зарядную камеру подается импульсно, то обра- зуютря пачки заряженных частиц, чередующиеся с пачками незаряженных частицо Плотность объемного заряда . в пачке заряженных частиц пропорциональна конпентрации частиц, а также зависит от их среднего размера, В потоке аэрозоля после зарядной каме-- ры 2 образуется периодическая последовательность пачек заряженных частиц Каждая пачка заряженных частиц наводит на измерительной камере 3 заряд, величина которого пропорциональна заряду пачки. На входе усилителя 7 наведенный заряд преобразуется в напряжение, частота изменения которого определяется частотой следования пачек и, соответственно, частотой зажигания коронного разряда. Усиленная по амплитуде первая гармоника напряжения совместно с шумовой составляющей с выхода усилителя 7 через одни из регистров резистивной матрицы 8 и соответствующий замкнутый ключ второго коммутатора 9 поступает на вход синхронного детектора 10о Постоянная времени заряда конд енсаторов синхронного детектора 10 задается сопротивлением резистора из матрицы 8, и следовательно, кодов управляющего сигна- ;(Ла на управляющем входе коммутато- ра у. 3начение постоянной времени определяет полосу прбпуекания синхронного детектора 10 и, соответственно, время усреднения полезного сигнала Сигнал с выхода синхронного детектора 10 поступает на вход амплитудного детектора 15, на выходе которого образуется напряжение п эстоянного тока, пропорциональное концентрации аэрозоля, йналоговый сигнал преобразуется ана лого-цифро- вым преобразователем 16 в цифровой |КОд, который поступает на сигналь- |Ный вход индикатора 17 и на вход

0

5

0

0

5

to

t5

20

25

реобразователя 14 кода. Преобразоатель lA кода в зависимости от ифрового кода на выходе аналого- ифрового преобразователя 16,-а ледовательно, в зависимости от конентрации аэрозоля, вырабатывает озиционный код сигнала управления ервыми ключами коммутаторов 9 и 13 резистивных матрицах 8 и 12 при зтон выбираются резисторы с максимальным сопротивлением При увеличении концентрации аэрозоля по сигналу с преобразователя кода подключаются последующие ключи ком 1утато- ров 9 и 13, а в резистивных матрицах подключаются резисторы с меньшим значением сопротивления Соответственно уменьшаются постоянная времени синхронного детектора 10 и коэффициент усиления усилителя 7. При уменьшении концентрации аэрозоля значение сигнала на выходе аналого- цифрового преобразователя 16 умень- шается, и по сигналу с преобразователя 14 кода подключаются соответствующие ключи в коммутаторах и резисторы с большим сопротивлением в резистивных матрицах 8 и 2. Сигнал с выхода преобразователя 14 кода Определяет номер включенных ключей коммутаторов 9 и 13 и тем самым определяет значение множителя на индикаторе 17, пропорционального выбранному коэффициенту преобразования концентрации в заряд пачки. Чис- 35 Ло ключей коммутаторов 9 и 13, резисторов 8 и 12 наборов и разрядов индикатора 17 определяются заданным динамическим диапазоном и- требуемым быстродействием устройства Верхнее и нижнее фиксированные значения сигнала, с выхода аналого-цифрового преобразователя 16, при которых вырабатываются управляющие сигналы на коммутаторы 9 и 13, определяются динамическим диапазоном аналого-илф- рового прео бразователя 16)/ разряд- ностью его кода и необходимым гистерезисом, обеспечивающим устойчивость работы устройства. Значения резисто- ров 8 и 12 наборов выбираются исходя из условий требуемого быстродействия по условиям измерений, а так- же с учетом необходимости компенсации изменения коэффидаента передачи синхронного детектора при изменении его постоянной времени Импульсы с выхода коммутатора 11 синхронного

30

40

45

55

детектора Ю поступают на вход импульсного источника 5 питания. Одновременно с поступлением импульса на выходе источника 5 питания появляется напряжение, превышающее порог зажигания коронного разряда в зарядной камере 2, и начинает формироваться пачка заряженных частиц. Таким образом пачка заряженных частиц всегда начинает формироваться одновременно с замыканием одного определенного ключа коммутатора 11 синхр онного детектора 10. Одновременно с размыканием этого или следующего ключа прекращается формирование пачки заряженных частиц В процессе продвижения по газоходу I от зарядной камеры 2 до измерительной камеры 3 пачек заряженных частиц образуется временной сдвиг между наведением сигнала на входе усилителя 7 и началом формирования пачки заряженных частиц в зарядной камере 2, Этот временной сдвиг постоянен при фиксированной скорости потока аэрозоля, следовательно, каждый из конденсаторов синхронного детектора 10 будет всегда включаться при определенном значении фазы полезного сигнала на выходе усилителя. Изменегтя частоты переключения коммутатора II будут сопровождаться таким же изменением частоты пачек, причем будут сохраняться неизмен1П)1ми все фазовые соотношения между сигналом и процессами зарядки конденсаторов синхронного д§- тектора 10. При другом значении скорости аэрозольного потока будут сформированы другие фазовые соотношения, однако коэффициент передачи синхронного детектора 10 останется неизменным .

Формулаизобретения

35

45

Устройство для измерения концентрации, дисперсной фазы аэрозоля, содержащее последовательно установленные по ходу движения аэрозоля зарядную камеру, подключенную к выходу импульсного источника питания, и измерительную камеру, выход которой подключен к.входу избирательного усилителя, синхронный детектор, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, и индикатор, о т- л-и чающееся тем, что, с

целью повышения быстродействия и рас ширения динамического диапазона за счет адаптивного изменения постоян- иой времени измерения и чувствительности усилителя, а также синхронизации источника/ питания, устройство дополнительно снабжено первой резистив- ной матрицей, объединенные п входов которой соединены с входом избирательного усилителя, а п выходов подключены к п входам первого, коммутатора, выход первого коммутатора соединен с объединенными п входами второй резистивной матрицы и выходом избирательного усилителя, п выходов вто

рой. резистивной матрицы подключены к п входам второго коммуватора, выход второго коммутатора соединен с входом синхронного детектора, управляющий выход синхронного детектора подключен к управляющему входу источника питания, при этом выход амплитудного детектора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен 1Г входу преобразователя кода, а выход преобразователя кода соединен с управляющими входами первого и второго коммутаторов и установочным входом индикатора.

Si

-f-S-- -vb Ht

Составитель Д. Громов Редактор М. Товтин Техред И.Попович Корректор А. Зимокосов

Заказ 5219/40 Тираж 778ПодписноГ

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская.наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,- ул. Проектная, 4