Устройство для измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля Советский патент 1989 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля уровня запыпенности и может быть использовано в электронной технологии и других отраслях промыошен- ности.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет адаптивной стабилизации скорости движения аэрозоля в измерительной камере.

3149

На фиг. 1 приведена функциональная схема коммутатора; на фиг. 2 - принципиальная схема коммутатора.

Устройство содержит последова-

тедьно установленные по ходу движения аэрозоля в цилиндрическом газоходе 1 зарядную камеру 2 типа игла- цилиндр и измерительную камеру 3 индукционного типа. Цилиндр 4 заряд- :нон камеры 2 подключен к выходу им- :пульсного источника 5, а второй 1электрод - игла 6 заземлен. Измерительная камера 3 подключена к входу избирательного усилителя 7. Выход

усилителя 7 соединен с синхронным детектором 8, состоящим из резистора 9, подключенного к общей точке соединения обкладок одинаковых конденсаторов 10-12 и ключей 13-15, коммутирующих вторые обкладки конденсаторов 10-12 к общему проводу устройства. Общая точка соединения обкладок конденсаторов 10-12 соеди- ,нена с входом детектора 16 и объединенными входами элементов 17-19 выборки-хранения. Выход детектора 16 подключен к входу индикатора 20. Генератор 21 импульсов подключен к входу кольцевого сдвигового регистра 22, выходы которого соединены с управляющими входами ключей 13-15 и . с управлягацими входами элементов 17 19 выборки-хранения. Управляющий вход ключа 15 соединен с входом им- пульсного источника 5 питания. Выходы элементов 17-19 выборки-хранения соединены с входами комьгутатора 23, два которого подключены к первому и второму входам блока 24 деле ния. Выход блокс 24 деления соедине с первым входом компаратора 25 и входом блока 26 отключения. Второй вход компаратора 25 подключен к выходу источника 27 опорного напряже- ния. Выход компаратора 25 соединен с управляющем входом блока 26 отключения и входом распределителя,28 импульсов. Выход .блока 26 отключе гия соединен с объединенными входами

функциональных преобразователей 29- 31. Выходы распределителя 28 импульсов соединены с управляющими входам коммутатора 23 и входами управления включения функциональных преобразо- вателей 29-31. Объединенные выходы

функциональных преобразователей 29- 31 подключены к входу интегратора 3 выход котор.ого соединен с первым

0

5

5

0 5

35 40 45 50

55

30

входом элемента 33 сравнения, второй вход которого подключен к выходу блока 34 задания скорости, а выход - к входу усилителя 35 мощности. Выход усилителя 35 мощности подключен к входу побудителя 35 расхода, выполненного, например, в виде электродвигателя с крыльчаткой на валу.

Число конденсаторов 10-12, а также число злементов 17-19 выборки- хранения для простоты рассмотрения ограничено тремя, однако при необходимости может быть увеличено. В этом случае коммутатор 23 имеет три информационных, три управляющих входа и два выхода, а распределитель 28 импульсов - три выхода.

Коммутатор 23 содержит, например, шесть идентичных аналоговых ключей 37-42. Входы ключей 37 и 38 соединены с выходом элемента 17 выборки- хранения, входы ключей 39 и 40 соединены с выходом элемента 18 выборки-хранения, а входы ключей 41 и 42--- с выходом элемента 19 выборки-хра- . неЯия,

Выходы ключей 37-39 объединены и подключены к первому входу блока 24 деления, а объединенные выходы ключей 40-42 подключены к второму входу блока 24 управления. Управляющие входы ключей 37 и 41, 38 и 40, 39 и 42 попарно объединены и подключены соответственно к первому,- второму и- третьему выходам распределителя 28 импульсов.

Уcтpoйctвo для измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля работает следующим образом.

Поток аэрозоля с постоянной скоростью пропускается через газоход 1. В зарядной камере 2 во время импульса коронного разряда образуется поток униполярных ионов. Частицы азро- золя, пересекающие этот поток униполярных ионов, приобретают заряд, величина которого зависит от параметров потока ионов и размеров частицы. Поскольку питание на зарядную камеру подается импульсно, то образуются пачки заряженных частиц, чередующиеся с пачками незаряженных частиц. Плотность объемного заряда в пачке заряженных частиц пропорциональна концентрации частиц, а тaJcжe зависит от их среднего размера. В потоке аз- розоля после зарядной камеры 2 зуется периодическая последователь514975

ность пачек заряженных частиц. Кажая пачка заряженных частиц наводит на измерительной камере 3 заряд, веичина которого пропорциональна заряду пачки. На выходе усилителя 7 наведенный заряд преобразуется в напряжение , частота изменения которого определяется частотой следования пачек и соответственно частотой зажи- гания коронного разряда. Усиленная по амплитуде первая гармоника напряения совместно с шумовой составляюей с выхода усилителя 7 поступает на вход синхронного детектора 8, где 15 она через резистор 9 поступает на общую точку соединения обкладок коненсаторов 10-12. Вторые обкладки конденсаторов 10-12 периодически синхронно с частотой импульсов, за- 20 пускаю1цих импульсный источник 5, за- мьп ;аются ключами 13-15 на общий провод устройства.. Постоянная времени заряда конденсаторов 10-12 задается сопротивлением резистора 9. Она оп- 25 ределяет время усреднения полезного сигнала. Величина заряда каждого из конденсаторов определяется амплитуой полезного сигнала, постоянной интегрирования и фазовым сдвигом от- зо носительно импульсов, запускающих импульсный источник питания. Фазовый сдвиг определяется временем переноса заряженных частиц от камеры коронного разряда до измерительной камеры, „t При постоянной скорости потока аэрозоля фазовый сдвиг будет оставаться постоянным. Следовательно, амплитуда напряжения, до которой зарядится каждый конденсатор, изменяется при ко- о лебании скорости потока. Сигнал с выхода синхронного детектора 8 поступает на вход детектора 16, на выходе которого,образуется напряжение постоянного тока, пропорциональное кон- g центрации аэрозоля, измеряемое индикатором 20. Импульсы с одного из выходов распределителя 28 импульсов поступают на вход импульсного источника 5. Одновременно с поступлением Q импульса на выходе источников 5 появляется напряжение, превышающее порог зажигания коронного разряда в зарядной камере 2, и начинает формироваться пачка заряженных частиц. gg Таким образом, пачка заряженных частиц всегда начинает формироваться одновременно с подачей управляющего напряжения на один из кгпочей. Одно10

временно с размыканием этого ключа прекращается формирование пачки заряженных частиц. Следовательно, фаз включения-каждого из конденсаторов 10-12 относительно фазы полезного сигнала будет изменяться при колебании скорости потока аэрозоля. На выходах элементов 17-19 выборки-хранения при синхронной работе их управляющих входов и ключей 13-19 формируются сигналы, соответствующие уровням нaпpяжetп й на конденсаторах 10-12, В исходном состоянии коммутатор 23 под действиеь управляющего сигнала с первого выхода распределителя 28 импульсов коммутирует выходы элементов 17 и 19 выборки-хранения через ключи 37 - А1 на первый и вто- рой входы блока 24 деления. Выходной сигнал блока 24 деления, соответствующий отноше п1ю уровней напряжений на конденсаторах 10 и 12 через блок 26 отключения поступает на объединенные входы функциональных преобразователей 29-31. Сигналом с первого выхода распределителя 28 импульсов включен функциональный преобразователь 29, на выходе которого формируется сигнал, соответствующий уровню скорости, определяемому отношением уровней напряжений на конденсаторах 0 и 12. При изменении скорости потока аэрозоля может установиться такой фазовый сдвиг, что напряжение на конденсаторе 12 уменьшится до нуля, В этом случае выходной сигнал блока 17 деления возрастает и выйдет за пределы нормированного диапазона. При этом сработает компаратор 25, выходной сигнал которого запретит прохождение через блок 26 отключения сигнала с блока 24 деления на входы, функциональных преобразователей 29- 31 и одновременно переведет распределитель 28 импульсов в следуюс;ее состояние, при котором сигнал с его второго выхода откроет ключи 38 и 40 коммутатора 23 (фиг. 2) и включит функциона):ьный преобразователь 30. В результате этого к первому и второму входам блока 24 деления подключаются выходы элементов 17 и 18 зы- борки-хранения и вычисляется отношение уровней напряжений на конденсаторах 10 и 11. Компаратор 25 переходит в исходное состояние, блок 26 отключения разрешает прохождение сигнала с выхо/ja блока 24 деления на

входы функцнонаньных преобразователей 29-31. В дальнейшем при изменении скорости потока аэрозоля коммутатор 23 переключает для вычислепи,ч отношения уровней напряжений выходы следующей пары элементов 18 и 19 выборки-хранения и включается функциональный преобразователь 31. Таким образом, с выходов функциональных

преобразователей 29-31 сигнал, соответствующий изменению скорости потока аэрозоля, поступает на первый вход элемента 33 сравнения, на второй вход которого с блока ЗА задания скорости поступает сигнал, соответствующий заданной скорости потока аэрозоля 1ерез измерительную камеру 3. выходе элемента 33 сравнения формируется сигнал отклонения ско рости Прокачки аэрозоля от заданной. Этот Сигнал воздействует через усилитель 35 мощности на электродвигатель 36 побудителя расхода таким образом, что Скорость вращения электродвигателя изменяется в направлении компенсации возникшего измерения скорости потока аэрозоля.

Интегратор 32, имея постоянную времени большую, чем время-переключения блока 26 отключения, коммутатор 23 и функциональных преобразователей 29-31, предотвращает скачкообразные изменения сигнала на первом входе

элемента 33 сравнения.

Формула изобретения

Устройство для измерения концент- рации дисперсной фазы аэрозоля, содержащее последовательно установленные по ходу движения аэрозоля зарядную камеру, црдключенную к выходу импульсного источника питания, изме- рительную камеру, выход которой через избирательН1 1Й усилитель подключен к входу синхронного детектора, выход которого через детектор соединен с входом индикатора, а управляю

щий выход подключен к управпяющему

входу импульсного источника

а также побудитель расхода, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет адаптивной стабилизации скорости движения аэрозоля в измерительной камере, устройство дополнительно содержит п элементов выборки-хранения (где п - число звеньев в синхронном детекторе), коммутатор, блок деления, блок отключения, компаратор, распределитель импульсов., п функциональных преобразователей, интегратор, элемент сравнения, усилитель мощности, источник опорного напряжения, блок задания скорости, причем входы элементов выборки-хранения объединены и соединены с выходом синхронного детектора, дополнительные управляющие выходы которого подключены к управляющим входам элементов выборки-хранения, выходы элементов выборки-хранения соединены с входами коммутатора, первый и вто- рой выходы которого подключены к первому и второму входам блока деления, выход блока деления соединён с входом блока отключения и первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, выход компаратора соединен с вхо дом распределения импульсов и с управляющим входом блока отключения, выход которого подключен к объединенным вxoдa функциональных преобразователей, п выходов распределения импульсов соединены с управляющими входами коммутатора н функциональных пр еобразователей, выходы которых объединены и подключены к входу интегратора, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого подключен к вьгходу блока задания скорости, а выход элемента сравнения через усилитель мощности соединен с управляющим входом побудителя расхода.

/tomwt азрезвлц

Фие.1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в электронной технологии и других отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет адиативной стабилизации скорости движения аэрозоля. Устройство для измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля дополнительно содержит N элементов выборки-хранения, входы его объединены и соединены с выходом синхронного детектора. Дополнительные управляющие входы синхронного детектора подключены к управляющим входам элементов выборки-хранения, входы его соединены с входами коммутатора, первый и второй выходы коммутатора подключены к первому и второму входам блока деления, выходы которого соединены с входом блока отключения и первым входом компаратора. Второй вход компаратора подключен к входу источника опорного напряжения. Выход компаратора соединен с входом распределения импульсов и с управляющим входом блока отключения, выход которого подключен к объединенным входам функциональных преобразователей, N входов распределения импульсов соединены с управляющими входами коммутатора и функциональных преобразователей. Их выходы подключены к входу интегратора, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу блока задания скорости, а выход элемента сравнения через усилитель мощности соединен с управляющим входом побудителя расхода. 1 ил.

От распределителя ufinyflbcoS2B

Редактор Ю.Середа

Составитель О.Громов Техред М.Дидык

Заказ 4436/44

Тираж 789

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Фиг. Z

Корректор Т.МалецПодписное