Устройство для определения температуры взвешенных частиц в газовом потоке Советский патент 1990 года по МПК G01J5/52 

a.f

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, в частности к оптическим устройствам контроля параметров взвешенных частиц в газовом потоке, и может быть использовано для определения температуры микрочастиц, например угольных частиц, в процессе горения.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия.

На фиг,1 изображена блок-схема устройства для определения температуры взвешенных частиц в газовом потоке; на фиг.2 - зависимость величины третьего момента результирующего электрического сигнала от яркостной температуры эталонного источника.

Устройство содержит эталонный источник-1 зондирующего светового излучения о блоком питания, формирующие элементы 2, оптическую камеру 3 с оптическими окнами 4, фотоприемник 5, усилитель 6, блок 7 определения третьего момента флуктуации электрического сигнала. На фиг.1 показаны также исследуемые частицы 8.

Устройство работает следующим образом.

Излучение эталонного источника 1 зондирующего светового излучения попадает через формирующие оптические элементы 2 и оптическое окно 4 в оптическую камеру 3, в которой происходит частичное ослабление эталонного излучения частицами 8 движущейся газовзвеси. Суммарное излучение частиц В и эталонного источника 1, просвечивающего движущуюся газовзвесь, проходит через оптическое окно 4 и попадает, на входное окно фотоприемника 5, преобразующего световой поток в электрический сигнал, поступающий на вход усилителя 6. Усиленный переменный сигнал, вызванный флуктуациями светового потока, с выхода усилителя 6 поступает на вход блока 7 определения третьего момента флуктуации электрического сигнала. Выходной сигнал с этого блока поступает на управляющий вход эталонного источника 1, изменяя его температуру до достижения нуля третьего момента флуктуации электрического сигнала. Эту температуру отождествляют с искомой температурой исследуемых частиц.

Сущность изобретения состоит в том, что для определения температуры частиц движущейся газовзвеси используют связь третьего момента (Ф) флуктуации потока излучения частиц движущейся газовзвеси со средней интенсивностью р собственного излучения частиц и интенсивностью 1о излучения эталонного источника зондирующего излучения.

При пересечении частицами движущейся газовзвеси светового пучка эталонного источника часть светового пучка ослабляется частицами. Поэтому поток излучения Ф (t), регистрируемый фотоприемником в момент времени t, состоит из собственного излучения частиц и прошедшей части излучения эталонного источника и имеет следующий вид

0N ( t )

IXt)S -2 lpi + lo-(So-S-N(t)), (1)

где N(t) - число частиц в поле зрения фотоприемника в момент времени t; 5Ipi - интенсивность излучения 1-й частицы;

S - площадь отдельной частицы; So - площадь поля зрения фотоприемника.

Q Усреднив по времени уравнение (1), получают выражение для среднего значения потока излучения

jF(t)S-Tp-N + lo -(So-S-N),(2)

где N - среднее число частиц в поле зрения 25 фотоприемника,

Отклонение з начения потока излучения Ф(т) от среднего Ф равно

ЗобФО)Ф(1).Ф.5-( Ipi-

-Тр -N +1о -(N-NCt))) .

Третий момент флуктуации потока излу35

чения частиц движущейся газовзвеси при просвечивании ее эталонным источником выражается через куб величины ((5 Ф( t)) , усредненный во времени

40

(Ф) (с5Ф(1))

(4)

При раскрытии скобок в уравнении (4) можно получить окончательное выражение 3(ф) 52 ((N)-(Tp-lo) +

-t- N (Sp) + 3 ( р- о)

var ).

где р. 3(N) (N(t) - Nf - третий центральный момент числа частиц в поле зрения фотоприемника; ..

/ з(р) (1р1 - Тр) - третий центральный момент интенсивности собственного излучения частии ; „

varN (N(t) - N) - дисперсия числа частиц в поле зрения фотоприемника;

varip (Ipi - Тр) - дисперсия интенсивности собственного излучения частиц.

Интенсивность излучения частиц определяется совокупным воздействием многих факторов, таких как лучистый теплообмен между стенками реактора и частицами, столкновения частиц, конвективный обмен частиц с газами, протекание гетерогенных химических реакций. Одновременное воздействие большого числа независимых случайных возмущений приводит согласно центральной предельной теореме к нормальному закону распределения интенсивности собственного излучения частиц в анализируемом объеме, для которого третий момент равен нулю

у з(1р) 0.

Следовательно, формула (5) для нормального закона распределения интенсивности собственного излучения частиц принимает вид

(Ф) 5 ((N)-(rp-io)3 +

+ 3 (Тр - 1о ) var IP var N ) или

(Ф) (Тр-1о)(yM3(N)-(Tp-|o)2 +

+ 3 var IP varN ) .

(7)

Третий центральный момент числа частиц в поле зрения фотоприемника всегда неотрицателен, поскольку при малых значениях N числа частиц в поле зрения фотоприемника подчиняется распределению

Пуссона, для которого//з(М) varN N, а при больших значениях числа частиц в поле зрения фотоприемника распределение стремится к нормальному, для которого /I3(N) 0. Следовательно, последний сомножитель в формуле (7) всегда больше или равен нулю, и знак /гз(Ф} целиком определяется знаком разности IP - 1о, а при равенстве Тр 1о третий момент флуктуации потока излуче- ния частиц движущейся газовзвеси при просвечивании ее эталонным источником равен нулю. Поэтому, при достижении нуля третьего момента /гз(Ф) отождествляют ярко- стную температуру частиц движущейся газовзвеси с яркостной температурой эталонного источника.

Формула изобретен и я Устройство для определения темпера- туры взвешенных частиц в газовом потоке, содержащее соединенный с блоком питания эталонный источник зондирующего светового излучения, на оптической оси которого последовательно размещены фор- Ь мирующие оптические элементы, оптическая камера с исследуемой газовой средой и фотоприемник, выход которого через усилитель соединен с блоком обработки сигна- лов. отличающееся тем. что. с целью JU повышения точности и быстродействия, блок обработки сигналов выполнен в виде блока определения третьего момента флуктуации электрического сигнала, при этом выход этого блока соединен с управляющим входом блока питания эталонного источника зондирующего светового излучения.

$f

I

45 N (s, « Sh to

(jN Q:f «;ь

csj «u

N

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники к оптическим устройствам контроля параметров взвешенных в газовом потоке микрочастиц, и может быть использовано в энергетике при определении температуры микрочастиц, например угольных частиц, в процессе горения. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия устройства. Среду с исследуемыми частицами просвечивают световым пучком эталонного источника 1. Фотоприемник 5 региструет вызванные попаданием в зондирующий пучок флуктуации суммарного светового потока прошедшего зондирующего излучения и термического излучения частиц. Сигнал флуктуаций анализируется блоком 7, где определяется третий момент флуктуаций сигнала. Находится зависимость третьего момента флуктуаций от изменяемой температуры эталонного источника 1. Определяется температура эталонного источника 1, при которой третий момент флуктуаций обращается в нуль. Эта температура отождествляется с температурой частиц. 2 ил.