Устройство для измерения конценрации дисперсной фазы аэрозоля Советский патент 1991 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к технике измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля и может быть использовано, например, для определения класса чистоты производственного помещения, в частности, в составе информационно-измерительных систем контроля уровня запыленности воздуха

и технологических сред в чистых помещениях.

Целью изобретения является повышение достоверности измерения класса чистоты помещения.

На фиг.1 изображена структурная схема устройстна для измерения кон

цеитрации дисперсной фазы аэрозоля; i нл фиг. 2 - временные эпюры сигналов.

Устройство содержит N каналов,каждый из которых содержит последовательно установленные по ходу движения аэрозоля в цилиндрическом газоходе 1«-1ц зарядную камеру 2,-2N типа игла-цилиндр и измерительную камеру 3,-3М индукционного типа. Цилиндр 4-4., зарядной камеры подключен к выходу управляемого высоковольтного импульсного источника питания 5, а второй электрод-игла заземлен. Каждая измерительная камера 3,-Зм подключена к входу соответствующих избирательных усилителей с регулируемыми коэффициентами усиления. Bine од каждого из усилителей соединен с информационным входом аналоговых ключей 8,-8, выходы которых объединены и соединены с синхронным детектором 9, состоящим из резистора 10, подключенного к общей точке соединения обкладок одинаковых конденсаторов 11-13 и ключей 14-16, ком- мутирук Р71Х вторые обкладки конденсаторов 11-13 к общему проводу устройства. Общая точка соединения обкладок конденсаторов 11-13, являющаяся (выходом синхронного детектора, соединена с последовательно включенными .амплитудными детектором 17, аналого- цифровым преобразователем 18 и преобразователем кода 19. Выход аналого-цифрового преобразователя 18 соеди ,1164 с информационным входом блока 20 фиксации уровня запыленности и первым входом индикатора 21. Выход преобразователя кода 19 соединен с установочным входом индикатора 21 и управляющий входами усилителей . Блок 20 фиксации уровня запыленности содержит N регистров . Выходы блока 20 фиксации уровня запыленности объединяются арифметическим сумматором 23. I

Выход сумматора 23 через нормирующий элемент 24, выполненный, например в виде делителя на N, соединен с

вторым входом индикатора 21. Генератор импульсов 25 подключен к рходу кольцевого сдвигового регистра 26,выводы которого соединены с управляющими входами ключей 14-16. Управляющий выход синхронного детектора 9, под- , ключенный к управляющему входу ключа 14, соединен с входом делителя частоты 27. Выход делителя частоты 27

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

соединен с блоком 28 формирования управляющих сигналов, N выходов которого соединены соответственно с управляющими входами аналоговых ключей 8(-8N и первыми входами блока 29 формирования сигналов выборки, вторые входы которого объединены и соединены с выходом делителя частоты 27. Блок 28 формирования управляющих сигналов может быть выполнен, например, в виде счетчика импульсов 30, соединенного с дешифратором 31. При этом счетчик импульсов 30 реализован на элементах, срабатывающих по срезу входных сигналов, например 1К-триг- гера K1I35TB1, а блок 29 формирования сигналов выборки содержит N логических элементов 2И .

Обработка информации может осуществляться с использованием микропроцессорных комплектов. В частности, синхронный детектор, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь код.1, блок фиксации уровня запыленности, сумматор и нормирующий элемент могут быть выполнены на базе однокристалльной микроЭВМ КМ1813ВЕ1. Число конденсаторов 11-13 для простоты ограничено тремя. В этом случае скважность импульсов на управляющем выходе синхронного детектора 9 равна трем.

Устройство работает следующим образом.

Поток аэрозоля прокачивается через все N газоходов . Каждый из N каналов периодически подключается с помощью аналоговых ключей 8,-8у к входу синхронного детектора 9. Таким образом, в каждый момент времени в устройстве работает только один канал и измеряется значение запыленности в одной точке, например первый. При этом поток аэрозоля с постоянной скоростью пропускается через газоход 1- . В зарядной камере 2 во время импульса коронного разряда образуется поток униполярных ионов. Частицы аэрозоля, пересекающие этот поток униполярных .ионов, приобретают заряд, величина которого зависит от параметров потока ионов и размеров частиц. Поскольку питание на зарядную камеру подается импульсно, то образуются пачки заряженных частиц, чередующиеся с пачками незаряженных частиц. Плотность объемного заряда в пачке заряженных частиц,пропорциокалька концентрации частиц, а также зависит от среднего размера. В потоке аэрозоля после зарядной камеры 2( образуется периодгческая 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 ргзряда. Усиленное по амплитуде напряжение первой гармоники совместно с шумовой составляющей с выхода усилителя 7 через аналоговый ключ 8, поступает на вход

синхронного детектора 9, где оно через резистор 10 поступает на общую точку соединения обкладок конденсаторов 11-1-3. Вторые обкладки конденсатров 11-13 периодически синхронно с частотой импульсов, запускающих импульсный источник питания 5, замыкаются ключами 14-16 на общий провод устройства. Время усреднения полезного сигнала определяется постоянной времени заряда конденсаторов 11-13, продолжительностью периода работы какала, задаваемой . коэффициентом деления делителя частоты 27, и выбираетс из условия оптимального отношения сигнал/шум на выходе устройства. Величина заряда каждого из конденсаторов определяется амплитудой полезного сигнала, временем усреднения и фазовым сдвигом относительно импуль- .сов, запускающих импульсный источник питания .5. Фазовый сдвиг определяется временем переноса заряженных частиц от зарядной камеры 2 до измерительной камеры 3 j. При постоянной скорости потока аэрозоля фазовый сдвиг будет оставаться постоянным. Сигнал с выхода синхронного детектора 9 поступает на вход амплитудного детектора 17, на выходе которого образуется напряжение постоянного тока, пропорциональное концентрации аэрозольных частиц. Это напряжение поступает на аналого-цифровой преобразователь 18 и далее на преобразователь кода 19, который вырабатывает позиционный код сигнала управ- ления усилителем 7|. При включении устройства с выхода преобразователя кода 19 поступает сигнал, который

5

10

15

оя

20

25

6S80336

устанавливает максимальный копфсЫщиг ент усиления усилителя 7 . При увеличении концентрации аэрозоля и достижении кода верхнего уровня срабатывания с выхода преобразователя кода 19 поступает сигнал, уменьшающий коэффициент усиления усилителя 7t и устанавливающий на установочном входе индикатора 21 значение пересчетного множителя, соответствующего установленному коэффициенту преобразования устройства и определяющего класс чистоты помещения. При уменьшении концентрации аэрозоля значение сигнала на выходе аналого-цифрового преобразователя 18 уменьшается и при достижении заданного нижнего порога срабатывания преобразователь кода 19 вырабатывает сигнал предыдущего состояния с большим коэффициентом усиления усилителя 7. Сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя 18 поступает таюке на вход блока 20 фиксации уровня запыленности и на первый вход индикатора 21„ В блоке 20 фиксации уровня запыленности запоминаются сигналы каждого из N каналов. Выборка канала для запоминания информации в регистрах осуществляется сигналами, поступающими из блока 29 формирования сигналов выборки. Эти же сигналы, поступая на адресные входы индикатора, определяют положение элемента матрицы запыленности помещения, в результате чего на экране индикатора отображается картина уровней запыленности в различных точках помещения. Общий уровень запыленности помещения определяется усреднением уровней запыленности в его различных точках. Для этого выходные сигналы блока 20 фиксации уровня запыленности суммируются в сумматоре 23 и нормируются в нормирующем элементе 24 путем деления общей суммы на N, С выхода нормирующего элемента 24 сигнал поступает на второй вход индикатора 21, Этот сигнал характеризует средний уровень запыленности помещения в пределах того класса чистоты, который определяется сигналом на установочном входе индикатора 21.

При выбросах запыленности класс чистоты помещения отклоняется от тря- буемого значения (класс 10, 100). Тогда уровень запыленности в различных точках индицируется на индикато30

35

40

45

50

55

1658013

Ф о

18

21 при подаче сигналя с выхода лого-цифрового преобразователя первый вход индикатора в соответии с адресом N-й точки нзмере- г , подаваемого на адресные входы икатора с Н-го выхода блока 29 мирования сигналов выборки.

Импульсы с одного из выходов колього сдвигового регистра 26 (управ-JQ щий выход синхронного детектора) тупают на управляющий вход имьсного источника литания 5 и на итель частоты 27, Выходные сигнаделителя частоты 27 управляют раой блока 28 формирования управлях сигналов, определяющего порядок ключения измерительных каналов, лока 29 формирования сигналов орки о

15

20

т ра держ след движ под ист дом тор усил том но упр с у ист тек ват кот дом инд пре вым ющ шен са ч ны изм вых гул еди гов объ хро сац нор ван тот сиг с у клю ;мир вхо ны дом сиг син дом гофоруро чер нор го тор ван отв фик рес

При включении устройства на пер- щом выходе блока 28 формирования управляющих сигналов появляется сигнал, открывающей аналоговый ключ 8 и подключающий тем самым первый канал к синхронному детектору 9. С появлением фронта импульса Ид на выходе делителя частоты 27 (см. фиг«2а) на выходе логического элемента блока 29 формирования сигналов выборки формируется сигнал UB| (см. фнг.2г). которым осуществляется запись цифро- - вого кода уровня запыленности в первой точке в регистр 22 ( блока 20 фик- сацин уровня запыленности. Одновременно этот уровень запыленности индицируется на экране индикатора 21 л виде элемента матрицы. По срезу

импульса U на выходе делителя частоты 27 (см„ фиг.2б) в блоке 28 формирования управляющих сигналов счетчиком 30 импульсов и дешифратором 31 формируется сигнал U на включение второго измерительного канала (включается ключ 8) (ом. фиг.2в)тпри этом первый измерительный канал отключается (размыкается ключ Sj) и т.д. Работа последующих каналов аналогична.

Введение IJ-1 каналов позиопяет измерить интегральную и локальную запыленность помещения, создать матрицу запыленности помещения, а усреднение уровней запыленности в различных точках позволяет повысить достоверность измерения класса чистоты помещения.

Я

Ф о

5

5

0

0 ,г

0

5

0

5

рмула изобретения Устройство для измерения концен- т рации дисперсной фазы аэрозоля,содержащее первый канал, включающий последовательно установленные по ходу движения аэрозоля зарядную камеру, подключенную к выходу импульсного источника питания с управляющим входом, измерительную камеру, выход которой подключен к избирательному усилителю с регулируемым коэффициентом усиления, а также последовательно соединенные синхронный детектор, управляющий выход которого соединен с управляющим входом импульсного источника питания, амплитудный детектор, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь кода,выход которого связан с управляющим входом усилителя и установочным входом индикатора, выход аналого-цифрового преобразователя также соединен с первым входом индикатора, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности измерения класса чистоты помещения, в него введены N-1 каналов (где N - число точек измерения), в каждом из N каналов выход избирательного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен с информационным входом аналогового ключа, выходы всех каналов объединены и соединены с входом синхронного детектора,а также блок фиксации уровня запыленности, сумматор, нормирующий элемент, блок формирования сигналов выборки, делитель частоты, блок формирования управляющих сигналов,, выходы которого соединены с управляющими входами N аналоговых ключей и первыми входами блока фор- ;мирования сигналов выборки, вторые входы которого объединены и соединены с выходом делителя частоты и с входом блока формирования управляющих сигналов, причем управляющий выход синхронного детектора соединен с входом делителя частоты, а выход аналогоцифрового преобразователя - с информационным входом блока фиксации уровня запыленности, выходы которого через сумматор соединены с входом нормирующего элемента, выход которого соединен с вторым входом индикатора, причем выходы блока формирования сигналов выборки соединены соответственно с входами выборки блока фиксации уровня запыленности и с адресными входами индикатора.

n

О СО

LO

чС

WOCOrffD

€

Х№0у

traianiffnN|

|.1

fT.. frlL I

i / %

ffifOfurfeu e

ХОШОЦ

МНОЙ

L3

f9

ч

WOCtHffD

мшоц

tfOHOifl У|

EL,

Изобретение относится к технике измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля и может быть использовано, например, для определения класса чистоты производственных помещений. Целью изобретения является повышение достоверности измерения класса чистоты помещения за счет усреднения результатов измерений по объему. Сущность изобретения заключается D следующем. Через установленные в различных местах производственного помещения N зарядных и измерительных камер прокачивается поток аэрозоля. В каждый момент времени сигналами с выхода блока формирования управлякгцих сигналов к входу синхронного детектора подключен только один измерительный канал, состоящий из зарядной и измерительной камер, избирательного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления и аналогового ключа. В конце времени работы канала сигналом с соответствующего выхода блока формирования сигналов выборки результат измерения фиксируется в одном из регистров блока фиксации уровня запыленности и, поступая на первый вход индикатора, индицируется в виде элемента матрицы на индикаторе (дисплее) в месте, определяемом сигналами на его адресных входах. После полного цикла измерения сигналы с выходов блоков фиксации уровня запыленности суммируются, усредняются и выводятся на второй вход индикатора в виде усредненного уровня запыленности помещения, а значение коэффициента, поступающего на установочный вход индикатора, определяет класс чистоты. 2 ил. (Л 05 СП 00 о оэ САЭ

Фиг.2

i i