Гранулометр аэрозоля Советский патент 1992 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к измерительной Технике, а именно к устройствам для измерения концентрации и дисперсного состава частиц в газе, и может быть использовано для контроля запыленности воздуха, а также в системах автоматического измерения и регулирования концентрации частиц в газе.

Известно устройство для определения концентрации и дисперсного состава аэрозолей, состоящее из двух коаксиально расположенных, изолированных друг от друга

электродов, один из которых заземлен, а другой соединен с источником постоянного напряжения, устройства для создания потока воздуха и аэрозоля и измерительного устройства.

Недостатками этого устройства являются большая трудоемкость нахождения спектра распределения аэрозолей по размерам (по подвижностям) и невысокая точность измерений в случае пространственно-неоднородных потоков аэрозолей, так как для получения функции распределения частиц по размерам во всем диапазоне размеров исследуемых частиц нужно повторить операцию измерений при нескольких значениях приложенного к одному из электродов напряжения. Время проведения полного цикла измерений при этом составляет порядка 10 мин, за это время параметры аэрозольного потока успевают значительно измениться.

Наиболее близким к предлагаемому яв-г ляется устройство - гранулометр аэрозоля, содержащий зарядное устройство, анализатор подвижности, состоящий из двух расположенных коаксиально, изолированных оди от другого электродов, внутренний из которых выполнен в виде трубы и соединен с источником постоянного напряжения, а наружный электрод разделен на изолированные одна от другой секции, устройство для создания потока воздуха и аэрозоля, и измерительное устройство, содержащее блок усилителей и аналого-цифровой преобразователь.

Однако известное устройство характеризуется повышенной сложностью (содержит 26 отдельных усилителей - по числу секционированных электродов) и недостаточной точностью, так как трудно создать идентичные условия усиления по каждому из каналов. Кроме того, усилители постоянного тока, применяемые в каждом из каналов, обладают значительным дрейфом и большим временем установления показаний (20-100 с). Все это - неодинаковые коэффициенты усиления усилителей, длительное время измерений, когда между началом и концом измерений проходит несколько минут и значительно меняются свойства исследуемого потока аэрозолей - приводит к снижению точности измерений спектра распределения аэрозолей по размерам.

Целью изобретения является повышение точности измерений с одновременным упрощением процесса измерений.

На чертеже представлена блок-схема гранулометра аэрозолей.

Гранулометр содержит устройство для создания потока аэрозоля и воздуха, выполненное в виде отсасывающего вентилятора 1. расположенного на оси электродвигателя, зарядное устройство 2, канал 3 для ввода аэрозоля, канал 4 для вывода аэрозоля с искаженным спектром, анализатор 5 подвижности, канал б для ввода чистого воздуха, внутренний электрод 7, внешними

0 секционированный электрод 8, блок 9 питания, соединенный с зарядным устройством 2.

Каждая секция внешнего электрода 8 соединена с одним из секторов 10 (четные

5 сектора) группы потенциальных электродов, размещенных с образованием кругового кольца.

Равные им и чередующиеся с ними нечетные сектора 11 группы потенциальных

0 электродов соединены с источником 12 компенсирующего напряжения. Каждая секция электрода 8 соединена через высокоомное сопротивление 13 утечки с землей.

Приемный электрод 14, выполненный в

5 виде металлического жестко закрепленного диска, соединен с измерительным устройством, содержащим усилитель 15 импульсных сигналов. Между приемным электродом 14 м группой секторов 10 и 11 в плоскости,

0 параллельной им обоим, размещен с возможностью вращения выполненный в виде диска экранирующий электрод 16 с секторной прорезью 17, форма и размеры которой равны размерам каждого из секторов груп5 пы потенциальных электродов.

Электрод 16 укреплен на оси электродвигателя 18. По внешней окружности диска экранирующего электрода 16 расположены отверстия 19 и сектор 20, над которым рас0 положены лампочки 21 и 22, а под диском электрода, напротив лампочек, - фотодиоды 23 и 24.

Лампочка 21 вместе с фотодиодом 23 образует оптозлектронный датчик (оптрон)

5 начала (окончания) цикла измерения, а лампочка 22 вместе с фотодиодом 24 образует датчик совпадения секторной прорези экранирующего электрода (при его вращении) с каждым четным сектором 10 группы потен0 циальных электродов. Выходы фотодиодов 23 и 24 оптоэлектронных датчиков соединены с запускающими входами тактовых генераторов 25 и 26, вырабатывающих импульсы запуска измерительного устройства,

5Выход усилителя 15 импульсных сигналов соединен с сигнальным входом аналого- цифрового преобразователя (АЦП) 27, выход которого соединен с сигнальным входом анализатора 28 импульсов. Выход тактового генератора 25 соединен с входом

запуска анализатора 28 импульсов. Светонепроницаемые шторки 29 и 30 обеспечивают срабатывание оптоэлектронных датчиков только от своей лампочки. Блок электродов (экранного, приемного и потен- циального) экранируется внешним экраном от внешних электромагнитных и электростатических помех.

Устройство работает следующим образом.

Движение аэрозоля и воздуха осуществляется устройством, выполненным в виде отсасывающего вентилятора 1, расположенного на оси электродвигателя. Поток аэрозоля поступает в зарядное устройство 2 через канал 3. После зарядки та часть аэрозоля, которая подвергалась искажениям спектра, удаляется через канал 4, а оставшаяся часть аэрозоля поступает в анализатор 5 подвижности, в который через канал 6 поступает чистый воздух. Аэрозольные частицы проходят в электрическое поле, создаваемое внутренним электродом 7, и в зависимости от своих электрических по- движностей осаждаются на соответствую- щие секции внешнего электрода 8. Напряжение, поступающее на электрод 7, создается блоком 9 питания.

Сигналы, снимаемые с каждой секции электрода 8, поступают на четные сектора 10 группы потенциальных электродов, которые установлены с чередованием с равными им нечетными секторами 11 и вместе с ними образуют круговое кольцо, Электроды нечетных секторов 11 соединены.с регулируе- мым источником 12 компенсирующего напряжения, с помощью которого перед проведением измерений выставляется нулевое положение прибора.

Аэрозольные частицы, осевшие на сек- циях внешнего электрода, изменяют потенциалы . секций электродов 8, а следовательно, и потенциалы секторов 10 группы потенциальных электродов. При вращении экранирующего электрода 16 с секторной прорезью 17, равной по размерам секторам потенциальных электродов, поочередно экспонируются и экранируются все потенциальные электроды, при этом на приемном электроде 14 наводится серия импульсов, амплитуда каждого из которых пропорциональна изменению потенциала на соответствующей секции внешнего электрода гранулометра относительно нулевого потенциала, заданного с помощью источни- ка 12 на секторах 11. Серия импульсов, полученных за один оборот диска, представляет собой спектральное распределение аэрозолей по электрическим подвижностям, содержащее информацию о распределении аэрозолей по размерам.

При больших отношениях сигнал/шум ( 2)) регистрация спектра аэрозольных частиц может проводиться с помощью запоминающего осциллографа, подсоединенного к выходу усилителя 15, при этрм для синхронизации получаемого изображения используются импульсы с тактового генератора 25, вырабатывающего импульс по завершении полного оборота экранирующего электрода. Осциллограмма, содержащая информацию в импульсно-ординатной форме, фотографируется и в дальнейшем обрабатывается.

При меньших отношениях сигнала к шуму используется синхронное накопление полезного сигнала, при этом в качестве измерительного устройства используется промышленный анализатор импульсов (типа АИ-256-6), работающий в режиме синхронного поканального накопления.

Измерительное устройство запускается импульсом (длительностью 10 мкс), формируемым тактовым генератором 25 в момент затемнения лампочек.

С приходом запускающего импульса на синхронизирующий вход поступает серия из п импульсов считывания, формируемых тактовым генератором 26 в момент экспонирования приемного электрода 14 в поле соответствующего сектора 10 группы потенциальных электродов. Эти импульсы управляют аналоговым ключом на входе анализатора и запускают АЦП 27, преобразующий в цифровой код усиленные усилителем 15 импульсы полезного сигнала с приемного электрода 14. Результат преобразования записывается в блок памяти анализатора 28 импульса в канал, номер которого N соответствует номеру каждой из N секций внешнего секционированного электрода 8 гранулометра (N п). С приходом следующего импульса считывания с генератора 26 происходят преобразование и запись сигнала в канал памяти под номером N+1 и т.д. Таким образом, в блоке памяти анализатора 28 содержится в цифровом виде весь спектр аэрозольных частиц, разбитый по п каналам.

Весь процесс повторяется с приходом следующего запускающего импульса с выхода тактового генератора 25. В результате накопления происходит сглаживание случайного шума и выделение полезного сигнала.

Вывод информации, содержащейся в памяти анализатора 28, осуществляется на осциллографическую трубку или на цифро- печатающее устройство.

Использование предлагаемого устройства позволяет за счет введения бесконтак- тного емкостного коммутатора каналов автоматизировав процесс измерения спектрального распределения аэрозольных час- тиц; в результате снижения времени измерения спектра и использования одного канала усиления по переменному току повысить точность измерений примерно в 2-3 раза; расширить область применения при- бора путем получения возможности использовать его в системах автоматического управления.

Формула изобр-е тения

-

1. Гранулометр аэрозоля, содержащий зарядное устройство, связанное с анализатором подвижности состоящим из двух рас положенных коаксиально изолированных друг от друга электродов, внутренний из которых выполнен в виде трубы и соединен с источником постоянного напряжения, а наружный электрод разделен на изолиро- ванные друг от друга секции и связан с уст- родством для созданмя потока воздуха и аэрозоля и измерительным устройством, содержащим усилитель и аналого-цифровой преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измере- ний с одновременным упрощением процесса измерений, в него введен электродвигатель, на оси которого расположен установленный с возможностью вращения экранирующий электрод с секторной прорезью, одна сторона которого обращена к выполненному в виде диска жестко закрепленному приемному электроду, соединенному с сигнальным входом измерительного устройства, а другая сторона - к группе жестко закрепленных чередующихся потенциальных электродов, выполненных в виде, секторов, четных и нечетных, размещенных с образованием кругового кольца, при этом каждый четный сектор соединен с одной из секций наружного электрода и одновременно через высокоомное сопротивление - с землей, а все нечетные сектора соединены с источником компенсирующего напряжения, причем экранный, приемный и потенциальные электроды расположены в параллельных плоскостях.

2.Гранулометрпоп.1.отличающий- с я тем, что в него дополнительно введены датчик совпадения секторной прорези экранирующего электрода при его вращении с каждым четным сектором группы потенциальных электродов и датчик начала цикла измерения, соединенные с входами соответственно первого и второго тактовых генераторов, выходы которых соединены с соответствующими входами измерительного устройства.

3.Гранулометр по п.2, отличающий- с я тем, что датчики совпадения и начала цикла измерений выполнены электрооптическими.

4.Гранулометр по п.1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что размеры и форма каждого из потенциальных электродов совпадают с размерами и формой прорези, выполненной в экранном электроде.

5.Гранулометр по п.1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что измерительное устройство выполнено в виде цифрового спектрометра с поканальным накопителем сигналов.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель - повысить точность с одновременным упрощением процесса измерений. Для этого, в известный грануло- метр, содержащий зарядное устройство, анализатор подвижности, состоящий из двух расположенных коаксиально изолированных друг от друга электродов, внутренний из которых выполнен в виде трубы и соединен с источником постоянного напряжения, а наружный разделен на изолированные друг от друга секции, устройство для создания потока воздуха и аэрозоля и измерительное ycYpouCTBO, содержащее усилитель и аналого-цифровой преобразователь, введен электродвигатель, на оси которого расположен установленный с возможностью вращения экранирующий электрод с секторной прорезью, одна сторона которого обращена к выполненному в виде диска жестко закрепленному приемному электроду, соединенному с сигнальным входом измерительного устройства, а другая сторона - к группе жестко закрепленных чередующихся потенциальных электродов, выполненных в виде секторов и размещенных с образованием кругового кольца. При этом каждый четный сектор соединен с одной из секций наружного электрода и одновременно через высокоомное соединение - с землей, а все нечетные сектора соединены с источником компенсирующего напряжения, причем экранный, приемный и потенциальные электроды расположены в параллельных плоскостях. Кроме того, в гранулометр дополнительно введены дополненные, например, электрооптические датчик совпадения секторной прорези экранирующего электрода при его вращении с каждым четным сектором группы потенциальных электродов и датчик начала (окончания) цикла измерения, соединенные с входами первого и второго тактовых генераторов соответственно, выходы которых соединены с соответствующими входами измерительного устройства. 4 з.п.ф-лы, 1 ил. VJ ГО со 4 о ю