Способ автоматического измерения концентрации пыли в газовоздушных средах Советский патент 1992 года по МПК G01N15/02 

1

(1) 4811807/25 (22) 09 04 90 (46)30.0892 Бюл №32

(71)Институт газа АН УССР

(72)В. И Тупихин, П. В. Костогрыз и О. К Сицельникова

(56) Патент Великобритании N° 1328075 кл. G01 N21/02, 1975

Optical double channel powder meter, - Chemie Ingeniertecmk. 1S73, №1,0 40

. л-мжаедльи -л-тамзв-тзс: i

(54) СПОСОБ АВТОМАТУ ЧЕС Л ГО РЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫЛИ В ГАЗО ВОЗДУШНЫХ СРЕДАХ (57) Использование исследование в газоЕОздушных средах оптически 1 методами Сущность изобретения исключение индивидуальной градуиоовкь для каждого вида пыли за счет использования имитатора-эталона на который нанесена исследуемая пыль. 1 з п ф-г;ы, 1 ил

Изобретение относится к способам измерения ко щентращ и пыли газовоздушных сред с помощью оптических методов и может быто использован в промышленности строительных материалов, в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен способ измерения концентрации пыли, при котором исследуемую запыленную среду освещают, а рассеянный пылью под углом 70° светорой поток измеряют и используют для определения концентрации пыли и калибровки при градуировке устройства

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения концентрации пыли, осуществляемый в оптической двухка- нальном пылемере, в котором освещают исследуемую пыль в рабочем канале и оптический з талон светорассеяния, регистрируют одним и тем же Фотоприемником и сравнивают излучения, рассеянные измеряемой пылью и оптическим эталоном светорассеяния, усиливают и оптическим кликом в канале сравнения компенсируют рассогласование и определяют концентрацию измеряемой пыли

В данном способе измерения концентрации факгическт сравнивают всегда различные характеристики рассеяния рабочего Ггазовоздуш -ая ззпыленьа i среда) и канала сравнения (оптические средства оассеяния и ослабления светового потока), очи постоянны у оптического эталона рассеяния и переменны у исследуемой пыли, так как зависят от вида и концечтрзци. ее в поти е. Кроме того, оптический клин (фильтр переменной оптической плотности), используемый для компенсации рассогласования интенсивностей светорассеяния по двум каналам, изменяет интенс висеть сзотсвого потока, падающего на оптический э-алон светорассеяния но сохраняет ПОСТОРНСГЬО освещаемой площад , ч,о уветичиьает ра - личие характеристик рассеянна по ч налам

Отсюда следует и основной и достаток известного способа измерения неооходи у.ость индивидуальной градуировки ,ы дый вид пыли А это не/добствз существенные затраты, и, что самое пав- ное, снмжен е точиост 1 измерен- - за счет дополнительной по решносп- метод и средств градуировки которая в настоящее время может досчитать -25% Дсполииc z a

J

тельно на снижение точности заметное влияние оказывает неидентичность характеристик светорассеяния в обоих канал, в том числе и изменение их в диапазоне измерения концентрации пыли.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического измерения концентрации пыли в газовоздушных средах путем освещения одним и тем же источником света исследуемой пыли в рабочем и эталона в сравнительном каналах, регистрации одним и тем v фотоприемником интенсивностей интстэ ьного рассеянного излучения, сравнения,усилия, компенсации рассогласования оптических сигналов и определения концентрации пыли, согласно изобретению, регистоацию излучения в канале сравнения осуществляют с использованием плоского имитатора исследуемой пыли, взвешенную массу которой равномерно распределяют на оптически прозрачной подложке и стационарно закрепляют оптически прозрачными липким слоем, компенсацию разности интенсивностей интегрального рассеяния излучения в каналах осуществляют изменением площади освещаемой поверхности имитатора исследуемой пыли.

В предлагаемом способе измерения сравнением интенсивностей интегрального светорассеяния одними и теми же исследуемыми частицами в обоих каналах фактически выполняют срэвнение масс одной и той же пыли: в рабочем канале - в известном постоянном освещаемом объеме, в канале сравнения - на определяемой (измеряемой) освещенной площади плоского имитатора исследуемой пыли, общая равномерно распределенная масса которой известна. Следовательно, при равенстве интенсивностей интегрального светорассеяния в обоих каналах по величине освещаемой площади плоского имитатора исследуемой пыли определяю массу исследуемой пыли на плоском имитаторе и в освещенном объеме (они равны). Зная массу пыли в рабочем освещаемом объеме (величина постоянная) и долю его в исследуемом объеме легко определяют абсолютную концентрацию этого нет необходимости градуировать прибор

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа измерения концентрации пыли.

Предлагаемый способ осуществляют с использованием двухканальной оптической схемы, в которой излучение от источк -к через зеркала 2, 3 и линзы 4, 5 напраа/кгч

по двум каналам - рабочему и каналу сравнения. На выходе линз А, 5 формируют два идентичных, одинаковой интенсивности пнка параллельных световых лучей, которые модулируют обтюратором 6 с одинаковой, но сдвинутой по фазе из 180°. частотой В рабочем канале параллельным пун- ком лучей, сформированным личной 4, освещает ПЗМРОУПГСЛЬНЫЙ объег 7, содержащий

0 взвешенные частицы исследуемой пыти,

Рассеянное г следуемой пылью ч направлении 0 излучение собирают линзой 8 и с ьер/ояз 9 исправляют на фо- топриемннк 0

5 Параллельно в канале ср-эвненич сформированный кинзой 5 и равный по интенсивности излучения направляют через регулируемую диафрагму 11 на пло- имупатоо 12 гой же исследуемой пыли.

0 Регулированием отверстия диафрагмы 11 изгоняют поперечное сечение светового потока, Лри Зеом изменяют только размер освещаемой площади, то есть изменяют пропорциональную площади долю общей

5 взвешенной пыли плоского имитатора исследуемой пыли, а интенсивность светового потока но единицу освещаемой площади (пыли) остается постоянной. Благодаря это- П/ сохраняют -if (лоянство характеристик

0 иитегг. зя1 чого сссторагсеячия в канале coacMChf во ccei i диапазоне кочц ч-поации Лз1 , рассеянное час- П , освещенной дол взвешенной в равномерно ре Сп е,деленной на плоском

5 им)/та горе исследуемой пы/vi в том же направлении 0, собирают линзо 3 v чер-з Зсркаго 1ч напоавпяют гяк на фо опои- , 10

Изменение кпнцентого и иссче урмоч

0 ПУТИ, рассеивающей изломе,ие ь освещаз- VOMI з--/ерительном объеме, иыз-гшрет появление переменно 1 на Фо сполвмни - 10, сигнала рассогласования - ь выводе сили теля 15, который подают на исполччгелььый

5 механизм 16, nepewt щаю ди заслонку -и- афр51мы 11. Перемещение j r u л дчлф- р1гмы 11 вызывает изменен/IP освещаемой площади плоскою имитатора исс е уемой пыг|И то асть изменяет ось i долирэ 0 нокерно распределенной и ь ли, рассеивающей гидэю,е с г.г гопнмой

ИНТ« СИВЧОГТЬЮ ИС,Луче ИЈ,. J3 1ИС

5гс/ снки ЗУ дет продолжаться о до тмже- нся равенства оптических сиг; оассе- 5 янного излучени анало ичн№мр i У, / о обоих качгл х, то есть по достих в- кио равенс вл кг,л1/ сств пь,гл осно дремых s 3i«ieo.ire/: ,нои объеме v HJ к/ .oi иссл1дуе юй / r. r,p it;

M8ril, j .dC; Or;4tft СВЯ НС .Га фУЧ/. 1С пальмой зависимостью со шкалой концентрации пыли 17, по которой фиксируют ее абсолютное значимее,

Плоский имитатор исследуемой пыли 12 выполнен в виде оптически прозрачной подложки, поверхности которой равномерно распределяют точно взвешенную массу (количество) исследуемой пыли и стационарно закрепляют оптически прозрачным липким слоем. Излучение, прошедшее через плоский имитатор исследуемой пыли, в конц канала сравнения поглощается ло- аушкой 18,

Пример. Источником освещения 1 освещают частицы пылевоздушного потока, прокачиваемого через измерительный обь- ем рабочего кянзла 7. Концентрацию угольной пыли (фракция d 0,2 мм, у 1,4 мг/мм , концентрация Су 150 мг/м, в потоке задают генератором пыли с точностью0,5%. Освещаемый измерительный объем рабочего канала равен 1C дм°, а количество контролируемой пыли в измерительном освещаемом объеме равно т0св. 1,5 мг.

Тем же источником излучения 1 с той же интенсивное ььо параллельно освещают часть площади плоского имитатора 12 той :ке наследуемой пупи в канале сравнения. Имитатор исследуемой пыли выполняют из плоской оптически прозрачной с полированными плоскостями подложки, на 100см которой рззчомернс через сито с отверстиями 2 мм и расстояниями между ними, разными ,8 мм. наносят и стационарно, с помощью ог:тииески прозрачного тонкого липкого слоя (вазелин,глицерин)закрепляют частицы исследуемой пыли. До и после нанесения исследуемой пыли его взвешивают на аналитически/ч весах высокой точности, например, типа Р 180 D и определяют массу равномерно нанесенной и стационарно закрепленной исследуемой пыли ,3 мг, с предельной погрешностью (,16 %; плотность распределения по поверхности

A Q

Р ТПП -043 мг/см . Неравномерность

распределения чэстиц по поверхности (3 100см ) контролируют сравнением интенсивности расг.еяния отдельными участками поверхности плоского имитатора исследуемой пыли. Неравномерность распределения частиц, то есть погрешность измерения массы в диапазоне изменения освещаемой площади имитатора исследуемой пыли с учетом неравномерности светового потока в поперечном сечении не превышает 0,6 % (дп 0.6 %).

Интенсивность рассеянного исследуемой пылью интегрального излучения в рабочем канале сравнивают с интенсивностью рассеянного такой же пылью излучения в

канале сравнения. Разность интенсивно- стей, рассеянных излучений, компенсируют изменением площади освещения Si плоского имитатора исследуемой пыли з канале сравнения; при достижении равенства замеряют освещаемую площадь ,9 см2. При этом погрешность измерения площади при погрешности линейного измерения 0,5 мм дп 0.00007%.

Доля массы освещаемой пыли на поверхности плоского имитатора пыли при ,9cM2paBHam0cB Sip 34,9 0,,5 мг, что соответствует массе пыли, освещенной в измерительном объеме рабочего канала глосв.1,5 мг, а следовательно, и

концентрации исследуемой (угольной) пыли 150 мг/м3 которую определяют также и по шкале 17. Верхний предел измерения концентрации угольной пыли при указанных выше данных плоского имитатора исследуемой пыли ( см2, ,2 MM ,8 мм, G 4,3 мг и р 0,043 мг/см2) составит Смакс S р 100 100 0,043 мг/м , Коэффициент связи между концентрацией пыли и освещаемой площадью плоского имитатора исследуемой пыли составляет ,3. При этом предельную погрешность измерения массы исследуемой пыли на освещаемой поверхности плоского имитатора исследуемой пыли, а

следовательно, и массы пыли в исследуемом освещаемом объеме и ее концентрации в исследуемой среде определяют по предельным погрешностям взвешивания (,16%, распределения частиц на плоской поверхности имитатора исследуемой пыли совместно с неравномерностью интенсивности светового потока по сечению д ,6%, и определения освещаемой площади плоского имитатора исследуемой пыли б ,00007%, т.е.

5С f 1,16/ 4- (0,6/ +(0,00007/ ЦТ77ШГ ±1.3%.

Основные показатели (режимы) нения известного способа (базовый объе.гг) и предлагаемого способа при измерении концентрации различных видои пыли (пыль угольная, фракция ,2 мм,/ 1,4 мг/мм пыль кварцевая d 0,2 мм, у -- 6 5 N-. /мм° и угольная пыль той же фракции (пример 5), но с расстоянием между стзсостичми сита ,8 мм) представлены ° г..5лицз.

Реализация предлагаемого способа ис- кпючает индивидуальную гоадуи пвку и влияние неинформативных параметров из меряемой среды и тем самым позволяет сравнительно простыми средствами обеспечить прямое измерение концентрации пыли в абсолютных единицах, в 10-20 раз повысить точность измерения и упростить организацию контроля и измерения в широком диапазоне концентраций различных видов пыли одним и тем же прибором.

Формула изобретения Способ автоматического измерения концентрации пыли в газовоздушных средах путем освещения одним и тем же источником света исследуемой пыли в рабочем

Основные показатели (режимы) способов измерения концентрации пыли

Концентрация измеряемой

пыли150

Плоский имитатор .массы пылиу

Частицы, мм

Общая площадь имитатора массы, см2

Расстояние между частицами, мм

Освещаемая площадь при измерениях, см2

Шкала, мг/м30-30

Предельная погрешность измерения, %J5

Необходимость индивидуальной градуировкиЕсть

канале и эталона в сравнительном канале, регистрации одним и тем же фотоприемником интегрального рассеянного излучения, сравнения, усиления, компенсации сигналов рассогласования каналов и определения концентрации пыли, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения, регистрацию излучения в канале сравнения осуществляют с использованием плоского имитатора исследуемой пыли, взвешенную массу которой равномерно распределяют на оптически прозрачной подложке и стационарно закрепляют оптически прозрачным липким слоем, а компенсацию сигналов рассогласования каналов осуществляют изменением площади освещаемой поверхности имитатора исследуемой пыли.

О

150

150

,20,2

100

00

М4,8

18,57,5

0-8000-2000

0,860,65

НетНет

150

0,2 100 3,8

21,

0-700

0,93 Нет

3

0