Устройство для измерения концентрации частиц в газе Советский патент 1983 года по МПК G01N15/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устрой-г ствам для измерения концентрации частиц в газе, и может быть использовано для контроля запыленности возДуха и в системах автоматического измерения и регулирования концентрации частиц в газе..

Известно устройство, основанное на модуляции объемного заряда потока аэрозоля и последующем измерении переменной составлякядей заряда, содержащее зарядную камеру, в которой осуществляет eg. периодический коронньй разряд, и индукционную измеритель-) ную камеру, установленные последовательно по потоку газа tl3.

Устройство имеет низкую чувствительность, что обусловлено малой величиной измеряемого объемного заряда, ограниченного размерами индукционной камеры. Следствием зтого является низкая точностьизмерения малых (менее 0,01 мг/м) концентраций.

Известно также устройство для определения концентрации, частиц или их, отдельных фракций по массовому заряду, содержащее коллектор, выделяющий предварительно заряженные частицы из потока, и индукционный измерительный

электрод со схемой измерения заряда в виде измерителя постоянного напряжения или тока,подключенного к коллектору или измерительному электроДУ 2.

Недостатком такогхэ устройства является низкая точность определения малых концентрсщий, обусловленная утечкой заряда через входную цепЬ из10мерителя при большом времени отбора и высоким уровнем шумов схемы измерения заряда на инфранизких частот гос. При использовании в качестве измерителей напряжения электростатических

15 вольтметров можно измерять концентрации частиц, не ниже 0,001 мг/м.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения концентрации

20 частиц в газе, содержащее установленные последовательно по потоку газа зарядную камеру и заключенные в электростатический экран коллектор заряженных частиц и измерительный злек25 трод, который соединен со схемой измерения заряда в виде электрометра через коммутатор. Концентрацию частиц определяют по амплитуде импульса входного тока электрометра, подключаемого

30 к измерительному электроду по окончаНИИ осаждения частиц на коллектор, и объему газа, прошедшего через устрой ство за время осаждения. Устройство позволяет уменьпшть погрешность изме рения, связанную с утечкой заряда коллектора через входную цепь схем1л ,измерения заряда СЗ. Однако известное устройство может обеспечить высокую точность измерени концентрации лишь при условии накопления на коллекторе оптимального электрического заряда осажденных час тиц. При малой величине накопленного заряда, соответствуюией малой концен трации частиц или малой длительности отбора пробы, появляется значительна (десятки процентов) погрешность изме рения, обусловленная тем, что шумы схемы измерения заряда в этом случае соизмеримы или даже превышают полезный сигнал. При величине накопленного заряда, существенно превышающей оптимальное значение (большие концен трации или времена отбора пробы), уменьшается эффективность осаждения частиц ИЛИ потока из-за влияния отталкивающего потока заряда на коллекторе и, как следствие, появляются большие (сотни процентов) погрешности измерения. Так как в известном устройстве в процессе . накопления час тиц на коллекторе информация о заряде отсутствует, то объем пробы выбирается априорно, , как правило, приводит к большим погрешностям измерения. Цель изобретения - повышение точности измерения в широком диапазоне концентраций частиц в газе. Для достижения этой цели в устрой ство, содержащее установленные после довательно по потоку газа зарядную камеру и заключенные в электростатуческий экран коллектор заряженных частиц и измерительный электрод, сое диненный со схемой измерения заряда,, согласно изобретению введены модулирующий электрод, установленный между коллектором и измерительным электродом, генератор периодического сигнал и емкостный модулятор, выводы сиг- нальной цепи которого подключены к модулирующему электроду и электроcтaтичecкo 1y экрану, а управляющий вход - к генератору периодического сигнала, причем схема измерения заряда выполнена в виде избирательного усилителя, настроенного на частоту генератора периодического сигнала. На фиг.1 показана схема устройства, коллектор которого представляет собой цилиндрический аэрозольный фильтр; на фиг.2 - схема устройства с коллектором в виде плоской подложки инерционного или электростатического осадителя частиц. Устройство содержит зарядную каме ру 1 и электростатический экран 2, установленные последовательно по потоку газа. Зарядная камера 1 представляет собой систему электродов униполярного коронного разряда или радиоизотопную ионизационную камеру, В электростатическом экране 2 уста- новлены коллектор 3 заряженных час,тиц, модулирующий электрод 4 и измерительный электрод 5. Модулирующий электрод 4 расположен между коллектором 3 и измерительным электродом 5. Коллектор 3 может быть выполнен в виде цилиндрического аэрозольного фильтра (фиг.1), а также в виде подложки инерционного или электростатического осадителя частиц (фиг.2).Модулирующий электрод 4 подключен к первому сигнальному выводу емкостного модулятора 6, второй сигнальный вывод которого подключен к электростатическому экрану 2. Емкостный модулятор б выполнен, например, в виде воздушного конденсатора с вращающимся ротором, при этом генератор периодического сигнала 7 представляет собой двигатель, вращающий ротор конденсатора с постоянной скоростью. Измерительный электрод 5 подключен ко входу избирательного усилителя 8. Устройство работает следующим образом. В зарядной камере 1 частицы приобретают униполярный электрический заряд и затем осаждаются из потока газа на коллектор 3. Суммарный заряд осажденных частиц определяется их концентрацией и объемом прокаченно го газа. Заряд, наведенный коллектором 3 на модулирующем электроде 4, пропорционален суммарному заряду частиц. При включении генератора периодического сигнала 7 периодически изменяется соотношение емкостей модулирующего электрода 4 и емкостного модулятора б относительно электростатического экрана 2 и происходит перераспределение наведенного заряда между модулирующим электродом 4 и первым сигнальным выводом емкостного модулятора 6 с частотой генератора периодического сигнала 7 за счет работы, соверща- емой этим генератором. На измерительном электроде 5 наводится заряд, определяемый переменной составляющей заряда кюдулирующего электрода , которая измеряется избирательным усилителем 8, настроенным на частоту генератора периодического сигнала 7. Допустимое время накопления заряда на коллекторе 3, определяющее точность измерения малых концентраций частиц, . ограничено лишь утечкой заряда по изоляторам модулирующего электрода 4 и емкостного 1 К дулятора 6 и может составлять с. Накопление заряженных частиц на коллекторе 3 производят до получения на выходе избирательного усилителя 8 наперед заданного электрического сигнала, превыша ющего гиумовой сигнал устройства, по величине которого и объему прокаченного газа определяют концентрацию частиц. Преобразование медленно меняющегося накапливаемого заряда в пе риодический и использование избирательного усилителя позволяют также уменьшить собственные чтумт устройств Введение модулирующего электрода емкостного модулятора, генератора пе риодического сигнала и избирательног усилителя, настроенного на частоту генератора периодического сигнала, повьлиает точность измерения за счет устранения влияния параметров входной цепи схемы измерения на измеряемый заряд, непрерывности процесса измерения и повышения отношения сигнал-шум. Предлагаемое устройство позволяет уменьшить погрешность измерения концентраций частиц более до 10%. Формула изобретения Устройство для измерения концентрации частиц в газе, содержащее уста новленные последовательно по потоку газа зарядную камеру и заключенные в электростатический экран коллектор заряженных частиц и измерительный электрод, соединенный со схемой измерения заряда, отличают .ееся тем, что, с целью повышения точности измерений в широком диапазоне концентраций , в устройство введены модулирующий электрод, установленный между коллектором и измерительным электродом, генератор периодического сигнала и емкостный модулятор, выводы сигнальной цепи которого подключены к модулирующему электроду и электростатиЧе;скс лу экрану, а управляющий вход - к генератору периодического сигнала, причем схема измерения заряда выполнена в виде избирательного усилителя, настроенного на частоту генератора периодического сигнгша. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Заявка ФРГ 1959917, кл. 42 ) 4/15, 1973. 2.Заявка Франции 2274044, кл. G 01 N 27/70, 1976. 3.Калакутский Л. И., Подольекий А.А. Исследования по электропреципитации и индукционному измерению зарядов порсмика. Сб. Методы приборы и си.стемы контроля производственной среды Л., ЛЭТИ, 1976, с.11-20 (прототип).

2ff3(f ,