Способ непрерывного измеренияконцентрации частиц b газах

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ оо830196

4

»

1 ° с 1 » ь« ... ,::."«У-..

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 250778 (21) 2649755/18-25

<51 1М. Кл. с присоединением заявки Йо

Q01 N 15/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретениЯ н открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 150581. Бюллетень Н918

Дата опубликования описания 150581 (53) УД)(543 ° 275 ° (088. 8) I

Ю.А.Белокопытов, Б.Ю.Кольцов, Л.A.Íåéìàí, Б .И.Попов.,В.В.Румянцев и В.И.Турубаров (72) Авторы изобретения

»

Ленинградский институт авиационного пр1бощ строЕНИЯ

РСФСР (71) Заявитель (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ЧАСТИЦ .В ГАЗАХ

Изобретение относится к измерению концентрации частиц, содержащих. ся .в газах, и может быть применено во всех отраслях промышленности для оперативного контроля степени очистки газов от механических примесей..

Известны способы непрерывного измерения концентрации частиц в газах, основанные на пропускании потока исследуемого газа через зону импульсного униполярного коронного разряда и последующем измерении ЭДС, наводимой потоком на индукционном измерительном электроде. Устройства, основанные на этих способах, дают возможность вести непрерывный контроль концентрации, обладают высокой чувствительностью 11.

Недостатком этих способов яв„ляется низкая точность измерения концентрации. Это обусловлено тем, что в поле униполярного импульсного коронного разряда частицы аэрозоля приобретают смещение в сторону одного из электродов коронного разряда, и часть из них осаждается на этом электроде. При этом число частиц, попадающих в индукционный измерительный электрод, оказывается меньше числа частиц, поступающих в зону коронного разряда. Вследствие этога,в процессе измерения концент.рации появляется значительная погрешность измерения (до 50-.70%), величина которой зависит от параметров исследуемого аэрозоля и поэтому не может быть определена заранее °

Известен также способ непрерывного измерения концентрации частиц в газах путем пропускания потока газа через зону знакопеременного электрического поля коронного раз- ряда и измерения ЭДС, наводимой@по15 током на измерительном электроде.

При измерении концентрации с помощью устройств, основанных на этом способе частицы, попадая в зону коронного разряда, подвергаются воздей2О ствию знакопеременного электрического поля. и в результате этого приходят в колебательное движение относительно оси потока газа. Вследствие этого снижается осаждение час25 тиц в зоне коронного разряца по сравнению со способами, основанными на разряде частиц в поле униполярного импульсного разряда, и соответственно повышаются точность и чувствиЗр тельность измерения 2).

83019б

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ, основанный на пропускании газового потока через зону коронного разряда, формируемого знакопеременным электрическим полем, и последующем измерении амплитуды переменной составляющей заряда частиц на частоте этого поля. Каждая частица, проходящая зону зарядки в те промежутки времени, когда напряженность поля достаточна для зажигания коронного разряда, приобретает электрический заряд, пропорциональный кват;рату ее радиуса, напряженности поля коронного разряда и отношению вре мени, в течение которого на частицу воздействует коронный разряд, к постоянной времени зарядки Г, которая зависит от объемной плотности ионов в зоне зарядки,т.е. от тока коронно-, гЬ разряда. Если время нахождения частицы в коронном разряде гораздо больше постоянной времени зарядки, то частица приобретает заряд, величина которого равна предельному значению, определяемому лишь ее размерами и напряженностью разряда.

В результате на выходе из зоны за.рядки поток газа оказывается промодулированным на объемной плотности несомого им электрического заря- . да. Поэтому, попадая в измерительный электрод, он наводит на этом электроде заряд, величина которого пропорциональна концентрации частиц, содержащихся в газе. По сравнению с известным способ обладает большей чувствительностью и точностью измерения концентрации частиц, содержащихся в газах, а также позволяет непрерывно измерять концентрацию в течение больших промежутков времени вследствие меньщего загрязнения электродов коронного разряда осаждающимися частицами 3 1.

Однако способ не позволяет полностью устранить погрешность измерения, обусловленную осаждением частиц в зоне коронного разряда.

Это объясняется следующими причинами. Для полного устранения осаждения частиц в зоне коронного разряда необходимо, задавать частоту изменения знакопеременного поля коронного разряда такой, что за время одного полупериода изменения

".-того поля смещение частиц относительно оси потока газа стремится к О. Это может быть достигнуто, если время в течение которого на частицу однократно воздействует электрическое поле, т.е. период колебаний выбирается меньшим времени ее релаксации, определяющего инерционные свойства частицы. Подвижность частиц механических примесей, содержащихся в газах, 60

á5 зольная частица, проходящая зону между электродами 2 и 3 в те же промежутки времени, когда напряженность

1 поля достаточна для зажигания коронного разряда, приобретает электрический заряд, пропорциональный квадравозрастает с ростом их размеров.

Размеры наиболее крупных частиц обычно не превышают 5-10 мкм, чему соответствуют значения времени релаксации, равные сотням микросекунд. Поэтому для устранения осаждения частиц в зоне коронного разряда необходимо задавать частоту изменения знакопеременного поля коронного разряда порядка единиц — десятков килогерц,. При задании таких значений частоты изменения поля на все частицы коронный разряд действует в течение одинаковых промежутков времени, определяемых временем их пребывания в

1 зоне коронного разряда. Таким образом, точность измерения концентрации частиц,в газах по этому способу ограничена.

Цель изобретения — повышение точности измерения концентрации частиц в газах путем устранения осаждения частиц в зоне коронного разряда.

Поставленная цель достигается тем, что одновременно с формированием знакопеременного электрического поля коронного разряда модулируют амплитуду напряженности электрического поля, при этом период модуляции выбирается большим постоянной времени зарядки частиц в зоне коронного разряда, а измерение амплитулы переменной составляющей заряда частиц производят на частоте модуляции.

На чертеже изображено одно из возможных устройств, принцип действия которых может быть основан на предлагаемом способе.

В корпусе 1 последовательно по потоку исследуемого газа установлены

4Q цилиндрический 2 и игольчатый 3 электроды, образующие зону коронного разряда, измерительный цилиндрический электрод 4, а также воздуходувка 5. Электроды 2 и 3 коронного разряда подключены к генератору б знакопеременного высокого напряжения, вход которого подключен к модулятору 7, представляющему собой генератор прямоугольных импульсов. К измерительному электроду 4 подключен избирательный измерительный усилитель 8.

При включении устройства поток газа протягивается воздуходувкой 5 через последовательно расположенные электроды 2-4. На электроды 2 и 3 подается знакопеременное высокое напряжение с выхода генератора б, промодулированное импульсным напряжением модулятора 7. Каждая аэро830196.

Формула изобретения

ВЙИИПИ Заказ 3788/86 Тираж 907 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4 ту ее радиуса, напряженности поля и отношению времени, в течение которого на частицу действует коронный разряд, к постоянной времени зарядки . С целью устранения осаждения частиц в зоне зарядки длительность периода изменения знакопеременного напряжения устанавливается меньше времени релаксации частиц с наибольшей подвижностью, .содержащихся в газе, т.е. имеет величину порядка десятков †.сотен микросекунд. При этом частицы за время одного полупериода колебания не успевают сместиться относительно оси потока и осесть на одном из электродов коронного разряда, причем для сообщения частицами зарядов, близких к предельным значениям, величина периода Т следования импульсов на выходе модулятора 7 превышает постоянную времени зарядки частиц в зоне 20 коронного разряда. Оптимальным является соотношение Т/ ;, равное 2-5.

После выхода из зоны зарядки поток газа, промодулированный по объемной плотности электрического заряда с частотой следования импульсов модулятора f=1/Т, попадает внутрь измерительного электрода 4 и наводит на нем заряд, амплитуда переменной составляющей которого пропорциональна концентрации частиц, содержащихся в нем. Величина амплитуды переменной составляющей наводимого заряда измеряется с помощью усилителя 8. С целью подавления электрической помехи и собственных шумов усилителя его полоса пропускания имеет максимум на частоте полезного сигнала, равной частоте f следования импульсов модулятора 7.

2 5

Использование предлагаемого способа непрерывного измерения концентрации частиц в газах позволяет в

5-10 раз уменьшить погрешность измерения вследствие практически полного устранения осаждения частиц в зоне зарядки.

Способ непрерывного измерения концентрации частиц в газах путем пропускания газового потока через зону коронного разряда формируемого знакопеременным электрйческим полем и последующего измерения амплитуды переменной составляющей заряда частиц, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, одновременно с формированием знакопеременного электрического поля коронного разряда модулируют амплитуду напряженности электрического поля, при этом период модуляции выбирается большим постоянной времени зарядки частиц в зоне коронного разряда, а измерение амплитуды переменной составляющей заряда частиц производят на частоте модуляции.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 334400994422, кл. G 01 и 15/02, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 113558, кл. G 01 и 15/08, 1957. .3. Акцептованная заявка ФРГ

Р 1959917, кл. G 01 N 15/00, опчблик.1973 (прототип).