устройство для измерения концентрации аэрозолей

Формула изобретения

1. Устройство для измерения концентрации аэрозоля, содержащее установленные в газоходе последовательно по потоку аэрозоля зарядную камеру, высоковольтный модулятор и индукционную измерительную камеру, подключенную к преобразователю, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит второй высоковольтный модулятор, имеющий знак выходного напряжения, обратный знаку выходного напряжения первого высоковольтного модулятора, на входе газохода установлен аппарат, закручивающий поток аэрозоля, а зарядная камера имеет диаметр, меньший диаметра газохода, и выполнена в виде трех электродов, причем первый высоковольтный электрод и второй высоковольтный электрод расположены последовательно по потоку аэрозоля и соединены с первыми выводами первого и второго высоковольтных модуляторов, вторые выводы которых заземлены, а третий внутренний электрод расположен между первым и вторым высоковольтными электродами и заземлен.

2. Устройство для измерения концентрации аэрозоля по п.1, отличающееся тем, что первый и второй высоковольтные электроды расположены напротив друг друга по потоку аэрозоля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в металлургической, энергетической, химико-технологической и других отраслях промышленности для технологического и санитарно-гигиенического контроля запыленности атмосферного воздуха, газовых смесей и при контроле задымленности, возникающей вследствие пожароопасной ситуации.

Известно «Устройство для измерения концентрации твердых частиц в газоходах» (Заявка Франции № 2388268, МКИ G01N 1/24. 1978), содержащее отводную трубку, внутри которой расположен зонд, соединенный с прибором, измеряющим концентрацию частиц. В отводной трубке осуществляется движение газового потока с постоянной скоростью.

Недостатком устройства является наличие заряженного аэрозоля на выходе прибора, измеряющего концентрацию частиц.

Известно «Устройство для измерения объемной концентрации дисперсной фазы аэрозоля» (Авторское свидетельство СССР № 40912, МКИ G01N 27/62, 1972), содержащее установленные в газоходе последовательно по потоку аэрозоля зарядную камеру, включающую внутренний, соединенный с высоковольтным модулятором, и наружный электроды, отклоняющие электроды, один из которых подключен к источнику постоянного напряжения, а другой - к шине нулевого потенциала, и индукционную измерительную камеру, подключенную к преобразователю. Устройство позволяет измерять текущую объемную концентрацию дисперсной фазы аэрозоля, включающую высокодисперсную и грубодисперсную фракции аэрозоля.

Недостатком известного устройства является невозможность раздельного измерения высокодисперсной и грубодисперсной фракций аэрозоля.

Наиболее близким к изобретению является «Устройство для измерения концентрации аэрозолей» (Авторское свидетельство СССР № 983517, МКИ G01N 15/00, 1982), содержащее установленные в газоходе последовательно по потоку аэрозоля зарядную камеру, включающую внутренний, соединенный с высоковольтным модулятором, и наружный электроды, отклоняющие электроды, один из которых подключен к источнику постоянного напряжения, а другой - к шине нулевого потенциала, и индукционную измерительную камеру, подключенную к преобразователю. Наружный электрод зарядной камеры выполнен в виде двух секций, разделенных изолятором, два блока усиления, блок деления, блок сравнения, блок вычисления массы аэрозолей и задатчик отношения коронных токов, подключенный к первому входу блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу блока деления, соединенного через блоки усиления с секциями наружного электрода зарядной камеры. Выход блока сравнения подключен к входу высоковольтного модулятора и к первому входу блока вычисления массы аэрозолей, второй вход которого подключен к выходу преобразователя. Устройство позволяет измерять текущую и суммарную объемную концентрацию дисперсной фазы потока аэрозоля при непрерывном измерении скорости потока путем определения перераспределения коронного тока между секциями наружного электрода зарядной камеры.

Недостатком устройства является одновременная зарядка высокодисперсных и грубодисперсных фракций аэрозолей с последующим их измерением в индукционной измерительной камере, что снижает достоверность и точность измерения при контроле, например, пожароопасной ситуации, когда в результате термодеструкции полимерных материалов выделяется преимущественно высокодисперсная фракция аэрозолей, а грубодисперсный аэрозоль является мешающим при контроле пожароопасной ситуации фактором.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение является создание устройства, которое позволило бы измерять концентрацию высокодисперсной фракции аэрозолей за счет аэродинамической отсечки грубодисперсной фракции аэрозолей и зарядке в зарядной камере только высокодисперсной фракции аэрозолей.

Технический результат заключается в повышении точности и достоверности измерения концентрации высокодисперсных фракций аэрозолей.

Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее установленные в газоходе последовательно по потоку аэрозоля зарядную камеру, высоковольтный модулятор и индукционную измерительную камеру, подключенную к преобразователю, дополнительно введены второй высоковольтный модулятор, имеющий знак выходного напряжения обратный знаку выходного напряжения первого высоковольтного модулятора, на входе газохода установлен аппарат, закручивающий поток аэрозоля, а зарядная камера имеет диаметр, меньший диаметра газохода, и выполнена в виде трех электродов, первый высоковольтный электрод и второй высоковольтный электрод расположены последовательно по потоку аэрозоля и соединены с первыми выводами первого и второго высоковольтных модуляторов, вторые выводы которых заземлены, а третий внутренний электрод расположен между первым и вторым высоковольтными электродами и заземлен.

Первый и второй высоковольтные электроды расположены напротив друг друга по потоку аэрозоля.

Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивается введением в устройство новых блоков и их расположением, что позволяет измерять концентрацию высокодисперсной фракции аэрозоля путем разделения фракций частиц аэрозоля, зарядки в зарядной камере высокодисперсной фракции аэрозоля и определением концентрации заряженной фракции аэрозоля с повышенной точностью и достоверностью за счет устранения мешающего фактора, представляющего собой заряженный грубодисперсный аэрозоль.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявляемого устройства для измерения концентрации аэрозолей, отсутствуют, следовательно, заявленное устройство соответствует условию «новизна».

Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата, следовательно, заявленное изобретение соответствует "изобретательскому уровню".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 приведены функциональные схемы измерительной линии возможных вариантов исполнения предлагаемого устройства (вар.1 и вар.2); а на фиг.3 - кривая зависимости изменения напряжения V на выходе преобразователя во времени t и соответствующая ей кривая изменения высоковольтного напряжения U, подаваемого на первый и второй высоковольтные электроды зарядной камеры и введены следующие обозначения:

1 - газоход;

2 - аппарат, закручивающий поток аэрозоля;

3 - зарядная камера;

4 - первый высоковольтный электрод;

5 - второй высоковольтный электрод;

6 - внутренний электрод;

7 - индукционная измерительная камера;

8 - преобразователь;

9 - первый высоковольтный модулятор;

10 - второй высоковольтный модулятор;

11 - поток грубодисперсного аэрозоля;

12 - поток высокодисперсного аэрозоля.

Устройство для измерения концентрации аэрозолей содержит измерительную линию, включающую подключенный к газоходу 1 аппарат, закручивающий поток аэрозоля 2, и установленные в газоходе 1 последовательно по потоку аэрозоля зарядную камеру 3, имеющую диаметр, меньший диаметра газохода 1, и содержащую наружные первый 4 и второй 5 высоковольтные электроды, расположенные последовательно по потоку аэрозоля и выполненные, например, в виде двух цилиндрических секций (фиг.1) или расположенные напротив друг друга по потоку аэрозоля (фиг.2), и заземленный внутренний электрод 6, выполненный в виде иглы и расположенный между первым и вторым высоковольтными электродами 4 и 5, а также индукционную измерительную камеру 7, подключенную к преобразователю 8. Первый 4 и второй 5 высоковольтные электроды зарядной камеры 3 подключены к первым выводам высоковольтных модуляторов 9 и 10, вторые выводы которых заземлены.

Аппарат, закручивающий поток аэрозоля 2, может быть выполнен, например, в виде циклона [1].

В качестве преобразователя 8 может быть использован, например, аналого-цифровой преобразователь [2].

Устройство работает следующим образом.

С первых выводов высоковольтных модуляторов 9 и 10 последовательно, с заданным временным промежутком, подают на первый 4 и второй 5 высоковольтные электроды зарядной камеры 3, относительно заземленного внутреннего электрода 6, разнополярные импульсы высоковольтного напряжения (фиг.3). Между внутренним электродом 6 и наружными первым и вторым высоковольтными электродами 4 и 5 зарядной камеры 3 возникает коронный разряд, ионизирующий межэлектродный промежуток. Из поступающего в газоход 1 потока аэрозоля, в зарядной камере 3 формируются пачки заряженных частиц, которые проходят через индукционную измерительную камеру 7 и наводят на нее сигнал. Далее сигнал подается на преобразователь 8, где преобразуется в вид, удобный для индикации.

Аэрозоль с потоком воздуха проходит через аппарат, закручивающий поток аэрозоля 2, разделяется на грубодисперсную 11 и высокодисперсную 12 фракции. Грубодисперсная фракция аэрозоля 11 за счет аэродинамических сил закручивающегося потока отклоняется в зону, заключенную между стенками газохода 1 и наружными высоковольтными электродами 4 и 5 зарядной камеры 6, и не одвергается зарядке в коронном разряде зарядной камеры 6. Высокодисперсная фракция аэрозоля 12 проходит с воздушным потоком через промежуток между заземленным внутренним электродом 6 и первым 4 и вторым 5 высоковольтными электродами, заряжается в ионной атмосфере коронного разряда, знак которой изменяется во времени. Изменение знака коронного разряда во времени производится таким образом, чтобы пачки заряженного аэрозоля были заданной длительности и успевали выйти за пределы ионной атмосферы зарядной камеры 3 до момента изменения знака коронного разряда. Длительность и форма пачек заряженного аэрозоля в первую очередь зависит от параметров коронного разряда и задается длительностью и формой импульсов высоковольтного напряжения U (фиг.3), подаваемого на зарядную камеру 3. На длительность пачек также влияет скорость потока высокодисперсного аэрозоля 12 и конструктивные параметры зарядной 3 и индукционной измерительной 7 камер. Пачки заряженного высокодисперсного аэрозоля, подлетая к индукционной измерительной камере 7, наводят на камеру нарастающий заряд определенного знака, а вылетая из нее, - спадающий заряд того же знака. После смены полярности коронного разряда на выходе зарядной камеры 3 образуются пачки заряженного аэрозоля противоположного знака. Подлетая к индукционной измерительной камере 7, они наводят на нее нарастающий заряд противоположного знака, а вылетая из нее, - спадающий заряд того же знака. В результате в индукционной измерительной камере 7 формируется наведенный заряд от высокодисперсного аэрозоля 12, создающий на входе преобразователя 8 сигнал V (фиг.3), близкий по форме к синусоидальному сигналу, а наведенный заряд от грубодисперсного аэрозоля 11 - отсутствует. Отсутствие влияния грубодисперсной фазы аэрозолей на результат измерения концентрации высокодисперсной фазы аэрозолей позволяет повысить точность и достоверность результатов измерения устройства.

Предлагаемое изобретение позволяет достичь дополнительного технического результата, заключающегося в обнаружении возгорания на ранней стадии образования задымления.

Приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного устройства выполняются следующие условия:

- средство, воплощающее предлагаемое устройство при его осуществлении, предназначено для использования в области измерительной техники и может быть использовано в металлургической, энергетической, химико-технологической отраслях промышленности, в частности для измерения концентрации высокодисперсных аэрозолей при контроле пожароопасной ситуации;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных до даты подачи заявки средств;

- средство, воплощающее устройство при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявляемое устройство соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Источники информации

1. Страус В. Промышленная очистка газов. - М.: Химия, 1981.

2. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. - М.: Радио и связь, 1985.