SU987472A1 - Device for measuring concentration of particles in gas - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к устрой-г ствам дл  измерени  концентрации частиц в газе, и может быть использовано дл  контрол  запыленности возДуха и в системах автоматического измерени  и регулировани  концентрации частиц в газе..The invention relates to a measurement technique, namely, devices for measuring the concentration of particles in a gas, and can be used to control the dustiness of air and in systems for automatically measuring and controlling the concentration of particles in a gas.

Известно устройство, основанное на модул ции объемного зар да потока аэрозол  и последующем измерении переменной составл к дей зар да, содержащее зар дную камеру, в которой осуществл ет eg. периодический коронньй разр д, и индукционную измеритель-) ную камеру, установленные последовательно по потоку газа tl3.A device is known based on the modulation of the volume charge of an aerosol stream and the subsequent measurement of the variable component of the charge action, containing a charge chamber in which it takes place. a periodic corona discharge, and an inductive measuring chamber, installed in series along the gas flow tl3.

Устройство имеет низкую чувствительность , что обусловлено малой величиной измер емого объемного зар да, ограниченного размерами индукционной камеры. Следствием зтого  вл етс  низка  точностьизмерени  малых (менее 0,01 мг/м) концентраций.The device has a low sensitivity due to the small value of the measured volume charge, limited by the size of the induction chamber. This results in low accuracy in measuring low (less than 0.01 mg / m) concentrations.

Известно также устройство дл  определени  концентрации, частиц или их, отдельных фракций по массовому зар ду , содержащее коллектор, выдел ющий предварительно зар женные частицы из потока, и индукционный измерительныйIt is also known a device for determining the concentration, particles or their individual fractions by mass charge, containing a collector, which separates pre-charged particles from the stream, and an inductive measuring device.

электрод со схемой измерени  зар да в виде измерител  посто нного напр жени  или тока,подключенного к коллектору или измерительному электроДУ 2.an electrode with a charge measurement circuit in the form of a dc voltage or current meter connected to a collector or measuring electrode 2.

Недостатком такогхэ устройства  вл етс  низка  точность определени  малых концентрсщий, обусловленна  утечкой зар да через входную цепЬ из10 мерител  при большом времени отбора и высоким уровнем шумов схемы измерени  зар да на инфранизких частот гос. При использовании в качестве измерителей напр жени  электростатических The disadvantage of such a device is the low accuracy of determining the small concentration caused by the leakage of charge through the input circuit of the 10 meter with a large sampling time and a high noise level of the charge measurement circuit at the low frequency state. When used as electrostatic voltage meters

15 вольтметров можно измер ть концентрации частиц, не ниже 0,001 мг/м.15 voltmeters can measure particle concentrations not lower than 0.001 mg / m.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство дл  измерени  концентрации The closest in technical essence to the invention is a device for measuring the concentration

20 частиц в газе, содержащее установленные последовательно по потоку газа зар дную камеру и заключенные в электростатический экран коллектор зар женных частиц и измерительный злек25 трод, который соединен со схемой измерени  зар да в виде электрометра через коммутатор. Концентрацию частиц определ ют по амплитуде импульса входного тока электрометра, подключаемого There are 20 particles in a gas, which contain a charge chamber installed in series along the gas flow and a collector of charged particles enclosed in an electrostatic screen and a measuring electrode that is connected to a charge measurement circuit in the form of an electrometer through a switch. The concentration of particles is determined by the pulse amplitude of the input current of the electrometer connected

Claims (3)

30 к измерительному электроду по окончаНИИ осаждени  частиц на коллектор, и объему газа, прошедшего через устрой ство за врем  осаждени . Устройство позвол ет уменьпшть погрешность изме рени , св занную с утечкой зар да коллектора через входную цепь схем1л ,измерени  зар да СЗ. Однако известное устройство может обеспечить высокую точность измерени концентрации лишь при условии накоплени  на коллекторе оптимального электрического зар да осажденных час тиц. При малой величине накопленного зар да, соответствуюией малой концен трации частиц или малой длительности отбора пробы, по вл етс  значительна ( дес тки процентов) погрешность изме рени , обусловленна  тем, что шумы схемы измерени  зар да в этом случае соизмеримы или даже превышают полезный сигнал. При величине накопленного зар да, существенно превышающей оптимальное значение (большие концен трации или времена отбора пробы), уменьшаетс  эффективность осаждени  частиц ИЛИ потока из-за вли ни  отталкивающего потока зар да на коллекторе и, как следствие, по вл ютс  большие (сотни процентов) погрешности измерени . Так как в известном устройстве в процессе . накоплени  час тиц на коллекторе информаци  о зар де отсутствует, то объем пробы выбираетс  априорно, , как правило, приводит к большим погрешност м измерени . Цель изобретени  - повышение точности измерени  в широком диапазоне концентраций частиц в газе. Дл  достижени  этой цели в устрой ство, содержащее установленные после довательно по потоку газа зар дную камеру и заключенные в электростатуческий экран коллектор зар женных частиц и измерительный электрод, сое диненный со схемой измерени  зар да,, согласно изобретению введены модулирующий электрод, установленный между коллектором и измерительным электродом , генератор периодического сигнал и емкостный модул тор, выводы сиг- нальной цепи которого подключены к модулирующему электроду и электроcтaтичecкo 1y экрану, а управл ющий вход - к генератору периодического сигнала, причем схема измерени  зар да выполнена в виде избирательного усилител , настроенного на частоту генератора периодического сигнала. На фиг.1 показана схема устройства , коллектор которого представл ет собой цилиндрический аэрозольный фильтр; на фиг.2 - схема устройства с коллектором в виде плоской подложки инерционного или электростатического осадител  частиц. Устройство содержит зар дную каме ру 1 и электростатический экран 2, установленные последовательно по потоку газа. Зар дна  камера 1 представл ет собой систему электродов унипол рного коронного разр да или радиоизотопную ионизационную камеру, В электростатическом экране 2 уста- новлены коллектор 3 зар женных 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 осадител  частиц (фиг.2).Модулирующий электрод 4 подключен к первому сигнальному выводу емкостного модул тора 6, второй сигнальный вывод которого подключен к электростатическому экрану 2. Емкостный модул тор б выполнен , например, в виде воздушного конденсатора с вращающимс  ротором, при этом генератор периодического сигнала 7 представл ет собой двигатель , вращающий ротор конденсатора с посто нной скоростью. Измерительный электрод 5 подключен ко входу избирательного усилител  8. Устройство работает следующим образом . В зар дной камере 1 частицы приобретают унипол рный электрический зар д и затем осаждаютс  из потока газа на коллектор 3. Суммарный зар д осажденных частиц определ етс  их концентрацией и объемом прокаченно го газа. Зар д, наведенный коллектором 3 на модулирующем электроде 4, пропорционален суммарному зар ду частиц . При включении генератора периодического сигнала 7 периодически измен етс  соотношение емкостей модулирующего электрода 4 и емкостного модул тора б относительно электростатического экрана 2 и происходит перераспределение наведенного зар да между модулирующим электродом 4 и первым сигнальным выводом емкостного модул тора 6 с частотой генератора периодического сигнала 7 за счет работы, соверща- емой этим генератором. На измерительном электроде 5 наводитс  зар д, определ емый переменной составл ющей зар да кюдулирующего электрода , котора  измер етс  избирательным усилителем 8, настроенным на частоту генератора периодического сигнала 7. Допустимое врем  накоплени  зар да на коллекторе 3, определ ющее точность измерени  малых концентраций частиц, . ограничено лишь утечкой зар да по изол торам модулирующего электрода 4 и емкостного 1 К дул тора 6 и может составл ть с. Накопление зар женных частиц на коллекторе 3 производ т до получени  на выходе избирательного усилител  8 наперед заданного электрического сигнала, превыша ющего гиумовой сигнал устройства, по величине которого и объему прокаченного газа определ ют концентрацию частиц. Преобразование медленно мен ющегос  накапливаемого зар да в пе риодический и использование избирательного усилител  позвол ют также уменьшить собственные чтумт устройств Введение модулирующего электрода емкостного модул тора, генератора пе риодического сигнала и избирательног усилител , настроенного на частоту генератора периодического сигнала, повьлиает точность измерени  за счет устранени  вли ни  параметров входной цепи схемы измерени  на измер емый зар д, непрерывности процесса измерени  и повышени  отношени  сигнал-шум . Предлагаемое устройство позвол ет уменьшить погрешность измерени  концентраций частиц более до 10%. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  концентрации частиц в газе, содержащее уста новленные последовательно по потоку газа зар дную камеру и заключенные в электростатический экран коллектор зар женных частиц и измерительный электрод, соединенный со схемой измерени  зар да, отличают .еес  тем, что, с целью повышени  точности измерений в широком диапазоне концентраций , в устройство введены модулирующий электрод, установленный между коллектором и измерительным электродом , генератор периодического сигнала и емкостный модул тор, выводы сигнальной цепи которого подключены к модулирующему электроду и электростатиЧе;скс лу экрану, а управл ющий вход - к генератору периодического сигнала, причем схема измерени  зар да выполнена в виде избирательного усилител , настроенного на частоту генератора периодического сигнгша. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.За вка ФРГ 1959917, кл. 42 ) 4/15, 1973. 30 to the measuring electrode at the end of the deposition of particles on the collector, and the volume of gas that has passed through the device during the deposition time. The device allows to reduce the measurement error associated with the leakage of the collector charge through the input circuit of the circuit 1, measuring the charge of the SOC. However, the known device can provide high accuracy of concentration measurement only if the optimum electric charge of the deposited particles is accumulated on the collector. With a small amount of accumulated charge, corresponding to a small concentration of particles or a small sampling duration, a significant measurement error occurs (tens of percent) due to the fact that the noise of the charge measurement circuit in this case is comparable or even exceeds the useful signal. When the accumulated charge is much higher than the optimal value (large concentrations or sampling times), the efficiency of sedimentation of the particles OR flow decreases due to the influence of the repulsive charge flow on the collector and, as a result, large (hundreds of percent) appear measurement errors. As in the known device in the process. There is no charge information on the collector at the collector, then the sample volume is chosen a priori, as a rule, leads to large measurement errors. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy in a wide range of particle concentrations in a gas. To achieve this goal, a modulating electrode mounted between the collector and the charging electrode installed in the electrostatic screen, the collector of charged particles and the measuring electrode connected to the charge measuring circuit, are installed in the device containing a gas flow sequentially. measuring electrode, a periodic signal generator and a capacitive modulator, the outputs of the signal circuit of which are connected to the modulating electrode and the electrostatic 1y screen, and the control input to a periodic signal generator, the charge measurement circuit being designed as a selective amplifier tuned to the frequency of the periodic signal generator. Fig. 1 shows a schematic of a device whose collector is a cylindrical aerosol filter; figure 2 - diagram of the device with a collector in the form of a flat substrate inertial or electrostatic precipitator particles. The device contains a charging chamber 1 and an electrostatic screen 2 installed in series along the gas flow. The charge chamber 1 is a system of unipolar corona discharge electrodes or a radioisotope ionization chamber. The electrostatic screen 2 has a collector 3 charged hours, particles, a modulating electrode 4 and a measuring electrode 5. The modulating electrode 4 is located between the collector 3 and measuring electrode 5. The collector 3 can be made in the form of a cylindrical aerosol filter (figure 1), as well as in the form of a substrate of inertial or electrostatic particle precipitator (figure 2). The modulating electrode 4 is connected It is connected to the first signal output of a capacitive modulator 6, the second signal output of which is connected to the electrostatic shield 2. The capacitive modulator b is designed, for example, in the form of an air-cooled rotary-type capacitor, with the periodic signal generator 7 with constant speed. The measuring electrode 5 is connected to the input of the selective amplifier 8. The device operates as follows. In the charge chamber 1, the particles acquire a unipolar electric charge and are then deposited from the gas flow to the collector 3. The total charge of the precipitated particles is determined by their concentration and the volume of the pumped gas. The charge induced by the collector 3 on the modulating electrode 4 is proportional to the total charge of the particles. When turning on the periodic signal generator 7, the ratio of the capacitance of the modulating electrode 4 and the capacitive modulator b relative to the electrostatic screen 2 periodically changes and the induced charge between the modulating electrode 4 and the first signal output of the capacitive modulator 6 is redistributed due to the operation of perfected by this generator. The measuring electrode 5 induces a charge determined by the variable component of the charge of the cell electrode, which is measured by a selective amplifier 8 tuned to the frequency of the periodic signal generator 7. The allowable accumulation time of the charge on the collector 3 determines the accuracy of measuring small particle concentrations . limited only by the leakage of charge across the insulators of the modulating electrode 4 and the capacitive 1 K pulse converter 6 and can be c. The accumulation of charged particles at the collector 3 is carried out before receiving at the output of the selective amplifier 8 a predetermined electrical signal exceeding the device's hyium signal, the magnitude of which determines the concentration of particles by the magnitude and volume of the pumped gas. Converting a slowly varying accumulated charge to a periodic one and using a selective amplifier also reduces the device's own number. Introducing a modulating electrode of a capacitive modulator, a periodic signal generator and a selective amplifier tuned to the frequency of the periodic signal generator increases the accuracy of the measurement by eliminating the influence neither the parameters of the input circuit of the measurement circuit for the measured charge, the continuity of the measurement process and the increase in the signal-to-noise ratio . The proposed device makes it possible to reduce the error in measuring particle concentrations by more than 10%. Apparatus of the Invention A device for measuring the concentration of particles in a gas, comprising a charging chamber installed in series with the gas flow and a collector of charged particles enclosed in an electrostatic screen and a measuring electrode connected to the charge measuring circuit, is characterized in that accuracy of measurements in a wide range of concentrations; a modulating electrode installed between the collector and the measuring electrode, a periodic signal generator, and a capacitive module are introduced into the device op signal circuit terminals which are connected to the modulating electrode and electrostatic; lu SCS screen, and a control input - to the periodic signal generator, wherein the charge measurement circuit and is designed as a selective amplifier, tuned to the frequency of the oscillator periodic signgsha. Sources of information taken into account in the examination 1. For the FRG 1959917, cl. 42) 4/15, 1973. 2.За вка Франции 2274044, кл. G 01 N 27/70, 1976. 2. For France France 2274044, cl. G 01 N 27/70, 1976. 3.Калакутский Л. И., Подольекий А.А. Исследовани  по электропреципитации и индукционному измерению зар дов порсмика. Сб. Методы приборы и си.стемы контрол  производственной среды Л., ЛЭТИ, 1976, с.11-20 (прототип).3. Kalakutsky L.I., Podoliy A.A. Research on electroprecipitation and induction measurement of porsmik charges. Sat Methods of instrumentation and systems of control of the working environment L., LETI, 1976, p.11-20 (prototype). 2ff3(f ,2ff3 (f,