УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ В ДЫМОВЫХ ГАЗАХ

Полезная модель относится к измерительной технике, а более конкретнее к оптическим методам анализа и может быть использовано для измерения дымности отходящих газов в энергетических отраслях промышленности и на транспорте.
Известно устройство для измерения концентрации компонент в газовой среде, содержащее излучатель, оптически сопряженный через канал с исследуемой средой с фотопреобразователями, введенную на заданное расстояние в этот канал запущенную трубку с прозрачным торцом, оптически сопряженную с излучателем, устройство снабжено фотопреобразователем, размещенным на одной оптической оси с заглушенной трубкой, двумя делителями, логарифматором, двумя блоками памяти, умножителем и регистрирующим прибором, при этом выходы фотопреобразователей подключены к входам первого делителя, выход которого через логарифматор соединен с первым входом умножителя, второй вход которого соединен с выходом второго делителя, входами подключенного к блокам памяти, а выход умножителя соединен с регистрирующим прибором [а.с. СССР №1704039, МПК G01N 21/53, опубл. 07.01.1992., БИ №1, авторы М.И.Сапаров, и д.р. «Устройство для измерения концентрации компонент в газовой среде»].
Недостатком устройства для измерения концентрации твердых частиц в выхлопных газах является низкая точность измерения и невозможность измерения малых концентраций твердых частиц в выхлопных газах из-за неравномерности распределения твердых частиц в газовом потоке, а также сложность конструкции.
Известно устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах, содержащее излучатель, два фотоприемника, логарифматор, защитные стекла, полые светопроводы, отверстия для подачи защитного газа, за защитным стеклом в полом светопроводе блока излучателя закреплен отражатель, оптически сопряженный с фотоприемником опорного канала, электронная схема устройства с введенными двумя линейными усилителями с регулируемым коэффициентами усиления, второй логарифматор, дифференциальный усилитель и компаратор, выход измерительного фотоприемника через линейный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления соединен с входом первого логарифматора, выход которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, а выход опорного фотоприемника через другой линейный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления соединен со входами компаратора и второго логорифматора, выход которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя. [Патент РФ №2133462, МПК G01N 21/59, опубликованный 20.07.1999, БИ №20, автор Гришанов В.Н. и др. Оптикоэлектронное устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах].
Недостатком устройства для измерения концентрации твердых частиц в выхлопных газах является низкая точность измерения и невозможность измерения малых концентраций твердых частиц в выхлопных газах из-за неравномерности распределения твердых частиц в газовом потоке.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение точности измерения концентрации твердых частиц в выхлопных газах, за счет измерения концентрации твердых частиц в сечении газового потока, и расширение диапазона измерения.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах, содержащем корпус с впускным и выпускным патрубками, внутри которого жестко закреплен источник света, приемник и отражатель, корпус выполнен цилиндрическим с крышками по концам, в одной крышке выполнен впускной патрубок, в другой - выпускной, внутри корпуса источник и приемник света выполнены в едином блоке с возможностью изменения направления осей и с образованием точки пересечения, в стенке корпуса закреплены блок и не менее двух отражателей, которые выполнены в виде одинакового размера хорд или отрезков хорд, которые вписаны в сечение по наружной образующей, причем хорды закреплены обеими концами к стенке корпуса, а отрезки хорд закреплены одним концом к стенке корпуса и проходят через вершины углов, которые образованы падающими и отраженными лучами и точкой пересечения осей источника и приемника света.
Повышение точности измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах достигается за счет выполнения внутри корпуса не менее двух отражателей, которые выполнены или в виде одинакового размера хорд или отрезков хорд. Данное выполнение отражателей повышает точность, расширяет диапазон измерения. Точность измерения дополнительно повышается и за счет выполнения в едином блоке источника и приемника света, а также прохождения отражателей через вершины углов, которые образованы падающими и отраженными лучами и точкой пересечения осей источника и приемника света.
На фиг.1 представлено устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1, на фиг.3 и фиг.4 - варианты устройства для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах с различным количеством отражателей.
Устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах содержит корпус 1 по концам с крышками 2 с впускным 3 и выпускным 4 патрубками, источник света 5, фотоприемник 6, отражатель 7.
Устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах работает следующим образом.
Перед испытаниями проводят тестирование канала измерения, отключая фотоприемник и подавая тестовый сигнал на вход системы измерения, тем самым убеждаются в работоспособности системы измерения. Затем устанавливают на выходе излучателя эквиваленты степени поглощения света с нулевой светопоглощающей способностью, 50%-ой и 100%-ой светопоглощающими способностями. По показаниям системы измерения сравнивают полученные значения с калибровочными. Если погрешность находится в допустимых пределах, то устройство пригодно для измерения. Если погрешность больше допустимого значения, то проводят тестирование отражателей в следующей последовательности: используют выносной светоприемник и устанавливают в точке падения луча на первый отражатель и фиксируют значение сигнала, последовательно переносят светоприемник на следующие по пути хода светового луча. И определяют отражатель с пониженной светоотражательной способностью, который требует очистки или замены.
После тестирования корпус устройства впускным патрубком 3 подключают к выхлопной трубе транспортного средства и запускают двигатель. Выхлопные газы проходят через корпус 1 устройства для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах и выходят через выпускной патрубок 4. На источник 5 и фотоприемник 6 света подают питание. Источник света 5 испускает лазерный пучок с высокой плотностью фотонов, который, проходя через выхлопные газы, поступающие из выхлопной трубы транспортного средства достигают отражателей 7, выполненного либо в виде одинакового размера хорд, либо в виде одинакового размера отрезков хорд, закрепленных в стенке корпуса 1. В свою очередь, первый отражатель 7, отражая лазерный пучок, направляет его на следующий отражатель, закрепленный в стенке корпуса 1, а тот направляет лазерный пучок на следующий отражатель 7. Таким образом, обойдя все имеющиеся отражатели (не менее двух) лазерный пучок достигает фотоприемника ослабленным пропорционально концентрации твердых частиц в дымовых газах, пройдя при этом через весь объем корпуса 1. По величине интенсивности принятого сигнала судят о концентрации твердых частиц в дымовых газах.
Предлагаемое устройство позволяет повысить достоверность и точность измерения концентрации твердых частиц на 5-10% и расширить диапазон измерения на 20-40%.