УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ В СРЕДАХ
DEVICE FOR MEASURING CONCENTRATION OF MECHANICAL IMPURITIES IN MEDIA

Изобретение относится к технике измерения качественных параметров воздушных и жидких сред и может быть использовано для измерения содержания механических примесей в жидких и в газообразных средах.
Известно устройство для измерения концентрации механических примесей в средах, основанное на ультразвуковом методе, в основу которого положено свойство фронта волны, проходящего через жидкость, отражаться при нарушении однородности жидкости.
Недостаток - низкая точность измерения концентрации фракций мелкодисперсной пыли в газах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для измерения концентрации механических примесей в жидких средах, содержащее трубопровод с контролируемой жидкостью, в который вмонтированы на некотором расстоянии друг от друга приемные пьезообразователи, выполненные в виде сплошных или разрезных колец с пьезочувствительными слоями, нанесенными на внутреннюю и наружную поверхность колец, параллельно их центральной оси, электрически связанные с электронными блоками, излучающий пьезообразователь, соединенный с генератором электромагнитных колебаний, а также блок обработки и представления информации, связанный с выходами электронных блоков и генератором электромагнитных колебаний, закрытую емкость для эталонной жидкости, емкость для улавливания твердых частиц с датчиком уровня и блок управления, при этом емкость для улавливания твердых частиц соединена трубопроводом через двухпозиционный электромагнитный клапан с закрытой емкостью для эталонной жидкости и трехпозиционным электрическим клапаном с трубопроводом с контролируемой жидкостью, на выходе которого установлен трехпозиционный электромагнитный клапан, блок управления первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно со входом двухпозиционного, трехпозиционных клапанов, первый и второй входы соединены соответственно с выходом блока обработки и представления информации и выходом датчика уровня жидкости (см., например, патент РФ №2489712 М. Кл. G01N 29/2, опубликованный 10.08.2013 г. Бюл. №22).
Недостатком известного устройства является низкая точность измерения концентрации фракций мелкодисперсной пыли в газах, обусловленная малой кинетической энергией плохо смачивающихся частиц осаждающихся на поверхность жидкости.
Известно, что для удержания на поверхности воды хорошо смачивающейся частицы достаточно их точечного контакта. Плохо смачивающиеся частицы, в том числе все мелкие, будут уловлены в том случае, если глубина погружения в жидкость их центра превышает их радиус. Для выполнения этого условия необходимо чтобы кинетическая энергия частицы была достаточна для преодоления сопротивления жидкости при ударе. Данное условие невыполнимо для тех фракций мелкодисперсной пыли, для которых смещения в результате тепловой диффузии и гравитационного осаждения соизмеримы (см., например, Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. - Изд. 2-е перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1981, 296 с.).
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения концентрации фракций мелкодисперсной пыли в газах.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для измерения концентрации механических примесей в средах, содержащее трубопровод с контролируемой жидкостью, в который вмонтированы на некотором расстоянии друг от друга приемные пьезообразователи, выполненные в виде сплошных или разрезных колец с пьезочувствительными слоями, нанесенными на внутреннюю и наружную поверхность колец, параллельно их центральной оси, электрически связанные с электронными блоками, излучающий пьезообразователь, соединенный с генератором электромагнитных колебаний, а также блок обработки и представления информации, связанный с выходами электронных блоков и генератором электромагнитных колебаний, закрытую емкость для эталонной жидкости, емкость для улавливания твердых частиц с датчиком уровня и блок управления, при этом емкость для улавливания твердых частиц соединена трубопроводом через двухпозиционный электромагнитный клапан с закрытой емкостью для эталонной жидкости и трехпозиционным электрическим клапаном с трубопроводом с контролируемой жидкостью, на выходе которого установлен трехпозиционный электромагнитный клапан, блок управления электрически соединенный с электромагнитными клапанами, выходом блока обработки и представления информации и выходом датчика уровня дополнительно введен пробоотборник, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, внутри емкости для улавливания твердых частиц установлен бак в котором размещен рассекатель воздушного потока, при этом дно бака и основание рассекателя воздушного потока образуют полость соединенную воздухопроводом с пробоотборником.
Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно введен пробоотборник, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока управления, внутри емкости для улавливания твердых частиц установлен бак в котором размещен рассекатель воздушного потока, при этом дно бака и основание рассекателя воздушного потока образуют полость соединенную воздухопроводом с пробоотборником.
В известном устройстве определение уровня запыленности газа осуществляется посредством анализа состава жидкости с уловленными твердыми частицами пыли. Улавливание основано на гравитационном осаждении частиц пыли, содержащихся в газе в течение заданного оператором отрезка времени, использовании эффекта смачивания и удержания пыли в жидкости. Однако содержащиеся в газе фракции мелкодисперсной не смачиваемой пыли при контакте с жидкостью не улавливаются, ввиду низкой кинетической энергии частиц и малой площадью соприкосновения с жидкостью (см., например, Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. - Изд. 2-е перераб. и доп. М: Стройиздат, 1981, 296 с.).
В предлагаемом устройстве улавливание частиц пыли происходит за счет принудительного всасывания пробоотборником газа и подачи его в полость бака, где происходит смешивание с жидкостью с образованием пузырьков газа, которые под действием избыточного давления направляются в рассекатель воздушного потока. В рассекателе воздушного потока происходит взаимодействие пузырьков газа с сетками с ячейкой, в результате чего происходит их измельчение. Увеличение кинетической энергии твердых частиц и площади их контакта с жидкостью позволяет устройству осуществлять смачивание и улавливание фракций мелкодисперсной пыли. Этим достигается указанный технический результат.
На фигуре приведена структурная схема устройства, где обозначено:
1 - трубопровод;
2 - контролируемая жидкость;
3 - приемный пьезопреобразователь;
4 - излучающий пьезопреобразователь;
5 - электронные блоки;
6 - генератор электромагнитных колебаний;
7 - блок обработки и представления информации;
8 - двухпозиционный электромагнитный клапан;
9 - трехпозиционный электромагнитный клапан;
10 - закрытая емкость для эталонной жидкости;
11 - емкость для улавливания твердых частиц;
12 - датчик уровня жидкости;
13 - блок управления;
14 - пробоотборник;
15 - воздухопровод;
16 - бак;
17 - полость бака;
18 - рассекатель воздушного потока.
Блок управления 13 предназначен для управления переключением положений электромагнитных клапанов 8, 9, включения и выключения пробоотборника 14.
Пробоотборник 14 предназначен для отбора газовой смеси и ее подачи под давлением в полость бака 17. В качестве пробоотборника 14 может быть использован насос, применяемый в аспираторах типа ПУ-4Э.
Воздухопровод 15 предназначен для транспортировки газовой смеси от пробоотборника 18 в полость бака 17 и может быть изготовлен из пластмассовых труб.
Бак 16 предназначен для размещения полости бака 17 и рассекателя воздушного потока 18.
Полость бака 17 предназначена для смешивания газовой смеси и жидкости и направления потока в рассекатель воздушного потока 18.
Рассекатель воздушного потока 18 предназначен для увеличения площади контакта твердых частиц, содержащихся в пузырьках газа, с жидкостью. Рассекатель воздушного потока 18 может быть выполнен в виде набора сеток с ячейкой и изготовлен из поливинилхлорида методом экструзии.
Устройство работает следующим образом:
В блоке обработки и представления информации 7 оператором задаются временные параметры измерения и производительность пробоотборника. При этом выходной сигнал подается на блок управления 13. Блок управления 13 формирует сигналы на открытие двухпозиционного электромагнитного клапана 8 и закрытие трехпозиционного электромагнитного клапана 9, трехпозиционный электромагнитный клапан 9, расположенный на выходе трубопровода с контролируемой жидкостью, переводится в положение, позволяющее контролируемой жидкости 2 вытечь из трубопровода 1, после чего трехпозиционный электромагнитный клапан 9 закрывается. Жидкость из закрытой емкости для эталонной жидкости 10 через трубопровод 1 с открытым двухпозиционным электромагнитным клапаном 8 перетекает в емкость для улавливания твердых частиц 11. При наполнении емкости для улавливания твердых частиц 11 на необходимый уровень датчик уровня жидкости 12 подает сигнал на блок управления 13, который формирует сигнал на закрытие двухпозиционного электромагнитного клапана 8 и включение пробоотборника 14. Пробоотборник 14 осуществляет отбор газа и подачу его с заданной производительностью в полость бака 17 через воздухопровод 15. В полости бака 17 происходит смешивание газа с жидкостью с образованием пузырьков газа, которые под действием избыточного давления, создаваемого в полости бака 17 пробоотборником 14, направляются в рассекатель воздушного потока 18. В рассекателе воздушного потока 18 происходит измельчение пузырьков газа, в результате чего происходит смачивание и улавливание фракций мелкодисперсной пыли. Далее уловленные твердые частицы доставляются потоком в емкость для улавливания твердых частиц 11. По истечению заданного оператором отрезка времени датчик времени блока обработки и представления информации 7 формирует сигнал на блок управления 13, который формирует сигнал на выключение пробоотборника 14 и перевод трехпозиционного электромагнитного клапана 9 в положение, обеспечивающее перетекание жидкости из емкости для улавливания твердых частиц 11 в трубопровод 1. Далее работа устройства аналогична работе прототипа.
Таким образом, использование изобретения позволит повысить точность измерения концентрации фракций мелкодисперсной пыли в газах за счет увеличения количества уловленных твердых частиц.
Устройство промышленно применимо, так как оно может быть выполнено базе известных элементов.