SU1167480A1 - Устройство дл измерени концентрации и дисперсности частиц пыли в газовом потоке - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДПЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ И ДИСПЕРСНОСТИ ЧАСТИЦ ПЫЛИ В ГАЗОВОМ ПОТОКЕ, содержащеепоследовательно соединенные пьезоэлектрический преобразователь, усилитель, фильтр, последовательно соединенные амплитудньШ дискриминатор , нормализатор счетных импульсов и счетчик, два управл ющих входа которого подключены к выходу фop шpoвaтeл  импульса интервала времени счета, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  низких концентраций и малых размеров частиц пьли путем повышени  разрешающей способности, чувствительности, помехоустойчивости и повышени  скорости измерени , фильтр выполнен узкополосным, с регулируемой полосой и настройкой на час ,тоту механического резонанса пьезоэлектрического, преобразовател , при зтом устройство дополнительно содержит амплитудньй детектор , фильтр нижних частот и усилитель видеоимпульсов, соединен§ ные последовательно, частотный детектор , задатчик допустимого числа W импульсов, выход узкополосного фильтра соединен с входом аьшлитудного детектора, выход усилител  видеоимпульсов соединен с входом амплитудного дискриминатора, входы задатчика допустимого числа импульсов соединены с соответствую05 щими выходами счетчика, вход частотЧ ного детектора соединен с выходом 4 нормализатора счетлмх импульсов, 00 а выход - с.управл ющим входом фильтра.

Description

Устройство относитс  к контроль но-измерительной технике и может найти применение в автомобильной, пищевой, химической, текстильной и других отрасл х народного хоз йства , . Цель изобретени  - повышение точности измерени  низких концентраций и малых размеров частиц пыли путем повышени  разрешающей способ ности, чувствительности, помехоуйтойчиврсти и гювь1шение скорости измерени . На чертеже изображена структурна  схема устройства. Пьезоэлектрический преобразователь 1 помещен за соплом измерительной камеры с воздуходувкой и подключен к усилителю 2, который соединен последовательно с узкополосным фильтром 3, вьтолненным с регулируемой шириной полосы пропускани  и настроенным на частоту механического резонанса пьезоэлектрического преобразовател  1 амплитудным детектором Л .радиоимпульсов , фильтром 5 нижних частот и усилителем 6 видеоимпульсов низкой частоты, амплитудным дискри минатором 7, который может быть пороговым или дифференциальным, нормализатором 8 счетных импульсов счетчиком 9 импульсов, к входу Пуск и входу Сброс которого подключен формирователь 10 импульс Интервала времени счета, выполненный в виде генератора иьшульса нат пр жени  регулируемой длительности Т. К разр дным выходам счетчика 9 импульсов, который может быть двоичным , двоично-дес тичным или в другой любой системе счислени , присоединены входы задатчика 11 допустимого числа импульсов счета которьп изображен поразр дным переключателем П, хот  может быть выполнен чисто электронным, напри мер, в виде программируемого дешифратора с некоторым сигналом на выходе при превышении заданного числа импульсов счета. Выход задатчика 11 допусГимого числа импульсов и выходного формир вател  10 импульса интервала време счета присоединены соответственно к 1 и 11 входу логической схемы выключени  газового потока и индик 0 ции результата измерени , показанной на чертеже в виде комбинации реле Р с двум  нормально замкнутыми контактами , gSn одним нормально разомкнутым контактом Ви реле р2 с контактами переключател  П. Логическа  схема выключени  газового потока и индикации результата измерени  может быть и чисто злектронной в виде комбинации логических злементов И, ИЛИ, НЕ, при этом в нее вход т световые индикаторы, например лампы Л зеленого и Л tp красного цвета, источник питани  Е, и присоет динен электродвигатель воздуходувки или другой, включающий или переключаюш (ий газовый поток элемент, например заслонка. Контакты реле на чертеже показаны в обесточенном состо нии их обмоток, т.е. перед интервалом времени счета (измерени ) Т. Узкополосный фильтр 3 имеет управл емый вход дл  регулировани  ширины полосы пропускани . Этот вход соединен с выходом частотного детектора 12, вход которого подключен параллельно входу счетчика 9 импульсов . Измерение концентрации и дисперсности пыли в газовом потоке производ т следующим образом. Вначале устанавливают на некоторьй уровень, определ емый дисперсностью (размерами) частиц, порог срабатывани  или дифференциальный коридор амплитудного дискриминатора 7. Задают врем  измерени  Т, определ емое, например, качеством (проницаемостью, отсутствием дефектов , пыпеемкостью и т.д.) испытуе- . мрго в газовом потоке с дозированной концентрацией и дисперсностью частиц противопьшевого фильтра., и запускают формирователь 10 импульса интервала времени счета. При этом напр жение с формировател  10, пройд  на вход 11 логической схемы выключени  газового потока и индикации результата измерени  через нормально замкнутый контакт В реле р , переключит контакты переключател  П реле Р , от чего включитс  возд ходувка ,и частицы пьшив газовом потоке, ускор  сь и концентриру сь соплом, начнут удар тьс  по чувствительному элементу пьезоэлектг рнческого преобразовател  1, Одно временно предьщ пцие показани  счетчика 9 импульсов сброс тс  на нуль и ни одна из ламп гореть не будет. Взаимодействие частиц пыли с чyвcтвитeль ым элементом пьезоэлектрического преобразовател  1 механи чес.ки может быть представлено как действие удара за очень короткое врем  (дес тые и сотые доли микросекунды ) , привод щее к изменению ко личества движени  чувствительного элемента. Соотношение массы чувствительного элемента к массе .частицы пыли очень велико. Частица действуе на чувствительный элемент в локальной площадке контакта, определ емой радиусом частицы, силой удара, уп ругими свойствами частицы и поверхности .чувствительного элемента, Амплитуда генерированного в мо-. мент удара электрического импульса пропорциональна силе удара, котора  пропорциональна квадрату радиуса частицы, степени 6/25 ее скорости и пропорциональна отношению площади контакта удара к площади всего чувствительного элемента, т.е. пропорциональна отношению электрической емкости площади контакта К емкости всего чувствительного элемент пьезоэлектрического преобразовател  1 с соединительным кабелем. Это .отношение очень мало, поэтому амплитуда электрического импульса невелика и составл ет доли милливольта или единицы милливольт. Эти значени  того же пор дка, что и сиг налы от вибрационных и акустических помех, хот  и слабых по воздействию (давление, изгиб кручение) на чувс вительный элемент сравнительно с силой (давлением) от удара частиць, но зато.действующих непрерывно на всю поверхность чувствительного элемента и поэтому генерирую цих -сопоставительный с ударами частиц электрический зар д и напр жение . помех. Чувствительный элемент пьезоэлектрического преобразовател  1 механически представл ет собой осцилл тор с некоторой собственной частотой и затуханием,- завис щими от конструктивных и прочностных параметров формы, размеров, упругих свойств, способов креплени  и т.д. Практически распространенные пьезоэлементы (диски, кольца, стержни, пластины) 04 имеют собственные частоты пор дка сотен и т с ч килогерц и добротность (величина, обратна  затуханию) пор дка дес тков и сотен. Под действием удара чувствительный элемент совершает затухающие механические колебани  с частотой, близкой к собственной, огибающа  которых уменьшаетс  по укспоненте. Действие ударов частиц по чувствительному элементу происходит во времени случайно, но при.относительно редких ударах, до 100-1000 в секунду,.они следуют порознь, а генерируёма  чувствительным элементом ЭДС представл ет собой случайную последовательность радиоимпульсов с внезапным началом и огибающей зксл поненциальной формы дл  каждого удара частицы. Частота заполнени  радиоимпульса равна собственной частоте чувствительного элемента пьезоэлектрического преобразовател  1, а амплитуда каждого периода колебани  пропорциональна citne уда .ра. Осциллограммы сигналов на чертеже показаны дл  удара одной частицы при прохождении сигналов через блоки устройства во врем  измерени  Т -. Радиоимпульсы с пьезоэлектрического преобразовател  1 вместе с помехами усиливают усилителем 2, фильтРУют в узкой полосе пропускани  узкополосным фильтром 3, которьпЧ настраивают на собственную частоту чувствительного элемента пьезоэлектрического преобразовател  1, в ре- . зультате чего образуютс  радиоимпульсы с колоколообразной формой огибающей , которые детектируют амплитудным детектором А и ф1-шьтруют фильтром 5 нижних частот с образованием колоколообразных видеоимпульсов низкой частоты, амплитуда которых пропорциональна силе, удара частиц пыли о чувствительный элемент. Последовательность видеоимпульсов свободна от вли ни  вибрационных, акустических и электрических помех на пьезоэлектрический преобразователь 1. В усилителе 6 видеоимпульсов производ т ус1тение видеоимпульсов, затем вьтоли ют их амплитудный анализ по величине уровн  сигнала больше заданного порога или в пределах узкого соридора (диф(1)ере11циальный

5

анализ) а амплитудном дискриминаторе 7, затем - нормализацию по амплитуде и длительности с образованием счетных импульсов в нормализаторе 8. Длительность нормализованных импульсов при амплитудном анализе может быть равна длительности видеоимпульса на згровне порога дискриминации.

По установленному порогу i амплитудного дискриминатора 7 и сумме сосчитанных в счетчике 9 за врем  Т импульсов определ ют размер и концентрацию частиц пыли в газовом потоке.

Счетные импульсы после нормали-;зацни направл ют также в частотный детектор 12, где детектируют по частоте в процессе измерени . Сигналом с частотного детектора. 12 управл ют шириной полосы пропускани  ускополосного фильтра 3 через его управл еьаи вход, расшир   ее пропорционально при большом числе импульсов в единицу времени и сужа  полосу при малом,. Этим уменьшаетс  веро тность, наложени  радиоимпульсоот ударов частиц (длительность радиоимпульса тем короче, чем шире полоса узкополосного фильтра 3) и повышаетс  разрешающа  способность, чувствительность и помехоустойчивость при малых концентраци х, когд полоса пропускани  сужаетс .

В задатчике 11 допустимого числа импульсов предустанавливают некоторое предельное значение , Если в процессе измерений оно не превышаетс , тогда После окончани  заданного интервала времени измерени  Т реле Pj в логической схеме выключени  газового потока и индикации результата измерени  обесточиваетс , контакт переключа-j тел  П, отключает от источника питани  Е воздуходувку и присоедин ет к нему лампуЛзел через нормально замкнутый контакт . В. реле PI , При этом испытуеМь1Й противопылевой фильтр признаетс  годным.

Если число сосчитанных импульсов превысило тогда сигна674806

лом с задатчика 11 допустимого числа импульсов через вход 1 логи .ческой схемы включаетс  реле Р , при этом его контактом BI разрываетс  цепь питани  реле Р , его

переключатель (Ij .отсоедин ет воздуходувку от источника питани  Е раньше окончани  интервала времени Т , чем сокращаетс  врем  измерени  и диагноза, причем тем значительнее , чем больше концентраци  или сильнее поврежден противопьотёвой фильтр. Загораетс  лампа АИР ,.так как замыкаетс  контакт

15 8 , и размыкаетс  Контакт В реле Р., , Противопылевой фиЛьтр при этом признаетс  негодным,.

Предлагаемое устройство дл  измерени  концентрации и дисперсности

20 частиц пыли в газовом потоке прошло проверку на опытном стенде контрол  дефектов противопьшевых фильтров автомобильных двигателей. Усилие радиоимпульсов от ударов частиц песка или древесных опилок о пьезоэлектрический преобразователь производилось на частоте 250 кГц селективным микромилливольтметром Вб-1. Узкополосна  фильтраци  осуществл лась в полосах 1-.10 кГц. При избранньгх дозировках концентрации .(несколько грамм на интервал времени измерени  10 с) видеоимпульсы не перекрьюались четко различались по амплитуде в зависимости от размеров частиц, уверенно дискриминировались по уровню (порогу), заданному амплитудным ограничителем по минимуму на смещенном в обратную сторону диоде, и считались электронно-счетным частотомером 43-24 в режиме измерени  частоты за интервал 10 с. При исправном противопылево.м фильтре импульсы отсутствовали или имелись ёдигшчные и myльcы, при дефектном фильтре - сотни и тыс чи импульсов. Измен   порог ограничени , можно настроить устройство на счет частиц с размером больше згщанного дЛ  обнаружени  в противопылевом фильтре отверстий больше допустимого . размера.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ И ДИСПЕРСНОСТИ ЧАСТИЦ ПЫЛИ В ГАЗОВОМ ПОТОКЕ, содержащеепоследовательно соединенные пьезоэлектрический преобразователь, усилитель, фильтр, последовательно соединенные амплитудньй дискриминатор, нормализатор счетных импульсов и счетчик, два управляющих входа которого подключены к выходу формирователя импульса интервала времени счета, о т ли ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения низких концентраций и малых размеров частиц пыли путем повышения разрешающей способности, чувствительности, помехоустойчивости и повышения скорости измерения, фильтр выполнен узкополосным, с регулируемой полосой и настройкой на частоту механического резонанса пьезоэлектрического, преобразователя, при этом устройство дополнительно содержит амплитудный детектор, фильтр нижних частот и усилитель видеоимпульсов, соединенные последовательно, частотный детектор, задатчик допустимого числа импульсов, выход узкополосного фильтра соединен с входом амплитудного детектора, выход усилителя видеоимпульсов соединен с входом амплитудного дискриминатора, входы задатчика допустимого числа импульсов соединены с соответствующими выходами счетчика, вход частотного детектора соединен с выходом нормализатора счетных импульсов, а выход - с управляющим входом фильтра.