Пристрій для контролю вмісту пилу в газовім потоці

Изобретение относится к технике измерения концентрации частиц в газовом потоке и может быть использовано для контроля содержания пыли в промышленных воздуховодах, газопроводах, а также во впускных трактах компрессоров и двигателей внутреннего сгорания. Известны технические решения, основанные на измерении ослабления направленного светового пучка, позволяющие обнаружить частицы в потоке или накопить их с последующей сигнализацией об их количестве. Так, например, известно устройство для контроля содержании пыли в воздухопроводе двигателя внутреннего сгорания [1], содержащее пылеприемную камеру с впускным окном, источник света и фотоприемник, расположенные соосно по разные стороны пылеприемной камеры. По мере накопления пыли происходит ослабление светового пучка, что вызывает срабатывание сигнализации. Устройство имеет малую оперативность и надежность, так как для срабатывания требуется осаждение значительного количества пыли и необходима чистка после каждого цикла срабатывания. Известен также нефелометр (дымомер) [2], также содержащий пылеприемную камеру с впускными окнами, источник света и фотоприемник, расположенные соосно по разные стороны пылеприемной камеры, оптическую диафрагму и измеритель со схемой возбуждения источника света, усилителем полезного сигнала и сигнализатором уровня концентрации частиц. При этом большое количество частиц, одновременно пересекающее световой поток, вызывает его ослабление, которое фиксируется измерительной схемой. Недостатком такого решения является также низкая надежность, обусловленная загрязнением оптического канала. Схема подвержена тепловым, световым и другим возмущениям, которые вместе с осевшей пылью искажают показания. Изобретение направлено на решение задачи усовершенствования устройства оптико-электронной схемы с точечной диафрагмой и обратной связью по световому потоку, в которой учитываются как витающие, так и осевшие в оптическом канале частицы пыли, что обеспечивает повышение надежности контроля. Для этого в устройство введены дополнительный сигнализатор, источник опорного сигнала, разделительный конденсатор и интегрирующее звено, вход которого подключен к выходу усилителя, а выход - к схеме возбуждения и регулирования источника света и одновременно ко входу дополнительного сигнализатора, причем усилитель выполнен широкополосным и снабжен дополнительным дифференциальным входом, к которому подключен источник опорного сигнала, а разделительный конденсатор включен между усилителем и основным сигнализатором, при этом оптическая диафрагма выполнена точечной и размещена перед фотоприемником. На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит пылеприемную камеру 1 с окнами 5, в торцах размещены источник света 2 в виде светодиода и фотоприемник 4, который может быть выполнен в виде фотодиода, совмещенного с усилителем фототока в интегральном исполнении. В полости камеры перед фотоприемником 4 размещена точечная диафрагма'3. Диаметр отверстия в ней определен понятием "точечная" и выбирается по условию дифракции на ее кромках. На практике - не менее 0,3 мм для круглого отверстия. Отступления до 0,6-1 мм возможны по конструктивным соображениям и, если нет необходимости в максимальном разрешении. Положение диафрагмы в камере перед фотоприемником выбирается с учетом размеров и концентрации частиц, а также параметров источника 2 и фотоприемника 4. Измерительная схема содержит дифференциальный усилитель 6, источник опорного сигнала 12, интегрирующее звено 9, схему возбуждения и регулирования светодиода 11, разделительный конденсатор 7 и два сигнализатора 8 и 10. Все элементы объединены и образуют измерительный канал. охваченный глубокой обратной отрицательной связью по световому потоку с выделением импульсных сигналов от пролетающих частиц пыли и медленно меняющегося компенсирующего воздействия в цепи обратной связи, пропорционального накопившейся пыли. Устройство работает следующим образом. В отсутствие пыли, цепь стабилизации, включающая элементы 2, 4, 6, 9, 11 и 12, поддерживают световой поток в камере 1 на заданном уровне, который соответствует, например, начальному току светодиода 2. При этом на выходе фотоприемника 4 устанавливается напряжение, равное опорному элементу 12. На выходе усилителя 6 установится напряжение постоянного уровня. Такое же примерно напряжение будет на выходе интегрирующего звена 9 (в качестве последнего может быть использована RC цепь). Сигнализаторы 8 и 10 - в исходном (нулевом) состоянии. При набегании пылегазового потока, частицы пыли попадают через окна 5 в пылеприемную камеру. Световой поток возмущается частицами, что вызывает появление всплесков напряжения на выходе фотоприемника 4, которые усиливаются усилителем 6 и через разделительный конденсатор 7 поступают в виде импульсов на вход сигнализатора 8. изменяя его состояние. Благодаря инерционным свойствам интегрирующего звена 9. цепь стабилизации не успевает скомпенсировать возмущения от отдельных частиц, поэтому для коротких импульсов обратная связь практически разомкнута и при большом коэффициенте усилителя 6 удается выделить сигналы, вызванные мельчайшими частицами. Медленно меняющиеся же возмущения, вызванные в первую очередь осаждением пыли на элементах оптопары 2, 4. медленно изменяют выходной уровень выходного напряжения усилителя 6, которое сглаживается интегрирующим звеном 9 и регистрируется сигнализатором 10. При этом, одновременно, по цепи схемы 11 растет ток светодиода 2, компенсируя медленное возмущение. Накопление пыли в оптическом канале может происходить до тех пор, пока постоянное напряжение на выходе усилителя 6 не выйдет за допустимые пределы, который можно поставить в соответствие предельному току светодиода 2 и предельной концентрации частиц в камере. Таким образом, регистрируются как витающие частицы, так и осевшие, при этом точечная диафрагма обеспечивает достаточно малое для разрешения отдельных витающи х частиц поле зрения фотоприемника, а схема с обратной связью - высокую стабильность и контроль осаждения пыли. Опробованные макеты устройства уверенно регистрировали пролет отдельных частиц размером 15-20 мкм и до 5 мкм. При поступлении воздуха с концентрацией пыли - 1 мг/м 3 накопление предельного ее количества наступало примерно через 2000 часов непрерывной работы. Минимально обнаруживаемая концентрация составила 0,1-0,4 мг/м 3.