Спосіб визначення концентрації частинок пилу в газових середовищах та пристрій для його здійснення

Изобретение относится к электрической очистке газов от пыли, а именно, к способам; и устройствам контроля содержания твердой дисперсной фазы в газовых средах, например, в трактах с электрофильтрами, и может быть использовано в системах управления работой электрофильтров и других пылеулавливающих установок. Наиболее близкими к Заявляемому изобретению являются устройства - оптический пылемер и способ измерения концентрации частиц пыли, на котором основана работа этого устройства [1]. Способ измерения концентрации частиц пыли заключается в том, что загрязненную среду освещают световым потоком и регистрируют сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока, прошедшего через загрязненную среду, защитные оптические элементы и систему линз, регистрируют сигнал, пропорциональный интенсивности исходного светового потока, и сравнивают эти два сигнала с помощью электронной схемы. Устройство представляет собой оптический пылемер, содержащий блок осветителя и блок фотоприемника, снабженные защитными оптическими элементами с нанесенным на них проводящим слоем, и коронирующими электродами, подключенными к проводящему слою защитных оптических элементов. Недостатками известных способа и устройства являются: сложность практического осуществления, поскольку в корпуса блоков прибора (блок осветителя и блок фотоприемника) вводятся элементы, находящиеся в процессе эксплуатации прибора под высоким напряжением; ослабление исходного светового потока (пучка) введенными в блоки прибора электродами, находящимися на оптической оси прибора; необходимость покрытия оптических элементов (или защитных стекол) прибора электропроводящим слоем, кроме усложнения и удорожания устройства, снижает светопропускающие свойства прибора; необходимость использования высоковольтного источника питания и высоковольтной кабельной коммуникации, что значительно удорожает прибор. Кроме того, коронирующие электроды в электрофильтрах требуют постоянной очистки от пыли. Таким образом, применение известного способа неэффективно ввиду быстрого увеличения погрешности измерений концентрации частиц пыли до значений, превышающих метрологические допуски, за счет загрязнения оптических элементов устройства в результате заряда частиц в поле коронного разряда и последующего их осаждения на заземленных элементах. В основу изобретения поставлена задача создать способ и устройство, обеспечивающее возможность повышения эффективности оперативного контроля запыленности газов в системах управления работой электрофильтра, в том числе АСУТП, за счет компенсации погрешности измерений запыленности среды, вызванной загрязнением оптических элементов устройства. Задача снижения погрешности измерений при уменьшении светопроницаемости защитных оптических элементов (ЗОЭ) по мере осаждения на них пыли решена путем регистрации интенсивности рассеянных (отраженных) от запыленных поверхностей ЗОЭ световых потоков и суммирования их (в соответствующем масштабе) с интенсивностью основного светового потока, прошедшего через загрязненную среду и ЗОЭ. Поставленная задача решается тем, что в известном способе определения частиц пыли в газовых средах, например, в трактах с электрофильтрами, заключающемся в том, что загрязненную среду освещают световым пучком и регистрируют сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока, прошедшего через загрязненную среду, защитные оптические элементы и систему линз, согласно изобретению, дополнительно регистрируют сигналы, пропорциональные интенсивности исходного светового потока и светового потока, рассеянного загрязненным оптическим элементом, суммируют последние с сигналом, пропорциональным интенсивности светового потока, прошедшего через загрязненную среду, защитные оптические элементы и систему линз, причем регистрацию всех сигналов осуществляют одновременно, и по результирующему сигналу определяют искомую концентрацию частиц. Поставленная задача решается также тем, что в устройстве для определения концентрации частиц пыли в газовых средах, например, трактах с электрофильтрами, содержащем блок осветителя, блок фотоприемника с фотоэлементом для регистрации сигнала, защитные оптические элементы и; систему линз, размещенные на одной оптической оси, при этом фотоэлемент электрически связан с измерительным прибором, согласно изобретению, устройство снабжено электронной схемой суммирования, блок осветителя дополнительно снабжен фотоэлементами, один из которых размещен на одной оптической оси с фотоприемником, а другой на оси, расположенной под углом к оптической оси, блок фотоприемника дополнительно снабжай источником света и фотоэлементом, установленными в одной плоскости под соответствующими углами к оптической оси, причем каждый фотоэлемент включен в одно из плеч последовательно соединенных мостов электронной схемы суммирования, выход которой подключен к измерительному прибору. При решении поставленной задачи использована известная физическая закономерность: количество' рассеянного (отраженного) на загрязненных ЗОЭ потока пропорционально площади поверхности рассеяния и обратно пропорционально светопроницаемости поверхности рассеяния, т.е. пропорционально количеству частиц на поверхности защитного оптического элемента. Суммирование сигналов основного и рассеянных на ЗОЭ потоков производят с применением известных средств, после чего производят сравнение суммарного сигнала с опорным сигналом, пропорциональным интенсивности исходного светового потока в отсутствие загрязненности исследуемой среды. Величина разности сигналов, полученная в результате сравнения, пропорциональна степени загрязнения исследуемой среды. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен один из возможных вариантов схемы устройства для определения концентрации частиц пыли в газовых средах электрофильтров; на фиг. -электронная схема суммирования. Устройство, состоящее из блока I осветителя и блока II фотоприемника, устанавливается с двух сторон трубопровода 1 с загрязненной средой тракта с электрофильтрами (на чертеже не показан). Блок I включает основной осветитель 2 (например, лампу накаливания Л1), конденсорную линзу 3, защитный оптический элемент 4, выполненный в виде плоскопараллельной пластины, диафрагмурефлектор 5, выполненную в виде вогнутого, например, сферического, зеркала с отверстием 6, дополнительный фотоэлемент (Ф1) 7 прошедшего через диафрагму 5 луча света основного осветителя 2 (исходного сигнала), и дополнительного фотоэлемента (Ф2) 8 рассеянного (отраженного) от защитного оптического элемента 4 потока света основного осветителя 2. Основной осветитель 2 устанавливают в фокусе собирающей конденсорной линзы 3. Плоскопараллельную пластину 4 размещают под углом к оптической оси канала исходного светового потока, при этом где угол падения на пластину 4 луча осветителя 2. Дополнительный фотоэлемент (Ф2) 8 размещают на оси, лежащей под углом к оптической оси канала исходного светового потока и установлен за его пределами в корпусе 9 блока I. Углы и имеют общую вершину и лежат в одной плоскости. Блок II фотоприемника включает защитное оптическое окно 10, выполненное в виде плоскопараллельной пластины, и собирающую оптическую линзу 11, установленные перпендикулярно оптической оси канала исходного светового потока перед фотоэлементом (Ф3) 12, регистрирующим интенсивность ослабленного потока основного осветителя 2. Фотоэлемент (Ф3) 12 установлен в фокусе линзы 11. За пределами канала исходного светового потока основного осветителя 2 имеются дополнительный осветитель (Л2) 13 и дополнительный фотоэлемент (Ф4) 14, которые размещены на осях, лежащих соответственно, под углами и к оптической оси канала на противоположных сторонах корпуса 15 блока II. Собирающие линзы 16 (блок I) и 17 (блок II) устанавливают при необходимости. Соединение (муфтовое, фланцевое и т.п.)блоков I и II с газоходом обозначено на фиг.1 позициями 18. Электронная схема суммирования включает четыре электрически последовательно соединенных между собой (по вторичному напряжению) моста соединений стабилизированным (полюса напряжением питаемых от одного источника и источник питания осветлителя 2. При использовании в качестве фотоэлементов фоторезисторов их включают соответственно в каждое из плеч мостов В этом случае выходное напряжение противофазно выходным мостов напряжение моста напряжениям Результирующее после сумирования выходных напряжений мостов имеет величину: и регистрируется измерительным прибором И, подключенным к цепи мостов схеме на фиг.2. согласно Фотоэлементы и осветители как показано на фиг.2, вынесены за пределы электронной схемы суммирования и размещены в блоках I и II. За пределы электронной схемы суммирования, как правило, может быть вынесен и измерительный прибор И (например, самописец), подключенный к электронной схеме суммирования напрямую или через делитель напряжения Д. Заявляемое устройство может быть эффективно использовано в качестве датчиковзапыленности газа, устанавливаемых в газовом тракте перед электрофильтром (датчик начальной запыленности) и после электрофильтра (датчик остаточной запыленности) АСУ ТП электрофильтра. В 2 - х плечах мостов установлены переменные резисторы предназначенные для уравновешивания мостов перед изменениями. Для регистрации показаний регулирования при настройке устройства может быть использован измерительный прибор И, подключаемый в этом случае поочередно к вторичным полюсам мостов Способ осуществляется следующим образом. Анализируемую газовую среду пропускают через трубопровод 1 тракта с электрофильтрами, освещают при помощи основного осветителя 2 пучком света, проходящим последовательно через конденсорную линзу 3 и защитный оптический элемент 4 блока I. Прошедший через среду луч свет вступает на фотоэлемент 12 через оптическое окно 10 и собирающую линзу 11 блока II. Одновременно через отверстие 6 диаграммы 5 на фотоэлементе 7 регистрируют величину сигнала, пропорциональную интенсивности исходного светового потока от осветителя 2. В процессе работы устройства, по мере загрязнения защитных оптических элементов 4 и 10 содержащимися в анализируемой среде частицами, происходит ослабление основного сигнала, т.к. снижается оптическая проницаемость последних. При этом пропорционально возрастает интенсивность рассеянных (отраженных) световых потоков. Для компенсации погрешности измерений, вносимых по вышеизложенной причине, в заявляемом способе регистрируют интенсивность рассеянных (отраженных) световых потоков от загрязненных защитных оптических элементов 4 и 10, соответственно дополнительными фотоэлементами 8 и 14, после чего полученные сигналы в соответствующем масштабе с коэффициентом суммируют с основным ослабленным сигналом, вырабатываемом на фотоэлементе 12, а затем производят сравнение полученной суммы с сигналом, пропорциональным интенсивности исходного светового потока, регистрируемого фотоэлементом 7. Суммирование сигналов, регистрируемых фотоэлементом 12 и дополнительными фотоэлементами 8 и 14, и последующее сравнение суммы с сигналом, регистрируемым фотоэлементом 7, производят с помощью известных средств, например, с помощью соответствующим образом включенных мостов, в плечах которых помещены фотоэлементы (фоторезисторы 7, 8, 12 и 14, см. фиг.2): По результатам сравнения сигналов судят о концентрации частиц в исследуемой среде. Масштабный коэффициент зависит от физических свойств (форма, размер и т.п.) частиц, загрязняющих защитные оптические элементы 4, 10 и углов фотоэлементов 8 и 14. и установки Значение устанавливается при подготовке прибора к измерению в заданных условиях его эксплуатации. Данные, подтверждающие эффективность заявляемого способа измерения концентрации частиц пыли в газовых средах по сравнению с прототипом, приведены в таблице. Исходные данные: запыленность газа, г/м3 3,0 - 5,0; масштабный коэффициент - 2,3. Таким образом, погрешность измерений по предлагаемому способу не превышает 5% через 30 суток эксплуатации, а прототипа более 50% на вторые сутки.