RU195687U1 - DEVICE FOR MEASURING THE CONCENTRATION OF AEROSOLS AND IMPURITY GASES IN THE AIR FLOW - Google Patents

DEVICE FOR MEASURING THE CONCENTRATION OF AEROSOLS AND IMPURITY GASES IN THE AIR FLOW Download PDF

Info

Publication number
RU195687U1
RU195687U1 RU2019139444U RU2019139444U RU195687U1 RU 195687 U1 RU195687 U1 RU 195687U1 RU 2019139444 U RU2019139444 U RU 2019139444U RU 2019139444 U RU2019139444 U RU 2019139444U RU 195687 U1 RU195687 U1 RU 195687U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
filter
aerosol
measuring
concentration
Prior art date
Application number
RU2019139444U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Васильевич Загнитько
Иван Дмитриевич Мацуков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2019139444U priority Critical patent/RU195687U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU195687U1 publication Critical patent/RU195687U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для одновременного измерения массовой концентрации аэрозолей и газовых примесей в атмосфере и двухфазных выбросах, экологического мониторинга окружающей среды и предупреждения техногенных аварий. Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение технических характеристик устройства для измерения концентрации аэрозолей и примесных газов в воздушном потоке путем одновременного определения концентрации газообразных и аэрозольных примесей в анализируемом потоке воздуха. Для его достижения предложено устройство для измерения концентрации аэрозолей и примесных газов в воздушном потоке, включающее цилиндрический корпус с аэрозольным фильтром, блок измерения его газодинамического сопротивления, побудитель фиксированного расхода анализируемого воздуха, при этом на входе цилиндрического корпуса установлена защитная и газораспределительная металлическая сетка, после аэрозольного фильтра в цилиндрическом корпусе перед побудителем фиксированного расхода анализируемого воздуха установлен соосно газовый сенсор, подключенный к электронному блоку питания. В качестве газового сенсора используется оптический инфракрасный или химический сенсор. В качестве аэрозольного фильтра используется стекловолокнистый фильтр с открытой пористостью более 90% или металлический мембранный фильтр с многослойной пористой структурой с открытой пористостью более 30%. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to the field of measurement technology and can be used to simultaneously measure the mass concentration of aerosols and gas impurities in the atmosphere and two-phase emissions, environmental monitoring of the environment and the prevention of technological accidents. The technical result of the claimed utility model is to improve the technical characteristics of the device for measuring the concentration of aerosols and impurity gases in the air stream by simultaneously determining the concentration of gaseous and aerosol impurities in the analyzed air stream. To achieve this, a device is proposed for measuring the concentration of aerosols and impurity gases in the air flow, including a cylindrical body with an aerosol filter, a unit for measuring its gas-dynamic resistance, a stimulator of a fixed flow rate of the analyzed air, while a protective and gas distribution metal grid is installed at the inlet of the cylindrical body, after the aerosol the filter in a cylindrical housing in front of the inducer of a fixed flow rate of the analyzed air is installed coaxially gas th sensor connected to the electronic power supply. As a gas sensor, an optical infrared or chemical sensor is used. A glass fiber filter with an open porosity of more than 90% or a metal membrane filter with a multilayer porous structure with an open porosity of more than 30% is used as an aerosol filter. 2 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Область техники.The field of technology.

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для одновременного измерения массовой концентраций аэрозолей и газовых примесей в атмосфере и двухфазных выбросах, экологического мониторинга окружающей среды и предупреждения техногенных аварий.The utility model relates to the field of measurement technology and can be used for simultaneous measurement of mass concentrations of aerosols and gas impurities in the atmosphere and two-phase emissions, environmental monitoring of the environment and the prevention of technological accidents.

Уровень техники.The prior art.

Известно фотоэлектрическое устройство для анализа облачных капель (авторское свидетельство СССР, №172094), включающее заборную трубку для отбора капель, ориентированную навстречу набегающему анализируемому потоку воздуха, источник света, щель, объектив, центральная часть которого закрыта диафрагмой, линзу для сбора света, рассеянного частицами на фотоэлектронный умножитель. Недостатком данного устройства является невозможность одновременного анализа аэрозолей и газовых примесей в воздухе.A photoelectric device for analyzing cloud droplets is known (USSR author's certificate, No. 172094), including a sampling tube for sampling droplets oriented towards the incoming analyzed air flow, a light source, a slit, a lens, the central part of which is covered by a diaphragm, a lens for collecting light scattered by particles on a photomultiplier tube. The disadvantage of this device is the inability to simultaneously analyze aerosols and gas impurities in the air.

Известен газоанализатор метана с сенсорным модулем, включающим газовый датчик, плату для предварительной обработки аналогового сигнала, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, и вторичный микропроцессор, считывающий информацию с выхода сенсорного модуля (патент РФ №2321847). Недостатком устройства является невозможность одновременного анализа примесей газов и аэрозолей в воздухе.Known methane gas analyzer with a sensor module including a gas sensor, a board for pre-processing an analog signal, an amplifier, an analog-to-digital converter, a microcontroller, and a secondary microprocessor that reads information from the output of the sensor module (RF patent No. 2321847). The disadvantage of this device is the inability to simultaneously analyze the impurities of gases and aerosols in the air.

Известен газоанализатор токсичных, радиоактивных и горючих газов (патент РФ на полезную модель №127928), содержащий датчик радиоактивности и набор съемных газовых сенсоров, расположенных в газовом канале с внешним обогревателем для устранения конденсации влаги, внутренний измеритель температуры газов, пылевой фильтр на входе в газовый канал, на выходе из которого установлен побудитель расхода газа, и электронный модуль, включающий платы питания, интерфейса и внешней коммутации для питания и управления. Его недостатком является невозможность одновременного анализа аэрозольных загрязнений и газов в воздухе.Known gas analyzer of toxic, radioactive and combustible gases (RF patent for utility model No. 127928), containing a radioactivity sensor and a set of removable gas sensors located in the gas channel with an external heater to eliminate moisture condensation, an internal gas temperature meter, a dust filter at the gas inlet a channel, at the output of which a gas flow inducer is installed, and an electronic module, including power, interface, and external switching cards for power and control. Its disadvantage is the inability to simultaneously analyze aerosol contaminants and gases in the air.

Известен инфракрасный газоанализатор (патент РФ №2187093) для измерения объемной концентрации метана и других газообразных углеводородов, включающий инфракрасный оптический датчик, содержащий корпус с отверстиями для входа и выхода анализируемого газа, инфракрасный светодиод, интерференционные фильтры для выделения опорной и рабочих длин волн инфракрасного излучения, расположенную по ходу инфракрасного излучения светодиода измерительную газовую кювету, установленные за ней фотоприемники инфракрасного излучения опорного и рабочего измерительных каналов, электронный модуль, с усилителем сигналов, стабилизатором питания, управляющим микропроцессором и коммуникационную плату с устройством внешней коммутации, стабилизированного питания, управляющим микропроцессором и интерфейсом с формирователем цифровых сигналов. Его недостатком является невозможность одновременного анализа аэрозольных загрязнений и газов в воздушном потоке.Known infrared gas analyzer (RF patent No. 2187093) for measuring the volume concentration of methane and other gaseous hydrocarbons, including an infrared optical sensor containing a housing with holes for the inlet and outlet of the analyzed gas, an infrared LED, interference filters to highlight the reference and working wavelengths of infrared radiation, a measuring gas cuvette located along the infrared radiation of the LED, photodetectors of infrared radiation of the reference and working measuring channels, an electronic module, with a signal amplifier, a power stabilizer, a microprocessor control and a communication board with an external switching device, stabilized power supply, a microprocessor control and an interface with a digital signal shaper. Its disadvantage is the inability to simultaneously analyze aerosol contaminants and gases in the air stream.

Известно устройство для измерения содержания газов и пыли в воздухе (патент РФ на полезную модель №182124), содержащее емкостную ячейку с двумя электродами, соединенными с измерительной аппаратурой, выполненными газопроницаемыми с расположенным между ними аэрозольным фильтром, при этом один из электродов имеет форму катушки с отверстиями и внутренней газовой камерой, внутри которой размещен газочувствительный сенсор, соединенный с измерительной аппаратурой, а второй электрод выполнен в виде сетки, установленной снаружи катушки. Устройство подключено к побудителю расхода анализируемого газа. Его недостатком является невозможность одновременного определения концентрации примесных газов, капель воды и других капельных аэрозолей с малым электрическим сопротивлением, фильтрат которых резко уменьшает электрическое сопротивление между электродами и непредсказуемо изменяет межэлектродную емкость.A device for measuring the content of gases and dust in the air (RF patent for utility model No. 182124) containing a capacitive cell with two electrodes connected to measuring equipment, made gas-permeable with an aerosol filter located between them, one of the electrodes having the shape of a coil with holes and an internal gas chamber, inside of which there is a gas-sensitive sensor connected to the measuring equipment, and the second electrode is made in the form of a grid mounted outside the coil. The device is connected to a sample gas flow driver. Its disadvantage is the impossibility of simultaneously determining the concentration of impurity gases, water droplets and other droplet aerosols with low electrical resistance, the filtrate of which sharply reduces the electrical resistance between the electrodes and unpredictably changes the interelectrode capacitance.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения запыленности воздушного потока (патент РФ за полезную модель №38837), включающее корпус для аспирации воздуха с фильтром на входе в него, побудитель тяги анализируемого воздуха центробежным вентилятором, датчик его расхода и измерительный блок газодинамического сопротивления фильтра. Устройство предварительно калибруется для определения массовой концентрации уловленного фильтрата в зависимости от аэродинамического сопротивления фильтра при фиксированном расходе воздуха. Его недостатком является невозможность одновременного анализа газовых и аэрозольных концентраций в атмосфере.The closest in technical essence is a device for measuring the dust content of the air flow (RF patent for utility model No. 38837), including a housing for aspirating air with a filter at its inlet, a traction stimulator of the analyzed air by a centrifugal fan, a flow sensor and a measuring unit of gas-dynamic resistance of the filter . The device is pre-calibrated to determine the mass concentration of the collected filtrate depending on the aerodynamic resistance of the filter at a fixed air flow rate. Its disadvantage is the inability to simultaneously analyze gas and aerosol concentrations in the atmosphere.

Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является унификация конструкции устройства и расширение его функциональных возможностей.The technical problem to which the claimed utility model is directed is the unification of the device design and the expansion of its functionality.

Раскрытие сущности полезной модели.Disclosure of the essence of the utility model.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение технических характеристик устройства для измерения концентрации аэрозолей и примесных газов в воздушном потоке путем одновременного определения концентрации газообразных и аэрозольных примесей в анализируемом потоке воздуха.The technical result of the claimed utility model is to improve the technical characteristics of the device for measuring the concentration of aerosols and impurity gases in the air stream by simultaneously determining the concentration of gaseous and aerosol impurities in the analyzed air stream.

Для достижения технического результата предложено устройство для измерения концентрации аэрозолей и примесных газов в воздушном потоке, включающее цилиндрический корпус с аэрозольным фильтром, блок измерения его газодинамического сопротивления, побудитель фиксированного расхода анализируемого воздуха, при этом на входе цилиндрического корпуса установлена защитная и газораспределительная металлическая сетка, после аэрозольного фильтра в цилиндрическом корпусе перед побудителем фиксированного расхода анализируемого воздуха установлен соосно газовый сенсор, подключенный к электронному блоку питания.To achieve a technical result, a device for measuring the concentration of aerosols and impurity gases in the air flow is proposed, including a cylindrical body with an aerosol filter, a unit for measuring its gas-dynamic resistance, a stimulator of a fixed flow rate of the analyzed air, while a protective and gas distribution metal grid is installed at the inlet of the cylindrical body, after aerosol filter in a cylindrical housing in front of the inducer of a fixed flow rate of the analyzed air mouth Credited coaxially gas sensor connected to the electronic power supply unit.

Кроме того, в качестве газового сенсора используется оптический инфракрасный или химический сенсор.In addition, an optical infrared or chemical sensor is used as a gas sensor.

Кроме того, в качестве аэрозольного фильтра используется стекловолокнистый фильтр с открытой пористостью более 90% или металлический мембранный фильтр с многослойной пористой структурой с открытой пористостью более 30%.In addition, a fiberglass filter with an open porosity of more than 90% or a metal membrane filter with a multilayer porous structure with an open porosity of more than 30% is used as an aerosol filter.

Стекловолокнистый фильтр с открытой пористостью более 90% используется для регистрации аэрозолей с массовой концентрацией М > 5-10 г/м3. При меньших значениях М устанавливается металлический мембранный фильтр с многослойной пористой структурой с открытой пористостью более 30%.A fiberglass filter with an open porosity of more than 90% is used to register aerosols with a mass concentration of M> 5-10 g / m 3 . At lower M values, a metal membrane filter with a multilayer porous structure with an open porosity of more than 30% is installed.

В результате создания устройства, включающего цилиндрический корпус для аспирации воздуха с аэрозольным фильтром на входе в него, блок измерения его газодинамического сопротивления, побудитель фиксированного расхода анализируемого воздуха, и соосного расположения в цилиндрическом корпусе для аспирации воздуха после аэрозольного фильтра перед побудителем фиксированного расхода анализируемого воздуха оптического инфракрасного или химического газового сенсора, подключенного к электронному блоку питания и регистрации его данных, достигается технический результат заявленной полезной модели, а именно осуществляется одновременный и непрерывный анализ массой концентрации аэрозольных частиц, а также объемной или массовой концентрации примесных газов в анализируемом воздушном потоке в режиме реального времени.As a result of the creation of a device that includes a cylindrical housing for aspirating air with an aerosol filter at its inlet, a unit for measuring its gas-dynamic resistance, a stimulator of a fixed flow rate of the analyzed air, and a coaxial arrangement in a cylindrical housing for aspiration of air after the aerosol filter in front of the stimulator of a fixed flow rate of the analyzed air of the optical an infrared or chemical gas sensor connected to an electronic power supply and recording its data, up to The technical result of the claimed utility model is being tested, namely, a simultaneous and continuous mass analysis of the concentration of aerosol particles, as well as volumetric or mass concentration of impurity gases in the analyzed air flow is carried out in real time.

Концентрация паров примесей измеряется с временем быстродействия менее 1 с газоанализатором с оптическим инфракрасным сенсором типа Mipex, согласно патенту РФ №2187093.The concentration of impurity vapors is measured with a response time of less than 1 with a gas analyzer with an optical infrared sensor of the Mipex type, according to RF patent No. 2187093.

Массовая концентрация аэрозолей определяется путем измерения дифференциального газодинамического сопротивления аэрозольного фильтра ΔР в зависимости от величины уловленного осадка аэрозолей. Величина ΔР измеряется датчиком газодинамического сопротивления. Предварительно аэрозольный фильтр калибруется путем детектирования величины изменения его газодинамического сопротивления от массы уловленного фильтрата при заданном объемном расходе анализируемого воздуха.The mass concentration of aerosols is determined by measuring the differential gas-dynamic resistance of the aerosol filter ΔP depending on the amount of captured aerosol sediment. The value ΔР is measured by a gas-dynamic resistance sensor. Previously, the aerosol filter is calibrated by detecting the magnitude of the change in its gas-dynamic resistance from the mass of the collected filtrate at a given volumetric flow rate of the analyzed air.

Металлическая сетка на входе цилиндрического корпуса установлена для защиты аэрозольного фильтра от импакции крупных аэрозольных частиц и выравнивания профиля давления и скорости воздушного потока в корпусе, что повышает точность измерения газодинамического сопротивления аэрозольного фильтра.A metal mesh at the inlet of the cylindrical housing is installed to protect the aerosol filter from the impact of large aerosol particles and to equalize the pressure profile and air flow velocity in the housing, which increases the accuracy of measuring the gas-dynamic resistance of the aerosol filter.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема заявленного устройства для измерения концентрации аэрозолей и примесных газов в воздушном потоке, где:In FIG. 1 shows a schematic diagram of the claimed device for measuring the concentration of aerosols and impurity gases in the air stream, where:

1 - цилиндрический корпус;1 - cylindrical body;

2 - аэрозольный стекловолокнистый фильтр или металлический мембранный фильтр с многослойной структурой;2 - an aerosol glass fiber filter or a metal membrane filter with a multilayer structure;

3 - газовый сенсор;3 - gas sensor;

4 - выходной патрубок газового потока в виде круглого конфузора;4 - the outlet pipe of the gas stream in the form of a round confuser;

5 - побудитель расхода анализируемого воздуха через устройство;5 - stimulator of the flow rate of the analyzed air through the device;

6 - электронной блок питания и регистрации данных газового сенсора;6 - electronic power supply and gas sensor data recording;

7 - блок измерения газодинамического сопротивления аэрозольного фильтра;7 - unit for measuring the gas-dynamic resistance of an aerosol filter;

8 - защитная и газораспределительная сетка;8 - protective and gas distribution grid;

9 - круглый конфузор;9 - round confuser;

Q - объемный расход анализируемого воздуха через устройство.Q is the volumetric flow rate of the analyzed air through the device.

На фиг. 2 изображена зависимость сопротивления МКФ-F от времени накопления твердого осадка при постоянной массовой концентрации аэрозольного потока.In FIG. Figure 2 shows the dependence of MKF-F resistance on the time of accumulation of solid sediment at a constant mass concentration of aerosol flow.

Осуществление полезной модели.Implementation of a utility model.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема заявленного устройства для измерения концентрации аэрозолей и примесных газов в воздушном потоке. Устройство содержит цилиндрический корпус 1, в котором расположен аэрозольный фильтр 2, подключенный к блоку 7 для измерения его газодинамического, дифференциального сопротивления воздушному потоку. В центре корпуса 1 после фильтра 2 установлен соосно газовый оптический инфракрасный или химический сенсор 3, соединенный с блоком его питания и регистрации данных 6. На выходе канала 1 соосно размещен выходной цилиндрический патрубок газового потока 4 в виде конфузора, состыкованного с побудителем расхода анализируемого воздуха 5. Металлическая сетка 8 на входе цилиндрического корпуса 1 установлена для защиты аэрозольного фильтра от импакции крупных дисперсных частиц и выравнивания профиля давления и скорости воздушного потока в корпусе 1, что повышает точность измерения газодинамического сопротивления аэрозольного фильтра 2. Анализируемый воздушный поток поступает к фильтру 2 через сетку 8 и конфузор 9.In FIG. 1 shows a schematic diagram of the claimed device for measuring the concentration of aerosols and impurity gases in the air stream. The device comprises a cylindrical housing 1, in which an aerosol filter 2 is located, connected to a block 7 for measuring its gas-dynamic, differential resistance to air flow. In the center of the housing 1, after the filter 2, a coaxial gas optical infrared or chemical sensor 3 is installed, connected to its power supply and data recording unit 6. At the output of channel 1, an output cylindrical gas flow pipe 4 is coaxially arranged in the form of a confuser coupled to the flow rate analyzer 5 A metal mesh 8 at the inlet of the cylindrical housing 1 is installed to protect the aerosol filter from impaction of large dispersed particles and to equalize the pressure profile and air flow velocity in the housing 1, which increases the accuracy of measuring the gas-dynamic resistance of the aerosol filter 2. The analyzed air flow enters the filter 2 through the grid 8 and the confuser 9.

Величина объемного расхода анализируемого газа через устройство Q ≈ 0,3-5 л/с. Аэрозольный фильтр 2 изготовлен из стекловолокна или мембранного металлического фильтра с многослойной пористой структурой (Г.И. Вяхирев, А.В. Загнитько, Газодинамическое сопротивление при высокоскоростной очистке газов многослойными металлокерамическими фильтрами, Ж. Теоретические основы химической технологии, 2002, Т. 36, №4, с. 353). Их эффективность улавливания аэрозольных частиц диаметром более 0,01 мкм составляет Е>99,99%. Величина диаметра фильтра 2 варьируется от 5 до 15 см в зависимости от выбора значений объемного расхода газа Q.The volumetric flow rate of the analyzed gas through the device Q ≈ 0.3-5 l / s. Aerosol filter 2 is made of fiberglass or a membrane metal filter with a multilayer porous structure (G.I. Vyakhirev, A.V. Zagnitko, Gas-dynamic resistance during high-speed gas purification with multilayer metal-ceramic filters, J. Theoretical Foundations of Chemical Technology, 2002, T. 36, No. 4, p. 353). Their efficiency in capturing aerosol particles with a diameter of more than 0.01 μm is E> 99.99%. The diameter of the filter 2 varies from 5 to 15 cm, depending on the choice of values of the volumetric gas flow Q.

Стекловолокнистый аэрозольный фильтр 2 с открытой пористостью более 90% используется для анализа относительно больших массовых концентраций дисперсной фазы в воздушном потоке М > 5-10 г/м3. При меньших значениях М устанавливается металлический аэрозольный фильтр с открытой пористостью более 30% для повышения временной чувствительности устройства. Размер квадратных ячеек металлической сетки 8 составляет от 3×3 до 5×5 мм.A fiberglass aerosol filter 2 with an open porosity of more than 90% is used to analyze relatively large mass concentrations of the dispersed phase in the air stream M> 5-10 g / m 3 . At lower M values, a metal aerosol filter with an open porosity of more than 30% is installed to increase the temporary sensitivity of the device. The size of the square cells of the metal mesh 8 is from 3 × 3 to 5 × 5 mm.

Диапазон изменения газодинамического, дифференциального сопротивления ΔР аэрозольного фильтра 2 зависит от его типа, скорости течения анализируемого двухфазного потока через фильтр 2 и массы накопленного фильтрата аэрозольных частиц. Оптимальный диапазон изменения величины ΔР варьируется от 102 до 104 Па.The range of variation of the gas-dynamic, differential resistance ΔР of the aerosol filter 2 depends on its type, the flow rate of the analyzed two-phase flow through the filter 2, and the mass of the accumulated filtrate of aerosol particles. The optimal range of variation of ΔP varies from 10 2 to 10 4 PA.

Устройство работает следующим образом. Двухфазный поток аэрозолей, примесных газов и воздуха отбирается в корпус 1 через сетку 8 и фильтр 2 побудителем расхода 5. В процессе улавливания аэрозольных частиц высокоэффективным фильтром 2 возрастает его сопротивление ΔР при фиксированном расходе Q. Устройство предварительно тарируется. В ходе калибровки измеряется изменение во времени аэродинамического сопротивления фильтра при постоянной массовой нагрузке дисперсных частиц и фиксированном расходе Q. Данные тарировки вводят заранее в измерительный блок датчика 7, где производится определение текущей величины аэродинамического сопротивления фильтра во времени, сравнение ее с данными тарировки и перевод полученных данных в значение массовой концентрации в единице объема воздуха (г/м3).The device operates as follows. A two-phase flow of aerosols, impurity gases and air is taken into the housing 1 through the grid 8 and filter 2 by the flow rate inducer 5. In the process of collecting aerosol particles with a highly efficient filter 2, its resistance ΔР increases at a fixed flow rate Q. The device is pre-calibrated. During calibration, the change in time of the aerodynamic drag of the filter with a constant mass load of dispersed particles and a fixed flow rate Q is measured. Calibration data is entered in advance into the measuring unit of the sensor 7, where the current value of the aerodynamic drag of the filter in time is determined, compared with the calibration data and translation obtained data in the value of mass concentration per unit volume of air (g / m 3 ).

Одновременно с измерением ΔР и массовой концентрации аэрозолей в воздушном потоке детектируются примесные газы газовым сенсором 3. Его тип зависит от химического состава примесных газов. В частности, оптический инфракрасный сенсор типа Mipex (патент РФ №2187093) используется для анализа в воздухе объемной концентрации примесей метана, паров регазифицированного сжиженного газа (СПГ) и топливных жидкостей типа бензин, керосин, дизельное топливо, мазут и т.п.Simultaneously with the measurement of ΔP and the mass concentration of aerosols in the air flow, impurity gases are detected by the gas sensor 3. Its type depends on the chemical composition of the impurity gases. In particular, the Mipex optical infrared sensor (RF patent No. 2187093) is used to analyze in air the volume concentration of methane impurities, regasified liquefied gas (LNG) vapors and fuel liquids such as gasoline, kerosene, diesel fuel, fuel oil, etc.

Аналоговый сигнал с датчика 7 и сенсора 3 усиливается операционным усилителем, аналого-цифровым преобразователем (на фиг. 1 не показаны) преобразуется в цифровой и передается на удаленный компьютер на (100-1000) м с помощью интерфейса RS-485.The analog signal from sensor 7 and sensor 3 is amplified by an operational amplifier, an analog-to-digital converter (not shown in Fig. 1) is converted to digital and transmitted to the remote computer at (100-1000) m using the RS-485 interface.

Пример.Example.

Диаметр корпуса 1 составлял 10 см, его длина - 15 см, а геометрическая площадь плоского металлического мембранного фильтра 2 с многослойной пористой структурой типа МКФ-F для тонкой фильтрации была равна 50 см2 (Г.И. Вяхирев, А.В. Загнитько, Газодинамическое сопротивление при высокоскоростной очистке газов многослойными металлокерамическими фильтрами, Ж. Теоретические основы химической технологии, 2002, Т. 36, №4, с. 353). Его открытая пористость составляла около 45%. Для детектирования примесей легких углеводородов использовался сенсор 3 типа Mipex с быстродействием < 0,35 с (патент РФ, №2187093), который был откалиброван на объемное содержание примесей метана от 1 до 99% об. в воздухе при температуре от 5 до 50°С. Величина сопротивления ΔР аэрозольного фильтра 2 измерялась датчиком сопротивления МРХ 10DP со следующими основными параметрами: время отклика или быстродействие τ=0,001 с, напряжение постоянного питания от 3 до 6 В, выходное напряжение от приложенного дифференциального сопротивления около 3,5 мВ/кПа, рабочая температура от -40 до +125°С, максимальный измеряемый перепад ΔР=10 кПа.The diameter of the housing 1 was 10 cm, its length was 15 cm, and the geometric area of a flat metal membrane filter 2 with a multilayer porous structure of the MKF-F type for fine filtration was 50 cm 2 (G.I. Vyakhirev, A.V. Zagnitko, Gas-dynamic resistance during high-speed gas purification with multilayer ceramic-metal filters, J. Theoretical Foundations of Chemical Technology, 2002, T. 36, No. 4, p. 353). Its open porosity was about 45%. For the detection of light hydrocarbon impurities, a Mipex type 3 sensor with a speed of <0.35 s was used (RF patent, No. 2187093), which was calibrated for the volume content of methane impurities from 1 to 99% vol. in air at a temperature of from 5 to 50 ° C. The resistance ΔР of the aerosol filter 2 was measured with an MPX 10DP resistance sensor with the following main parameters: response time or speed τ = 0.001 s, constant voltage from 3 to 6 V, output voltage from the applied differential resistance of about 3.5 mV / kPa, operating temperature from -40 to + 125 ° C, the maximum measured differential ΔР = 10 kPa.

Аналоговый сигнал с датчика 7 и сенсора 3 усиливался операционным усилителем, преобразовывался аналого-цифровым преобразователем в цифровой и передавался на удаленный компьютер на (100-1000) м с помощью интерфейса RS-485. Размер квадратных ячеек сетки 8 из нержавеющей стали составлял 4×4 мм.The analog signal from sensor 7 and sensor 3 was amplified by an operational amplifier, converted by an analog-to-digital converter to digital, and transmitted to a remote computer at (100-1000) m using the RS-485 interface. The square mesh size of stainless steel mesh 8 was 4 × 4 mm.

Быстродействие датчика 7 составляло 0,001 с, а сенсора 3-0,15 с. Их данные передавались на удаленный компьютер каждые 0,001 с.The speed of the sensor 7 was 0.001 s, and the sensor 3-0.15 s. Their data was transferred to a remote computer every 0.001 s.

Анализировались при температуре 25°С смеси различной концентрации метана и твердых аэрозольных частиц тетрахлорида циркония (ZrCl4) в воздушном потоке. Аэрозоль получали в химическом реакторе методом спонтанной конденсации пересыщенных паров тетрахлорида циркония (П. Райст. Аэрозоли, введение в теорию. Москва. Мир. 1987. 280 С.).A mixture of various concentrations of methane and solid aerosol particles of zirconium tetrachloride (ZrCl 4 ) in an air stream was analyzed at a temperature of 25 ° C. Aerosol was obtained in a chemical reactor by the method of spontaneous condensation of supersaturated vapors of zirconium tetrachloride (P. Raist. Aerosols, introduction to theory. Moscow. World. 1987. 280 C.).

Предварительно металлический фильтр 2 был прокалиброван путем измерения во времени величины его аэродинамического сопротивления при постоянной массовой нагрузке дисперсных частиц ZrCl4, постоянном расходе Q=500 см3/с и скорости фильтрации 10 см/с. В качестве примера на рис. 2 приведена тарировочная зависимость отношения сопротивления ΔР металлического аэрозольного фильтра 2 типа МКФ-F для тонкой очистки в режиме накопления твердого осадка к его начальному без осадка сопротивлению ΔР0 от величины массовой нагрузки фильтрата дисперсных частиц m на 1 см2 геометрической площади фильтрующей поверхности МКФ-F. Измерение отношения ΔР/ΔР0 осуществлялось в процессе улавливании твердых частиц ZrCl4 диаметром от 0,2 до 5 мкм и массовой концентрацией (1-1,2) г/м3 при постоянной скорости фильтрации 10 см/с. Из анализа данных фиг. 2 следует, что первоначальная зависимость сопротивления МКФ-F от времени накопления твердого осадка при постоянной массовой концентрации аэрозольного потока является практически линейной. Однако, при накоплении фильтрата аэрозольных частиц m>0,015 мг/см2 зависимость ΔР от времени t становится нелинейной. Это обусловлено уплотнением пористой структуры осадка под действием аэродинамического давления газа. Анализ аэрозольных частиц в существенно нелинейном режиме изменения ΔР от m может привести к значительной ошибке измерений и, поэтому, должен быть исключен. В этом случае аэрозольный фильтр 2 подлежит регенерации или замене.Previously, the metal filter 2 was calibrated by measuring its aerodynamic drag over time at a constant mass load of dispersed particles ZrCl 4 , a constant flow rate Q = 500 cm 3 / s and a filtration rate of 10 cm / s. As an example in fig. Figure 2 shows the calibration dependence of the resistance ΔР of the MKF-F type aerosol filter 2 for fine cleaning in the mode of accumulation of solid sludge to its initial non-sludge resistance ΔР 0 on the mass load of the filtrate of dispersed particles m per 1 cm 2 of the geometric area of the filter surface MKF-F . The ΔР / ΔР 0 ratio was measured in the process of trapping solid particles of ZrCl 4 with a diameter of 0.2 to 5 μm and a mass concentration of (1-1.2) g / m 3 at a constant filtration rate of 10 cm / s. From the analysis of the data of FIG. 2 it follows that the initial dependence of the MKF-F resistance on the time of accumulation of solid sediment at a constant mass concentration of the aerosol stream is almost linear. However, with the accumulation of aerosol filtrate m> 0.015 mg / cm 2, the dependence of ΔР on time t becomes nonlinear. This is due to compaction of the porous structure of the sediment under the influence of aerodynamic pressure of the gas. Analysis of aerosol particles in a substantially nonlinear regime of ΔР changes from m can lead to a significant measurement error and, therefore, should be excluded. In this case, the aerosol filter 2 is subject to regeneration or replacement.

Одновременно, массовая концентрация твердых частиц измерялась весовым методом путем их отбора на аналитические стекловолокнистые фильтры (П. Райст. Аэрозоли, введение в теорию. Москва. Мир. 1987. 280 С.). В результате была измерена массовая концентрация частиц ZrCl4 диаметром ≈ 0,2-5 мкм в диапазоне от 0,1 до 2 г/м3 в воздушном потоке технологической линии получения тетрахлорида циркония от времени. Полученные данные удовлетворительно совпадали с величинами их массовой концентрации, измеренные весовым методом. Одновременно, фиксировались флуктуирующие во времени значения объемной концентрации метана в диапазоне от 1 до 6% об.At the same time, the mass concentration of solid particles was measured by the gravimetric method by selecting them for analytical fiberglass filters (P. Raist. Aerosols, introduction to theory. Moscow. Mir. 1987. 280 S.). As a result, the mass concentration of ZrCl 4 particles with a diameter of ≈ 0.2-5 μm was measured in the range from 0.1 to 2 g / m 3 in the air flow of the production line of zirconium tetrachloride from time to time. The data obtained satisfactorily coincided with the values of their mass concentration measured by the weight method. At the same time, the fluctuating in time values of the volume concentration of methane in the range from 1 to 6% vol.

Таким образом, заявленная полезная модель позволяет, одновременно, осуществлять анализ в атмосфере массовой концентрации аэрозольных частиц по изменению величины газодинамического сопротивления аэрозольного фильтра, измеряемой датчиком его дифференциального сопротивления, а также регистрировать газовым сенсором объемную или массовую концентрацию в воздухе парогазовых примесей типа метана, широкой фракции паров регазифицированного сжиженного природного газа, топливных жидкостей типа керосин, бензин, дизельное топливо и т.п. Устройство по прототипу не позволяет одновременно осуществлять анализ концентрации аэрозольных частиц и парогазовых примесей в атмосфере.Thus, the claimed utility model allows, at the same time, analysis of the mass concentration of aerosol particles in the atmosphere by changing the gas-dynamic resistance of the aerosol filter measured by its differential resistance sensor, as well as recording the volume or mass concentration of gas-vapor impurities such as methane, a wide fraction in the air vapors of regasified liquefied natural gas, fuel liquids such as kerosene, gasoline, diesel fuel, etc. The prototype device does not allow simultaneous analysis of the concentration of aerosol particles and gas-vapor impurities in the atmosphere.

Claims (3)

1. Устройство для измерения концентрации аэрозолей и примесных газов в воздушном потоке, включающее цилиндрический корпус с аэрозольным фильтром, блок измерения его газодинамического сопротивления, побудитель фиксированного расхода анализируемого воздуха, отличающееся тем, что на входе цилиндрического корпуса установлена защитная и газораспределительная металлическая сетка, после аэрозольного фильтра в цилиндрическом корпусе перед побудителем фиксированного расхода анализируемого воздуха установлен соосно газовый сенсор, подключенный к электронному блоку питания.1. A device for measuring the concentration of aerosols and impurity gases in the air stream, including a cylindrical body with an aerosol filter, a unit for measuring its gas-dynamic resistance, a stimulator of a fixed flow rate of the analyzed air, characterized in that a protective and gas distribution metal grid is installed at the inlet of the cylindrical body, after the aerosol the filter in a cylindrical housing in front of the inducer of a fixed flow rate of the analyzed air is installed coaxial gas sensor, connect connected to the electronic power supply. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве газового сенсора используется оптический инфракрасный или химический сенсор.2. The device according to claim 1, characterized in that an optical infrared or chemical sensor is used as a gas sensor. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве аэрозольного фильтра используется стекловолокнистый фильтр с открытой пористостью более 90% или металлический мембранный фильтр с многослойной пористой структурой с открытой пористостью более 30%.3. The device according to claim 1, characterized in that a glass fiber filter with an open porosity of more than 90% or a metal membrane filter with a multilayer porous structure with an open porosity of more than 30% is used as an aerosol filter.
RU2019139444U 2019-12-04 2019-12-04 DEVICE FOR MEASURING THE CONCENTRATION OF AEROSOLS AND IMPURITY GASES IN THE AIR FLOW RU195687U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139444U RU195687U1 (en) 2019-12-04 2019-12-04 DEVICE FOR MEASURING THE CONCENTRATION OF AEROSOLS AND IMPURITY GASES IN THE AIR FLOW

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019139444U RU195687U1 (en) 2019-12-04 2019-12-04 DEVICE FOR MEASURING THE CONCENTRATION OF AEROSOLS AND IMPURITY GASES IN THE AIR FLOW

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU195687U1 true RU195687U1 (en) 2020-02-04

Family

ID=69416329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019139444U RU195687U1 (en) 2019-12-04 2019-12-04 DEVICE FOR MEASURING THE CONCENTRATION OF AEROSOLS AND IMPURITY GASES IN THE AIR FLOW

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU195687U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111579718A (en) * 2020-05-07 2020-08-25 西安电子科技大学 Automatic dynamic testing device for gas sensitivity characteristics

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1766168A1 (en) * 1989-01-12 1996-08-20 П.П. Полуэктов Method of measurement of fraction coefficient of cleaning gas of aerosols
RU2082959C1 (en) * 1991-07-08 1997-06-27 Опытное конструкторское бюро "Павика" Device for determining concentration of aerosol in gases
RU38837U1 (en) * 2003-12-15 2004-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ВостЭКО" AIR FLOW DUST MEASUREMENT DEVICE
DE102014015945B3 (en) * 2014-10-30 2015-03-26 Dräger Safety AG & Co. KGaA Magazine device, measuring system and method for measuring a concentration of gas and / or aerosol-shaped components of a gas mixture

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1766168A1 (en) * 1989-01-12 1996-08-20 П.П. Полуэктов Method of measurement of fraction coefficient of cleaning gas of aerosols
RU2082959C1 (en) * 1991-07-08 1997-06-27 Опытное конструкторское бюро "Павика" Device for determining concentration of aerosol in gases
RU38837U1 (en) * 2003-12-15 2004-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "ВостЭКО" AIR FLOW DUST MEASUREMENT DEVICE
DE102014015945B3 (en) * 2014-10-30 2015-03-26 Dräger Safety AG & Co. KGaA Magazine device, measuring system and method for measuring a concentration of gas and / or aerosol-shaped components of a gas mixture

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111579718A (en) * 2020-05-07 2020-08-25 西安电子科技大学 Automatic dynamic testing device for gas sensitivity characteristics
CN111579718B (en) * 2020-05-07 2022-04-29 西安电子科技大学 Automatic dynamic testing device for gas sensitivity characteristics

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU196118U1 (en) DEVICE FOR ANALYSIS OF THE CONTENT OF AEROSOLS AND GASES IN ATMOSPHERIC AIR
Hansen et al. The aethalometer—an instrument for the real-time measurement of optical absorption by aerosol particles
CN107132318B (en) Fixed pollution source VOC on-line monitoring system
US9541488B2 (en) Particle sampling and measurement in the ambient air
CN106970182A (en) A kind of apparatus and method of on-line checking mixed gas concentration
CN102680349B (en) The monitoring equipment of a kind of PM2.5
CN104964891B (en) The detection method and sampling apparatus and sample devices of particle concentration free of cleaning
CN107389387B (en) Portable trace mercury analyzer
CN110231262B (en) Civil solid fuel combustion atmospheric pollutant emission field detection device
CN1687765A (en) Portable gas detector
CN103674793A (en) Apparatus and method for particle sampling and measurement in the ambient air
RU182124U1 (en) DEVICE FOR MEASURING GAS AND DUST CONTENT IN ATMOSPHERE
CN206772932U (en) A kind of device of on-line checking mixed gas concentration
CN107917736A (en) A kind of domestic stove flue gas pollutant discharges filed detection system
CN102608010B (en) Particulate matter (PM) detecting method and equipment
CN101124470A (en) Method and assembly for determining soot particles in a gas stream
RU195687U1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE CONCENTRATION OF AEROSOLS AND IMPURITY GASES IN THE AIR FLOW
CN110007026A (en) Trace nitrogen oxides detection method and device in a kind of atmosphere
CN106092840A (en) A kind of large-scale waste gas of pollutant emission test method
CN201765146U (en) Mercury enrichment device of mercury detector
CN108169101A (en) A kind of haze window screening filter effect test device and test method
RU195645U1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE CONTENT OF AEROSOLS AND GASES IN THE ATMOSPHERE
CN116296620B (en) Gas path acquisition system, device and method of flue gas analyzer
CN218382650U (en) Direct-reading smoke and fume tester
CN207798624U (en) A kind of haze window screening filter effect test device