RU196118U1 - Устройство для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе - Google Patents
Устройство для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе Download PDFInfo
- Publication number
- RU196118U1 RU196118U1 RU2019139445U RU2019139445U RU196118U1 RU 196118 U1 RU196118 U1 RU 196118U1 RU 2019139445 U RU2019139445 U RU 2019139445U RU 2019139445 U RU2019139445 U RU 2019139445U RU 196118 U1 RU196118 U1 RU 196118U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rectangular
- aerosols
- gases
- measuring
- gas
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 17
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 abstract 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 8
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 6
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 6
- 239000000411 inducer Substances 0.000 description 6
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 2
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 2
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- IMCUVBSHZXQITN-UHFFFAOYSA-N 4-[[4-(4-chlorophenyl)-5-(2-methoxy-2-oxoethyl)-1,3-thiazol-2-yl]amino]-4-oxobutanoic acid Chemical compound S1C(NC(=O)CCC(O)=O)=NC(C=2C=CC(Cl)=CC=2)=C1CC(=O)OC IMCUVBSHZXQITN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000809 Alumel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000011022 operating instruction Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для одновременного анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферных облаках и двухфазных выбросах, экологического мониторинга. Устройство для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе содержит блок его подвески, два параллельных жестко связанных прямоугольных швеллера с входными прямоугольными отверстиями, содержащие полупроводниковые лазеры и фотодиоды, установленные соосно на внутренней поверхности прямоугольных швеллеров, электронный блок для питания и управления с системой оцифровывания и передачи сигналов измерительных каналов к удаленному компьютеру, сепаратор грубодисперсных капель, установленный перед прямоугольным отверстием, состоящий из прямоугольного канала постоянного сечения с расположенным в нем пористым цилиндром, при этом на выходе измерительного канала аэрозолей и примесных газов, внутри прямоугольного швеллера установлен газоанализатор. Техническим результатом является улучшение технических характеристик устройства для измерения содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Область техники.
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для одновременного анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферных облаках и двухфазных выбросах, экологического мониторинга окружающей среды и предупреждения техногенных аварий.
Уровень техники.
Известно фотоэлектрическое устройство для измерения концентрации и размеров 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 анализа газовых примесей в атмосферных облаках.
Известно устройство для измерения запыленности воздушного потока (патент РФ за полезную модель №38837), включающее канал для отсоса воздуха с фильтром на входе в него, побудитель тяги анализируемого воздуха центробежным вентилятором, датчик его расхода и измерительный блок газодинамического сопротивления фильтра. Устройство предварительно тарируется в зависимости от аэродинамического сопротивления фильтра при постоянном расходе воздуха. Его недостатком является невозможность одновременного анализа газовых и аэрозольных микропримесей в атмосфере.
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 атмосферном воздухе.
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 относительно большое значение времени быстродействия τ ≥ 15-30 с для используемых термокаталитического, полупроводникового и/или электрохимического сенсоров токсичных и горючих газов, а также невозможность одновременного анализа аэрозольных загрязнений и газов в атмосфере (Система газоаналитическая СКВА-01, Руководство по эксплуатации, ЕКРМ.411741.001 РЭ, ООО НПФ ИНКРАМ Москва, 2013). Величина т определяется как время, необходимое для регистрации объемной концентрации газовой смеси на уровне 90% от конечного значения после ее быстрого изменения.
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.
Недостатками эго инфракрасного газового анализатора являются относительно большая величина τ ≈ 10 с, вследствие диффузионного отбора газа в измерительную газовую кювету оптического инфракрасного датчика, а также невозможность одновременного анализа газовых и аэрозольных загрязнений атмосферного воздуха (Малогабаритный измерительный датчик взрывоопасных газов MIPEX-02-X-X-X.1 (RX). Руководство по эксплуатации ESAT.413347.002 РЭ. Версия 04 19.04.2017. 50 С. ООО "Оптосенс").
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 фильтрующим элементом, 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. Недостатком данного устройства является забивка фильтрующего элемента фильтратом и необходимость его периодической замены в процессе эксплуатации, а также дрейф начальной емкости из-за забивки фильтра пылевой компонентой.
Известен инфракрасный газоанализатор (патент РФ на полезную модель №191610), содержащий цилиндрический корпус, внутри которого расположены электронный блок и плата внешней коммуникации, а на его поверхности установлен разъем для подключения внешних цепей и инфракрасный оптический датчик с отверстиями для входа и выхода анализируемого газа, газовый канал, состоящий из коаксиальных внутренней и внешней цилиндрических труб, причем внешняя труба герметично присоединена к цилиндрическому корпусу и на ее выходе размещен пылевой фильтр, а внутренняя труба коаксиально и герметично соединена с инфракрасным оптическим датчиком, на ее торце расположен измеритель наружной температуры газа, снаружи нее установлена цилиндрическая электропечь, а внутри нее коаксиально и последовательно расположены пористый металлический наполнитель, аэрозольный фильтр, побудитель расхода анализируемого газа через отверстия для его входа и выхода в инфракрасном оптическом датчике и измеритель его внутренней температуры, дополнительную плату управления измерителями наружной и внутренней температуры анализируемого газа, побудителем его расхода и цилиндрической электропечью, установленную внутри цилиндрического корпуса.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для анализа содержания аэрозолей в атмосферном воздухе, описанное в статье «Быстродействующий лазерный анализатор мелких и крупных капель в аэрозольном потоке», А.В. Загнитько, Н.П. Зарецкий, Каникевич, И.Д. Мацуков, Д.Ю. Федин, журнал РФ «Приборы и техника эксперимента», 2019, №5, с. 150-152 (прототип). Устройство содержит блок его подвески на тросе или мачте, два параллельных жестко связанных прямоугольных швеллера с прямоугольными отверстиями для одновременного течения двухфазного потока аэрозолей и газов через измерительные каналы анализа мелких и крупных капель, содержащие полупроводниковые лазеры и фотодиоды, установленные соосно на внутренней поверхности прямоугольных швеллеров, электронный блок для питания и управления с системой оцифровывания и передачи сигналов измерительных каналов к удаленному компьютеру, сепаратор грубодисперсных капель, установленный перед прямоугольным отверстием для течения двухфазного потока аэрозолей и газов в измерительный канал, и состоящий из прямоугольного канала постоянного сечения с расположенным в нем пористым цилиндром для поперечного обтекания двухфазным потоком аэрозолей и газов.
Устройство по прототипу предназначено для анализа содержания аэрозолей в облаках и/или в двухфазных турбулентных струй в атмосферном воздухе путем измерения оптической плотности капель D = lg(I0/I) и поверхностной концентрации S = π<d2>n мелких и грубодисперсных капель, а также их стандартного отклонения σ(D) и σ(S), где I0 и I - соответственно интенсивность лазерного излучения без и в присутствии капель, <d2>0.5 - среднеквадратичный диаметр, а n - их счетная концентрация. Его недостатком является невозможность одновременного анализа аэрозолей и примесей газов в атмосферном воздухе.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является унификация конструкции устройства для измерения загрязненности воздуха аэрозолями и газами и расширение его функциональных возможностей.
Раскрытие сущности полезной модели.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение технических характеристик устройства для измерения содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе путем одновременного анализа содержания аэрозолей и газовых примесей в атмосфере.
Для достижения технического результата предложено устройство для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе, содержащее блок его подвески, два параллельных жестко связанных прямоугольных швеллера с входными прямоугольными отверстиями содержащие полупроводниковые лазеры и фотодиоды, установленные соосно на внутренней поверхности прямоугольных швеллеров, электронный блок для питания и управления с системой оцифровывания и передачи сигналов измерительных каналов к удаленному компьютеру, сепаратор грубодисперсных капель, установленный перед прямоугольным отверстием состоящий из прямоугольного канала постоянного сечения с расположенным в нем пористым цилиндром, отличающееся тем, что на выходе измерительного канала аэрозолей и примесных газов, внутри прямоугольного швеллера установлен газоанализатор.
Кроме того, газоанализатор выполнен на основе оптического инфракрасного сенсора с побудителем расхода анализируемого газа через аэрозольный фильтр и установлен по центру прямоугольного отверстия на внутренней поверхности прямоугольного швеллера.
В результате установки внутри прямоугольного швеллера газоанализатора на выходе анализируемого двухфазного потока аэрозолей и газов из измерительного канала достигается технический результат заявленной полезной модели, а именно осуществляется одновременный анализ содержания аэрозолей и различных примесных газов в облаках или турбулентных атмосферных выбросах аэрозолей и газов.
Для анализа метана и паров углеводородов топливных жидкостей типа сжиженного природного газа, бензина, керосина, мазута и т.п. газоанализатор выполнен на основе оптического инфракрасного сенсора с побудителем расхода газов через аэрозольный фильтр для устранения попадания дисперсных частиц в сенсор. В качестве оптического инфракрасного сенсора используется сенсор типа MIPEX согласно патенту патент РФ №2187093. Для уменьшения времени быстродействия газоанализатора τ используется оптический инфракрасный газоанализатор с сенсором MIPEX и с побудителем расхода смеси примесей газов с воздухом через аэрозольный фильтр к инфракрасному сенсору, согласно патенту РФ на полезную модель №191610.
Краткое описание чертежей.
На фигуре χ изображена принципиальная схема заявленного устройства для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе, где:
1 и 2 - два одинаковых параллельных и жестко состыкованных прямоугольных швеллера;
3 и 4 - прямоугольные входные одинаковые отверстия на поверхности швеллеров 1 и 2;
5 - блок подвески устройства;
6 и 7 - два параллельных полупроводниковых лазера с коллиматорами;
8 и 9 - два параллельных фотодиода с коллиматорами;
10 - электронный блок;
11 - прямоугольный канал сепаратора грубодисперсных аэрозолей;
12 - пористый цилиндр в канале 11 с поперечным обтеканием потоком аэрозолей и газов;
13 - измерительный канал аэрозолей с инерционным сепаратором грубодисперсных аэрозолей;
14 - измерительный канал аэрозолей и примесных газов с газоанализатором;
15 - газоанализатор;
16 - инерционный сепаратор грубодисперсных аэрозолей, состоящий из канала 11 и цилиндра 12;
L - длина входных отверстий 3 или 4;
Q(S) - объемный расход газа через газоанализатор 15.
Осуществление полезной модели.
На фигуре изображена принципиальная схема заявленного устройства для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе. Устройство содержит блок подвески 5 на тросе или мачте, два одинаковых жестко и параллельно состыкованных, прямоугольных швеллера 1 и 2 с прямоугольными входными одинаковыми отверстиями 3 и 4 длиной L для одновременного течения двух потоков аэрозолей и примесных газов через два измерительных канала 13 и 14, состоящие из соосно расположенных полупроводниковых лазеров 6 и 7 и двух фотодиодов 8 и 9 для регистрации их излучения, электронный блок 10 для питания и управления измерительными каналами 13 и 14 с системой оцифровывания и передачи их сигналов к удаленному компьютеру с использованием проводов витой пары. Перед входным отверстием 4 измерительного канала аэрозолей 13 установлен инерционный сепаратор грубодисперсных аэрозолей 16, состоящий из прямоугольного канала 11 и установленного в нем пористого цилиндра 12 диаметром D(ц) для поперечного обтекания двухфазным потоком аэрозолей и газов с инерционным улавливанием грубодисперсных частиц. В измерительном канале 14 на выходе двухфазного потока аэрозолей и примесных газов по его центру закреплен внутри на поверхности швеллера 2 газоанализатор 15. Прямоугольные швеллера 1 и 2 выполнены из пластика, композитных углеводородных материалов или металла.
При анализе содержания метана и паров углеводородов топливных жидкостей типа сжиженного природного газа, бензина, керосина, мазута и т.п. газоанализатор 15 выполнен на основе оптического инфракрасного сенсора типа MIPEX c аэрозольным фильтром для устранения попадания дисперсных частиц сенсор согласно патенту РФ №2187093. Для уменьшения времени быстродействия газоанализатора τ используется оптический инфракрасный газоанализатор с сенсором MIPEX и с побудителем расхода смеси примесей газов с воздухом через аэрозольный фильтр (на фигуре не показан) с расходом Q(S) согласно патенту РФ на полезную модель №191610.
Для длительной эксплуатации и устранения возможного осаждения капель на поверхность линз объективов лазеров и фотодиодов предусмотрена система их обдува чистым воздухом (на фигуре не показана).
Пористый цилиндр 12 предназначен для инерционного улавливания аэрозолей и одновременного впитывания пленки жидкого фильтрата капельного аэрозоля внутрь пористой структуры с целью устранения возможного срыва жидкости с поверхности цилиндра и ее дробления воздушным потоком с образованием вторичных капель. При обтекании цилиндра траектории движения капель за счет их инерции отклоняются от линий тока и осаждаются на его поверхность. Для сравнительно крупных капель их траектории близки к прямолинейным и эффективность захвата Е ≈ 100%. Основным параметром, определяющим инерционное осаждение более мелких капель, является число Стокса Stk = τ(p)U/D(ц), где τ(р) ≈ pd2C(Kn)/(18η) - время релаксации капли диаметром d < 150 мкм, для которой сила сопротивления среды определяется формулой Стокса, U - скорость газа вдали от цилиндра, ρ - плотность частицы, C(Kn)=1+1,23 (2λ/d) - поправка Стокса-Каннигема на скольжение газа, λ ≈ 6,53 × 10-6 см - средняя длина свободного пробега молекул воздуха и η ≈ 1,8×10-4 пуаз - его динамическая вязкость, ρ(в) ≈ 0,00129 г/см3 - плотность воздуха при 20°C (Райст П. Аэрозоли, введение в теорию. Москва. Мир. 280 С. 1987). Отметим, что при больших числах Рейнольдса Re = ρ(в)d U/η > 1000 на поверхности цилиндра имеется пограничный слой толщиной ≈ D(ц)/2(Re)1/2. При Stk = 1,6 эффективность Е ≈ 50%. Если Stk > 10 влияние пограничного слоя незначительно и Е → 100%. Критическое число Стокса с учетом пограничного слоя составляет Stk(κ) ≈ 0,25 и при меньших значениях числа Стокса капли не осаждаются на цилиндр (Райст П. Аэрозоли, введение в теорию. Москва. Мир. 280 С. 1987).
Согласно теории рассеивания плоской электромагнитной волны (Райст П. Аэрозоли, введение в теорию. Москва. Мир. 280 С. 1987) половина ослабления падающего на однородную крупную сферу диаметром d > 2-3 мкм потока энергии обуславливается дифракцией волн на ее контуре, а другая - рассеиванием за счет отражения и поглощения. Согласно закону Ламберта-Бугера-Беера ослабление излучения в дисперсных средах можно рассчитывать по формуле I = I0 ехр (- КL), где К - объемный коэффициент ослабления (Быстродействующий лазерный анализатор мелких и крупных капель в аэрозольном потоке», А.В. Загнитько, Н.П. Зарецкий, Каникевич, И.Д. Мацуков, Д.Ю. Федин, журнал РФ «Приборы и техника эксперимента», 2019, №5, с. 150-152).
Выраженное через поверхностную S или массовую М концентрацию полидисперсных капель ослабление света составляет I ≈ I0 ехр (-SL/4). Величина S = 9,2 D/L, a M = Sρd* /6, где d* = <d3>/<d2> и <d3>1/3 - средний массовый диаметр полидисперсных капель (Быстродействующий лазерный анализатор мелких и крупных капель в аэрозольном потоке», А.В. Загнитько, Н.П. Зарецкий, Каникевич, И.Д. Мацуков, Д.Ю. Федин, журнал РФ «Приборы и техника эксперимента», 2019, №5, с. 150-152).
Величины I и I0 от лазеров 6 и 7 регистрируются фотодиодами 8 и 9 в измерительных каналах 13 и 14.
Устройство работает следующим образом. Его подвешивают на мачте или тросе с помощью блока 5 на высоте до 50 м в атмосфере. Анализируемый конвективный поток капель, примесных газов и воздуха в облаках или двухфазных атмосферных выбросах поступает в измерительные каналы 13 и 14. В результате одновременно измеряются значения оптической плотности аэрозолей D по измеренным значениям I и I0 в канале 14 до пористого цилиндра 12, а в канале 13 после него. Это позволяет определить поверхностную концентрацию мелких и грубодисперсных аэрозолей по измеренным значениям D согласно закону Ламберта-Бугера-Беера, описывающего ослабление излучения в дисперсных средах с учетом геометрических размеров устройства (Быстродействующий лазерный анализатор мелких и крупных капель в аэрозольном потоке», А.В. Загнитько, Н.П. Зарецкий, Каникевич, И.Д. Мацуков, Д.Ю. Федин, журнал РФ «Приборы и техника эксперимента», 2019, №5, с. 150-152). Одновременно, в канале 14 без пористого цилиндра 12 измеряется объемная концентрация газов или паров примесей в воздухе с помощью калиброванного газоанализатора 15, установленного внутри швеллера 2 на выходе двухфазного потока капель и паров из канала 14. Для увеличения быстродействия газоанализатора 15 осуществляется непрерывная аспирация газов через высокоэффективный аэрозольный фильтр побудителем расхода (на фигуре не показан) с расходом Q(S) = 10-50 см3/с. В результате время быстродействия τ ≤ 0,1-0,5 с в зависимости от величины расхода аспированной пробы газа Q(S).
Результаты измерения содержания аэрозолей и примесных газов или паров примесей передаются с периодом 10 мкс блоком 10 по витой паре в удаленный компьютер (на фигуре не показан), где программа обрабатывает и сохраняет полученные данные. Собранная информация непрерывно передается на пункт анализа по оптоволоконной линии длиной до 5-10 км с сетевым интерфейсом 100 Мбит Ethernet. Программное обеспечение позволяет сохранять данные и отображать их на экране головного компьютера в реальном масштабе времени в виде таблиц и графиков (на фигуре не показан).
Пример. Прямоугольные швеллера 1 и 2 были изготовлены из дюраля длиной 100 см и шириной 8 см. Размер отверстий 3 и 4 составлял 27(длина) и 4 (ширина) см. Напряжение питания 24 В; мощность излучения лазеров 6 и 7 и длина их волны около 5 мВт и 0,68 мкм; временное разрешение ≈ 10 мкс; длина рассеивающего слоя капель в измерительном канале 13 или 14 L = 27 см; диаметр и площадь поперечного сечения оптического пучка в измерительных каналах 13 или 14 составляли d1 ≈ 1,6 см и S1 ≈ 2 см2; диаметр приемного объектива фотодиода 8 или 9 совпадал с величиной d1; диапазон измерения оптической плотности аэрозолей D ≈ 0,03 - 3,5; измеряемая поверхностная концентрация S = 1-150 м2/м3; анализируемый объем аэрозолей до 100 см3; диапазон рабочей температуры Т = -20 - 55°C; временное разрешение при регистрации температуры облаков или двухфазных атмосферных выбросов термопарами хромель-алюмель составляет около 150 мс; диаметр пористого цилиндра 12 длиной L = 27 см из волокнистого полиэстера D(ц) ≈ 3,5 см, а его емкость по отношению к жидкому фильтрату капель ≈ 50 г.
Анализ объемной концентрации метана и паров углеводородов осуществлялся газоанализатором 15 с инфракрасно-оптическим сенсором из семейства MIPEX c рабочей температурой от -40 до 60°C согласно патенту РФ №2187093 и патенту РФ на полезную модель №191610. Газоанализатор 15 был установлен по центру отверстия 3 на внутренней стенке швеллера 2 в измерительном канале 14. В качестве побудителя расхода для аспирации примесных газов из воздуха использовался микрокомпрессор (на фиг. 1 не показан) с расходом Q(S) 50 см3/с и с постоянным напряжением питания 12 В. Газ для анализа отбирался в газоанализатор через высокоэффективный фильтр аэрозольных частиц класса H11 (на фигуре не показан) для устранения влияния дисперсных частиц на показания сенсора.
Разработанное устройство было использовано при детектировании двухфазных выбросов капельного аэрозоля керосина объемом до 5×105 м3 и длиной до 100 м в атмосфере при начальной температуре атмосферного воздуха 18-20°C. Высота его подвески на тросе составляла около 25 м. В результате были измерены распределения температуры, оптической плотности D и поверхности S мелких (d < 20 мкм) и более крупных (d ≈ 20-800 мкм) капель в струе от времени, а также кинетика ее становления и распада в процессе образования, седиментации и турбулентной коагуляции капель с их дроблением воздушными потоками и рассеиванием ветром. Одновременно, детектировалась объемная концентрация паров керосина от времени образования и распада двухфазной струи капель, паров и воздуха. Показано, что их значения в струе флуктуирует от времени и существенно меньше величин концентрации насыщенных паров углеводородов керосина при одинаковой температуре.
Результаты одновременного измерения содержания аэрозолей керосина и объемной концентрации его паров в атмосфере передавались электронным блоком 10 с периодом 10 мкс по витой паре в удаленный на 600 м компьютер, где программа обрабатывала и сохраняла полученные данные. Собранная информация непрерывно поступала с удаленного компьютера на головной пункт анализа по оптоволоконной линии длиной 4000 м с сетевым интерфейсом 100 Мбит Ethernet. Программное обеспечение непрерывно отображала данные на экране головного компьютера.
Таким образом, сравнение характеристик заявленного устройства для измерения содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе с прототипом показывает, что за счет использования газоанализатора удается одновременно анализировать содержание аэрозолей и паров в облаках и двухфазных атмосферных выбросах. Устройство по прототипу не позволяет осуществлять одновременное измерение содержания аэрозолей и объемной концентрации примесных газов в атмосфере.
Claims (2)
1. Устройство для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе, содержащее блок его подвески, два параллельных жестко связанных прямоугольных швеллера с входными прямоугольными отверстиями, содержащие полупроводниковые лазеры и фотодиоды, установленные соосно на внутренней поверхности прямоугольных швеллеров, электронный блок для питания и управления с системой оцифровывания и передачи сигналов измерительных каналов к удаленному компьютеру, сепаратор грубодисперсных капель, установленный перед прямоугольным отверстием, состоящий из прямоугольного канала постоянного сечения с расположенным в нем пористым цилиндром, отличающееся тем, что на выходе измерительного канала аэрозолей и примесных газов внутри прямоугольного швеллера установлен газоанализатор.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что газоанализатор выполнен на основе оптического инфракрасного сенсора с побудителем расхода анализируемого газа через аэрозольный фильтр и установлен по центру прямоугольного отверстия на внутренней поверхности прямоугольного швеллера.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019139445U RU196118U1 (ru) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | Устройство для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019139445U RU196118U1 (ru) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | Устройство для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU196118U1 true RU196118U1 (ru) | 2020-02-18 |
Family
ID=69626515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019139445U RU196118U1 (ru) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | Устройство для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU196118U1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU198027U1 (ru) * | 2020-02-19 | 2020-06-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для быстрого анализа загрязненности воздуха атмосферными высококонцентрированными аэрозольными выбросами капель |
| RU199840U1 (ru) * | 2020-05-25 | 2020-09-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Диффузионный детектор водорода |
| RU2758799C1 (ru) * | 2020-08-21 | 2021-11-02 | Владимир Александрович Полянский | Способ дистанционной идентификации радиоактивного облака в атмосфере |
| RU207645U1 (ru) * | 2021-07-07 | 2021-11-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу |
| RU211142U1 (ru) * | 2021-12-29 | 2022-05-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе сжиженного природного газа в атмосферу |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU172094A1 (ru) * | Институт прикладной геофизики Главного управлени гидромета утбы | УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ И РАЗМЕРОВ ОБЛАЧНЫХ КАПЕЛЬ• А1Ы1;Щ^ ТЕХЯИ»!Г:СКДЯ Б^В''ИОГГ!;л | ||
| RU2187093C2 (ru) * | 2000-06-14 | 2002-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭМИ" | Недисперсионный многоканальный инфракрасный газовый анализатор |
| US20170299536A1 (en) * | 2016-04-14 | 2017-10-19 | Fujitsu Limited | Gas analyzer and gas analysis method |
| RU182124U1 (ru) * | 2018-05-28 | 2018-08-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для измерения содержания газов и пыли в атмосфере |
-
2019
- 2019-12-04 RU RU2019139445U patent/RU196118U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU172094A1 (ru) * | Институт прикладной геофизики Главного управлени гидромета утбы | УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ И РАЗМЕРОВ ОБЛАЧНЫХ КАПЕЛЬ• А1Ы1;Щ^ ТЕХЯИ»!Г:СКДЯ Б^В''ИОГГ!;л | ||
| RU2187093C2 (ru) * | 2000-06-14 | 2002-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭМИ" | Недисперсионный многоканальный инфракрасный газовый анализатор |
| US20170299536A1 (en) * | 2016-04-14 | 2017-10-19 | Fujitsu Limited | Gas analyzer and gas analysis method |
| RU182124U1 (ru) * | 2018-05-28 | 2018-08-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для измерения содержания газов и пыли в атмосфере |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU198027U1 (ru) * | 2020-02-19 | 2020-06-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для быстрого анализа загрязненности воздуха атмосферными высококонцентрированными аэрозольными выбросами капель |
| RU199840U1 (ru) * | 2020-05-25 | 2020-09-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Диффузионный детектор водорода |
| RU2758799C1 (ru) * | 2020-08-21 | 2021-11-02 | Владимир Александрович Полянский | Способ дистанционной идентификации радиоактивного облака в атмосфере |
| RU207645U1 (ru) * | 2021-07-07 | 2021-11-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу |
| RU211142U1 (ru) * | 2021-12-29 | 2022-05-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе сжиженного природного газа в атмосферу |
| RU2797041C1 (ru) * | 2022-01-18 | 2023-05-31 | Владимир Александрович Полянский | Способ дистанционной оценки уровня активности радиоактивного облака в атмосфере |
| RU212804U1 (ru) * | 2022-03-30 | 2022-08-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Устройство для автоматического контроля параметров аэрозольных выбросов |
| RU213052U1 (ru) * | 2022-04-06 | 2022-08-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU196118U1 (ru) | Устройство для анализа содержания аэрозолей и газов в атмосферном воздухе | |
| US9541488B2 (en) | Particle sampling and measurement in the ambient air | |
| CN103728229A (zh) | 测量大气颗粒物的平均粒径和浓度的测量装置及测量方法 | |
| US10495573B1 (en) | Instrument for measuring airborne particulate matter | |
| CN103018145A (zh) | 一种新型的pm2.5质量浓度实时监测装置与监测方法 | |
| CN103674793A (zh) | 环境空气中的颗粒的采样和测量设备和方法 | |
| CN106769744A (zh) | 一种车载激光粉尘传感器 | |
| CN102608010B (zh) | 微粒子pm检测方法及设备 | |
| CN211292462U (zh) | 气溶胶粒子采集与进样系统 | |
| Goldschmidt | Measurement of aerosol concentrations with a hot wire anemometer | |
| RU195645U1 (ru) | Устройство для измерения содержания аэрозолей и газов в атмосфере | |
| WO2019006017A1 (en) | INSTRUMENT FOR MEASURING AIRBORNE PARTICULATE MATTER | |
| RU195687U1 (ru) | Устройство для измерения концентрации аэрозолей и примесных газов в воздушном потоке | |
| CN206114476U (zh) | 一种测量细颗粒物浓度的传感器 | |
| RU207645U1 (ru) | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу | |
| RU211142U1 (ru) | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе сжиженного природного газа в атмосферу | |
| CN215297070U (zh) | 一种用于滤材过滤效率测试仪的光度计 | |
| RU213052U1 (ru) | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов при выбросе топливных жидкостей в атмосферу | |
| RU215848U1 (ru) | Устройство для анализа содержания тонкодисперсных аэрозолей и паров жидких углеводородов в атмосфере | |
| Rostedt et al. | Non-collecting electrical sensor for particle concentration measurement | |
| RU200194U1 (ru) | Устройство для быстрого анализа содержания капель в атмосферных высококонцентрированных аэрозольных выбросах и облаках | |
| CN108761577A (zh) | 基于积分球的前向散射能见度仪外场检定装置及方法 | |
| RU218768U1 (ru) | Устройство для анализа содержания аэрозолей и паров углеводородов в атмосфере | |
| RU200344U1 (ru) | Устройство для измерения загрязненности воздушных потоков аэрозолями и выбросами паров сжиженного природного газа | |
| RU198027U1 (ru) | Устройство для быстрого анализа загрязненности воздуха атмосферными высококонцентрированными аэрозольными выбросами капель |