RU2047857C1 - Device for automatic control of waste gases composition - Google Patents

Device for automatic control of waste gases composition Download PDF

Info

Publication number
RU2047857C1
RU2047857C1 SU5030582A RU2047857C1 RU 2047857 C1 RU2047857 C1 RU 2047857C1 SU 5030582 A SU5030582 A SU 5030582A RU 2047857 C1 RU2047857 C1 RU 2047857C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
outputs
inputs
infrared radiation
photodetector
dust
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ю.И. Горлов
А.М. Онищенко
А.В. Ивашов
Original Assignee
Горлов Юрий Иванович
Онищенко Александр Михайлович
Ивашов Александр Владимирович
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 Горлов Юрий Иванович, Онищенко Александр Михайлович, Ивашов Александр Владимирович filed Critical Горлов Юрий Иванович
Priority to SU5030582 priority Critical patent/RU2047857C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2047857C1 publication Critical patent/RU2047857C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mining engineering. SUBSTANCE: device has infrared radiation source with collimator and photoreceptor with modulator placed on the opposite sides of gas volume under control having thickness d, indicating and registering unit, five transducers, difference measuring units, three relation measuring units, difference measuring unit and relation measuring unit connected in series, additional photoreceptor, calculating unit, relation measuring unit, three difference measuring units and ten circuits made of amplifier and band filter connected in series, where an additional photoreceptor is placed outside of collimated infrared radiation beam behind the modulator, both photoreceptors being five-banded with registering radiation wavelengths 1.3-1.7 mcm, 3.0-3.4 mcm, 4.1-4.5 mcm, 4.5-4.7 mcm and 7.6-7.8 mcm. EFFECT: enhanced accuracy of control. 7 dwg

Description

Изобретение относится к горной автоматике, а более конкретно к контролю состава отработанных газов, и может быть использовано для управления топками электростанций, котельных и других термических установок, в которых сжигается уголь или мазут, а также для управления вентиляцией и пылеулавливанием угольных шахт и различных предприятий. The invention relates to mining automation, and more specifically to monitoring the composition of exhaust gases, and can be used to control the furnaces of power plants, boiler houses and other thermal installations in which coal or fuel oil is burned, as well as to control the ventilation and dust collection of coal mines and various enterprises.

Известен абсорбционный газоанализатор, содержащий источник излучения, модулятор потока излучения, расположенный на оптической оси источника излучения, сравнительный и измерительные оптические каналы, включающие сравнительную и измерительную кюветы с фильтрами, приемник излучения, оптически связанный с упомянутыми кюветами и регистрирующий прибор, в котором для повышения точности и чувствительности измерительные кюветы расположены под сравнительной кюветой параллельно одна другой, а модулятор потока излучения выполнен в виде пар призм, совмещенных по диагонали с возможностью перемещения призм в каждой паре одна относительно другой по нормали к поверхности их разделения, при этом половина пар призм установлена на входах кювет, а другая половина на выходах [1]
Недостатком известного устройства является низкая точность, связанная с влиянием флуктуаций содержания пыли и неучетом истинной концентрации пыли.
Known absorption gas analyzer containing a radiation source, a radiation flux modulator located on the optical axis of the radiation source, comparative and measuring optical channels, including comparative and measuring cuvettes with filters, a radiation receiver optically coupled to said cuvettes and a recording device in which to increase accuracy and sensitivity measuring cuvettes are located under the comparative cuvette parallel to one another, and the radiation flux modulator is made in the form of pairs a prism aligned diagonally with the ability to move the prisms in each pair, one relative to the other, normal to the surface of their separation, with half of the pairs of prisms installed at the entrances of the ditches, and the other half at the exits [1]
A disadvantage of the known device is the low accuracy associated with the influence of fluctuations in the dust content and neglect of the true concentration of dust.

Известно устройство для автоматического контроля состава отработанных газов, содержащее установленные друг против друга по разные стороны от контролируемого объема газа толщиной d источник инфракрасного излучения с коллиматором и фотоприемник с модулятором, блок индикации и регистрации, пять задатчиков, измеритель разности, три измерителя отношений, последовательно соединенные измеритель разности и измеритель отношений, который для повышения точности снабжен вращающимся обтюратором с двумя подвижными коллиматорами, блоком хранения-выборки, логарифматором, двумя блоками умножения, генератором импульсов, делителем частоты, управляемым коммутатором, целью из последовательно соединенных второго блока хранения-выборки, второго логарифматора, оперативного запоминающего устройства, двух измерителей разности и измерителя отношений, а также цепью из последовательно соединенных третьего блока хранения-выборки и трех измерителей отношений, причем информационный вход управляемого коммутатора соединен с выходом инфракрасного фотодиода, первый управляющий вход соединен с первым выходом генератора импульсов, второй управляющий вход соединен с входом запоминающего устройства и с выходом делителя частоты, вход которого соединен со вторым выходом генератора импульсов, а выходы управляемого коммутатора соединены с входами блоков хранения-выборки, выход первого из которых соединен с вторым входом второго измерителя отношений, а выход третьего блока хранения-выборки через первый логарифматор соединен с вторым входом первого измерителя разности, выходы первого и четвертого измерителей отношений соединены с вторым и третьим входами порогового блока, четвертый вход которого соединен с вторым задатчиком, выход третьего измерителя отношений соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с третьим задатчиком, а выход соединен с вторым входом второго измерителя разности, второй вход третьего измерителя отношений соединен с четвертым задатчиком, второй вход четвертого измерителя отношений соединен с пятым задатчиком и с первым входом второго блока умножения, второй вход которого соединен с шестым задатчиком, а выход соединен с вторым входом первого измерителя отношений, при этом неподвижный коллиматор выполнен расширяющимся и установлен у лазерного инфракрасного светодиода широкой стороной к инфракрасному фотодиоду, первый подвижный коллиматор выполнен сужающимся и установлен перед инфракрасным фотодиодом одной лопасти обтюратора узкой стороной к светодиоду, а второй подвижный коллиматор выполнен кольцевым и установлен на второй лопасти обтюратора [2]
Недостатками известного устройства являются невозможность измерения содержаний пыли, угля, влаги, угарного и углекислого газов в отработавших газах и низкая точность измерений за счет влияния изменений интенсивности инфракрасного излучения, загрязнения окон источника и фотоприемника и изменений температуры отработанных газов.
A device for automatically controlling the composition of exhaust gases, comprising installed against each other on opposite sides of a controlled volume of gas of thickness d, an infrared radiation source with a collimator and a photodetector with a modulator, an indication and registration unit, five adjusters, a difference meter, three ratio meters, connected in series difference meter and ratio meter, which is equipped with a rotary shutter with two movable collimators, a storage unit to increase accuracy I-samples, a logarithm, two multiplication units, a pulse generator, a frequency divider controlled by a switch, a target from a series-connected second storage-sample unit, a second logarithm, random access memory, two difference meters and a ratio meter, as well as a chain of a third connected in series storage-sample unit and three relationship meters, the information input of the managed switch being connected to the output of the infrared photodiode, the first control input being connected n with the first output of the pulse generator, the second control input is connected to the input of the storage device and to the output of the frequency divider, the input of which is connected to the second output of the pulse generator, and the outputs of the managed switch are connected to the inputs of the storage-sample units, the output of the first of which is connected to the second input the second relationship meter, and the output of the third storage-sample unit through the first logarithm is connected to the second input of the first difference meter, the outputs of the first and fourth relationship meters are connected s with the second and third inputs of the threshold unit, the fourth input of which is connected to the second master, the output of the third relationship meter is connected to the first input of the multiplication unit, the second input of which is connected to the third master, and the output is connected to the second input of the second difference meter, the second input of the third meter relations is connected to the fourth master, the second input of the fourth meter is connected to the fifth master and the first input of the second multiplication unit, the second input of which is connected to the sixth master, and the output connected to the second input of the first relationship meter, while the fixed collimator is made expandable and installed at the infrared laser LED with the wide side to the infrared photodiode, the first movable collimator is made tapering and installed in front of the infrared photodiode of one shutter blade with the narrow side to the LED, and the second movable collimator is made circular and mounted on the second blade of the shutter [2]
The disadvantages of the known device are the inability to measure the contents of dust, coal, moisture, carbon monoxide and carbon dioxide in the exhaust gases and the low accuracy of the measurements due to the influence of changes in the intensity of infrared radiation, pollution of the source and photodetector windows and changes in the temperature of the exhaust gases.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем дополнительного измерения содержаний пыли, угля, влаги, угарного и углекислого газов в отработанных газах при одновременном повышении точности за счет устранения влияний изменения интенсивности инфракрасного излучения, загрязнения окон источника и фотоприемника и изменений температуры отработавших газов, а также одновременное упрощение устройства. The aim of the invention is to expand the functionality by additionally measuring the contents of dust, coal, moisture, carbon monoxide and carbon dioxide in the exhaust gases while improving accuracy by eliminating the effects of changes in the intensity of infrared radiation, pollution of the source and photodetector windows and changes in temperature of the exhaust gases, as well as simultaneous simplification of the device.

Цель достигается тем, что устройство автоматического контроля состава отработанных газов, содержащее установленные друг против друга по разные стороны от контролируемого объема газа толщиной d источник инфракрасного излучения с коллиматором и фотоприемник с модулятором, блок индикации и регистрации, пять задатчиков, измеритель разности, три измерителя отношений, последовательно соединенные измеритель разности и измеритель отношений, снабжено дополнительным фотоприемником, вычислительным блоком, измерителем отношений, тремя измерителями разности и десятью цепями из последовательно соединенных усилителя и полосового фильтра, причем дополнительный фотоприемник установлен за пределами коллимированного пучка инфракрасного излучения за модулятором, оба фотоприемника выполнены пятидиапазонными на длины волн регистрируемого излучения 1,3-1,7, 3,0-3,4, 4,1-4,5, 4,5-4,7 и 7,6-8,4 мкм, при этом выходы фотоприемников соединены со входами усилителей, выходы пяти полосовых фильтров от выходов дополнительного фотоприемника соединены с первыми входами измерителей разности, ко вторым входам которых подключены выходы задатчиков, выходы измерителей разности соединены с первыми входами измерителей отношений, ко вторым входам которых подключены выходы пяти полосовых фильтров от выходов фотоприемника, выходы пяти измерителей отношений соединены со входами вычислительного блока, выход которого соединен со входом блока индикации и регистрации. The goal is achieved by the fact that the device for automatic control of the composition of the exhaust gases, containing installed opposite each other on a controlled volume of gas of thickness d, an infrared radiation source with a collimator and a photodetector with a modulator, an indication and registration unit, five adjusters, a difference meter, three ratio meters connected in series to a difference meter and a ratio meter, is equipped with an additional photodetector, a computing unit, a ratio meter, three meters difference fuses and ten circuits from a series-connected amplifier and a band-pass filter, with an additional photodetector installed outside the collimated infrared beam behind the modulator, both photodetectors are made five-band for the wavelengths of the detected radiation 1.3-1.7, 3.0-3.4 , 4.1-4.5, 4.5-4.7 and 7.6-8.4 microns, while the outputs of the photodetectors are connected to the inputs of the amplifiers, the outputs of the five bandpass filters from the outputs of the additional photodetector are connected to the first inputs of the difference meters, to the second entrance where the outputs of the adjusters are connected, the outputs of the difference meters are connected to the first inputs of the ratio meters, the outputs of five bandpass filters from the outputs of the photodetector are connected to the second inputs of the outputs, the outputs of five ratio meters are connected to the inputs of the computing unit, the output of which is connected to the input of the indication and registration unit.

Изобретательский акт при создании устройства состоит в преодолении технического противоречия. Суть противоречия заключается в следующем. Для расширения функциональных возможностей при обычном инженерном проектировании усложняют устройство введением дополнительных каналов. Для устранения каждого влияющего действия получают специальный корректирующий сигнал о действии, что также усложняет устройство. В предложенном устройстве расширение функциональных возможностей и повышение точности путем устранения влияния трех сильных возмущающих факторов достигнуты одновременно не только без дополнительного усложнения устройства, но и при упрощении устройства по сравнению с прототипом. Для преодоления технического противоречия необходимы и достаточны все отличительные признаки устройства: 1) дополнительный фотоприемник, 2) вычислительный блок, 3) измеритель отношений, 4) три измерителя разности, 5) десять цепей из последовательно соединенных усилителя и полосового фильтра, 6) дополнительный фотоприемник установлен за пределами коллимированного пучка инфракрасного излучения за модулятором, 7) оба фотоприемника выполнены пятидиапазонными на длины волн регистрируемого излучения 1,3-1,7, 3,0-3,4, 4,1-4,5, 4,5-4,7 и 7,6-8,4 мкм, 8) выходы фотоприемников соединены со входами усилителей, 9) выходы пяти полосовых фильтров от выходов дополнительного фотоприемника соединены с первыми входами измерителей разности, 10) ко вторым входам измерителей разности подключены выходы задатчиков, 11) выходы измерителей разности соединены с первыми входами измерителей отношений, 12) ко вторым входам измерителей отношений подключены выходы пяти полосовых фильтров от выходов фотоприемника, 13) выходы пяти измерителей отношений соединены со входами вычислительного блока, 14) выход вычислительного блока соединен со входом блока индикации и регистрации. Первый пятый, восьмой и 14-й признаки известны сами по себе по отдельности, однако для преодоления технического противоречия, т.е. для достижения поставленной цели, они никогда ранее не служили. Остальные семь признаков неизвестны даже по отдельности сами по себе. Если исключить или заменить на эквивалентный любой из 14 отличительных признаков, то цель не будет достигнута. Это однозначно следует из приведенного ниже описания. Поэтому совокупность 14 отличительных признаков соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень". An inventive act in creating a device consists in overcoming a technical contradiction. The essence of the contradiction is as follows. To expand the functionality in conventional engineering design, the device is complicated by the introduction of additional channels. To eliminate each influencing action, a special corrective signal about the action is obtained, which also complicates the device. In the proposed device, the expansion of functionality and increased accuracy by eliminating the influence of three strong disturbing factors are achieved simultaneously not only without additional complication of the device, but also by simplifying the device compared to the prototype. To overcome the technical contradiction, all the distinguishing features of the device are necessary and sufficient: 1) an additional photodetector, 2) a computing unit, 3) a ratio meter, 4) three difference meters, 5) ten circuits from the amplifier and a bandpass filter connected in series, 6) an additional photodetector is installed outside the collimated infrared beam behind the modulator, 7) both photodetectors are made five-band at the wavelengths of the detected radiation 1.3-1.7, 3.0-3.4, 4.1-4.5, 4.5-4, 7 and 7.6-8.4 microns; 8) photo outputs receivers are connected to the inputs of amplifiers, 9) the outputs of five bandpass filters from the outputs of an additional photodetector are connected to the first inputs of difference meters, 10) the outputs of the adjusters are connected to the second inputs of the difference meters, 11) the outputs of the difference meters are connected to the first inputs of the ratio meters, 12) to the second the outputs of the relationship meters are connected to the outputs of five bandpass filters from the outputs of the photodetector, 13) the outputs of the five relationship meters are connected to the inputs of the computing unit, 14) the output of the computing unit the eye is connected to the input of the display and registration unit. The first fifth, eighth and 14th signs are known individually by themselves, however, to overcome the technical contradiction, i.e. to achieve their goals, they have never served before. The remaining seven signs are unknown even individually by themselves. If you exclude or replace with an equivalent one of any of the 14 distinctive features, the goal will not be achieved. This clearly follows from the description below. Therefore, a set of 14 distinctive features meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

На фиг.1 показаны спектры ослабления (поглощения) инфракрасного излучения (далее ИК-излучения) влагой H2О, СО, СH4, N2О, О3, СО2, HDO и солнечный спектр ИК-излучения; на фиг.2 зависимости коэффициентов ослабления ИК-излучения угольной пылью (кривая 1), известняковой пылью (кривая 2), песканиковой пылью (кривая 3) от длины волны λ; на фиг.3 зависимости интенсивности прошедшего Iп и рассеянного вперед IрИК-излучения через слой дыма толщиной d от общего содержания пыли Сп в отработавших газах; на фиг.4 зависимости отношения интенсивностей ηп= Iр/Iп от Сп при 0 < Cп < 170 г/м3; на фиг.5 зависимости отношения ηп Iр/Iп от Сп при 170 г/м3 < Cп < 340 г/м3; на фиг.6 зависимости абсолютных значений относительных чувствительностей прошедшегоSп| и рассеянного впередSp| ИК-излучения к содержанию общей пыли в дыме Спот самого содержания Сп, а также зависимость абсолютного значения относительной чувствительности отношенияSo| от Сп; на фиг.7 функциональная схема устройства для автоматического контроля состава отработавших газов.Figure 1 shows the attenuation spectra of infrared radiation (hereinafter IR radiation) with moisture H 2 O, CO, CH 4 , N 2 O, O 3 , CO 2 , HDO and the solar IR spectrum; figure 2 dependence of the attenuation coefficients of infrared radiation of coal dust (curve 1), limestone dust (curve 2), sandstone dust (curve 3) on wavelength λ; in Fig.3 the dependence of the intensity of the transmitted I p and forward scattered I p IR radiation through a smoke layer of thickness d on the total dust content C p in the exhaust gases; in Fig.4 the dependence of the ratio of intensities η p = I p / I p from C p at 0 <C p <170 g / m 3 ; figure 5, the relationship of the ratio η p I p / I p from C p at 170 g / m 3 <C p <340 g / m 3 ; figure 6 dependence of the absolute values of the relative sensitivity of the past S p | and forward scattered S p | IR radiation to the total dust content in the smoke C p on the content of C p itself , as well as the dependence of the absolute value of the relative sensitivity of the ratio S o | from C p ; 7 is a functional diagram of a device for automatically controlling the composition of exhaust gases.

Сущность изобретения поясняется следующими обстоятельствами. The invention is illustrated by the following circumstances.

Интенсивность прошедшего через слой дыма толщиной d ИК-излучения Iп экспоненциально уменьшается с ростом общего содержания пыли в дыме Сппо формуле
Iп Iоп exр(-KпdCп), (1) где Iоп интенсивность прошедшего ИК-излучения при Сп 0; Кп коэффициент ослабления ИК-излучения пылью. Если d измеряется в метрах (м), а содержание Сп измеряется в г/м3, то для получения безразмерного произведения КпСпd коэффициент Кп необходимо выразить в м2/г.
The intensity of the infrared radiation transmitted through the smoke layer of thickness d p Ip exponentially decreases with increasing total dust content in the smoke C p according to the formula
I p I op exr (-K p dC p ), (1) where I op is the intensity of transmitted infrared radiation at C p 0; To p the attenuation coefficient of infrared radiation by dust. If d is measured in meters (m), and the content of C p is measured in g / m 3 , then to obtain the dimensionless product K p C p d, the coefficient K p must be expressed in m 2 / g.

Интенсивность рассеянного в направлении вперед в слое дыма толщиной d ИК-излучения Iр изменяется с изменением Сп по формуле
Ip Iоp + σп dCп exр (- КрdCп), (2) где Iор интенсивность рассеянного вперед ИК-излучения при Сп 0; σп- коэффициент рассеивания ИК-излучения пылью, Кр коэффициент ослабления рассеянного вперед ИК-излучения пылью. Если Сп измеряется в г/м3, а d в м, то σп, Кр и Кп выражаются в м2/г.
The intensity of the infrared radiation I p scattered in the forward direction in the smoke layer of thickness d p varies with C p according to the formula
I p I оp + σ p dC p exр (- К p dC p ), (2) where I Оp is the intensity of forward scattered IR radiation at С p 0; σ p - the coefficient of dispersion of infrared radiation by dust, K p the attenuation coefficient of forward-scattered infrared radiation by dust. If C p is measured in g / m 3 and d in m, then σ p , K p and K p are expressed in m 2 / g.

Чтобы обеспечить независимость интенсивностей Iп и Iр от влияния изменений влаги, СО, СО2, других газов в дыме, а также от изменений содержаний песчаниковой Спс и известняковой Си (т.е. устранить влияние перераспределений содержаний угольной Су, песчаниковой Спс и известняковой Си пыли при Сп Су + Cпс + Cи cоnst) нужно выбрать соответствующим образом длину волны для определения Сп.In order to ensure that the intensities I p and I p are independent of the influence of changes in moisture, CO, CO 2 , other gases in the smoke, as well as changes in the contents of sandstone С ps and limestone С and (i.e., eliminate the effect of redistribution of the contents of coal С у , sandstone With ps and limestone C and dust at C p C y + C ps + C and const) it is necessary to choose the appropriate wavelength to determine C p .

Из приведенных на фиг.1 и фиг.2 графиков видно, что в диапазоне длин волн 7,6-8,4 мкм отсутствуют сильные полосы поглощения ИК-излучения основными газовыми компонентами дымовых газов и в этом диапазоне длин волн отсутствуют сильные полосы поглощения ИК-излучения влагой. Кроме того, в данном диапазоне длин волн коэффициенты ослабления ИК-излучения песчаниковой Кпс и известняковой Ки пылью близки друг к другу Кпс ≈ Ки. Поэтому в диапазоне длин волн от 7,6 мкм до 8,4 мкм интенсивности прошедшего Iп и рассеянного вперед Iр ИК-излучения будут зависеть лишь от общего содержания пыли в дыме Сп и никак не будут зависеть от перераспределения содержаний Су, Спс и Си при Сп соnst.From the graphs shown in Fig.1 and Fig.2, it is seen that in the wavelength range of 7.6-8.4 μm there are no strong absorption bands of infrared radiation by the main gas components of the flue gases and in this wavelength range there are no strong absorption bands of IR radiation by moisture. In addition, in this wavelength range, the attenuation coefficients of infrared radiation of sandstone K ps and limestone K and dust are close to each other K ps ≈ K and . Therefore, in the wavelength range from 7.6 μm to 8.4 μm, the intensities of the transmitted I p and forward scattered I p IR radiation will depend only on the total dust content in the smoke C p and will not depend on the redistribution of the contents of C y , C ps and C and with C p const.

Из приведенных на фиг.1 и фиг.2 графиков видно, что в диапазоне длин волн ИК-излучения 3,0-3,4 мкм отсутствуют сильные полосы поглощения ИК-излучения влагой и дымовыми газами, содержания которых может сильно меняться, углекислым и угарным газами. Содержание метана в дымовых газах пренебрежимо мало, поэтому метан не оказывает заметного влияния на ослабление и рассеивание ИК-излучения. Поэтому коэффициентами ослабления и рассеивания ИК-излучения в диапазоне длин волн 3,0-3,4 мкм влагой Кв, угарными Кг и углекислым Кк газами можно пренебречь, так как они не менее чем в сотни раз меньше по сравнению с коэффициентами ослабления ИК-излучения различными компонентами пыли: Кв ≈ 0, Кг ≈ 0, Кп >> Кв,Кп >> Кг, Кп >> Кк, Ку >> Кв, Ку >> Кг, Ку >> Кк, Кпс >> Кв, Кпс >> Кг, Кпс >> Кк, Ки >> Кв, Ки >> Кг, Ки >> Кк.
Из приведенных на фиг.1 и 2 графиков видно, что в диапазоне длин волн 3,0-3,4 мкм коэффициенты ослабления ИК-излучения известняковой и песчаниковой пылью примерно равны между собой Ки ≈ Кпс. Кроме того, в этом диапазоне длин волн коэффициенты ослабления ИК-излучения угольной пылью почти в три раза отличаются от коэффициентов ослабления ИК-излучения компонентами породной пыли (известковой и песчаниковой).
From the graphs shown in Fig. 1 and Fig. 2, it is seen that in the wavelength range of IR radiation of 3.0-3.4 μm, there are no strong absorption bands of IR radiation by moisture and flue gases, the contents of which can vary greatly, carbon dioxide and carbon monoxide gases. The methane content in flue gases is negligible, so methane does not have a noticeable effect on the attenuation and scattering of infrared radiation. Therefore, the attenuation coefficients and scattering of infrared radiation in the wavelength range of 3.0-3.4 microns in a K moisture, carbon monoxide and carbon K g K to the gases can be ignored, since they are not less than a hundred times smaller than the attenuation coefficients IR radiation by various dust components: K at ≈ 0, K g ≈ 0, K p >> K c, K p >> K g , K p >> K k , K y >> K c , K y >> K g , K y >> K to , K ps >> K to , K ps >> K g , K ps >> K to , K and >> K to , K and >> K g , K and >> K to .
From the graphs shown in figures 1 and 2, it is seen that in the wavelength range of 3.0-3.4 μm, the attenuation coefficients of infrared radiation of limestone and sandstone dust are approximately equal to each other K and ≈ K ps . In addition, in this wavelength range, the attenuation coefficients of infrared radiation by coal dust are almost three times different from the attenuation coefficients of infrared radiation by the components of rock dust (calcareous and sandstone).

Из приведенных на фиг.1 и 2 графиков видно, что в диапазоне длин волн 4,1-4,5 мкм находится сильная полоса поглощения ИК-излучения углекислым газом СО2, отсутствуют сильные полосы поглощения ИК-излученя влагой и другими дымовыми газами, содержания которых в дыме может сильно меняться. В этом диапазоне длин волн коэффициенты ослабления ИК-излученя песчаниковой Кпс и известняковой пылью Ки примерно равны между собой и в 2,6 раза отличаются от коэффициента ослабления ИК-излучения угольной пылью.From the graphs shown in figures 1 and 2, it can be seen that in the wavelength range of 4.1-4.5 μm there is a strong absorption band of infrared radiation with carbon dioxide CO 2 , there are no strong absorption bands of infrared radiation with moisture and other flue gases, the content which in smoke can vary greatly. In this wavelength range attenuation factors IR sandstone K ps and limestone dust K, and approximately equal to each other and different from 2.6-fold attenuation of IR radiation coal dust.

Из приведенных на фиг.1 и 2 графиков видно, что в диапазоне длин волн 4,5-4,7 мкм находится сильная полоса поглощения ИК-излучения угарным газом СО2, отсутствуют сильные полосы поглощения ИК-излучения влагой и другими дымовыми газами, содержания которых в дыме может сильно меняться. В этом диапазоне длин волн коэффициенты ослабления ИК-излучения песчаниковой Кпс и известняковой Ки пылью примерно равны между собой и в 2,5 раза отличаются от коэффициента ослабления ИК-излучения угольной пылью Ку.From the graphs shown in figures 1 and 2, it is seen that in the wavelength range of 4.5-4.7 μm there is a strong absorption band of infrared radiation with carbon monoxide CO 2 , there are no strong absorption bands of infrared radiation with moisture and other flue gases, the content which in smoke can vary greatly. In this wavelength range, the attenuation coefficients of infrared radiation of sandstone K ps and limestone K and dust are approximately equal to each other and 2.5 times different from the attenuation coefficient of infrared radiation by coal dust K у .

Таким образом в диапазоне длин волн интенсивности излучения зависят только от содержания общей пыли Сп 7,6-8,4 мкм. В диапазоне длин волн 3,0-3,4 мкм интенсивности в основном зависят от содержаний Сп и Спор Cпс + Cи. В диапазоне длин волн от 4,1 до 4,5 мкм интенсивности зависят от содержания углекислого газа, угольной и породной пыли. В диапазоне длин волн 4,5-4,7 мкм интенсивности в основном зависят от содержания угарного газа, угольной и породной пыли.Thus, in the wavelength range, radiation intensities depend only on the content of total dust With p 7.6-8.4 microns. In the wavelength range of 3.0-3.4 μm, the intensities mainly depend on the contents of C p and C pores C ps + C and . In the wavelength range from 4.1 to 4.5 μm, the intensities depend on the content of carbon dioxide, coal and rock dust. In the wavelength range of 4.5-4.7 microns, intensities mainly depend on the content of carbon monoxide, coal and rock dust.

Из приведенных на фиг.1 и 2 графиков видно, что в диапазоне длин волн 1,3-1,7 мкм находятся сильные полосы ослабления ИК-излучения влагой, отсутствуют сильные полосы ослабления ИК-излучения дымовыми газами, содержания которых в дыме могут сильно изменяться. В этом диапазоне длин волн коэффициенты ослабления ИК-излучения песчаниковой и известняковой пылью примерно равны между собой и почти в 5 раз отличаются от коэффициента ослабления ИК-излучения угольной пылью. Здесь интенсивности в основном зависят от содержаний влаги, угольной и породной пыли в дыме. From the graphs shown in figures 1 and 2, it is seen that in the wavelength range of 1.3-1.7 μm there are strong attenuation bands of IR radiation by moisture, there are no strong attenuation bands of IR radiation by flue gases, the contents of which in smoke can vary greatly . In this wavelength range, the attenuation coefficients of infrared radiation of sandstone and limestone dust are approximately equal to each other and almost 5 times different from the attenuation coefficient of infrared radiation of coal dust. Here, the intensities mainly depend on the moisture content, coal and rock dust in the smoke.

Таким образом диапазоны длин волн 7,6-8,4 мкм и 3,0-3,4 мкм для задач раздельного контроля общего содержания пыли в дыме Сп и контроля содержания угольной пыли в дыме Су являются оптимальными: в первом диапазоне длин волн обеспечивается высокоточное измерение Сп, а во втором высокоточное измерение Су Сп Спор Сп Cпс Си. Диапазоны длин волн 4,1-4,5 мкм, 4,5-4,7 мкм и 1,3-1,7 мкм являются оптимальными для высокоточного измерения содержаний соответственно углекислого газа Ск, угарного газа Сг и влаги Св, так как в этих диапазонах длин волн интенсивности зависят соответственно: от углекислого газа, угольной и породной пыли; от угарного газа, угольной и породной пыли; от влаги, угольной и породной пыли.Thus, the wavelength ranges of 7.6-8.4 microns and 3.0-3.4 microns for the tasks of separate control of the total dust content in smoke С p and control of the content of coal dust in smoke С у are optimal: in the first wavelength range high-precision measurement is ensured C n, a second high-precision measurement of C in C C n C n C long C and ps. The wavelength ranges of 4.1-4.5 microns, 4.5-4.7 microns and 1.3-1.7 microns are optimal for high-precision measurement of the contents of carbon dioxide C k , carbon monoxide C g and moisture C c , respectively since in these wavelength ranges the intensities depend respectively: on carbon dioxide, coal and rock dust; from carbon monoxide, coal and rock dust; from moisture, coal and rock dust.

Из показанных на фиг.3 зависимостей Iп f(Cп) и Iр f1(Cп) видно, что с ростом Сп первая интенсивность Iп экспоненциально уменьшается. С ростом Сп интенсивность Iр растет в диапазоне изменений Сп от 0 до Cпмакс когда (+ КрCпмакс d) 1, т.е. когда Cпмаксрd)-1.From the dependences I p f (C p ) and I p f 1 (C p ) shown in FIG. 3, it can be seen that with increasing C p, the first intensity I p exponentially decreases. With an increase in C p, the intensity I p increases in the range of C p from 0 to C pmax when (+ K p C pmax d) 1, i.e. when C pmax (K p d) -1 .

В этом диапазоне изменений Сп от 0 до Cпмаксрd)-1 величина отношения интенсивностей
ηп [I + σп dCп exр (- KрdCп)] [Ioп x
x eхр(-KпdCп)]-1 (3) плавно растет с ростом Сп, что и показано на фиг.4 и 5. Видно, что зависимость ηп f2(Cп) идет более круто, чем зависимости Iп f(Cп) или Iр f2(Cп). Чтобы оценить выигрыш в увеличении чувствительности отношения So к общему содержанию пыли Сп как и к содержанию угольной пыли Су против соответствующих чувствительностей прошедшего Sп и рассеянного вперед Sр ИК-излучения при регистрации соответственно Iп и Iр оценим сами эти чувствительности.
In this range of changes C p from 0 to C pmax (K p d) -1 the value of the ratio of intensities
η p [I op + σ p dC p exr (- K p dC p )] [I op x
x exp (-K p dC p )] -1 (3) grows smoothly with increasing C p , as shown in figures 4 and 5. It can be seen that the dependence η p f 2 (C p ) is more abrupt than the dependence I p f (C p ) or I p f 2 (C p ). To estimate the gain to increase the S o attitude sensitivity to the total dust content C n as to the contents of coal dust C in against the respective sensitivities in the past S n, and the forward scattered S p of infrared radiation in the registration respectively I n and I p evaluate the sensitivity themselves.

Относительная чувствительность к Сп (или к Су) или к любому другому компоненту пыли интенсивности прошедшего ИК-излучения Iп по абсолютному изменению Сп из (I) запишется в виде
Sп

Figure 00000001
Figure 00000002
Kпd=const
(4) и не зависит от изменений Сп (или соответственно от Су, Сг, Ск, Св).The relative sensitivity to C p (or C y ) or to any other dust component of the intensity of transmitted infrared radiation I p by the absolute change C p from (I) is written as
S p
Figure 00000001
Figure 00000002
K p d = const
(4) and does not depend on changes in C p (or, respectively, on C y , C g , C k , C c ).

Относительная чувствительность к Сп интенсивности рассеянного вперед ИК-излучения Iр по абсолютному изменению содержания Сп или Су из (2) запишется в виде

Figure 00000003
(-KпdCп)](1-KрdCп)[Iор+
Figure 00000004
p(-KуdCу)](1-KруdCу)[Iору+
(5)
Относительная чувствительность отношения ηп или ηу к Сп или к Суиз (3) запишется в виде
So (∂ηп/∂ Сп) ηп -1 Iо -1[IopKпdCп eхр x x(-Kпп) + Cп σп d eхр (-KрdCп + KпdCп)](1-KрdCп + КпdCп)Iоп eхр (-KпdCп) [I + σп dCп x x eхр (- KрdCп)] -1,
Soy (∂ηу/∂Cyу -1= I -1[IoруKуdCyeхр(-KуdCy)+σуdCyeхр (-KdCy +
KуdCу)] (1-KpydCy + KydCy) I ехр (-KydCy)[IopууdCуехр (-KdCу)] -1
(6)
Аналогично (4), (5) и (6) запишутся и относительные чувствительности прошедшего, и рассеянного вперед ИК-излучения или отношения интенсивностей к Сг, Ск или к Св.The relative sensitivity to C p of the intensity of forward-scattered IR radiation I p by the absolute change in the content of C p or C y from (2) can be written as
Figure 00000003
(-K p dC p )] (1-K p dC p ) [I op +
Figure 00000004
p (-K y dC y )] (1-K ru dC y ) [I yo +
(5)
The relative sensitivity of the ratio η p or η y to C p or to C y from (3) can be written as
S o (∂η p / ∂ C p ) η p -1 I o -1 [I op K p dC p exp xx (-K p dC p ) + C p σ p d exp (-K p dC p + K p dC p )] (1-K p dC p + K p dC p ) I op exp (-K p dC p ) [ Iop + σ p dC p xx exp (- K p dC p )] -1 ,
S oy (∂η y / ∂C y) η y -1 = I Ou -1 [I oru dC y K y ehr (-K y dC y) + σ y dC y ehr (-K pN dC y +
K y dC y )] (1-K py dC y + K y dC y ) I oy exp (-K y dC y ) [I op + σ y dC y exp (-K y dC y )] -1
(6)
Similarly to (4), (5) and (6) are written, and the relative sensitivity of the past, and forward-scattered radiation or IR intensity ratio to C r, C k or k C.

Графики зависимостей Sп|Sp| иSо| от Сп приведены на фиг.6. Видно, что относительная чувствительность к Сп величины отношения So в пределах концентраций 0 < Cп < Cпмакс является наибольшей.Dependency Graphs S p | S p | and s about | from C p are shown in Fig.6. It is seen that the relative sensitivity to C p of the value of the ratio S o within the concentration range 0 <C p <C pmax is the greatest.

Анализ формулы (3) показывает, что одинаковые относительные изменения интенсивностей Iп и Iр (во сколько бы раз они одновременно не изменялись) не приводят ни к малейшим изменениям отношения ηп. Поэтому величина отношения интенсивностей никак не изменится ни от изменения интенсивностей от источника излучения, ни от загрязнения окон источника или фотоприемника, ни от изменений температуры отработавших газов, так как любая из этих трех причин приводит к одинаковым относительным изменениям обоих интенсивностей Iп и Iр.An analysis of formula (3) shows that the same relative changes in the intensities I p and I p (no matter how many times they simultaneously change) do not lead to the slightest change in the ratio η p . Therefore, the magnitude of the intensity ratio will not change in any way either from a change in the intensities from the radiation source, or from pollution of the source or photodetector windows, or from changes in the temperature of the exhaust gases, since any of these three causes leads to identical relative changes in both intensities I p and I p .

Зависимость ηп f2(Cп) по формуле (3) представляет собой трансцендентное уравнение, из которого Сп в явном виде не выражается, что неудобно для измерений, так как придется прибегать к сложным и громоздким методам численного решения уравнения (3) относительно Сп. Как видно из графиков на фиг.4 и фиг.5, зависимость ηп f2(Cп) по формуле (3) может быть аппроксимирована выражением
ηп апСп 2 + bпСп,
ηу ауСу 2 + bуСу апп 2 + bппуппор)2 + bуппор) апп 2 + bпп,
ηк акСк 2 + bкСк aуу 2 + by'Cy
апорСпор 2 + bпорCпор, Спор Сп Су,
ηг агСг 2 + bгСг ау''Су 2 + b''Cупорпор 2 + bпор' Спор,
ηв авСв 2 + bвСв аy'''Су 2 + by'''Супор''Спор 2 + bпор''Спор.
The dependence η p f 2 (C p ) according to formula (3) is a transcendental equation from which C p is not explicitly expressed, which is inconvenient for measurements, since it is necessary to resort to complex and cumbersome methods of numerical solution of equation (3) with respect to With p . As can be seen from the graphs in figure 4 and figure 5, the dependence η p f 2 (C p ) by the formula (3) can be approximated by the expression
η p a p C p 2 + b p C p ,
η y a y C y 2 + b y C y a p 'C p 2 + b p ' C p -a y (C p -C pore ) 2 + b y (C p -C pore ) a p 'C p 2 + b p 'C p ,
η to a to C to 2 + b to C to a y 'C to 2 + b y ' C y
and pores having a pore pore 2 + b C long C long C C y n,
η g a g C g 2 + b g C g a y '' C y 2 + b``C y-a pore 'C pore 2 + b pore ' C pore ,
η in a in C in 2 + b in C in a y '''C y 2 + b y ''' C y-a pore '' C pore 2 + b pore '' C pore .

(7) В общем случае зависимости (7) являются квадратичными параболами, имеющими восходящую ветвь, пологий максимум и падающую ветвь. Середина пологого максимума достигается при равенстве нулю производной от отношения по соответствующему содержанию
∂ηп/∂ СппСп' + bп 0,
∂ηу/∂ CууСу'+ bу 0,
∂ηк/∂ CккСк' + bк 0,
∂ηг/∂ СггСг' + bг 0,
∂ηв/∂ Cв 2 aвСв' bв 0, (8) что соответствует содержаниям Сп' bп(2ап)-1, Су' bу (2ау)-1, Сг' bг (2аг)-1, Ск '= bк(2ак)-1, Cв' bв(2ав)-1. Погрешности аппроксимации на рабочем участке не превышают 0,2% от измеряемых содержаний во всем диапазоне их изменений от 0 до 0,9 Сп' (или соответственно 0,9 Су', 0,9 Сг', 0,9 Ск' или 0,9 Св'). Поэтому аппроксимирующая кривая считается приемлемой даже по самым строгим критериям.
(7) In the general case, the dependences (7) are quadratic parabolas having an ascending branch, a gently sloping maximum, and a falling branch. The middle of a gently sloping maximum is achieved when the derivative of the ratio with respect to the corresponding content is equal to zero
∂η p / ∂ C p 2a p C p '+ b p 0,
∂η y / ∂ C y 2a y C y '+ b y 0,
∂η c / ∂ C to 2a to C to '+ b to 0,
∂η g / ∂ С gg С g '+ b g 0,
∂η in / ∂ C at 2 a in C at 'b at 0, (8) which corresponds to the contents of C p ' b p (2a p ) -1 , C y 'b y (2a y ) -1 , C g ' b g (2a g ) -1 , C to '= b to (2a to ) -1 , C to ' b to (2a to ) -1 . The approximation errors at the working section do not exceed 0.2% of the measured contents in the entire range of their changes from 0 to 0.9 C p '(or, respectively, 0.9 C y ', 0.9 C g ', 0.9 C to 'or 0.9 C in '). Therefore, the approximating curve is considered acceptable even by the most stringent criteria.

Из аппроксимирующих уравнений (7) можно получить два значения соответствующего содержания
Cп,1,2=(-2aп)

Figure 00000005
-bп±
Figure 00000006

Cу,1,2=(-2ay)
Figure 00000007
-bу ±
Figure 00000008
,
Cк,1,2=(-2aк)
Figure 00000009
-bк±
Figure 00000010
,
Cг,1,2=(-2aг)
Figure 00000011
-bг±
Figure 00000012
,
Cв,1,2=(-2aв)
Figure 00000013
-bв±
Figure 00000014
. (9)
Меньшие из значений Сп1, Cу1, Сг1, Ск1 или Св1 находятся на рабочих участках парабол (7), а большие значения Сп2, Су2, Сг2, Ск2 или Св2находятся на падающих ветвях парабол. Так как bп>
Figure 00000015

bу>
Figure 00000016

bк>
Figure 00000017

bг>
Figure 00000018

bв>
Figure 00000019
то для обеспечения Cп < bп(2ап)-1, Су < bу (2ау)-1, Сг < bг (2аг)-1 Ск< bк (2ак)-1, Св < bв (2ав)-1 в формулах (9) перед корнем нужно брать знак (+), а неизвестное содержание соответствующего компонента в дыме определять по однозначным формулам
Cп1=(-2aп)
Figure 00000020
-bп+
Figure 00000021
,
Cу1=(-2aу)
Figure 00000022
-bу+
Figure 00000023
,
Cк1=(-2aк)
Figure 00000024
-bк+
Figure 00000025

Cг1=(-2aг)
Figure 00000026
-bг+
Figure 00000027

Cв1=(-2aв)
Figure 00000028
-bв+
Figure 00000029
. (10)
Для определения значений градуировочных коэффициентов уравнений (7) можно пользоваться любым методом градуировки. Изменение метода градуировки лишь изменит ее трудоемкость, но никак не повлияет на значения коэффициентов. Один из приемлемых методов градуировки описан в книге Онищенко А.М. Оптимизация приборов для контроля состава веществ М. Машиностроение, 1990, с. 18-29, с. 155-156, с. 251-256.From the approximating equations (7), one can obtain two values of the corresponding content
C p, 1,2 = (- 2a p )
Figure 00000005
-b p ±
Figure 00000006

C y, 1,2 = (- 2a y )
Figure 00000007
-b y ±
Figure 00000008
,
C k, 1,2 = (- 2a k )
Figure 00000009
-b to ±
Figure 00000010
,
C g, 1.2 = (- 2a g )
Figure 00000011
-b g ±
Figure 00000012
,
C in, 1.2 = (- 2a in )
Figure 00000013
-b to ±
Figure 00000014
. (nine)
The smaller values of С п1 , С у1 , С г1 , С к1 or С в1 are located on the working sections of the parabolas (7), and the larger values С п2 , С у2 , С г2 , С к2 or С B2 are located on the falling branches of the parabolas. Since b p >
Figure 00000015

b y >
Figure 00000016

b to >
Figure 00000017

b g >
Figure 00000018

b in >
Figure 00000019
then to ensure C p <b p (2a p ) -1 , C y <b y (2a y ) -1 , C g <b g (2a g ) -1 C k <b k (2a k ) -1 , C <b to (2a) -1 in the formula (9) must be taken before the root sign (+), and the unknown content of the respective components in the smoke uniquely determined by the formulas
C p1 = (- 2a p )
Figure 00000020
-b n +
Figure 00000021
,
C y1 = (- 2a y )
Figure 00000022
-b y +
Figure 00000023
,
C k1 = (- 2a k )
Figure 00000024
-b to +
Figure 00000025

C g1 = (- 2a g )
Figure 00000026
-b g +
Figure 00000027

C in1 = (- 2a in )
Figure 00000028
-b to +
Figure 00000029
. (10)
To determine the values of the calibration coefficients of equations (7), you can use any calibration method. Changing the calibration method will only change its complexity, but will not affect the values of the coefficients. One of the acceptable calibration methods is described in the book of A. Onishchenko. Optimization of devices for controlling the composition of substances M. Mechanical Engineering, 1990, p. 18-29, p. 155-156, p. 251-256.

Устройство для автоматического контроля состава отработанных газов, представленное на фиг.7, содержит установленные друг против друга по разные стороны от контролируемого объема газа толщиной d источник инфракрасного излучения 1 с коллиматором 2 и фотоприемник 3 с модулятором, представляющим собой обтюратор 4 (модулирующую диафрагму), закрепленный на валу 5 шагового двигателя 6; блок индикации и регистрации 7, пять задатчиков 8, 9, 10, 11 и 12, измеритель разности 13, три измерителя отношений 14, 15 и 16, последовательно соединенные измеритель разности 17 и измеритель отношений 18. The device for automatic control of the composition of the exhaust gases shown in Fig. 7 comprises an infrared radiation source 1 with a collimator 2 and a photodetector 3 with a modulator representing an obturator 4 (modulating diaphragm) installed opposite each other on opposite sides of a controlled volume of gas of thickness d fixed on the shaft 5 of the stepper motor 6; an indication and registration unit 7, five adjusters 8, 9, 10, 11 and 12, a difference meter 13, three ratio meters 14, 15 and 16, series-connected difference meter 17 and a ratio meter 18.

Устройство снабжено дополнительным фотоприемником 19, вычислительным блоком 20, измерителем отношений 21, тремя измерителями разности 22, 23 и 24, десятью цепями из последовательно соединенных усилителя 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 или 34 и полосового фильтра 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 или 44. The device is equipped with an additional photodetector 19, a computing unit 20, a ratio meter 21, three difference meters 22, 23 and 24, ten circuits from a series-connected amplifier 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 or 34 and a strip filter 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 or 44.

Дополнительный фотоприемник 19 установлен за пределами коллимированного пучка инфракрасного излучения (показан сплошными линиями со стрелками на фиг. 7) за модулятором 4. Оба фотоприемника 3 и 19 выполнены многодиапазонными на длины волн регистрируемого излучения 1,3-1,7 мкм, 3,0-3,4 мкм, 4,1-4,5 мкм, 4,5-4,7 мкм и 7,6-8,4 мкм. Выходы фотоприемников 3 и 19 соединены со входами усилителей 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 и 34. Выходы пяти полосовых фильтров 35, 36, 37, 38 и 39 от выходов дополнительного фотоприемника 19 соединены с первыми входами измерителей разности 13, 22, 23, 17 и 24, ко вторым входам которых подключены выходы задатчиков 8, 9, 10, 11 и 12. Выходы измерителей разности 13, 22, 23, 17 и 24 соединены с первыми входами измерителей 14, 15, 16, 18 и 21, ко вторым входам которых подключены выходы пяти полосовых фильтров 44, 43, 42, 41 и 40 от выходов фотоприемника 3. Выходы пяти измерителей отношений 14, 15, 16, 18 и 21 соединены со входами вычислительного блока 20, выход которого соединен со входом блока индикации и регистрации. An additional photodetector 19 is installed outside the collimated infrared beam (shown by solid lines with arrows in Fig. 7) behind the modulator 4. Both photodetectors 3 and 19 are made multi-band at the wavelengths of the detected radiation 1.3-1.7 μm, 3.0- 3.4 microns, 4.1-4.5 microns, 4.5-4.7 microns and 7.6-8.4 microns. The outputs of the photodetectors 3 and 19 are connected to the inputs of the amplifiers 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 and 34. The outputs of the five band-pass filters 35, 36, 37, 38 and 39 from the outputs of the additional photodetector 19 are connected to the first the inputs of the difference meters 13, 22, 23, 17 and 24, to the second inputs of which the outputs of the adjusters 8, 9, 10, 11 and 12 are connected. The outputs of the difference meters 13, 22, 23, 17 and 24 are connected to the first inputs of the meters 14, 15 , 16, 18 and 21, to the second inputs of which the outputs of the five bandpass filters 44, 43, 42, 41 and 40 are connected from the outputs of the photodetector 3. The outputs of the five relationship meters 14, 15, 16, 18 and 21 oedineny to the inputs of computational unit 20, whose output is connected to the input unit and the indicating registration.

Работа устройства для автоматического контроля состава отработанных газов осуществляется следующим образом. The operation of the device for automatic control of the composition of the exhaust gases is as follows.

Коллимированный поток ИК-излучения создается источником 1 и коллиматором 2. В качестве источника 1 может быть использована, например, лампа накаливания с германиевым выходным окном, которое просвеpлено на диапазон длин волн 1,3-8,4 мкм. В качестве коллиматора может использоваться пластинка с отверстием, причем пластинка должна быть изготовлена из непрозрачного для диапазона длин волн 1,3-8,4 мкм материала, например из любого металла. The collimated infrared radiation flux is generated by source 1 and collimator 2. As source 1, for example, an incandescent lamp with a germanium output window can be used, which is drilled to a wavelength range of 1.3–8.4 μm. As a collimator, a plate with an aperture can be used, and the plate must be made of a material opaque to the wavelength range 1.3–8.4 μm, for example, of any metal.

При прохождении через контролируемый объем дымового газа толщиной поток ИК-излучения ослабляется согласно формуле (1). На пяти выходах фотоприемника 3 формируются сигналы, пропорциональные интенсивностям прошедшего инфракрасного излучения согласно формулам 1. Эти сигналы усиливаются усилителями соответственно 30, 31, 32, 33 и 34 и отстраиваются от шумов в полосовых фильтрах 40, 41, 42, 43 и 44, которые настроены на частоту модуляции потока ИК-излучения обтюратором 4. When passing through a controlled volume of flue gas with a thickness, the infrared radiation flux is attenuated according to formula (1). The five outputs of the photodetector 3 generate signals proportional to the intensities of the transmitted infrared radiation according to formulas 1. These signals are amplified by amplifiers 30, 31, 32, 33 and 34, respectively, and are tuned out from the noise in the bandpass filters 40, 41, 42, 43 and 44, which are tuned the modulation frequency of the infrared radiation stream obturator 4.

Поток рассеянного в направлении вперед ИК-излучения также проходит через контролируемый объем шахтной атмосферы (сначала проходят через дым кванты ИК-излучения от источника 1 до соответствующих центров рассеивания, а затем через дым проходят кванты ИК-излучения, которые претерпели хотя бы один акт рассеивания и изменили направление первоначального распространения так, что после рассеивания они идут в направлении дополнительного фотоприемника 19). Интенсивности рассеянного вперед ИК-излучения на дополнительный фотоприемник 19 в соответствующих диапазонах длин волн определяются по аналогичным к (2) формулам. На пяти выходах дополнительного фотоприемника 19 формируются сигналы, пропорциональные интенсивностям рассеянного вперед ИК-излучения согласно формулам (2). Эти сигналы усиливаются соответственно усилителями 25, 26, 27, 28 и 29 и отстраиваются от шумов в полосовых фильтрах 35, 36, 37, 38 и 39, которые настроены на частоту модуляции потока ИК-излучения обтюратором 4. Эти сигналы затем подаются на первые входы измерителей разности 13, 22, 23, 17 и 24. На вторые входы этих измерителей разности от задатчиков 8, 9, 10, 11 и 12 подаются соответственно сигналы, численно равные, интенсивностям рассеянного вперед ИК-излучения при нулевых значениях соответствующих содержаний, т. е. соответственно сигналы Iор, Iоpу, Iорг, Iоpк и Iорв. На выходах измерителей разности 13, 22, 23, 17 и 24 в результате формируются соответственно сигналы:
Iр' σп d Cп eхр (-KpdCп), Iрв' σв dCвeхр x
x (-KрвdCв),
I' σу dCуехр (-KруdCу),
Iрк' σк dCк eхр (-KdCк),
I' σг dCг eхр (-Kр dCг). (11)
Эти сигналы подаются на первые входы измерителей отношений 14, 15, 16, 18 и 21, на вторые входы которых подаются соответственно сигналы Iп, Iу, Iг, Iк и Iв, которые формируются на выходах полосовых фильтров 44, 43, 42, 41 и 40.
The flux of forward-scattered infrared radiation also passes through the controlled volume of the mine atmosphere (first pass through the smoke quanta of infrared radiation from source 1 to the corresponding scattering centers, and then through the smoke pass quanta of infrared radiation that have undergone at least one act of scattering and changed the direction of the initial propagation so that after scattering they go in the direction of the additional photodetector 19). The intensities of forward-scattered IR radiation to an additional photodetector 19 in the corresponding wavelength ranges are determined by formulas similar to (2). At the five outputs of the additional photodetector 19, signals are generated proportional to the intensities of the infrared radiation scattered forward according to formulas (2). These signals are amplified by amplifiers 25, 26, 27, 28, and 29, respectively, and are tuned out from noise in bandpass filters 35, 36, 37, 38, and 39, which are tuned to the modulation frequency of the infrared radiation stream by the obturator 4. These signals are then fed to the first inputs difference meters 13, 22, 23, 17 and 24. The second inputs of these difference meters from setters 8, 9, 10, 11 and 12 respectively receive signals that are numerically equal to the intensities of the infrared radiation scattered forward at zero values of the corresponding contents, i.e. E. , respectively, the signals I op , I opu , I org , I ork and I op c . The outputs of the difference meters 13, 22, 23, 17 and 24 as a result of the corresponding signals are generated:
I pn d C ehr n (-K p dC n), I pB' σ in dC in ehr x
x (-K pv dC c ),
I pNy dC y exp (-K y py dC)
I pkto dC to exp (-K pk dC to ),
I pgg dC g exp (-K p dC g ). (eleven)
These signals are fed to the first inputs of the relationship meters 14, 15, 16, 18 and 21, to the second inputs of which signals I p , I y , I g , I k and I c , respectively, which are formed at the outputs of the bandpass filters 44, 43, 42, 41 and 40.

В результате на выходах измерителей отношений 14, 15, 16, 18 и 21 формируются соответственно сигналы, похожие на сигналы согласно (3), но отличающиеся от них отсутствием свободных членов в сигналах об интенсивностях рассеянного вперед ИК-излучения, согласно формулам: ηп'=σп dCпeхр (-KodCп) [Ioп eхр (-KпdCп)] -1, ηу'у dCуeхр (-KdCу) [I eхр (-KуdCу)-1, ηк'к dCк eхр (-KркdCк)] [Iок eхр (-KкdCк)]-1, ηг'=σг dCг eхр (-КргdC1)][I eхр (-KгdCг)]-1, ηв'=σв dCв ехр (-KdCв)][I eхр (-KвdCв)]-1.As a result, at the outputs of the relationship meters 14, 15, 16, 18, and 21, signals corresponding to signals according to (3), but differing from them by the absence of free terms in the signals about the intensities of forward-scattered IR radiation, are formed, respectively, according to the formulas: η p ' dC = σ n n ehr (-K o dC n) [I OP ehr (-K n dC n)] -1, η y '= σ y y ehr dC (-K pN dC y) [I Ou ehr (- K y dC y ) -1 , η k ' = σ to dC k exp (-K pk dC k )] [I ok exp (-K to dC k )] -1 , η g ' = σ g dC g exp ( -K rg dC 1 )] [I og exp (-K g dC g )] -1 , η in '= σ in dC in exp (-K pv dC in )] [I o exp (-K in dC in ) ] -1 .

(12)
Эти сигналы с измерителей отношений поступают на входы вычислительного блока 20. Вычислительный блок в процессе градуировки устройства заполняют значениями коэффициентов градуировочных парабол согласно уравнениям (7). По пяти поступившим на входы вычислительного блока 20 сигналам и по градуировочным коэффициентам парабол согласно уравнениям (7) вычислительный блок 20 сначала по первому уравнению системы (7) согласно первой формуле системы (10) определяет общее содержание пыли Сп в отработавших газах. После этого аналогично, зная градуировочные коэффициенты и значение Сп, по второй формуле системы уравнений (10) вычислительный блок определяет содержание угольной пыли в отработавших газах Су. По известным значениям Сп и Спор Cп CуCпс + Cи и известным градуировочным коэффициентам парабол по уравнениям (7) вычислительный блок по третьему, четвертому и пятому уравнениям системы (10) определяет соответственно содержания Ск, Сг и Св в отработавших газах.
(12)
These signals from the relationship meters are fed to the inputs of the computing unit 20. The computing unit in the process of calibrating the device is filled with the values of the coefficients of the calibration parabolas according to equations (7). According to the five signals received at the inputs of the computing unit 20 and the calibration coefficients of the parabolas according to equations (7), the computing unit 20 first determines the total dust content C p in the exhaust gases according to the first equation of the system (7) according to the first formula of the system (10). After that, similarly, knowing the calibration coefficients and the value of C p , according to the second formula of the system of equations (10), the computing unit determines the content of coal dust in the exhaust gases C y . From the known values of C p and C pore C p C at C ps + C and the known calibration coefficients of the parabola according to equations (7), the computing unit according to the third, fourth and fifth equations of system (10) determines the contents of C to , C g and C, respectively in the exhaust gas.

Вычисленные вычислительным блоком 20 значения Сп, Су, Сг, Ск и Свпоступают в блок 7, где индицируются и регистрируются непосредственно в единицах соответствующих содержаний.The values of C p , C y , C g , C k and C c calculated by the computing unit 20 go to block 7, where they are displayed and recorded directly in units of the corresponding contents.

Формирование на выходах измерителей разности 13, 22, 23, 17 и 24 сигналов согласно формулам (11) приводит к тому, что все градуировочные параболы согласно уравнениям (7) начинаются с нуля и являются хорошими аппроксимациями уравнений (12). В результате увеличивается точность измерений содержаний компонентов отработанных газов на краях диапазонов измерения. The formation at the outputs of the meters of the difference 13, 22, 23, 17 and 24 of the signals according to formulas (11) leads to the fact that all calibration parabolas according to equations (7) start from zero and are good approximations of equations (12). As a result, the accuracy of measurements of the contents of the components of the exhaust gases at the edges of the measurement ranges increases.

П р и м е р реализации устройства. Определяли общее содержание пыли в отработавших газах Сп и содержание угольной пыли Су в пределах изменения содержаний от 0 до 340 г/м3 со средней квадратической погрешностью не более 0,5% от измеряемого содержания. Содержания угарного и углекислого газов определялось в диапазоне изменений содержаний от 0 до 20% объемных со средней квадратической погрешностью не более 0,6% от измеряемого содержания. Определялась относительная влажность отработавших газов в диапазоне изменений от 0 до 100% со средней квадратической погрешностью не более 0,6% от измеряемой влажности. Столь высокую точность измерений Сп, Су, Сг, Ск и Св не обеспечивают известные способы и устройства автоматического непрерывного контроля состава отработавших газов.PRI me R implementation of the device. The total dust content in the exhaust gases С p and the content of coal dust С у were determined within the limits of the change of contents from 0 to 340 g / m 3 with an average square error of not more than 0.5% of the measured content. The content of carbon monoxide and carbon dioxide was determined in the range of changes in the contents from 0 to 20% by volume with a mean square error of not more than 0.6% of the measured content. The relative humidity of the exhaust gases was determined in the range of changes from 0 to 100% with a mean square error of not more than 0.6% of the measured humidity. Such a high accuracy of measurements of C p , C y , C g , C k and C c does not provide the known methods and devices for automatic continuous monitoring of the composition of the exhaust gases.

Для определения технико-экономической эффективности устройства в качестве базового объекта примем оптико-акустический газоанализатор типа ГОА-4 [3] Основными техническими преимуществами устройства по данному изобретению по сравнению с газоанализатором ГОА-4 являются:
1) расширены функциональные возможности за счет измерения содержаний Сп, Су, Св, Сг, 2) уменьшено до нуля влияние изменений интенсивности источника из-за изменений напряжения питания источника (из-за изменения сопротивления нити накала и др. причин), 3) уменьшено до нуля влияние загрязнения окон источника и фотоприемника, 4) уменьшено до нуля влияние температуры отработавших газов (так как любые изменения температуры в одинаковое число раз изменяют интенсивности прошедшего и рассеянного вперед ИК-излучения на любой из пяти длин волн), 5) увеличены чувствительности к измеряемым содержаниям компонентов отработанных газов, 6) снижена стоимость одного измерения компонента, 7) уменьшены погрешности измерений от 10-4% до 0,5-0,6% 8) упрощено устройство за счет исключения термостатирования и продува фотоприемников азотом под давлением.
To determine the technical and economic efficiency of the device as a basic object, we will take an optical-acoustic gas analyzer of the GOA-4 type [3] The main technical advantages of the device according to this invention compared to the GOA-4 gas analyzer are:
1) expanded functionality by measuring the contents of C p , C y , C in , C g , 2) the effect of changes in the intensity of the source due to changes in the supply voltage of the source (due to changes in the resistance of the filament and other reasons) is reduced to zero , 3) the effect of contamination of the source and photodetector windows is reduced to zero, 4) the effect of the temperature of the exhaust gases is reduced to zero (since any temperature changes by the same number of times change the intensity of transmitted and forward-scattered IR radiation at any of five wavelengths), 5 ) at The sensitivity to the measured contents of the components of the exhaust gases was increased, 6) the cost of one component measurement was reduced, 7) the measurement errors were reduced from 10-4% to 0.5-0.6% 8) the device was simplified by eliminating thermostating and purging the photodetectors with nitrogen under pressure .

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СОСТАВА ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ, содержащее установленные друг против друга по разные стороны от контролируемого объема газа толщиной d источник инфракрасного излучения с коллиматором и первый фотоприемник с модулятором, установленным на валу, блок индикации и регистрации, первый пятый задатчики, первый вычитатель, первый - третий делители, последовательно соединенные при этом выход первого вычитателя соединен с первым входом первого делителя отношений, отличающееся тем, что оно снабжено вторым фотоприемником, вычислительным блоком, четвертым пятым делителями, вторым четвертым вычитателями и десятью цепями, каждая из которых состоит из последовательно соединенных усилителя и полосового фильтра, причем второй фотоприемник установлен за пределами коллимированнного пучка инфракрасного излучения по другую сторону вала модулятора, каждый фотоприемник выполнен пятидиапазонным на длины волн регистрируемого излучения соответственно на 1,3 1,7, 3,0 3,4, 4,1 4,5, 4,5 4,7 и 7,6 8,4 мкм, при этом первый пятый выходы второго фотоприемника соединены с входами первой пятой цепей соответственно, первый пятый выходы первого фотоприемника соединены с входами шестой десятой цепей также соответственно, выходы первой пятой цепи подключены к первым входам соответственно первого - пятого вычитателей, вторые входы которых подключены соответственно к выходам первого пятого задатчиков, а выходы второго пятого вычитателей соединены соответственно с первыми входами второго пятого делителей, выходы десятой - шестой цепей подключены к вторым входам соответственно первого пятого делителей, выходы первого пятого делителей соединены соответственно с первым пятым входами вычислительного блока, выход которого соединен с входом блока индикации и регистрации. DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL OF THE EMPLOYED GAS COMPOSITION, comprising an infrared radiation source with a collimator and a first photodetector with a modulator mounted on the shaft, an indication and recording unit, the first fifth adjusters, the first subtractor, the first - the third dividers, connected in series with the output of the first subtractor connected to the first input of the first divider of relations, characterized in that it is provided with a second photo a receiver, a computing unit, a fourth fifth divider, a second fourth subtractor and ten circuits, each of which consists of a series-connected amplifier and a band-pass filter, the second photodetector installed outside the collimated infrared beam on the other side of the modulator shaft, each photodetector is made five-band for length waves of detected radiation, respectively, at 1.3, 1.7, 3.0, 3.4, 4.1, 4.5, 4.5 4.7 and 7.6 8.4 microns, while the first fifth outputs of the second photodetector are connected to entry by the first fifth circuits, respectively, the first fifth outputs of the first photodetector are also connected to the inputs of the sixth tenth circuit, respectively, the outputs of the first fifth circuit are connected to the first inputs of the first and fifth subtracters, the second inputs of which are connected respectively to the outputs of the first fifth adjusters, and the outputs of the second fifth subtractors connected respectively to the first inputs of the second fifth dividers, the outputs of the tenth to sixth circuits are connected to the second inputs of the first fifth dividers respectively, the outputs of the first the fifth fifth dividers are connected respectively to the first fifth inputs of the computing unit, the output of which is connected to the input of the display and registration unit.
SU5030582 1992-03-04 1992-03-04 Device for automatic control of waste gases composition RU2047857C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5030582 RU2047857C1 (en) 1992-03-04 1992-03-04 Device for automatic control of waste gases composition

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5030582 RU2047857C1 (en) 1992-03-04 1992-03-04 Device for automatic control of waste gases composition

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2047857C1 true RU2047857C1 (en) 1995-11-10

Family

ID=21598518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5030582 RU2047857C1 (en) 1992-03-04 1992-03-04 Device for automatic control of waste gases composition

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2047857C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101845961A (en) * 2010-05-28 2010-09-29 山东科技大学 Bracket spraying dust reduction emulation simulation device for coal mine working surface
CN105784400A (en) * 2016-03-22 2016-07-20 湖南科技大学 Underground coal mine gas-water spraying dust reduction comprehensive experiment system

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1275272, кл. G 01N 21/61, 1982. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1548468, кл. E 21F 5/00, 1988. *
3. Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник под ред. В.В.Черенкова, Л., Машиностроение, 1987, с.240-243. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101845961A (en) * 2010-05-28 2010-09-29 山东科技大学 Bracket spraying dust reduction emulation simulation device for coal mine working surface
CN101845961B (en) * 2010-05-28 2012-07-18 山东科技大学 Bracket spraying dust reduction emulation device for coal mine working surface
CN105784400A (en) * 2016-03-22 2016-07-20 湖南科技大学 Underground coal mine gas-water spraying dust reduction comprehensive experiment system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
GB1531844A (en) Method and device for the non-dispersive optical determination of the concentration of gas and smoke components
EP0084726B1 (en) Monitoring gaseous ammonia concentration in flue gases
GB1572068A (en) Gas velocity meter
GB1429198A (en) Photometric analyzer
US3364351A (en) Method and apparatus for detecting and measuring water vapor and oxygen in the ambient atmosphere
US3563661A (en) Integrating nephelometer
US3976883A (en) Infrared analyzer
US5672874A (en) Infrared oil-concentration meter
JPH03221843A (en) Analyzer by light
RU2047857C1 (en) Device for automatic control of waste gases composition
US4057734A (en) Spectroscopic apparatus with balanced dual detectors
US5617212A (en) Open-path gas monitoring
JPS59208445A (en) Method and device for measuring absorptive component quantity of sample
JPS58156837A (en) Measuring device for optical gas analysis
GB2117112A (en) Optical multi-ray gas-detecting apparatus
JPS63266342A (en) Detector for degree of deterioration of oil
Sebacher Airborne nondispersive infrared monitor for atmospheric trace gases
RU2091770C1 (en) Method of automatically controlling dust content in exhausted gases
RU159104U1 (en) DEVICE FOR CONTROL OF AEROSOL FLOWS PARAMETERS
RU2069852C1 (en) Method of automatic monitoring of total content of dust in exhaust gases
RU2044303C1 (en) Gas analyzer
SU813205A1 (en) Gas analyzer
RU2035717C1 (en) Correlation gas analyzer
JPS57111435A (en) Measuring device for absorption intensity of infrared ray by atr method
SU1341553A1 (en) Device for determining gas refraction