RU2085909C1

RU2085909C1 - Device which measures concentration of solid particles in smoke

Info

Publication number: RU2085909C1
Application number: RU94044916A
Authority: RU
Inventors: В.В. Ермаков; Г.А. Елкин; М.И. Сапаров
Original assignee: Российское акционерное общество энергетики и электрофикации; Акционерное общество "Энергетический институт им.Г.М.Кржижановского"
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1997-07-27

Abstract

FIELD: physical instruments. SUBSTANCE: device has pulse oscillator, power regulator, two emitters one of which is located in first tube, photodetector, electronic unit and recording unit. Measuring range switch, second and third tubes in which second emitter and photodetector are located are introduced to accomplish the goal of invention. EFFECT: decreased influence of noise on output signal, decreased contamination of optical elements with boundary flows, increased precision. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при измерениях концентрации твердых частиц в дымовых газах газоходов тепловых электростанций. The invention relates to technical physics and can be used to measure the concentration of solid particles in flue gases from the flues of thermal power plants.

Известно устройство для измерения оптической плотности дымовых газов в газоходе, содержащее два излучателя света с источниками питания, расположенные взаимно перпендикулярно, и фотопреобразователь, размещенные в торцах стаканов, совмещенных с отверстиями в стенках газохода, соединенный с фотопреобразователем накаливающий прибор, блок коррекции, один из источников питания выполнен с регулируемыми выходными параметрами, причем блок коррекции подсоединен между показывающим прибором и источником питания с регулируемыми выходными параметрами [1]
Недостатком устройства является невозможность прямых измерений концентрации.A device for measuring the optical density of flue gases in a flue, containing two light emitters with power sources located mutually perpendicularly, and a photoconverter located at the ends of the glasses, combined with holes in the walls of the duct, an incandescent device connected to the photoconverter, a correction unit, one of the sources power supply is made with adjustable output parameters, and the correction unit is connected between the indicating device and the power source with adjustable output pair meters [1]
The disadvantage of this device is the impossibility of direct concentration measurements.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах, содержащее генератор импульсов, два излучателя, два ключа, входы которых соединены через элемент вычисления натурального логарифма с выходом фотопреобразователя сигналов излучателей, а выходы со входами вычитателя, выход которого подключен через усилитель с регулируемым параметром к входу регистрирующего прибора, причем один из излучателей размещен по оси трубки на ее конце, противоположный конец которой введен в газоход [2]
Однако решение-прототип [2] не обеспечивает достаточной точности измерений из-за возможности запыления оптических элементов, прежде всего второго канала излучатель-фотопреобразователь и особенно при расширении диапазона измерений концентрации.The closest in technical essence to the proposed one is a device for measuring the concentration of solid particles in flue gases, containing a pulse generator, two emitters, two keys, the inputs of which are connected through the calculation element of the natural logarithm with the output of the photoconverter of the emitters, and the outputs with the inputs of the subtractor, the output of which connected through an amplifier with an adjustable parameter to the input of the recording device, and one of the emitters is placed along the axis of the tube at its end, the opposite end to Torah introduced into the flue [2]
However, the prototype solution [2] does not provide sufficient measurement accuracy due to the possibility of dusting of optical elements, especially the second channel of the emitter-photoconverter, and especially when expanding the range of concentration measurements.

Задачей изобретения является создание устройства, характеризующего повышенной точностью измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах. The objective of the invention is to provide a device that characterizes the increased accuracy of measuring the concentration of solid particles in flue gases.

Предметом изобретения является устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах, содержащее генератор импульсов, вход которого подключен к выходу регулятора мощности, первый и второй выходы к первому и второму излучателям соответственно, электронный блок, информационный вход которого подключен к выходу фотопреобразователя, первый и второй управляющие входы к соответствующим выходам генератора импульсов, выход к входу блока регистрации, первую трубку, на конце которой по ее оси размещен первый излучатель, при этом другой конец первой трубки предназначен для введения в стенку газохода, которое согласно изобретению содержит вторую трубку, расположенную параллельно и рядом с первой трубкой, третью трубку и переключатель N-диапазонов измерения, электронный блок и блок регистрации снабжены дополнительными выходом и входом соответственно, которые соединены с входом и выходом переключателя N-диапазонов измерения, входы регулятора мощности соединены с соответствующими вторыми выходами переключателя N-диапазонов измерения, второй излучатель и фотопреобразователь размещены на концах и по осям второй и третьей трубок соответственно, другие концы которых предназначены для введения в противоположные стенки газохода. The subject of the invention is a device for measuring the concentration of solid particles in flue gases, comprising a pulse generator, the input of which is connected to the output of the power regulator, the first and second outputs to the first and second emitters, respectively, an electronic unit, the information input of which is connected to the output of the photoconverter, the first and second control inputs to the corresponding outputs of the pulse generator, an output to the input of the registration unit, the first tube, at the end of which the first emitter is placed along its axis, while the other end of the first tube is intended for insertion into the wall of the duct, which according to the invention contains a second tube located parallel to and next to the first tube, the third tube and the switch of the N-measurement ranges, the electronic unit and the registration unit are provided with additional output and input, respectively, which are connected to the input and output of the switch of the N-ranges of measurement, the inputs of the power regulator are connected to the corresponding second outputs of the switch of the N-ranges of measurement, the second emitter and photopre verters are arranged at the ends and along the axes of the second and third tubes respectively, the other ends of which are intended for insertion into opposite duct wall.

Приведенная совокупность признаков позволяет исключить запыление оптических элементов, обеспечить дистанционное переключение диапазонов измерения и, таким образом, соответственно повысить точность измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах. The given set of features makes it possible to exclude dusting of optical elements, to provide remote switching of measurement ranges and, thus, to accordingly increase the accuracy of measuring the concentration of solid particles in flue gases.

Изобретение имеет развитие, касающееся предпочтительного выполнения переключателя диапазонов измерения в связке с регулятором мощности. Согласно этому развитию переключатель N-диапазонов измерения содержит N пороговых элементов и N одновибраторов, а регулятор мощности N схем И, при этом вход переключателя N-диапазонов измерения подключен к входам пороговых элементов, выходы которых соединены с входами соответствующих одновибраторов, первые выходы одновибраторов являются первым выходом переключателя N-диапазонов измерения, а вторые подключены к первым входам соответствующих схем И, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами источника опорных напряжений, а выходы являются выходом регулятора мощности. The invention has a development regarding the preferred embodiment of the switch of the measuring ranges in conjunction with a power regulator. According to this development, the switch of N-measurement ranges contains N threshold elements and N one-shots, and the power regulator is N circuits AND, while the input of the switch of N-measurement ranges is connected to inputs of threshold elements, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding single-vibrators, the first outputs of the single-vibrators are the first the output of the switch N-measuring ranges, and the second connected to the first inputs of the corresponding circuits And, the second inputs of which are connected to the corresponding outputs of the reference voltage source, and the outputs are the output of the power regulator.

На фиг. 1 представлена схема устройства в целом. На фиг. 2 приведено внутреннее выполнение электронного блока, а на фиг. 3 блок-схема узла из регулятора мощности и переключателя, например, 2-х диапазонов измерения. In FIG. 1 shows a diagram of the device as a whole. In FIG. 2 shows an internal embodiment of the electronic unit, and FIG. 3 is a block diagram of a unit from a power regulator and a switch, for example, 2 measurement ranges.

Устройство фиг. 1 содержит первый и второй излучатели 1 и 2, генератор 3 импульсов, регулятор 4 мощности генератора 3. Излучатели 1, 2 и фотопреобразователь 5 световых сигналов излучателей размещены по осям трубок 6, 7 и 8 соответственно на их концах, противоположные концы трубок предназначены для введения в газоход через стенку 9. The device of FIG. 1 contains the first and second emitters 1 and 2, a pulse generator 3, a power regulator 4 of the generator 3. The emitters 1, 2 and the photoconverter 5 of the light signals of the emitters are placed along the axes of the tubes 6, 7 and 8, respectively, at their ends, the opposite ends of the tubes are intended for introduction into the flue through the wall 9.

В стенках трубок 6, 7 и 8 в месте размещения излучателей 1 и 2 и фотопреобразователя 5 выполнены отверстия 10 для сообщения с атмосферой. In the walls of the tubes 6, 7 and 8 at the location of the emitters 1 and 2 and the photoconverter 5 holes 10 are made for communication with the atmosphere.

Выходной сигнал с фотопреобразователя 5 обрабатывается и регистрируется посредством электронного блока 11, переключателя 12 диапазонов измерения, блока 13 регистрации. The output signal from the photoconverter 5 is processed and recorded by means of an electronic unit 11, a switch 12 measuring ranges, block 13 registration.

Электронный блок 11 (фиг. 2) содержит, как и в устройстве-прототипе, элемент 14 вычисления натурального логарифма, два ключа 15 и 16, вычитатель 17, усилитель 18 с регулируемым параметром. Дополнительно введен интегратор 19. The electronic unit 11 (Fig. 2) contains, as in the prototype device, an element 14 for calculating the natural logarithm, two keys 15 and 16, a subtractor 17, an amplifier 18 with an adjustable parameter. Additionally introduced integrator 19.

На фиг. 3 представлен узел из переключателя 12 и регулятора 4. Переключатель 12 для каждого из диапазонов измерения содержит пороговый элемент 20 и одновибратор 21, а регулятор схему 22 совпадения. In FIG. 3 shows the assembly of the switch 12 and the regulator 4. The switch 12 for each of the measuring ranges contains a threshold element 20 and a one-shot 21, and the regulator matches the circuit 22.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

Электромагнитное излучение, формируемое излучателями 1 и 2, с помощью трубок 6 и 7 вводится в газоход. Степень поглощения электромагнитных волн, достигающих фотопреобразователя 5, для излучателя 2 больше, чем для излучателя 1, так как длина участка поглощения излучения для излучателя 2 больше на величину l. Electromagnetic radiation generated by emitters 1 and 2, through the tubes 6 and 7 is introduced into the duct. The degree of absorption of electromagnetic waves reaching the photoconverter 5, for the emitter 2 is greater than for the emitter 1, since the length of the absorption section of the radiation for the emitter 2 is greater by l.

Измерение концентрации K твердых частиц производится согласно выражению:

где l расстояние между торцами трубок 6 и 7, введенных в газоход; j1 и j2 интенсивности излучения, измеренные фотопреобразователем 5, от излучателей 1 и 2 соответственно; a коэффициент, зависящий от среднего размера частиц, получаемых в результате градуировки устройства путем установки регулируемого параметра усилителя 18.The measurement of the concentration K of solid particles is carried out according to the expression:

where l is the distance between the ends of the tubes 6 and 7 introduced into the duct; j1 and j2 of the radiation intensity measured by the photoconverter 5 from the emitters 1 and 2, respectively; a coefficient depending on the average particle size obtained by calibrating the device by setting the adjustable parameter of the amplifier 18.

Генератор 3 формирует мощные импульсы поочередно на излучатели 1, 2 и синхронизирующие импульсы на ключи 15 и 16 блока 11, в котором производятся также операции деления и логарифмирования согласно приведенному выше выражению по определению концентрации K. Generator 3 generates powerful pulses alternately to emitters 1, 2 and synchronizing pulses to keys 15 and 16 of block 11, in which division and logarithm operations are also performed according to the above expression for determining the concentration K.

В случае, когда значение сигнала, поступающего через дополнительный выход с блока 11, достигает порогового уровня соответствующего элемента 20 переключателя 12, формируется кодовый импульс с одного из одновибраторов 21. Этот импульс регистрируется (записывается) блоком 13. Шаг переключателя 12 может быть выбран соответствующим изменению концентрации, например, на 2 г/м³ за время, не меньшее 10 с. Исключение возможности переключения диапазона при импульсных изменениях концентрации обеспечивается интегратором 19.In the case when the value of the signal received through the additional output from block 11 reaches the threshold level of the corresponding element 20 of the switch 12, a code pulse is generated from one of the one-shots 21. This pulse is recorded (recorded) by block 13. The step of the switch 12 can be selected according to the change concentration, for example, at 2 g / m ³ for a time not less than 10 s. The exclusion of the possibility of range switching with pulsed changes in concentration is provided by the integrator 19.

С другого выхода сработавшего одновибратора 21 подается сигнал на соответствующую схему 22 блока 4 (фиг. 3) и таким образом осуществляется регулирование мощности выходных импульсов генератора 3, возбуждающих излучатели 1,2. From the other output of the triggered single-shot 21, a signal is supplied to the corresponding circuit 22 of block 4 (Fig. 3) and thus the power of the output pulses of the generator 3, exciting emitters 1,2, is controlled.

Блок 13 может быть выполнен, например, в виде самописца с двумя входами. Block 13 can be performed, for example, in the form of a recorder with two inputs.

Эксплуатация макета предложенного устройства и устройства-прототипа показала, что введение трубок 6 и 8 с возможностью размещения торца каждой из них во внутренней полости газохода (а не в его стенке) исключает запыление оптических элементов пристеночными потоками частиц. Кроме того, благодаря введению переключателя 12 снизилось влияние на выходной сигнал "шумовой" составляющей. Это позволило обеспечить большую точность измерения. The operation of the prototype of the proposed device and the prototype device showed that the introduction of tubes 6 and 8 with the possibility of placing the end of each of them in the internal cavity of the duct (and not in its wall) eliminates the dusting of optical elements by near-wall particle flows. In addition, thanks to the introduction of the switch 12, the effect of the “noise” component on the output signal is reduced. This allowed for greater measurement accuracy.

Claims

1. A device for measuring the concentration of solid particles in flue gases, containing a pulse generator, the input of which is connected to the output of the power regulator, the first and second outputs to the first and second emitters, respectively, optically coupled to the photoconverter, an electronic unit, the information input of which is connected to the output of the photoconverter , the first and second control inputs to the corresponding outputs of the pulse generator, the output to the input of the registration unit, the first tube, at the end of which the first pulse is placed along its axis a detector, while the other end of the first tube is intended to be inserted into the duct wall, characterized in that it contains a second tube parallel to the first tube, a third tube and a switch N of measuring ranges, the electronic unit and the recording unit are equipped with additional output and input, respectively, which connected to the input and the first output of the switch N measurement ranges, the inputs of the power controller are connected to the corresponding second outputs of the switch N measurement ranges, the second emitter and the photoconverter is placed at the ends and along the axes of the second and third tubes, respectively, the other ends of which are intended for insertion into opposite walls of the duct.

2. The device according to claim 1, characterized in that the switch of N measurement ranges contains N threshold elements and N one-shots, and the power regulator N circuits And, while the input of the switch N measurement ranges connected to the inputs of threshold elements, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding single vibrators, the first outputs of the single vibrators are the first output of the switch N measuring ranges, and the second are connected to the first inputs of the corresponding circuits And, the second inputs of which are connected to the corresponding outputs of the reference voltage voltage, and the outputs are the output of the power regulator.