RU2105302C1

RU2105302C1 - Process determining concentration of solid phase of dust and gas flow

Info

Publication number: RU2105302C1
Application number: RU96107578A
Authority: RU
Inventors: В.П. Журавлев; Г.С. Учитель; О.А. Торопов; В.В. Муханов; А.И. Пуресев; В.А. Лепихова; Е.А. Малых
Original assignee: Новочеркасский государственный технический университет
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1998-02-20

Abstract

FIELD: nondestructive inspection of moving dust and gas flow. SUBSTANCE: measurement of concentration of solid phase of dust and gas flow is conducted by radiation of signals of acoustic emission emitted by moving particles when they collide with elements of attachment of pickup. EFFECT: increased noise immunity, increased resolution for measurement of low concentrations. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля пылегазовых потоков, а именно к способам определения их концентрации. The invention relates to the field of non-destructive testing of dust and gas flows, and in particular to methods for determining their concentration.

Изобретение может быть использовано для диагностики экологичности, взрыво- и пожаробезопасности пылегазовых смесей промышленных предприятий, например, зерноперерабатывающей, углеперерабатывающей и других производств. The invention can be used to diagnose environmental friendliness, explosion and fire safety of dust and gas mixtures of industrial enterprises, for example, grain processing, coal processing and other industries.

Известен способ измерения массы и концентрации частиц [1], заключающийся в том, что пылегазовый поток пропускают возле датчика, массу и концентрацию частиц определяют по амплитуде и частоте импульсов. A known method of measuring the mass and concentration of particles [1], which consists in the fact that the dust and gas stream is passed near the sensor, the mass and concentration of particles is determined by the amplitude and frequency of the pulses.

Недостатками способа являются сложность реализации, низкие чувствительность, информативность и точность измерения сигнала. Известно, что обтекание пылевым потоком датчика сопровождается налипанием на его чувствительные элементы пылевых частиц, что искажает результат измерения, а сама установка датчика в поток весьма затруднена, информативный сигнал при малых концентрациях практически отсутствует. The disadvantages of the method are the complexity of implementation, low sensitivity, information content and accuracy of signal measurement. It is known that dust flowing around a sensor is accompanied by sticking of dust particles to its sensitive elements, which distorts the measurement result, and the installation of the sensor in the stream is very difficult, there is practically no informative signal at low concentrations.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к достигаемому результату является акустоэмиссионный контроль пылевого потока в воздуховоде [2] , принятый за прототип. Этот способ включает измерение и установление связи между параметрами акустической эмиссии (АЭ) и параметрами пылевого потока. Closest to the invention in technical essence to the achieved result is acoustic emission control of the dust flow in the duct [2], adopted as a prototype. This method includes measuring and establishing a relationship between acoustic emission (AE) parameters and dust flow parameters.

Сущность акустоэмиссионного контроля заключается в том, что исследуемый пылегазовый поток направляют по пылегазопроводу, на котором установлен датчик, при этом частицы пыли ударяются о стенки пылегазопровода, что приводит к возникновению сигналов акустической эмиссии (АЭ). The essence of acoustic emission control is that the studied dust and gas flow is directed through the dust and gas duct on which the sensor is mounted, while dust particles hit the walls of the dust and gas duct, which leads to the appearance of acoustic emission signals (AE).

Сигналы АЭ несут информацию о распределении масс пылевых частиц, их концентрации в пылегазовом потоке. AE signals carry information on the distribution of masses of dust particles, their concentration in the dust and gas stream.

Недостатки способа - низкие точность, помехозащищенность, чувствительность и разрешающая способность регистрируемых сигналов акустической эмиссии при возрастании концентрации, что ведет к необъективной и ненадежной оценке, особенно в области предельно допустимой концентрации пылегазового потока. The disadvantages of the method are low accuracy, noise immunity, sensitivity and resolution of the recorded acoustic emission signals with increasing concentration, which leads to a biased and unreliable assessment, especially in the region of the maximum permissible concentration of dust and gas flow.

Задача изобретения - повышение точности, чувствительности, помехозащищенности и разрешающей способности при измерении акустического сигнала, простота реализации при непрерывном слежении и оценке концентрации и ее предельно допустимого значения в пылегазовом потоке. The objective of the invention is to improve the accuracy, sensitivity, noise immunity and resolution when measuring an acoustic signal, ease of implementation with continuous monitoring and evaluation of the concentration and its maximum permissible value in the dust and gas stream.

Поставленная задача решается тем, что акустический сигнал датчика преобразуют в спектрограмму высших гармоник, которые имеют высокую частоту и сильно выделяются от шумового поля, что обеспечивает помехозащищенность измерительного канала. The problem is solved in that the acoustic signal of the sensor is converted into a spectrogram of higher harmonics, which have a high frequency and are strongly distinguished from the noise field, which ensures noise immunity of the measuring channel.

Высшие гармоники акустического сигнала обеспечивают большую разрешающую способность измерительного тракта. Так, например, если первая основная гармоника для чистой газовой среды отличается всего на Δ от основной гармоники для твердой фазы потока
f_n= f_г+Δ,
то высшие гармоники, всегда кратные основной гармонике, отличаются уже на k•Δ:
(f_г+Δ)•k = f_г•k+Δ•k,
где k - коэффициент кратности высшей гармоники; f_г - частота для чистой газовой среды; f_n - частота звучания твердой фазы.Higher harmonics of the acoustic signal provide a higher resolution of the measuring path. So, for example, if the first fundamental harmonic for a pure gas medium differs by only Δ from the fundamental harmonic for the solid phase of the flow
f _n = f _g + Δ,
then the higher harmonics, always multiples of the fundamental, differ by k • Δ:
(f _g + Δ) • k = f _g • k + Δ • k,
where k is the coefficient of multiplicity of the highest harmonic; f _g - frequency for a clean gas environment; f _n - sound frequency of the solid phase.

Таким образом, высшие гармоники спектра несут более полную информацию об амплитудно-частотных параметрах пылегазового потока и обеспечивают более высокую разрешающую способность способа, что особенно важно для различия предельно допустимой концентрации от чистой газовой среды. Thus, the higher harmonics of the spectrum carry more complete information about the amplitude-frequency parameters of the dust and gas stream and provide a higher resolution of the method, which is especially important for distinguishing the maximum permissible concentration from a pure gas medium.

Существенным признаком предлагаемого способа является то, что сигнал преобразуют в спектрограмму Фурье спектроанализатором. Сформированный диагностический подспектр из тембровых гармоник имеет в k раз большую разрешающую способность, чем первые основные гармоники пылегазовой среды и твердой фазы пылегазового потока. An essential feature of the proposed method is that the signal is converted into a Fourier spectrogram by a spectrum analyzer. The formed diagnostic subspectrum of timbre harmonics has a k times higher resolution than the first fundamental harmonics of the dust-gas medium and the solid phase of the dust-gas flow.

Использование разности частот твердой фазы и среды пылегазового потока по высшим гармоникам спектра при определении концентрации является не только новым, но и обеспечивает способу существенные метрологические качества. The use of the frequency difference between the solid phase and the dust and gas flow medium according to the higher harmonics of the spectrum in determining the concentration is not only new, but also provides the method with significant metrological qualities.

Апробирование способа осуществлено на лабораторной модели пылегазохода, оснащенной измерительной аппаратурой (фиг. 1), где 1 - пылегазовый поток, 2 - датчик акустической эмиссии, 3 - спектроанализатор. Пылегазовый поток 1 направляют по пылегазоводу, огибающему место установки датчика 2, воспринимающего акустический сигнал твердых частиц и газовой среды потока. Акустический сигнал датчиком преобразуется в электрический и подается на вход спектроанализатора. Спектроанализатор перерабатывает сигнал датчика в спектрограмму Фурье, представляющую собой диагностический спектр с повышенной разрешающей способностью и помехозащищенностью. The method was tested on a laboratory model of a dust and gas duct equipped with measuring equipment (Fig. 1), where 1 is a dust and gas flow, 2 is an acoustic emission sensor, 3 is a spectrum analyzer. The dust and gas stream 1 is directed through a dust and gas duct enveloping the installation site of the sensor 2, which receives the acoustic signal of solid particles and the gas medium of the stream. The acoustic signal is converted into an electric signal by the sensor and fed to the input of the spectrum analyzer. The spectrum analyzer processes the sensor signal into a Fourier spectrogram, which is a diagnostic spectrum with high resolution and noise immunity.

Примеры: по предлагаемому способу были проведены модельные испытания пылегазовых потоков с концентрациями твердой фазы: 0 г/м³ - чистая газовая среда; 4•10^-4 г/м³ и 8•10^-4 г/м³ - твердой фазы соответственно спектрограммам Фурье а, б, в (фиг. 2), на которых сигналы внутреннего калибратора - I, первой основной гармоники - II, высших гармоник -III имеют четко выраженную гребенчатую структуру, подчиняющуюся аддитивному закону.Examples: according to the proposed method, model tests of dust and gas flows with concentrations of the solid phase were carried out: 0 g / m ³ - pure gas medium; 4 • 10 ^-4 g / m ³ and 8 • 10 ^-4 g / m ^{3 of the} solid phase, respectively, according to the Fourier spectrograms a, b, c (Fig. 2), on which the signals of the internal calibrator are I, the first fundamental harmonic is II, higher harmonics -III have a pronounced comb structure, obeying the additive law.

График зависимости (фиг. 3) концентрации твердой фазы (г/м³) от уровня акустического сигнала, измеряемого в mV построен по приведенным спектрограммам. Каждая точка графика (фиг. 3) строится по отдельной спектрограмме. Координатами точки являются по оси абсцисс средневзвешенные амплитуды высших гармоник III спектрограммы, а по оси ординат значения концентрации твердой фазы для этой же спектрограммы.The dependence (Fig. 3) of the concentration of the solid phase (g / m ³ ) on the level of the acoustic signal measured in mV is plotted using the spectrograms presented. Each point of the graph (Fig. 3) is built on a separate spectrogram. The coordinates of the point are the abscissa weighted average amplitudes of the higher harmonics of the III spectrogram, and the ordinates of the concentration of the solid phase for the same spectrogram.

Построенная по экспериментальным значениям кривая для данной пыли соответствует линейному закону распределения уровня акустического сигнала от концентрации твердой фазы в широком диапазоне крупностей. The curve constructed from experimental values for a given dust corresponds to the linear law of the distribution of the level of the acoustic signal from the concentration of the solid phase in a wide range of sizes.

Апробирование способа на указанных выше примерах показывает, что малые концентрации твердой фазы не отличимы от чистой газовой среды на основных гармониках, в то время как высшие гармоники обладают резким отличием, что подтверждает указанные выше особенности высших гармоник в формировании диагностического спектра и эффективность предлагаемого способа. Testing the method in the above examples shows that low concentrations of the solid phase are indistinguishable from the pure gas medium at the main harmonics, while higher harmonics have a sharp difference, which confirms the above features of higher harmonics in the formation of the diagnostic spectrum and the effectiveness of the proposed method.

Источники информации. Sources of information.

1. Патент Великобритании N 1345095, кл. G 01N 15/06, опубл. 1974. 1. UK patent N 1345095, CL G 01N 15/06, publ. 1974.

2. Новожилов А.А., Прусс Ю.В., Муханов В.В. Акустоэмиссионный контроль пылевого потока в воздуховоде. В сб. н.т.: Обеспыливание в строительстве. Ростов-на-Дону, Рост. инж.-строит. ин-т, 1991. 2. Novozhilov A.A., Pruss Yu.V., Mukhanov V.V. Acoustic emission control of the dust flow in the duct. On Sat nt.: Dust removal in construction. Rostov-on-Don, Rost. engineer-building. Institute, 1991.

Claims

The method for determining the concentration of the solid phase of the dust and gas stream, which consists in measuring and establishing a relationship between the parameters of acoustic emission and the parameters of the dust and gas stream, characterized in that the sensor signal is converted into a Fourier spectrogram, and the diagnostic spectrum is formed in the form of comb high-order harmonics for the solid phase and the gas environment of the dust and gas stream.