SU1041915A1

SU1041915A1 - Device for measuring dust content in gases

Info

Publication number: SU1041915A1
Application number: SU823419839A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Павлович Ганичев; Алексей Иванович Дормидонов; Леонид Артурович Нейман; Борис Иванович Попов
Original assignee: Ленинградский Институт Авиационного Приборостроения /Лиап/; Предприятие П/Я А-1298
Priority date: 1982-04-09
Filing date: 1982-04-09
Publication date: 1983-09-15

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ИЗМЕРЕНИЯ ЗАПЫЛЕННОСТИ ГАЗОВ, содержащее установленные в корпусе последовательно по потйку газа потенциальный электрод с отверсти ми и заземленные игольчатые электродц, размещенные . в отверсти х потенциального электрода , предназначенные дл создани коронного разр да, электростатический экран и индукционную камеру к ; которой подключен блок обработки сигнала, о т л и ч а ю щ е ее тем, что, с целью расширени диапазона измер емых концентраций в область малых значений, отверсти в потенциальном электроде расположены : по кольцу в его периферийной части, причем их суммарна площадь больше площади проходного сечени индукционной камеры, электростатический экран образован двум коаксиальными элейентами, расположенными соосно с: потенциальным электродом,внутренний из которых выполнен в виде конуса, ориентированного вершиной по .потоку, с диаметром основани , равным внутреннему диаметру кольца, по которо му расположены отверсти , внешний элемент, имеет внутреннюю поверх- § ность в виде усеченного конуса, так (Л же ориентированного вершиной по потоку, с максимальным диаметром с основани конуса, равным внешнему дис1метру кольца, и минимд1льным диаметром, не превышающим внутрен- о него диаметра индукционной камеры. 4 со елDEVICE FOR. GAS DUST MEASUREMENTS containing a potential electrode with holes and a grounded needle electrode placed sequentially along the gas flow through the case. in the holes of the potential electrode, designed to create a corona discharge, an electrostatic shield and an induction chamber to; which the signal processing unit is connected to, because of it, in order to expand the range of measured concentrations to small values, the holes in the potential electrode are located: along the ring in its peripheral part, and their total area is larger the bore area of the induction chamber; the electrostatic screen is formed by two coaxial elements arranged coaxially with: a potential electrode, the inner one of which is made in the form of a cone, oriented vertically along the flow, with a diameter base, equal to the internal diameter of the ring, in which the holes are located, the external element has an internal surface in the form of a truncated cone, so (L as oriented by the apex along the flow, with a maximum diameter from the base of the cone equal to the external diameter of the ring, and the minimum with a diameter not exceeding the inside diameter of the induction chamber.

Description

Изобретений относитс к средствам измерени запыле нноСти газов и может быть использовано дл .техноло гического контрол малых концентраций частиц в воздухе в электронной, приборостроительной и других отрасл х промышленности.The invention relates to the measurement of the dust content of gases and can be used for the technological control of small concentrations of particles in the air in the electronic, instrument-making and other industries.

Известно устройство дл измерени запыленности газов, основанное на зар дке аэрозольных частиц в поле импульсного коронного разр да и последующем измерений переменной составл ющей зар да иидукциондным способом,.содержащее установленТ )ые в корпусе последовательно по потоку потенциальныйэлектрод в виде кольца и расположенный внутри него по его оси заземленный игольчатый электрод, предназначенный дл создани коронного разр да, цилиндрический электростатический экран и индукционную камеру, образующие газоход посто нного сечени , а также блок обработки и регистрации сигнала , подключенный к индукционной камере. Данное устройство может измер ть концентрацию аэрозольных частиц в широком диапазоне размеров , что позвол ет использовать, его дл контрол запыленности технологических газов и воздуха 1.A device for measuring the dust content of gases is known, based on charging aerosol particles in a field of pulsed corona discharge and subsequent measurements of a variable component of charge and in an inductive way, containing a potential electrode in a ring and located inside it through it grounded needle electrode for creating a corona discharge, a cylindrical electrostatic shield and an induction chamber forming a fixed section duct and as well as a processing unit and the registration signal is connected to the induction chamber. This device can measure the concentration of aerosol particles in a wide range of sizes, which makes it possible to use it to control the dust content of process gases and air 1.

Однако известное устройство имеет ограниченный в области малых значений диапазон измер емых концентраций , обусловленный низким отношением сигнал/помеха. Повышение отношени сигнал/помеха невозможно, поскольку услови увеличени полезного сигнала и уменьшени помехи при данной конструкции устройства вл ютс взаимйисключающими . . .However, the known device has a limited in the range of small values range of measured concentrations, due to the low signal-to-noise ratio. An increase in the signal-to-noise ratio is impossible, since the conditions for increasing the useful signal and reducing the interference in this device design are mutually exclusive. . .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату вл етс устройство дл измерени запыленности газов, содержащее установленные в корпусе последовательно по потоку газа потенциальный электрод с отверсти ми , заземленные игольчатые электроды , размещенные в отверсти х потенциального электрода, предназначен- ные дл создани коронного разр да, электростатический экран и индукционную камеру, к которой подключен блок обработки и регистраци сигнала. Электростатический экран и индукционна камера выполнены в виде наборов коаксиальных, электрически св занных в пределах набора цилиндров, образующих газоход с посто нным сечением . Конструкци электродов дл создани коронного разр да обеспечивает высокую эффективности, ки aэpoзOJfe ныx частиц при большом расходе анализируемого газа и малом напр жении на потенциальном электроч де за счет увеличени числа разр дных промежутков и уменьшени межэлектродного рассто ни . Благодар этому данное устройства обеспечивает лучшее соотношение сигнал/помеха ,The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a device for measuring the dust content of gases, which contains a potential electrode with holes, grounded needle electrodes arranged in the potential electrode openings, designed to create a corona discharge. Yes, an electrostatic screen and an induction chamber to which the processing unit and signal detection are connected. The electrostatic screen and the induction chamber are made in the form of sets of coaxial electrically connected within a set of cylinders forming a duct with a constant cross section. The design of the electrodes for creating a corona discharge provides high efficiency of kaerozOJfe particles with a high flow rate of the analyzed gas and low voltage on a potential electric current due to an increase in the number of discharge gaps and a decrease in the interelectrode distance. Thanks to this, this device provides the best signal-to-noise ratio

Дальнейшее увеличение соотношени сигнал/помеха при данной конструкции устройства возможно за счет уменьшени помехи, создаваемой напр жением коронного разр да на индукционной камере, что достигаетс уменьшением взаимной емкости потенциального электрода и индукционной камеры за счет увеличени числа и длины цилиндров электрйстатического экрана , однако при этом увеличиваетс осаждение аэрозольных частиц на стенках газохода, что приводит к уменьшению полезного сигнала и по влению дополнительной погрешности в результатах измерени . Указанные факторы ограничивают максимально достижимое Дл данной конструкции отношение сигнал/помеха и диапозон измерени малых концентраций аэрозольных частиц в газе.A further increase in the signal-to-noise ratio with this device design is possible by reducing the interference generated by the corona discharge voltage on the induction chamber, which is achieved by reducing the mutual capacitance of the potential electrode and the induction chamber by increasing the number and length of the electrostatic screen cylinders, but at the same time increasing the deposition of aerosol particles on the walls of the flue, which leads to a decrease in the useful signal and the appearance of an additional error in the results reni. These factors limit the maximum achievable. For this design, the signal-to-noise ratio and ranges for measuring small concentrations of aerosol particles in a gas.

Цель изобретени - расширение диапозона измер емых концентраций в область малых значений за счет повышени отношени сигнал/помеха. The purpose of the invention is to expand the range of measured concentrations to small values by increasing the signal-to-noise ratio.

Дл достижени этой цели в устройстве , содержащем установленные в , KQpnyce последовательно по потоку газа потенциальный электрод с отверсти ми и заземленные игольчатые электроды, размещенные в отверсти х потенциального электрода, предназ- - наченные дл создани коронного разр да , электростатический экран и индукционную камеру, к которой подключен блок обработки сигнала, отверсти в потенциальном электроде расположены по кольцу в его периферийной части, причем их суммарна , площадь больше площади проходного сечени индукционной камеры, электростатичесеий экран образован двум коаксиальными элементами, расположенными соосно с потенциальным электродом, внутренний из которых выполнен в виде конуса, ориентированного вершиной по потоку, с диаетром основани , равным внутреннему диаметру кольца, по которому расположены отверсти , внешний элеент имеет- внутреннюю поверхность в виде усеченного конуса, также ориентированного вершиной по потоку, с максимальным диаметром основани конуса , равным внешнему диаметру кольа , и минимальным диё1метром, не преышaющи 4 внутреннего диаметра индукионной камеры.To achieve this goal, in the device, which contains a potential electrode with openings installed in, KQpnyce, and an earthed needle electrodes placed in the openings of the potential electrode, designed to create a corona discharge, to the coring of the potential electrode. which is connected to the signal processing unit, the holes in the potential electrode are located around the ring in its peripheral part, and their total, the area is larger than the area of the orifice section of the induction chamber The electrostatic shield is formed by two coaxial elements arranged coaxially with a potential electrode, the inner of which is made in the form of a cone, oriented with the top along the flow, with a base dieter equal to the inner diameter of the ring along which the holes are located, the outer element has an inner surface in the form of a truncated cone, also oriented with apex along the flow, with a maximum diameter of the base of the cone, equal to the external diameter of the stake, and a minimum diameter of 1 meter, not exceeding 4 inner its diameter indukionnoy camera.

Предложенна конструкци устройства позвол ет расширить диапазон измер емых концентраций в область алых значений за счет повышени отношени сигнал/помеха, так как при указанных в формуле соотношени х проходных сечений потенциального электрода и индукционной камеры повы шение эффективности зар дки аэрозоль ных частиц за счет снижени скорости потока газа в отверсти х потенциального электрода не приводит к .снижению скорости в индукционной камере, котора может быть задана исход из условий обеспечени максимального значени ко:5ффициента передачи и минимальных потерь зар женных частиц в электростатическом экране, а конфигураци электростатического экрана обеспе ивает минимальную взаимную емкость потенциального элек трода и индукционной камеры. На фиг. 1 схематично показан конструкци устройства дл измерени запыленности газов, общий вид; на. фиг. 2 - то же, вид сверху, В металлическом корпусе 1 установ лен потенциальный электрод 2 с бтвер сти ми, расположенными по кольцу в его периферийной части, и заземленные игольчатые электроды 3, рас положенные в отверсти х потенциального электрода 2. За электродом 3, зоосно с потенциальным электродом 2., расположен электростатический экран, образованный элементами 4 и 5, рричем внутренний элемент 4 выполнен в виде конуса и ориентирован вершинрй по потоку, а диаметр его основани равен внутреннему диаметру кольца, по которому расположены отверсти в потенциальном электроде 2. Внешний элемент 5 имеет Внутреннюк поверхность в виде усеченного конуса, также ориентированного вершиной по потоку , причем его максимальный дна-, метр равен наружному диаметру кольца по которому расположены отверсти в потенциальном электроде 2. За элейтростатическим экраном 4, 5 последовательно по потоку расположена индук ционна камера 6, диаметр которой равен или больше минимального диаметра усеченного конуса внешнего элемента 5 электростатического экрана , а площадь проходного сечени 1еньше суммарной плсицади отверстий потенциального электрода 2. К индукционной KciMspe 6 подключен блок Тобработки сигнала, выполненный, иапример , в виде последовательно qP® диненных усилител и детектора, а к потенциальному электроду 2 - йсточ ник 8 высокого импульсного напр - ; жени дл создани коронного разр да Потенциальиый электрод 2 и иидукцион на камера 6 установлены в корпусе на изол торах 9 и 10, форма ко Сгрых обеспечивает плавное изменение c toрости потока в газоходе. Заэемлейные игольчатые электроды 3 и элементы 4 и 5 электростатического экрана элек трически соединены с корпусом 1. Устройство работает следующим ооразом . Поток анализируемого газа пррпус-, каетс через устройство. На потенциальный электрод 2 относительно корпуса 1 подаетс от источника 8 напр жение , вызывающее импульсный коронный разр д между потенциальным электродом 2 и эаэемленными игольчатыми электродами 3. В течение импульса коронного разр да пылевые частицы приобретают электрический зар д. Врем пребывани частиц в зар дной камере, необходимое дл приобретени зар да, близкого к предельному, задаетс при известном расходе газа выбором проходного сечени потенциального электрода 2, а именно количеством и размерами отверстий. Далее поток газа с аэрозольными частица- ми проходит участок газохода, образованный элементами 4 и 5 электростатического экрана, и поступает в индукционную камеру б. На этом участке эа счет сужени проходного сечени газохода плавно возрастает скорость потока до значени , обеспечивающего оптимальные услови измерени зар да аэрозольных частиц в индукционной камере 6. Зар женные аэрбзольные частицы индукцируют на ней . электрический зар д с частотой сле-г довани импульсов коронного разр да. При заданной частоте следовани импульсов и расходе газа выбором проходного сечени индукционной камеры 6 достигаетс получение коэффициента передачи индукционной камере 6, близкого к единице. На входе, блока 7 обработки сигнала, подключенного к индукционной камере 6, формируетс переменное напр жение, которое усиливаетс , и детектируетс в блоке 7 обработки сигнала, в результате чего на его выходе по вл етс сигнал, пропорциональный концентрации частиц в газе. Применение электростатического экрана, образованного элементами 4 и 5 указанной формы, позвол ет решить одновременно две задачи - надежную электростатическую экранировку индукционной измерительной камеры 6 от помехи, создаваемой потен-, циальным электродом 2, и формирова-. ние газового потока с заданным профилем скоростей. Внутренний элемент 4 электростатического экрана защищает индукционную камеру б от помехи, создаваемой , цен траль ной частью потенциального электрода 2, ограниченной внутренним диёметрс кольца, по которому расположены отверсти , а внешний элемент 5 - от помехи, создаваемой внешней частью потенциального электрода 2, ограниченной внеш- . ним-диаметром кольца. Конусообразна форма поверхностей элементов электростатического экрана позвол ет свести к минимуму 19заимную емкость незаэкранированной части потенциального электрода 2 и индукционной камеры 6, а также путем задани соответствующих углов при вершинах конусов элементов.4 и 5, обеспечить при заданной длине электростатического экрана необходимое изменение скоростей потока от минимальной в отверсти х потенциального электрода 2 до максимальной в индукционной камере б и исключить возможность обраэо ,вани застойных зон в потоке.The proposed design of the device allows the range of measured concentrations to expand to the range of scarlet values by increasing the signal-to-noise ratio, since with the ratios of the potential sections of the potential electrode and the induction chamber indicated in the formula, the efficiency of charging of aerosol particles increases by reducing the flow rate the gas in the holes of the potential electrode does not lead to a decrease in speed in the induction chamber, which can be set on the basis of the conditions for ensuring the maximum value of: 5 transmission coefficient and minimal loss of charged particles in an electrostatic screen, and the configuration of the electrostatic screen provides the minimum mutual capacitance of the potential electrode and the induction chamber. FIG. 1 shows schematically the structure of a device for measuring the dust content of gases, a general view; on. FIG. 2 - the same, top view; In a metal case 1, a potential electrode 2 is installed with digital holes located around the ring in its peripheral part, and grounded needle electrodes 3 located in the holes of the potential electrode 2. Behind the electrode 3, zooos with potential electrode 2., there is an electrostatic screen formed by elements 4 and 5, the inner element 4 is shaped as a cone and the flow vertex is oriented, and the diameter of its base is equal to the internal diameter of the ring along which the holes are located in the potential electrode 2. The outer element 5 has a Vneshnyuk surface in the form of a truncated cone, also oriented vertically along the stream, with its maximum bottom-, meter being equal to the outer diameter of the ring along which there are holes in the potential electrode 2. Behind the eleutrostatic screen 4, 5 are consistently An induction chamber 6 is located in the flow, the diameter of which is equal to or greater than the minimum diameter of the truncated cone of the external element 5 of the electrostatic screen, and the area of the flow section is less than the total plsitsadi holes potential electrode 2. KciMspe induction unit 6 is connected Tobrabotki signal configured, iaprimer, as sequentially qP® union of amplifier and detector, and a potential electrode 2 - high-voltage pulse ystoch nick 8 -; Corona discharge potential electrode 2 and the auction for chamber 6 are mounted on insulators 9 and 10 in the housing, and the shape of a comma ensures a smooth change in the flow rate in the duct. The needle electrodes 3 and the elements 4 and 5 of the electrostatic screen are electrically connected to the housing 1. The device operates as follows. The flow of the gas being analyzed is prprpus- is discharged through the device. The potential electrode 2 with respect to the housing 1 is supplied from the source 8 with a voltage causing a pulsed corona discharge between the potential electrode 2 and the earth needle electrodes 3. During the corona pulse, dust particles acquire an electric charge. The residence time of the particles in the charging chamber, The required for the acquisition of a charge close to the limiting one is determined at a known gas flow rate by selecting the flow area of the potential electrode 2, namely the number and size of the holes. Then the gas flow with aerosol particles passes through the section of the gas duct formed by elements 4 and 5 of the electrostatic screen and enters the induction chamber b. In this section, the restriction of the throughput section of the flue duct gradually increases the flow rate to a value that provides optimal conditions for measuring the charge of aerosol particles in the induction chamber 6. Charged airborne particles are induced on it. electric charge with a frequency of tracing of corona pulses. At a given pulse frequency and gas flow rate, the choice of the flow area of the induction chamber 6 results in obtaining the transmission coefficient of the induction chamber 6 close to unity. At the input of the signal processing unit 7 connected to the induction chamber 6, a variable voltage is generated, which is amplified and detected in the signal processing unit 7, with the result that a signal proportional to the concentration of particles in the gas appears at its output. The use of an electrostatic screen formed by elements 4 and 5 of this form allows us to solve two problems simultaneously - a reliable electrostatic screening of the induction measuring chamber 6 from the interference created by the potential-social electrode 2, and the formation. gas flow with a given velocity profile. The inner element 4 of the electrostatic shield protects the induction chamber b from the disturbance generated by the central part of the potential electrode 2 bounded by the internal diameter of the ring along which the holes are located, and the outer element 5 from the disturbance created by the outer part of the potential electrode 2 . it is the diameter of the ring. The conical shape of the surfaces of the electrostatic screen elements minimizes the mutual capacitance of the unshielded part of the potential electrode 2 and the induction chamber 6, and also by setting the corresponding angles at the vertices of the cones of elements 4 and 5, to provide the required variation of flow rates from the minimum electrostatic screen in the holes of the potential electrode 2 to the maximum in the induction chamber b and to exclude the possibility of obstruction of stagnant zones in the flow.

. .

. . - Таким образом, при(1енение предлагаемой конструкции устройства позвол ет достичь лучшего по сравнению. . - Thus, when (the change of the proposed device design allows to achieve a better

с прототилсж соотношени сигнал/помеха как за счет возможности раздельного задани оптимальных значений скоростей в зрне зар дки аэрозольных частиц (отверсти потенциального элетрода 2) и в индукцио.нной камере 6, чем достигаетс увеличение полезного сигнала, так и за счет уменьшени взаимной емкости потенциального электрода 2 и индукционной камеры б, чем достигаетс уменьшение помехи. Благодар этому предлагаемое устройство позвол ет измер ть концентрации частиц, соответствующие запыленности воздуха производственных помещений 1-Ш классов чистоты по ОСТ IIOSO. 001-78.with the signal-to-noise ratio both due to the possibility of separately setting the optimal values of the velocities in the air of charging aerosol particles (openings of the potential electrode 2) and in the induction chamber 6, thus increasing the useful signal, and by reducing the mutual capacitance of the potential electrode 2 and induction chamber b, thereby reducing interference. Due to this, the proposed device makes it possible to measure particle concentrations corresponding to the dust content of air in industrial premises of 1-Ш purity classes according to OST IIOSO. 001-78.

Claims

DEVICE FOR. MEASUREMENTS OF GAS DUST, containing a sequence installed in the Housing, but along the gas flow, a potential electrode with holes and grounded needle electrodes placed / in the holes of the potential electrode, intended to create, corona discharge, electrostatic screen and induction chamber, k. which the signal processing unit is connected to, which means that, in order to expand the range of measured concentrations to a region of small values, the holes in the potential electrode are located along the ring in its peripheral part, and their total area is larger the passage area of the induction chamber, the electrostatic screen is formed by two coaxial · 'elements located coaxially with; a potential electrode, the inner of which is made in the form of a cone oriented with a vertex in the flow, with a base diameter equal to the inner diameter of the ring along which the holes are located, the outer element has an inner surface in the form of a truncated cone, also oriented with a vertex in the flow, with the maximum diameter of the base of the cone, equal to the outer diameter of the ring, and the minimum diameter not exceeding the inner diameter of the induction chamber.

>