Фотоэлектрический регистратор дисперс-ных частиц

Фотоэлектрический регистратор дисперс-ных частиц

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

A 3„-н

- ъ „.„-, Оз! ио . ™ тв.а ;

ОП

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистинескид

Республик

<о798553

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 0g1 178 (21) 2686301/18-25 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет—

Опубликовано 23,01,81. бюллетень Й93

Дата опубликования описания 230181 (5 М ) 3

G 01 Н 15/02

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий (53) УДК 535.241. (088. 8) (72) Авторы изобретения

С.В.Захарченко, С.М.Коломиец, В.В.Смирнов и Г.Ф.Яскевич

Институт экспериментальной метеорологии (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕГИСТРАТОР ДИСПЕРСНЫХ

ЧАСТИЦ

Изобретение относится к технике измерения частиц, взвешенных в газах или жидкостях, и может быть использовано в химической технологии, геофизике при контроле загрязнения окружающей среды.

Известны фотоэлектрические регистраторы частиц, содержащие формирующий световой пучок для освещения исследу- 1О емых частиц,. схему прососа частиц через освещенную область (рабочий объем) и приемную систему, состоящую иэ фотоприемника и анализатора амплитуды импульсов (1).

Недостатками известных фотоэлектри-1 ческих регистраторов являются искажение функции распределения частиц по размерам и их истинной концентрации эа счет одновременного попадания в рабочий (чувствительный) объем регистратора двух или более частиц, регистрируемых прибором как одна крупная.

Эта погрешность существенно возрастает при увеличении концентрации, позтому укаэанные приборы используются лишь при сравнительно невысоких концентрациях част щ.

Кроме того, известные устройства оказываются чувствительными к различного рода помехам, поскольку с выхода ЗО фотоприемника на анализатор поступает случайная последовательность импульсов, переменных по амплитуде и длительности, среди которых могут оказаться и импульсы помех, принимаемые прибором эа частицы, если их амплитуда превышает порог срабатывания амплитудного анализатора.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фотоэлектрический регистратор дисперсных частиц, включающий осветитель с диафрагмой, узел прососа частиц, фотоприемник, подключенный к счетному входу анализатора амплитуд импульсов и измеритель длительности импульсов, соединенный со схемой запрета, выход которой подключен ко входу анализатора амплитуды импульсов (2).

Недостатком известного устройства является то, что селекция по длительности оказывается недостаточно эффективной, поскольку требует постоянства скорости прососа частиц через рабочий объем, обеспечить которую достаточно трудно. Более того, при малых концентрациях иногда бывает необходимо преднамеренное увеличение скорости прососа с целью получения эа время экспозиции представительных проб аэрозоля

798553 и наоборот — при больших концентрациях во избежание перегрузки анализатора иногда необходимо уменьшение скорости прососа. Изменение скорости прососа ведет к изменению длительности импульса от частицы и к необходимости постоянной регулировки измерительной схемы. Кроме того, упомянутое устройство остается чувствительным к помехам, длительность которых меньше или равна времени пролета частицы через рабочий объем. Относительно высоким остается и нижний предел размеров регистрируемых частиц.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости, снижение нижнего предела размеров регистрируемых частиц, повышение эксплуатационных характеристик.

Постанленная цель достигается тем, что н фотоэлектрическом регистраторе частиц диафрагма выполнена н виде прямоугольника, дне стороны которого параллельны направлению движения частиц, и снабжена непрозрачной полосой, 10

$5 расположенной под углом к направлению движения частиц, не равным нулю, причем размер полосы н направлении движения частиц выбран меньше размера стороны прямоугольника, параллельной направлению движения частиц; н фотоэлектрический регистратор частиц нведены: коммутатор, схема управления коммутатором, три измерителя длительности импульсов и решающее устройство, выдающее сигнал запрета .анализа н случае выполнения условия

Т «««а-Ь

Ъ| Ь где 7,, tg, t> — длительности импульсов, соответственно, с первого, второго и третьего измерителей длительности импульсон; а — размер диафрагмы н направлении движения частиц;

Ь вЂ” размер непрозрачной полосы в том же направлении, причем управляющий вход коммутатора подключен к выходу схемы управления коммутатором, второй вход коммутатора и вход схемы управления коммутатором подключены к фотоприемнику, ба выхода коммутатора подключены ко ходам первого и третьего измерителей длительности импульсов, выход фотоприемника подключен ко входу второго измерителя длительности, три входа решающего устройства подключены к выходам измерителей длительности импульсов, а вход запрета анализатора амплитуды подключен к выходу решающего устройстна. . Кроме того, в фотоэлектрический регистратор дисперсных частиц введены схемы вычитания, схема деления, причем оба входа схемы вычитания подключены к выходам первого и третьего измерителей длительности импульсов, выход схемы вычитания подключен к одному нходу схемы деления, ко второму входу этой схемы подключен выход вто-. рого измерителя длительности, а выход схемы деления подключен к счетному входу анализатора длительности, а вход запрета анализа анализатора длительности подключен к выходу решающего устройства.

На чертеже изображена блок-схема фотоэлектрического регистратора дисперсных частиц.

Регистратор состоит из осветителя

1, формирующей оптики 2, 3 и 4 и прямоугольной диафрагмы с непрозрачной наклонной полосой 5, формирующих рабочий (чувствительный) объем 6 регистратора, через который просасываются измеряемые дисперсные частицы, фотоприемника 7, выход которого соединен с входами усилителя-формирователя 8 и амплитудного анализатора 9.

Выход усилителя 8 соединен со входом устройства 10 управления коммутатором, входом коммутатора 11 и входом измерителя 12 интервалов времени движения через непрозрачную полосу (длительность ). Выход устройства 10 упранления коммутатором подключен к управляющему входу коммутатора 11, который своими выходами подключен ко входам измерителей 13 и 14 длительности импульсов (длительности %, и

Q ). Выходы измерителей длительности

12, 13, 14 подключены к трем входам решающего устройства 15, с выхода которого снимается сигнал запрета анализа, поступающий на входы запрета анализа анализатора 9 амплитуды и аналиэатора 16 координаты. Выходы измерителей 13 и 14 длительности импульсон подсоединены к входам вычитающего устройства 17, выход которого соединен с первым входом схемы 18 деления, второй вход схемы 18 деления соединен с выходом измерителя 12 длительности интервала |(. Выход схемы деления соединен со входом анализатора 16 координаты, выход которого соединен с одним из входов перемножающего устройства 19, к другому входу этого устройства подключен выход анализатора 9 амплитуды. Дополнительный выход измерителя 12 длительности паузы соединен со входом устройства 20 формирования сигналов сброса. Электроды 21 подключены к источнику 22 напряжения.

Устройство работает следующим образом.

С помощью источника 1 света и линз

2 н рабочий объем 6 прибора проектируется прямоугольная диафрагма 5 с непрозрачной полосой. При аспирации одиночной частицы через освещенный таким образом рабочий объем, образуется два импульса рассеянного света, длительностью С и |, разделенные интерва7 98553 лом времени В, равным времени пролета частицы через непрозрачную полосу.

Эти импульсы с помощью фотоприемника

7, снабженного собирающей свет оптикой 4, преобразуются в электрические сигналы. Сигнал с фотоприемника 7, Ясиленный, сформированный по амплиту де в усилителе-формирователе 8, поступает на устройство 10 управления коммутатором, которое через коммутатор

11 поочередно подключает выход усили- 1О теля 8 ко входу измерителя 13 и 14 длительности импульса. Измеритель 12 интервалов 3 измеряет длительность интервалов времени между импульсами рассеянного света ; и . Сигнал) с выходов трех измерителей 12-14 длительности йоступают на три входа решающего.устройства 15, на выходе которого в случае выполнения условия а-Ь

- — Ф 1 появляется сигнал запре- 20 Ь та анализа, поступающий на входы запрета анализа анализаторов 9 и 16, где а — геометрическая высота рабочего объема; Ь вЂ” длина непрозрачной полосы р$ в направлении прососа частиц. Сигналы с выходов измерителей 13, 14 длительности поступают на входы вычитающего устройства 17 и с выхода измерителя

12 длительности на вход схемы деления

18. Узлы 17 и 18 вычисляют функцию по которой в анализаторе 16 координаты определяется координата пролета частицы через рабочий объем, величина которой зависит от размера час- тицы ее заряда и напряжения, приложен $ ного к электродам 21. С выхода анализатора 16 координаты сигнал поступает на вход перемножающего устройства 19, на второй вход которого поступает сигнал с анализатора 9 амплитуды. При пролете частицы через объем b каждая

Частица дает два импульса с промежутком между ними, равным времени пролета частицы через неосвещенную область

o4 i при ем соотношение между импуль- 4$ сами, определяемое выражением

7 %3» а- Ь

Ф,6 >

Q где С„, 6 - длительности импульсов, соответствующих пролету $0 частицы через освещенные зоны рабочего объема1 а — размер диафрагмы в направлении движения частиц;

b — размер непрозрачной полосы-в $$ том же направлении, не зависит ни от скорости прососа, ни от размещения частиц. Поэтому введедом частицы.

Связь между координатой х пролета частицы через освещенный рабочий объ65 ем и измеряемыми прибором длительноскием в анализатор решающего устройства, вырабатывающего команду запрета анализа в случае выполнения условия 4 % а-6 — устраняется возможность с ъ регистрации ложного сигнала (сигнала помехи или шума).

Это позволяет регистрировать частицы, лишь незначительно превышающие уровень шумов, а также исключить из анализа помехи практически любой природы и длительности, снизить требования к точности подцержания скорости прососа частиц.

Кроме того, в предлагаемом устрой стве появляется возможность определения координаты пролета частицы в рабочем объеме, информация о которой содержится в разности длительностей импульсов, образующихся при пролете частицы через два освещенных участка ра- бочего объема. С этой целью в регистратор введена схема вычитания, схема деления, анализатор длительности импульсов разности и схема вывода информации. При этом два входа схемы вычитания подключены к выходам первого и третьего измерителей длительности импульсов. Выход схемы вычитания подключен к одному из входоу схемы деления, ко второму входу которой подключен выход измерителя длительности импульса

7 . Выход схемы деления подключен к одному из входов анализатора длительности разности импульсов, ко второму входу которого подключен выход решающего устройства (схемы запрета).

В фотоэлектрическом регистраторе имеется возможность кроме измерения размеров и концентрации частиц определять также их электрический заряд, если перед входом частиц в Освещенную зону создать электрическое поле, под действием которого заряженные частицы распределяются в пространстве по определенному закону в зависимости от их подвижности, т.е. размера, величины и знака заряда.

В частности, в завИсимости от знака заряда дисперсные частицы оказываются смещенными относительно плоскости инжекции влево и вправо. Величина смещения пропорциональна подвижности частицы. Незаряженные частицы движутся по центру канала.

Количественно связь между электрическим зарядом частицы g и ее координатой х на выходе плоского конденсатора 21, длиной и, создающего поле напряженностью Е, можно выразить соотноиеиием CX)b иЧ

И } где Ч вЂ” скорость потока;

r — размер частицы; я, - динамическая вязкость воздухау х — отсчитывается по горизонтали от плоскости инжекции частиц. Знак координаты х определяется знаком заряда частицы, а абсолютная величина смещения х - эаря798553 тями импульсов ь1, (, Ъ может быть найдена из следующего соотношения !

Ь (- ) (2) где Ь вЂ” размер непрозрачной полосы 5 по вертикали; о — угол ее наклона к оси аспирации аэрозоля.

Информацию о заряде можно получить при установке диафрагм более простой () конфигурации, например в виде одного треугольника. В этом случае прибор упрощается, так как измеряется только одна длительность, однако при этом повышается требование к стабильности скорости прососа (в расчетную формулу для заряда параметр V входит не в первой степени как в (1), а во второй).

Таким образом, установка в регистратор диафрагмы и блоков позволяет существенно повысить помехоустойчи-; 20 вость прибора и снизить нижний предел измеряемых частиц. Это достигается тем„ что на анализ пропускаются только импульсы, возникающие при пролете частицы через рабочий объем и имеющие 35 временные соотношения, удовлетворяющие условию 7, аЬ )

Вероятность появления сигналов шу- 30 мов или помех, удовлетворяющих этому условию, мала.

Применение изобретения повышает эксплуатационные характеристики прибора. 35

Формула изобретения

1. Фотоэлектрический регистратор 4О дисперсных частиц, включающий осветитель с диафрагмой, узел прососа частиц, фотоприемник, подключенный к счетному входу анализатора амплитуд импульсов и измеритель длительности им-.,ульсов, причем выход фотоприемника подключен одновременно к одному иэ входов схемы запрета и ко входу измерителя длительности импульсов, выход которого подключен ко второму входу схемы запрета, выход которой подклю- 59 чен ко входу анализатора амплитуды импульсов, отличающийся

«ем, что, с целью повышения помехоустойчивости и снижения нижнего предела размеров измеряемых частиц, а также 55 повышения эксплуатационных характеристик, диафрагма выполнена в виде прямоугольника, две стороны которого параллельны направлению движения частиц, и снабжена непрозрачной полосой, расположенной под углом к направлению движения частиц, не равным нулю, причем размер полосы в направлении движения частиц выбран меньше размера стороны прямоугольника, параллельной направлению движения частиц.

2. Регистратор по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что в него введены коммутатор, схема управления коммутатором, три измерителя длительности импульсов и решающее устройство, выдающее сигнал запрета анализа в случае выполнения условия где Т,, tg,, 4g — длительности импуль-сов, соответственно, с первого, второго и третьего измерителей длительности импульсов; а — размер диафрагмы в направлении движения частиц;

b — размер непрозрачной полосы в том .же направлении, причем управляющий вход коммутатора подключен к выходу схемы управления коммутатором, второй вход коммутатора и вход схемы управления коммутатором подключены к фотоприемнику, оба выхода коммутатора подключены ко входам первого и третьего измерителей длительности импульсов, выход фотоприемника подключен ко входу второго измерителя длительности, три входа решающего устройства подключены к выходам измерителей длительности импульсов, а вход запрета анализатора амплитуды подключен к выходу решающего устройства.

3. Регистратор по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что в него введены схемы вычитания, схема деления, причем оба входа схемы вычитания подключены к выходам первого и третьего измерителей длительности импульсов, выход схемы вычитания подключен к одному входу схемы деления, ко второму входу этой схемы подключен выход второго измерителя длительности, выход схемы деления подключен к счетному входу анализатора длительности., а вход запрета анализа анализатора длительности подключен к выходу решающего устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции Р 2178352р кл. G 01 N 15/00, опублик. 1975.

2. Щелчков Г.И. Автоматическая коррекция погрешности совпадений. Метеорология и гидрология, 1978, Р 5, с. 100-186 (прототип).

798553

Составитель A.Ùóðoâ

Редактор В.Жиленко Техред E.Гаврылешко Корректор M.Вигула т

Заказ 10010/51 Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4