Устройство для определения размера аэрозольных частиц

Устройство для определения размера аэрозольных частиц

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<п1957067 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 29.01.80 (21)2876834/18-25

f51) М Na з

G 01 М 15/07 с присоединением заявки №вЂ”

Государственный комитет

СССР но дедам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 070982. Бюллетень ¹ 33 (з) УДК 535. 242 (088. 8) Дата опубликования описания 0709.82 (72) Автор изобретения

Ю.В.Жулан (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРА

АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к измерительной технике, а конкретно к измерениям концентрации и распределения частиц по размерам в дисперсных средах, и может быть использовано при измерении эффективности фильтрующих материалов и устройств, а также в медицинской промышленности и др. для контроля чистоты воздуха и технологических газов.

Известно устройство для определения размера и концентрации аэрозольных частиц, содержащее последовательно расположенные осветитель, рабочую кювету с системой прокачки аэрозоля, оптическую собирающую систему, диафрагму и фотоприемник.

При прокачке потока аэрозоля диаметром 1,0 мм через пучок света от осветителя диаметром 1,2 мм образующаяся фигура пересечения является . рабочим объемом УР . Свет, рассеян« ный частицей при пересечении У> собирается оптической системой в телесном угле 60о, фокусируется через диафрагму на фотоприемник и преобразуется в импульс напряжения, амплитуда которого определяет размер час° тицы. Основным условйем правильного определения размера частицы по ажплитуде импульса является высокая равномерность освещения Vp

К недостаткам этого устройства относится то, что при глубине Vp равной 1,0 мм, и диаметре луча света 1,2 мм интенсивность освещения частиц от максимальной в центре Vp уменьшается почти до нуля. на перифе" рии рабочего объема и поэтому снижается точность измерения аэрозольных частиц., 4

Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения размера аэрозольных частиц, которое содержит расположенные последовательно осветитель, рабочую кювету с системой прокачки аэрозоля, оптическую собирающую систему, светоделительную призму, прозрачный экран с непрозрачной пластинкой на нем, установленный в плоскости резкого изображения оси потока аэрозоля оптической собирающей систе25 мой, фотоприемник, соединенный с первым входом электронного ключа, второй вход котордго соединен с вторым фотоприемником, расположенным по ходу луча, отраженного светоделителтЗО ной призмой (21.

9570á7

При пересечении частицей рабочего объема поток рассеянного света, собранный оптической собирающей системой, попадает на светоделительную призму, пропускающую под прямым углом 50% излучения на фотоприемник, 5 который регистрирует все частицы, пересекающие V> т.е. измеряют общую концентрацию; 50Ъ излучения про-. ходит на второй фотоприемник, перед которым установлен экран с непрозрач-10 ной пластинкой, закрепленной верти- кально.

Когда резкое или нерезкое изо- ° бражение частицы частично или полностью попадет на фотоприемник,. то. 15 на нем появляется сигнал, свидетельствующий о том, что частица в рабочем объеме движется вне выделяемой зоны. Этот сигнал поступает на электронный ключ и запрещает регис- 20 трацию импульса от такой частицы.

При таком оптическом способе в рабочем обьеме формируется зона в виде. ромба, вытянутого в направлении оси оптической собирающей системы.

Меньшая диагональ ромба равна ширине непрозрачной пластинки, деленной на увеличение оптической системы, а большая диагональ — удвоенному расстоянию от резкой частицы до нерезкой, у которой размер кружка нерезкости равен меньшей диагонали ромба.

K недостаткам этого устройства относится то, что формируемая измерительная зона сильно вытянута по глубине Vp, а именно в этом направлении у большинства счетчиков имеет место наибольшая неравномерность освещения.

J отсутствует возможность регулировки объема выделяемой зоны, величина зо- 40 ны для мелких частиц больше, а для крупных меньше, в результате при анализе происходит обогащение спектра мелкими частицами и обеднение крупными. 45

Цель изобретения - повышение точности измерения размеров частиц в дисперсных средах.

Поставленная цель достигается тем, что а устройстве для определе- 50 ния размера аэрозольных частиц, содержащем расположенные последова- тельно осветитель, рабочую кювету с системой прокачки .аэрозоля, оптическую собирающую систему, свето-. делиЪельную призму, прозрачный экран, 55 на поверхности которого расположена непрозрачная пластинка, установленная в плоскости резкого изображения оси потока аэрозоля оптической собирающей системой, первый фотопри-. 0 емник, соединенный с первым входом электронного ключа, второй вход которого соединен с вторым фотоприемником, расположенным по ходу луча, отраженного светоделительной призмой,,65 непрозрачная пластинка выполнена прямоугольной и установлена горизонтально, а между первым входом электронного ключа и первым фотоприемником введен дискриминатор импульсов по длительности провалов, причем порог дискриминации у связан с размерами непрозрачной пластинки следующим соотношением где h — высота непрозрачной прямоугольной пластинки; ь $ - глубина выделяемой измерительной зоны в потоке аэрозоля, А — относительное отверстие оптической собирающей системы, — фокусное расстояние системы, р — увеличение; и — скорость потока аэрозоля;

- расстояние от оптической собирающей системы до оси потока аэрозоля, На фиг, 1 приведена оптическая схема устройства для измерения размера.аэрозольных частиц; на фиг.2 + оптическая схема регистрации частиц, пересекающих освещенный рабочий объем; на фиг.З вЂ” траектории движения резкой нерезкой частиц.

Устройство состоит из расположенных последовательно осветителя 1, рабочей кюветы 2 с системой 3 прокачки аэрозоля, оптической системы 4, собирающей рассеянный частицами свет при пролете их через рабочий объем, светоделительной призмы 5, которая расщепляет падающий на нее свет or оптической системы на два пучка— проходящий и отраженный, прозрачного, экрана б с непрозрачной прямоугольной пластинкой, установленной на экране горизонтально в плоскости резкого иэображения оси потока аэрозоля, фотоприемника 7, регистрирующего проходящий через призму 5 рассеянный частицами свет, дискриминатора 8 импульсов по длительности провалов, сигнал с которого поступает на первый вход .электронного ключа 9 (работающего как схема совпадения), второй вход которого соединен с вторым фотоприемником 10, регистрирующим ограженный светоделительной призмой 5 рассеянный свет.

Цилиндр 11 представляет собой фигуру пересечения освещающего пучка света (от осветителя) диаметром D с потоком аэрозоля диаметром и в рабочей кювете и является рабочим объемом. Собирающая оптическая система

4 собирает рассеянный частицами свет при пролете их в Vp и фокусирует его, 957067 череэнепоказанную на рисунке светоделительную призму на прозрачный экран

6 с непрозрачной горизонтальной прямоугольной пластинкой, который находится в плоскости P резкого изображения оптической системой 4 оси потока аэрозоля 0, лежащей в плоскости Р. Пластинка б частично закрывает находящийся за ней торец фотоприемника 7, который преобразует поступающие на него импульсы света в импульсы напряжения и подает их на дискриминатор 8 и далее на первый вход электронного ключа 9.

Устройство работает следующим образом.

При прокачке потока аэрозоля через рабочий объем 11 частицЫ, движущиеся в плОскости Р, проектируются оптической собирающей системой 4 на экран 6 с прямоугольной пластинкой и дают на нем резкие изображения движущихся в рабочем объеме ЧР Частиц, диаметр которых не более сф

Резкие иэображения дадут также частицы, движущиеся за плоскостью

-Ha расстоянии от нее не более t< равном задней глубине резкости оптической системы 4, (4) 5

5г ЕР

2 (h -Гр ° П ° Р) д$ Ъ (7) 40

П р .и м е р . В, качестве примера рассмотрим лучший образец счетчик

А3-5, имеющий диаметр потока азрозо51 .ля 1 мм, фокусное расстояние 15 мм, относительное отверстие 1:1,5, расстояние от .объектива до оси потока аэрозоля 20 мм, увеличение 1 и высоту пластинки 0,5 мм. Длительность провала на импульсах от частиц, находящихся в зоне глубиной 0,1 мм при скорости прокачки 1 м/с, равна

„...h -d ð 6$ — (1)

ЗР Р в частицы, движущиеся перед плоскостью Р на расстоянии от нее не более tg, равном передней глубине резкости, Фр (2) Р Р где ВЗР - диаметр зрачка оптической системы 4..

Все частицы, движущиеся вне зоны, заключенной между плоскостями Р и

Р, дадут нерезкие кружки рассеяния.

На фиг.З показаны траектории движения резкой (1) и нерезкой (П). частиц по экрану 6 с расположенной на нем непрозрачной прямоугольной пластинкой размером l hÄ где 1 — дли на, а h — - высота непрозрачной прямоугольной пластины.

При прокачке аэрозоля через Vp резкое изображение частицы диаметром с p двигается по прозрачному экрану б и с находящегося за ним фотоприемника снимается импульс. При пересечении резким изображением частицы непрозрачной пластинки высотой h на импульсе появится провал длительностью где U — - скорость прокачки аэрозоля.

Нерезкое иэображение частицы при пересечении пластинки 6 также даст провал, длительность которого ь„ меньше

Таким образом, с помощью прямоугольной непрозрачной пластинки 6 удается связать координату пролета частицы в Vp с параметрами импульса эт нее. Если теперь, с помощью вреюенногЬ анализатора, пропускающего

)la электроиный ключ импульсы с длиh -d цельностью провалов Т д, >> .(т.е. с порогом дискриминации h*, равным „ ), регистрируем только резкие частицы, то формируется в общем рабочем объеме плоская измерительная зона, заключенная в узком

20 пространстве между плоскостями Р„ и

Р1, в пределах которой обеспечивается высокая равномерность освещения и глубина которого ьЯ равна.

25 оБ = t +tq= (5) зр р или через относительное отверстие оптической системы A

Подставив в полученное выращение (6j значение d p = (Ь-Тд 0-@) Ip, получим уравнение, связывающее глубину изме35 -рительной зоны д S с порогом дискриминации Т временного дискриминатора

Таким образом, непрозрачная прямоугольная пластинка определенных размеров, установленная горизонтально, и временной дискриминатор; порог которого связан с .высотой непрозрачной пластинки соотношением (7),создает новое качество - формирует в общем

ЧР, плоскую чувствительную зону с высокой равномерностью освещения, что повышает точность измерения размеров частиц.

957067 .1

2 20 0,5 — 0,1 -Х,7 15 ъ-ла-—

250 мкс

0i т

Следовательно, при наличии непрозрачной пластинки и временного анализатора, пропускающего на анализ частицы с длительностью провала >5.порог

500 мкс и больше, идет регистрация частиц из узкой зоны (0,1 мм), в пределах которой обеспечивается вы,сокая раавномерность и точное измере-, l ние размера частиц.

Предлагаемое устройство, имеющее — 20 где h высокую точность определения дисперсного состава аэрозолей, найдет широкое применение в народном хозяйстве для контроля запыленности, а главное, для измерений фракционной эффективности фильтрующих материалов и элементов. Измерения эффехтивности фильтрующих материалов и уст- Х ройств в зависимости от размера частиц необходимы при расчете и проекти- 30 ровании систем .очистки воздуха и газов и могут быть проведены предлагаемым устройством быстро, автоматически и с высокой точностью. е

Формула и э обретения

Длительность провалов на импульсах от частиц на йериферии потока и хуже освещенных равна

2 20 0 5 — 1 - 15.

У устройство.для определения размера.аэроэольных частиц, содержащее расположенные последовательно осветитель, рабочую кювету с сисТе мой прокачки аэрозоля, оптическую собирающую систему,светоделительную призму, прозрачный экран, на поверхности которого расположена непрозрачная пластинка, установленная в плоскости резкого изображения оси потока аэрозоля оптической собирающей системой, первый фотоприемник, соединенный с первым входом электронного клю4а, второй вход которого соединен с вторым фотоприемником, расположенным по ходу луча, отраженного светоделительной призмой, о тл и ч а ю щ е.е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, непрозрачная пластинка выполнена прямоугольной и установлена горизонально, а между первым входом элекго ключа и первым фотоприемниведен дискриминатор импульсов тельности провалов, при этом дискриминации у связан с разнепрозрачной пластинки следусоотношением

2gh - д $АК@ Бр — высота непрозрачной прямоугольнЪй пластинки;

S - глубина выделяемой измерительной зоны в потоке аэрозоля, .— относительное отверстие оптической собирающей сис-. темы, - фокусное расстояние системы р — увеличение; скорость потока аэрозолями

- расстояние от оптической собирающей системы до оси ,потока аэрозоля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Соколов В.С., Сергеев В.И. Фо40 тоэлектрический счетчик аэроэольных частиц АЗ-5 . - "Электронная техника", сер.1 "Электроника СВЧ", 9 10, 1970, с.92-100.

2. Shuster В., Knollenberg R.

Ре ес11оп апс1 sizing of sneall

pasticles in an open cavity gas

laser, Appl.Opt,1972, v.II, p.1515>52О, 957067

Psz У

Составитель Н.Стукова

Редактор А.Козориз ТехредЛ.Пекарь, Корректор Г.Решетник

Заказ 6586/31 Тираж 887- Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæroðoä, ул.Проектная,4