Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6668
(13) U
(46) 2010.10.30
(51) МПК (2009)
G 01N 21/00
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ
РАЗМЕРА ЧАСТИЦ САЖИ
(21) Номер заявки: u 20100206
(22) 2010.03.04
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Институт тепло- и
массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Бела-
руси" (BY)
(72) Авторы: Фисенко Сергей Павлович;
Баранышин Евгений Александрович;
Лещевич Владимир Владимирович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт тепло-
и массообмена имени А.В.Лыкова
Национальной академии наук Белару-
си" (BY)
(57)
Устройство для бесконтактного определения размера частиц сажи в газовом потоке,
содержащее эжектор с отверстием для отбора газа с потоком частиц сажи из связанного с
ним высокотемпературного проточного реактора, окно для прохождения теплового излу-
чения, пирометр, связанный с компьютером, отличающееся тем, что эжектор выполнен
подвижным в виде телескопической трубы и через клапан подсоединен к дополнительно
введенной сменной измерительной камере, полые стенки которой связаны с насосом по-
дачи хладагента, снабжены встроенными датчиками температуры и прозрачными окнами,
не менее двух, причем окна расположены напротив друг друга, а сменная измерительная
камера оканчивается крышкой, соединенной с вакуумным насосом.
(56)
1. Патент США 7,167,240, МПК G 01N 21/00, 2007.
BY6668U2010.10.30

2. BY 6668 U 2010.10.30
2
Предлагаемое устройство относится к области исследования материалов оптическими
методами, в частности к определению размера сажевых частиц в газовом потоке, и может
найти применение в промышленности при производстве сажи либо других дисперсных
материалов, получаемых из газовой фазы.
Известно устройство для бесконтактного определения размера частиц сажи [1], вы-
бранное в качестве прототипа. Оно содержит эжектор с отверстием, соединенный с систе-
мой разбавления газа воздухом, и измерительную систему размера частиц методом
лазерно-индуцированной инкандесценции частиц сажи, связанную с компьютером.
Из высокотемпературного проточного реактора с потоком частиц сажи через отвер-
стие в эжекторе отбирается газ с сажей, при этом происходит налипание частиц сажи на
эжектор. Затем отобранный газ с сажей поступает в систему разбавления воздухом, что
усложняет процесс измерения. Отобранный газ передается в измерительную систему, ос-
нованную на методе лазерно-индуцированной инкандесценции частиц сажи, связанную с
компьютером. Измерительная система, основанная на методе лазерно-индуцированной
инкандесценции частиц сажи, включает дорогостоящий лазер.
К недостаткам прототипа относятся: снижение надежности и срока службы устройства
из-за налипания частиц сажи на эжектор, снижение чувствительности измерительной си-
стемы, использование дорогостоящего оборудования.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности за
счет повышения надежности и срока службы устройства, увеличения чувствительности
измерительной системы и удешевления устройства.
Задача решается следующим образом.
Известное устройство для бесконтактного определения размера частиц сажи в газовом
потоке содержит эжектор с отверстием для отбора газа с потоком частиц сажи из связан-
ного с ним высокотемпературного проточного реактора, окно для прохождения теплового
излучения, пирометр, связанный с компьютером.
Согласно предлагаемому техническому решению эжектор выполнен подвижным в ви-
де телескопической трубы и через клапан подсоединен к дополнительно введенной смен-
ной измерительной камере, полые стенки которой связаны с насосом подачи хладагента,
снабжены встроенными датчиками температуры и прозрачными окнами, не менее двух,
причем окна расположены напротив друг друга, а сменная измерительная камера оканчи-
вается крышкой, соединенной с вакуумным насосом.
Выполнение эжектора в виде телескопической трубы позволяет извлекать его из реактора
между измерениями и тем самым предотвращать его загрязнение сажевыми частицами
между измерениями. Охлаждение стенок сменной измерительной камеры хладагентом,
прокачиваемым специальным насосом, интенсифицирует радиационный обмен между ча-
стицами сажи и стенками измерительной камеры, одновременно увеличивая чувствитель-
ность пирометра. Расположение окон сменной измерительной камеры напротив друг
друга позволяет выполнять измерение интенсивности излучения частиц сажи, избегая по-
падания в пирометр излучения, отраженного от противоположной стенки сменной изме-
рительной камеры. Замена измерительной системы, основанной на методе лазерно-
индуцированной инкандесценции частиц сажи, на пирометр позволяет отказаться от ис-
пользования системы разбавления воздухом и дорогостоящего лазера.
На фигуре представлена схема общего вида предлагаемого устройства. Устройство
включает эжектор 1, выполненный подвижным в виде телескопической трубы, выдвига-
ющейся в высокотемпературный проточный реактор 2 с потоком частиц сажи. Эжектор 1
снабжен отверстием 3 для отбора газового потока с сажей и через клапан 4 соединен с до-
полнительно введенной сменной измерительной камерой 5, полые стенки которой охла-
ждаются хладагентом, подаваемым насосом 6. В стенках измерительной камеры 5
напротив друг друга выполнены два окна 7 для регистрации интенсивности излучения ча-
стиц сажи. Для вакуумирования измерительной камеры 5 используют вакуумный насос 8,

3. BY 6668 U 2010.10.30
3
связанный с крышкой 9 измерительной камеры 5. Температура стенок измерительной ка-
меры 5 регистрируется датчиками 10, а интенсивность излучения частиц сажи регистри-
руется пирометром 11 через окна 7, данные передаются на компьютер 12.
Устройство работает следующим образом. Перед началом измерения в измерительной
камере 5 создают разрежение (порядка 50 Па) с помощью вакуумного насоса 8. Когда
необходимо произвести измерение, эжектор 1 выдвигается в высокотемпературный про-
точный реактор 2, открывают клапан 4, расположенный между эжектором 1 и измери-
тельной камерой 5. Через отверстие 3 поток нагретых до высокой температуры (более
1000 °С) частиц попадает в эжектор 2, а затем в измерительную камеру 5. Благодаря
охлаждению хладагентом, подаваемым насосом 6, температура стенок камеры 5, которую
регистрируют датчиком температуры 10, близка к комнатной и примерно на 1000 °С ниже
температуры сажевых частиц, из-за этого частицы быстро остывают в результате радиа-
ционного теплообмена со стенками измерительной камеры 5. Излучение частиц сажи ре-
гистрируют через кварцевые окна 7 пирометром 11, а данные об интенсивности излучения
передаются на компьютер 12. Компьютер 12 выполняет расчет температуры частиц сажи
по данным измерения их интенсивности излучения на основании предварительно получен-
ной калибровочной зависимости пирометра. Записанную компьютером динамику измене-
ния температуры за счет радиационного охлаждения (примерно в течение 500
микросекунд) совместно с параметрами газовой фазы в известном высокотемператур-
ном проточном реакторе 2 (состав, давление, температура) используют для расчета ради-
уса частиц, как правило, их радиус лежит в субмикронном и микронном диапазоне. После
измерения стенку 9 измерительной камеры 5 снимают для чистки измерительной камеры 5
перед следующим измерением.
Таким образом, предлагаемое устройство исключает оседание частиц сажи на эжектор
между измерениями, повышает чувствительность измерительной системы и удешевляет
стоимость, что обеспечивает повышение эффективности устройства для бесконтактного
измерения размера частиц сажи.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.