Основанные на предварительном осаждении частиц пыли и исследовании осадка
Преимущество: возможность измерения массовой концентрации пыли.
Недостатки: циклический характер измерения, большая трудоемкость, низкая чувствительность.
Без предварительного осаждения
Преимущества: возможность непосредственных измерений в самом пылегазовом потоке без использования пробоотборного устройства, непрерывность измерений, высокая чувствительность, практическая безынерционность, возможность полной автоматизации процесса измерений. Во время измерений поток не подвергается аэродинамическому искажению.
Недостатки: влияние на полученный результат изменения дисперсного состава и других свойств пыли, высокая чувствительность к флуктуациям, связанным с внешними и внутренними факторами (температурой и влажностью среды; параметрами источника питания прибора) и др.
Методы, основанные на предварительном осаждении частиц
Весовой метод.
Принцип действия: с помощью пылеотборного устройства производится отбор пробы запыленных газов. Пыль оседает на специальном фильтре. Концентрация твердых частиц определяется посредством взвешивания пылесборника с находящимся внутри него фильтром до и после проведения измерений. Концентрация твердых частиц определяется как отношение массы пыли, отобранной на фильтр, к объему газа, прошедшего через фильтр.
К достоинствам весового метода следует отнести то, что он измеряет массовую концентрацию пыли и на его показания не влияют изменения химического и дисперсного состава пыли, формы частиц, их оптических, электрических и других свойств. Метод позволяет измерять большие концентрации пыли.
Недостатки: хотя техника измерения сравнительно проста, но сам процесс измерения довольно длителен и трудоемок. С точки зрения непрерывного промышленного пылевого контроля весовой метод не удовлетворяет основному требованию — непрерывности измерения[1].
Весовой метод нашел самое широкое применение при осуществлении пылевого контроля выбросов промышленных предприятий; он является общепринятым методом измерения концентрации пыли. Все существующие и вновь разрабатываемые пылемеры, основанные на других методах измерения, градуируют, используя весовой метод в качестве контрольного. (Однако это не всегда метрологически правильно, поскольку разрабатываемые методы, как правило, превосходят по точности весовой метод. В общем случае применение весового метода дает погрешность порядка 10%).
Денситометрический метод.
Принцип действия: основан на предварительном осаждении частиц пыли на фильтре и определении оптической плотности пылевого осадка. Включает все операции весового метода, исключая взвешивание пробы, которое заменено фотометрированием. Оптическую плотность осадка определяют путем измерения поглощения или рассеяния им света.
Основной недостаток этого метода — зависимость результатов измерений от оптических свойств пыли.
Пьезоэлектрический метод.
Принцип действия: основан на изменении собственной частоты колебаний пьезокристалла во время осаждения на его поверхности частиц пыли. При малых амплитудах уменьшение частоты колебаний кристалла прямо пропорционально массе осевшей на нем пыли.
Преимущество: позволяет измерять массовую концентрацию пыли.
Недостаток: необходимо обеспечить периодическую очистку активной поверхности кристалла от осевшей пыли
Метод измерения перепада давления на фильтре.
включает прокачивание порции пылегазового потока через фильтр и измерение разности давлений на входе и выходе фильтра. Результаты измерения пропорциональны массовой концентрации пыли.
Достоинством метода является сравнительная простота его реализации.
Недостаток: требует строгой стабилизации основных параметров пылегазового потока (скорости, температуры и др.).
Методы измерения концентрации пыли без предварительного ее осаждения
Электрические методы.
К группе пылемеров, разработанных на базе этого метода, относится контактно-электрический.
Принцип действия: основан на способности пылевых частиц электризоваться при контактировании с преградой, выполненной из контактно-активного материала, и отдавать приобретенный поверхностный заряд токопроводящим элементам преграды. Основными элементами контактно-электрического измерительного преобразователя являются электризатор, в котором происходит зарядка частиц, и токосъемный электрод.
Зависимость массовой концентрации частиц от силы зарядного тока в цепи токосъемного электрода имеет линейный характер при концентрации пыли до 2 г/м3, когда большая часть частиц пыли контактирует с внутренней поверхностью электризатора и токосъемного электрода и суммарная величина регистрируемого заряда пропорциональна количеству частиц.
Недостатки: на электризацию частиц существенное влияние оказывают дисперсность, влажность, температура и другие свойства пылегазового потока. При увеличении влажности происходит залипание проходного отверстия электризатора. Ограничение по скорости: установлено, что для получения максимальной чувствительности скорость частиц в электризаторе должна составлять 105—115 м/с.
Акустический метод.
Принцип действия: основан на измерении параметров акустического поля при наличии частиц пыли в рабочем зазоре между источником и приемником звука. Величина потерь звуковой энергии, обусловленных наличием взвешенных твердых частиц, пропорциональна объемной концентрации пыли.
К недостаткам метода можно отнести сложность аппаратурного оформления метода, вследствие чего он не нашел промышленного применения.
Оптические методы.
Эти методы занимают ведущее место среди других для непрерывного контроля концентрации пыли. Они являются наиболее простым и надежным, поэтому на базе оптических методов разработаны промышленные пылемеры, используемые во многих странах мира для контроля выбросов цементных заводов, тепловых электростанций и др.
В основу оптических абсорбционных пылемеров положено явление поглощения света движущимися частицами пыли. Они нашли применение при измерении концентраций до нескольких граммов на кубический метр.
Оптические пылемеры светорассеяния основаны на рассеянии света пылевыми частицами. (Например, рассеяние луча кварцевой лампы известой яркости измеряется фотоэлектронным умножителем). Они могут быть использованы при измерении более низких концентраций, чем абсорбционные.
Точность и достоверность результатов пылевого контроля при использовании оптических методов определяются главным образом стабильностью свойств частиц пыли. Для практических целей имеются ограничения по дисперсному составу пыли.
Использованная литература:
https://www.zodchii.ws/books/info-225.html
https://www.sick-maihak.ru/prod_dust.html
Методические указания к ЛР №7.
[1] Все же найден способ получения непрерывной информации о мгновенном значении концентрации пыли этим методом, который состоит в следующем. Поскольку накопление пыли на фильтре является процессом интегрирования, то, имея непрерывный сигнал о нарастании массы осевшей пыли, можно автоматически дифференцировать его, чтобы получить выходной сигнал соответствующий мгновенному значению концентрации пыли. Осуществление метода требует полной автоматизации всех измерительных операций, что обусловливает сложность и высокую стоимость аппаратуры.