Устройство для определения концентрации дисперсных частиц в нестационарном двухфазном потоке огнетушащего вещества и устройство для тарировки датчиков определения дисперсных частиц в нестационарном двухфазном потоке

Изобретение относится к средствам, используемым для сертификации порошковых и газоаэрозольных огнетушителей по огнетушащей концентрации дисперсных частиц в двухфазной струе огнетушащего вещества, создаваемой этими огнетушителями. Устройство для определения концентрации дисперсных частиц в нестационарном двухфазном потоке огнетушащего вещества содержит датчики в виде светодиода и расположенного от него на расстоянии α от фотодиода, выходы фотодиодов через коммутатор для опроса датчиков связаны с аналого-цифровым преобразователем, выход которого подключен к вычислителю концентрации I дисперсных частиц в потоке огнетушащего вещества с памятью для хранения значений коэффициентов тарировки датчиков по формуле I=(К α)-¹ In (U₁/U₂), где К - коэффициент тарировки соответствующего датчика, U₁ и U₂ - напряжение на выходе соответствующего фотодиода соответствующего датчика при отсутствии и наличии потока частиц, α - расстояние между светодиодом и фотодиодом датчика. Устройство для тарировки содержит трубу, в которой заподлицо установлены светодиод и фотодиод датчика и которая предназначена для создания в ней стационарного потока дисперсных частиц огнетушащего вещества с регулируемой концентрацией. Техническим результатом является повышение точности определения концентрации. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Устройство относится к средствам, используемым для сертификации порошковых и газоаэрозольных огнетушителей по огнетушащей концентрации дисперсных частиц в двухфазной струе огнетушащего вещества, создаваемой этими огнетушителями.

Предшествующий уровень техники.

Известно устройство для определения огнетушащей способности порошков, используемых при тушении пожара (см., например, SU 947730 A, G 01 N 25/52, 30.07.1982).

В известном устройстве определяется огнетушащая концентрация дисперсных частиц, необходимая для ликвидации горения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей в лабораторных условиях.

Для исследования процесса тушения в пламя снизу вверх, постепенно, от опыта к опыту вводится по трубе определенное количество порошка, все частицы которого пронизывают фронт пламени независимо от его формы и размеров. За огнетушащие параметры порошкового потока принимаются такие, при которых наступает мгновенное и полное прекращение горения.

Однако это устройство не позволяет определить распределение огнетушащей концентрации дисперсных частиц по координатам двухфазной струи, созданной огнетушителем.

В настоящее время сертификация осуществляется по оценке огнетушащей эффективности огнетушителей на небольшом модельном очаге пожара. Поскольку результаты такой оценки зависят от многих случайных параметров, они не могут быть аппроксимированы с достаточной точностью на другие типоразмеры очагов и реальные пожары.

Для того, чтобы осуществить с достаточной степенью достоверности такую аппроксимацию, необходима информация о распределении огнетушащей концентрации дисперсных частиц по объему струи огнетушащего вещества, создаваемой этими огнетушителями, что позволит повысить качество сертификации огнетушителей.

Техническим результатом заявленной группы устройств является повышение точности определения концентрации дисперсных частиц в нестационарных двухфазных потоках огнетушащего вещества, простота реализации как устройства определения концентрации, так и устройства тарировки датчиков для заявленного устройства для определения концентрации.

Повышение точности достигается за счет того, что при тарировке датчиков и при измерении концентрации дисперсных частиц этими датчиками используется один и тот же тип огнетушащего вещества. Повышение точности определения концентрации дисперсных частиц в нестационарном двухфазном потоке смеси для тушения пожара при оценке огнетушащей эффективности огнетушителей с этой смесью достигается также за счет проведения тарировки датчиков на небольшом модельном очаге пожара с регулированием параметров двухфазного (твердая и газообразная фазы) потока дисперсных частиц.

Техническим результатом группы устройств является повышение точности определения концентрации по сравнению с другими известными методами (лазерным, голографическим, изменения диэлектрической проницаемости и т.д.). Этот результат обеспечивается аппаратурной реализацией устройств за счет, в частности, применения датчиков с светодиодами и фотодиодами датчиков, настроенных в результате тарировки таким образом, чтобы обеспечить линейную зависимость между величиной концентрации и выходными напряжениями фотодиодов датчиков при измерении концентрации дисперсных частиц.

Техническим результатом также является обеспечение точности определения концентрации за счет высокой частоты опроса датчиков с достаточным количеством точек измерения в потоке частиц. Под точкой измерения понимается точка размещения датчика в исследуемом потоке.

Это обеспечивает контроль концентрации практически в реальном масштабе времени по всему объему струи.

Кроме того, светодиоды и фотодиоды датчиков защищены от запыленности дисперсными частицами набором конусных лабиринтов, где происходит осаждение частиц. Частицы не достигают светодиодов и фотодиодов датчиков, что повышает срок службы датчиков для определения концентрации.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для определения концентрации дисперсных частиц в нестационарном двухфазном потоке огнетушащего вещества, содержащем датчики в виде светодиода и расположенного от него на расстоянии а фотодиода, выходы фотодиодов датчиков через коммутатор для опроса датчиков связаны с аналого-цифровым преобразователем, выход которого подключен к вычислителю концентрации I дисперсных частиц в потоке огнетушащего вещества, связанному с памятью для хранения значений коэффициентов тарировки датчиков, указанный вычислитель предназначен для вычисления значений концентрации I в соответствующих точках указанного потока по формуле

I=(Kα)-¹ln(U₁/U₂),

где К - коэффициент тарировки соответствующего датчика, м²/кг,

U₁ и U₂ напряжение на выходе соответствующего фотодиода соответствующего датчика при отсутствии и при наличии двухфазного потока огнетушащего вещества соответственно,

α - расстояние между светодиодом и фотодиодом датчика, м.

При этом светодиоды и фотодиоды датчиков установлены в обоймах с конусными лабиринтами для осаждения частиц указанного потока, представляющими собой последовательно соединенные усеченные конусы.

В устройстве для тарировки датчиков, содержащем трубу, стенки трубы предназначены для установки заподлицо напротив друг друга светодиода и фотодиода датчиков на расстоянии α. Труба предназначена для создания в ней стационарного потока дисперсных частиц огнетушащего вещества с регулируемой концентрацией Ip указанных частиц, определяемой соотношением

I_p=Q_p/Q_a,

где Q_p - расход твердой фазы в трубе, Q_a - расход газовой фазы,

при этом труба соединена через патрубок и ротаметр с воздуходувом, которые обеспечивают регулируемый расход воздуха Q_a, подаваемый в трубу.

Труба совмещена со средством подачи заданного количества дисперсных частиц с обеспечением в трубе заданного расхода Q_p дисперсных частиц. Устройство содержит измеритель напряжения, предназначенный для измерения напряжения U₁ и U₂ на выходе соответствующего фотодиода соответствующего датчика при отсутствии и наличии потока дисперсных частиц в трубе соответственно и связанного с ним вычислителя коэффициента тарировки каждого датчика по формуле

К=ln (U₁/U₂) (αIp)-¹

Группа заявленных устройств иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 приведено устройство для определения концентрации дисперсных частиц в нестационарном двухфазном потоке огнетушащего вещества (далее устройство для определения концентрации).

На фиг.2 приведена схема для размещения датчиков в нестационарном двухфазном потоке.

На фиг.3 приведена схема размещения светодиода и фотодиода каждого датчика.

На фиг.4 приведена функциональная схема устройства для тарировки датчиков.

Устройство для определения концентрации (фиг.1) содержит датчики, состоящие из размещенных на определенном расстоянии друг от друга светодиода 1i и соответственно фотодиода 2i для приема излучения соответствующего ему светодиода, выходы фотодиодов 2i-2n подключены к коммутатору 3, выход которого через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4 связан с вычислителем 5 концентрации дисперсных частиц в точках измерения соответствующих датчиков, выход которого соединен с блоком индикации 6.

Размещение датчиков приведено на фиг.2, датчики размещают, например, на жесткой конструкции равномерно по потоку, что обеспечивает равномерный съем информации с их фотодиодов коммутатором, т.е. средством опроса датчиков.

Опрос датчиков может осуществляться коммутатором 3 через равные промежутки времени. Для повышения точности измерения датчики могут размещаться в потоке на одинаковом расстоянии друг от друга.

Каждый датчик (фиг.3) состоит из светодиода 1 и фотодиода 2, размещенных в обоймах 7 и 8, которые предназначены для крепления датчиков к конструкции (на чертеже не показана) при установке датчиков в исследуемом потоке. Конструкция может представлять собой набор колец, на которых диаметрально противоположно друг другу на расстоянии α размещены датчики, кольца которых жестко скреплены между собой на одинаковых расстояниях.

Устройство для тарировки датчиков (фиг.4) содержит трубу 9, в которой заподлицо размещают светодиод 1 и фотодиод 2 датчика, параметры которого выставляются с помощью заявленного устройства тарировки. При этом расстояние между светодиодом и фотодиодом составляет величину α, измеряемую, например, в м.

В трубе 10 создают стационарный поток дисперсных частиц с регулированной концентрацией дисперсных частиц в потоке.

Это реализуется следующим образом.

Средство 11 подачи дисперсных частиц может быть выполнено разным образом, например, в виде тарельчатого питателя с вращающимся диском, на котором размещают определенное количество огнетушащего вещества. Диск имеет канавку, совмещенную с трубкой 11 эжектора 12, установленного в нижней части трубы 9. При вращении диска (на чертеже не показаны) дисперсные частицы поступают по канавке через трубку 11 эжектора 12 в полость трубы 9. Труба 9 также совмещена с патрубком 13, обеспечивающим подачу воздуха в трубу 9 из воздуходува 14. Подача воздуха осуществляется через ротаметр 15, предназначенный для измерения объема подаваемого воздуха.

В результате подачи дисперсных частиц в заданном количестве и воздуха с определенным объемом в трубе 9 создается стационарный двухфазный поток (твердая фаза и газообразная), с регулируемой концентрацией дисперсных частиц от 0 до 0,6 кг/м³. При этом концентрация частиц в указанном потоке определяется соотношением:

I_p=Q_p/Q_a

где Q_р - расход твердой фазы в трубе 9 в кг/сек, a Q_a - расход газовой фазы в м³/сек через патрубок 13.

Расход твердой фазы можно определить по количеству вещества дисперсных частиц, поданных в трубу 9, а расход газовой фазы определяется с помощью ротаметра 15.

Измеряют напряжение измерителем 16, предназначенным для измерения напряжения на выходе фотодиода без потока дисперсных частиц в трубе U₁ и со стационарным потоком дисперсных частиц U₂. Соответствующие входы измерителя 15 связаны со светодиодом 1 и фотодиодом 2 датчика, а выходы соединены с вычислителем коэффициента тарировки (на чертеже не показан).

Проводят в устройстве тарировки датчиков по меньшей мере три серии измерений значений вышеуказанных величин напряжения для усреднения полученных величин U₁ и U₂.

Затем определяют в вычислителе коэффициента тарировки К для датчика, установленного в трубе 9 на заданном расстоянии α в промежутке между светодиодом и фотодиодом с заданным количеством концентрации дисперсных частиц в трубе, по формуле:

K=ln(U₁/U₂)(αI_p)-¹

Указанный коэффициент К используют при определении концентрации заявленным устройством определения концентрации дисперсных частиц в нестационарном потоке и хранят в памяти (на чертеже не показана) вычислителя.

Устройство для определения концентрации работает следующим образом.

При определении концентрации дисперсных частиц в нестационарном потоке в струю, создаваемой исследуемым огнетушителем, помещают датчики на описанной выше конструкции либо иным способом.

На выходе фотодиода 2 каждого датчика появляется напряжение, соответствующее сигналу излучения светодиода датчика с учетом затененности, создаваемой потоком дисперсных частиц.

Т.о. снимаемые посредством фотодиодов и коммутатора 3 значения U₁ без потока дисперсных частиц преобразуются в цифровую величину в АЦП 4 и поступают в вычислитель 5. Измеренные значения напряжения U₂ с выходов фотодиодов при наличии указанного потока также поступают в АЦП 4, а затем поступают в вычислитель 5 для последующей обработки. В вычислителе 5, предназначенном для вычислений значений концентрации в каждой точке измерения, для полученных значений от каждого датчика определяется концентрация дисперсных частиц в нестационарном потоке по формуле

I=(К α)-¹ln(U₁/U₂),

где К - коэффициент тарировки соответствующего датчика, полученного в устройстве тарировки и хранящегося в памяти вычислителя 5, U₁ и U₂ - напряжение на выходе соответствующего фотодиода соответствующего датчика при отсутствии и наличии указанного потока соответственно,

α - расстояние между светодиодом и фотодиодом датчика.

В результате вычисления формируются значения величин концентрации по каждой измеряемой точке, т.е. в местах расположения датчиков, которые могут быть отображены на блоке 6 индикации.

1. Устройство для определения концентрации дисперсных частиц в нестационарном двухфазном потоке огнетушащего вещества, содержащее датчики, предназначенные для размещения в указанном потоке огнетушащего вещества, в виде светодиода и расположенного от него на расстоянии α фотодиода, выходы фотодиодов датчиков через коммутатор для опроса датчиков связаны с аналого-цифровым преобразователем, выход которого подключен к вычислителю концентрации I дисперсных частиц в потоке огнетушащего вещества, связанному с памятью для хранения значений коэффициентов тарировки датчиков, указанный вычислитель предназначен для вычисления указанной концентрации по формуле

I=(К α)-¹ In (U₁/U₂),

где К - коэффициент тарировки соответствующего датчика,

U₁ и U₂ напряжение на выходе соответствующего фотодиода соответствующего датчика при отсутствии указанного потока и при наличии потока соответственно,

α - расстояние между светодиодом и фотодиодом датчика.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что светодиоды и фотодиоды датчиков установлены в обоймах с конусными лабиринтами для осаждения частиц указанного потока.

3. Устройство для тарировки датчиков, содержащее трубу, стенки которой предназначены для установки заподлицо напротив друг друга светодиода и фотодиода датчиков на расстоянии α, труба предназначена для создания в ней стационарного потока дисперсных частиц огнетушащего вещества с регулируемой концентрацией I_р указанных частиц, определяемой соотношением I_р=Q_p / Q_a,

где Q_p - расход твердой фазы в трубе,

Q_a - расход газовой фазы,

при этом труба соединена через патрубок с воздуходувом с ротаметром, обеспечивающими регулируемый расход воздуха Q_a, подаваемого в трубу, труба совмещена со средством подачи заданного количества дисперсных частиц с обеспечением в трубе заданного расхода Q_p дисперсных частиц и измерителем напряжения, предназначенным для измерения напряжения U₁ и U₂ на выходе соответствующего фотодиода соответствующего датчика при отсутствии и наличии потока дисперсных частиц в трубе соответственно, связанным с вычислителем коэффициента тарировки датчика по формуле

K=ln(U₁/U₂)(αI_p)^-1.