Способ стабилизации производительности озонатора и устройство для его осуществления

Изобретение относится к технологии стабилизации производительности озонаторов и может быть использовано на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях для обработки воздушных и водных сред. Для стабилизации производительности озонатора согласно изобретению в качестве расхода сырья используют концентрацию озона, а в качестве сигнала - количество электрического заряда в озоно-ионной воздушной смеси, подаваемой озонатором, которое измеряют в течение времени, заданного блоком управления, и подают на дифференцирующее звено, определяющее по циклам скорость изменения заряда, которую далее формируют в виде числового или аналогового сигнала электрического напряжения и сравнивают со значением напряжения на электродах озонатора, заданного блоком управления. При отклонении величины сигнала формируют регулятором напряжения сигнал, обратно пропорционально изменяющий напряжение на электродах озонатора. Устройство для осуществления способа имеет датчик производительности озона, установленный перед выходом озонатора, кулонометр, соединенный с дифференцирующим звеном с блоком управления, состоящим из последовательно соединенных счетчика сигналов, усилителя сигналов и устройства управления циклическим процессом измерения скорости изменения заряда, соединенного со счетчиком сигналов и кулонометром. Выход усилителя сигналов соединен с регулятором напряжения, а источник питания подключен к устройству управления циклическим процессом измерения скорости изменения заряда и к усилителю сигналов. Датчик выполнен в виде тонкой металлической пластины, а высоковольтный электрод озонатора - в виде плоской катушки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технологиям стабилизации производительности озонаторов и может быть использовано на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях для обработки воздушных и водных сред.

Известно техническое решение для измерения концентрации аэроионов (см. а.с. №586514, кл. G01N 27/413) посредством подачи аэроионов на собирающий электрод, расположенный в аспирационном конденсаторе, с последующим измерением силы тока, проходящего через этот электрод.

Также известен способ регулирования производительности устройства, вырабатывающего определенное вещество, в котором осуществляют измерение расхода продукта, подачу сигнала с датчика на вход вычислительного устройства, состоящего из блока управления, дифференцирующего звена и счетчика (см. патент РФ №2210580, С09С 1/54. 2003 г. - прототип).

Известно устройство (см. патент РФ №2114053, кл. С01В 13/11, 1998 г.), содержащее трансформатор с первичной и вторичной обмотками, генератор озона, включенный во вторичную обмотку трансформатора, дифференцирующее звено и источник питания.

Также известно устройство (см. патент РФ №2100272, кл. С01В 13/11, 1997 г. - прототип), содержащее асинхронный двигатель, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, озонатор включенного во вторичную обмотку трансформатора, дифференцирующее звено, регулятор напряжения включенного в первичную обмотку трансформатора, блок управления, датчик производительности озона и источник питания.

Недостатком известных технических решений является отсутствие возможности стабилизации производительности озонатора.

Техническим результатом является обеспечение возможности стабилизации производительности озонатора.

Технический результат достигается тем, что в способе стабилизации производительности озонатора, включающем измерение расхода сырья, подачу сигнала с датчика на вход вычислительного устройства, состоящего из блока управления, дифференцирующего звена и счетчика, и регулятора напряжения согласно изобретению в качестве расхода сырья используют концентрацию озона, а в качестве сигнала - количество электрического заряда в озоно-ионной воздушной смеси, подаваемой озонатором, которое измеряют в течение времени заданное блоком управления и подают на дифференцирующее звено, определяющее по циклам скорость изменения заряда, которую далее формируют в виде числового или аналогового сигнала электрического напряжения и сравнивают со значением напряжения на электродах озонатора, заданным блоком управления, и при отклонении величины сигнала формируют регулятором напряжения сигнал, обратно-пропорционально изменяющий напряжение на электродах озонатора, а в устройстве для осуществления способа стабилизации производительности озонатора, включающем асинхронный двигатель, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, озонатор включенного во вторичную обмотку трансформатора, дифференцирующее звено, регулятор напряжения включенного в первичную обмотку трансформатора, блок управления, датчик производительности озона и источник питания, согласно изобретению датчик производительности озона установлен перед выходом озонатора и имеет кулометр, соединенный с дифференцирующим звеном и блоком управления, состоящим из последовательно соединенных счетчика сигналов, усилителя сигналов и устройства управления циклическим процессом измерения скорости изменения заряда, соединенного со счетчиком сигналов и кулометром, при этом выход усилителя сигналов соединен с регулятором напряжения, а источник питания подключен к устройству управления циклическим процессом измерения скорости изменения заряда и к усилителю сигналов, кроме того, датчик выполнен в виде тонкой металлической пластины, а высоковольтный электрод озонатора - в виде плоской катушки.

Новизна заявляемого предложения заключается в том, что используют количество электрического заряда, находящегося в озоно-ионной воздушной смеси, который измеряют, преобразуют и сравнивают со значением напряжения на электродах озонатора, заданным блоком управления, и при отклонении величины сигнала формируют регулятором напряжения сигнал, обратно-пропорционально изменяющий напряжение на электродах озонатора, в результате обеспечивается возможность стабилизации производительности озонатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена блок-схема устройства для осуществления способа стабилизации производительности озона.

Устройство для осуществления способа стабилизации производительности озонатора состоит из асинхронного двигателя 1, трансформатора с первичной 2 и вторичной 3 обмотками, озонатора 4, включенного во вторичную обмотку 3 трансформатора, дифференцирующего звена 5, регулятора напряжения 6, включенного в первичную обмотку 2 трансформатора, блока управления, датчика производительности озона 7 и источника питания 8. Датчик производительности озона 7 установлен перед выходом озонатора 4 и имеет кулометр 9, который соединен с дифференцирующим звеном 5 и блоком управления, состоящим из последовательно соединенных счетчика сигналов 10, усилителя сигналов 11 и устройства управления циклическим процессом измерения скорости изменения заряда 12, соединенного со счетчиком сигналов 10 и кулометром 9, при этом выход усилителя сигналов 11 соединен с регулятором напряжения 6, а источник питания 8 подключен к устройству управления циклическим процессом измерения скорости изменения заряда 12 и к усилителю сигналов 11, кроме того, датчик производительности озона выполнен в виде тонкой металлической пластины, а высоковольтный электрод озонатора - в виде плоской катушки.

Способ стабилизации производительности озонатора осуществляется следующим образом.

Для стабилизации производительности озона в качестве расхода продукта используют концентрацию озона, предел которой меняется при разных напряжениях на электродах озонатора, а в качестве сигнала - количество электрического заряда в озоно-ионной воздушной смеси, измеряют его в течение времени, заданного блоком управления. Количество электрического заряда в озоно-ионной воздушной смеси имеет значение в зависимости от площади поверхности датчика. Далее подают сигнал на дифференцирующее звено 5, определяющее по циклам скорость изменения заряда, формируют его в виде числового или аналогового сигнала в виде электрического напряжения и сравнивают со значением напряжения на электродах озонатора, заданным блоком управления, и при отклонении величины сигнала формируют регулятором напряжения сигнал, обратно пропорционально изменяющий напряжение на электродах озонатора.

Пример конкретного осуществления способа стабилизации производительности озонатора

Для проведения эксперимента в лаборатории Кубанского агроуниверситета расход рабочего газа составил 50-100 м³/час, а производительность по озону - 0-200 г/час. Измерения проводились при разной площади поверхности датчика 350 и 500 мм².

Для определения изменения заряда на датчике с течением времени проводились следующие измерения. Датчик помещали в поток ионно-озонной смеси с концентрацией озона 2-4 г/м³, значение которой разное при разных напряжениях на электродах озонатора от 8 до 12 кВ, например, при 10 кВ концентрация озона составляла 2,38 г/м³, и фиксировали величину заряда на датчике с интервалом времени в 1 с в течение 15 с. Для этого была использована цифровая видеокамера с фиксацией времени экспонирования кадров. Камера записывала информацию с индикатора вольтметра-электрометра В7-30. Из полученных результатов следует, что вначале заряд нарастает линейно (скорость нарастания заряда постоянна), начиная с 10 секунды, скорость нарастания заряда уменьшалась.

Приблизительно с 14-й секунды величина заряда практически стабилизировалась. Это объясняется тем, что датчик приобретает достаточный отрицательный потенциал и приближающиеся заряды отталкиваются. В результате эксперимента также было установлено, что при использовании датчиков с разной площадью металлической поверхности датчика скорость нарастания заряда пропорциональна площади поверхности датчика и величина установившегося заряда также пропорциональна площади поверхности датчика. При площади поверхности датчика 350 мм² количество электрического заряда (q) составляет в начальный момент времени t=0,2 с, q=0,001 нКл, а через 2 с q=0,044 нКл. При площади поверхности датчика 500 мм² количество электрического заряда (q) составляет в начальный момент времени t=02 с, q=0,02 нКл, а через 2 с q=0,76 нКл. Далее сигнал проходил на дифференцирующее звено 5, определяющее по циклам скорость изменения заряда, которое составила 0,02-0,2 кл/с. Далее сигнал формировался в виде числового или аналогового сигнала в виде электрического напряжения и сравнивался со значением напряжения на электродах озонатора, заданным блоком управления, и при отклонении величины сигнала регулятором напряжения формировался сигнал, обратно пропорционально изменяющий напряжение на электродах озонатора. По результатам эксперимента можно сделать вывод, что скорость нарастания заряда зависит от напряжения на озонаторе: чем ниже напряжение, тем меньше скорость нарастания заряда. Таким образом, производительность по озону также изменяется с уменьшением напряжения на электродах.

Устройство для осуществления способа стабилизации производительности озонатора работает следующим образом.

Предварительно включают асинхронный двигатель 1, являющийся источником воздуха для озонатора 4, с выхода которого поток озоно-воздушной смеси поступает на датчик производительности озона 7, соединенный однопроводной линией с кулонометром (измерителем заряда) 9, с его выхода сигнал поступает на дифференцирующее звено 5, которое производит вычисление первой производной от заряда на датчике 7 на интервале измерения заряда, т.е. скорость изменения электрического заряда на датчике 7. Устройство управления 12 производит управление циклическим процессом измерения скорости изменения заряда. Цикл работы кулонометра 9 и дифференцирующего звена 5 состоит из интервала сброса заряда с датчика 7 (0,1 с), рабочего интервала измерения заряда, скорости его изменения (2-5 с) и паузы (продолжительность определяется опытным путем при настройке электрооборудования озонатора). Далее цикл повторяется. Скорость изменения заряда формируют в виде числового или аналогового сигнала электрического напряжения и сравнивают со значением напряжения на электродах озонатора, заданным блоком управления, и при отклонении величины сигнала формируют регулятором напряжения сигнал, обратно-пропорционально изменяющий напряжение на электродах озонатора.

Для регулирования постоянства производительности озонатора путем изменения напряжения на электродах озонатора 4 сигнал с дифференцирующего звена 5 поступает на счетчик сигналов 10 и усилитель сигналов 11 через обратную связь на регулятор напряжения 6 для увеличения напряжения в случае выполнения условия $$\frac{dq}{dt}>\frac{dq1}{dq}$$ или уменьшения при условии $$\frac{dq}{dt}>\frac{dq1}{dq}$$ , где $$\frac{dq1}{dq}$$ - заданное блоком управления значение скорости изменения заряда на датчике 7. Источник питания 8 обеспечивает питание соответствующих блоков схемы.

1. Способ стабилизации производительности озонатора, включающий измерение расхода сырья, подачу сигнала с датчика на вход вычислительного устройства, состоящего из блока управления, дифференцирующего звена и счетчика, и регулятор напряжения, отличающийся тем, что в качестве расхода сырья используют концентрацию озона, а в качестве сигнала - количество электрического заряда в озоно-ионной воздушной смеси, создаваемой озонатором, которое измеряют в течение времени, заданного блоком управления, и подают на дифференцирующее звено, определяющее по циклам скорость изменения заряда, которую далее формируют в виде числового или аналогового сигнала электрического напряжения и сравнивают со значением напряжения на электродах озонатора, заданного блоком управления, и при отклонении величины сигнала формируют регулятором напряжения сигнал, обратно-пропорционально изменяющий напряжение на электродах озонатора.

2. Устройство стабилизации производительности озонатора для осуществления способа по п.1, включающее асинхронный двигатель, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, озонатор, включенный во вторичную обмотку трансформатора, дифференцирующее звено, регулятор напряжения, включенный в первичную обмотку трансформатора, блок управления, датчик производительности озона и источник питания, отличающееся тем, что датчик производительности озона установлен перед выходом озонатора и имеет кулонометр, соединенный с дифференцирующим звеном и блоком управления, состоящим из последовательно соединенных счетчика сигналов, усилителя сигналов и устройства управления циклическим процессом измерения скорости изменения заряда, соединенного со счетчиком сигналов и кулонометром, при этом выход усилителя сигналов соединен с регулятором напряжения, а источник питания подключен к устройству управления циклическим процессом измерения скорости изменения заряда и к усилителю сигналов, кроме того, датчик выполнен в виде металлической пластины, а высоковольтный электрод озонатора - в виде плоской катушки.