Вращающийся дисковый терморазбавитель компании TSI высоко ценится в области измерений выбросов частиц. Он особенно подходит для отбора проб, разбавления и кондиционирования частиц, выходящих из дизельных двигателей и двигателей с электрозажиганием, а также для изучения выбросов дымовых газов. Модель 379020A отличается тем, что в ней разбавитель имеет отдельно приёмник и узел управления, что способствует эффективному разбавлению пробы непосредственно в источнике её получения (выхлопная труба, смесительный канал, дымовая труба) для того, чтобы выполнить точное измерение.
Дополнительными свойствами вращающегося дискового разбавителя являются следующие:
Модель 379020A компании TSI использует уникальный метод вращающегося диска для разбавления измеряемой пробы. Каждое устройство поставляется с двумя дисками: один с восемью полостями, а другой с десятью; что способствует выбору степени разбавления в пределах от 15:1 до 3000:1. Как показано на рис. 1, пробы сырых, неразбавленных выбросов отработанных газов отбираются с интенсивностью примерно 1.0 л/мин. Порция неочищенного отработанного газа улавливается каждой полостью вращающегося диска и перевозится в измерительный канал, где она смешивается с разбавляющим воздухом, прошедшим через высокоэффективный воздушный фильтр и свободным от частиц. Степень разбавления является линейной функцией калибровочного коэффициента диска (соответствующего объёму полости и числу полостей на диске), частоты вращения и расхода разбавляющего воздуха:
где Dilution Ratio (DR) - степень разбавления, Disk Calibration Factor - калибровочный коэффициент диска, Disk Rotation Frequency - частота вращения диска, Dilution Air Flow Rate - расход разбавляющего воздуха.
Данный метод выполняет разбавление выбросов с высокой точностью и стабильностью в диапазоне до двух знаков десятичного разряда. Разбавитель контролирует и регулирует потоки, он указывает на ненормальные режимы, посылая выходные аварийные сигналы.
Чтобы избежать измерения конденсировавшихся летучих материалов пользователи могут нагревать подпитывающий разбавляющий воздух и блок разбавления. Установки температур контролируются через блок управления. Более низкие температуры позволяют изучать фракции летучих.
Рис.1. Блок-схема приёмника разбавителя
HEPA Filter – высокоэффективный воздушный фильтр,
Dilution Air Heater – нагреватель разбавляющего воздуха,
Dilution System – система разбавления,
Approx. 1 Lpm – около 1 л/мин,
Dilution Block Heater – нагреватель блока разбавления,
To Sensor – на датчик (от 0.5 до 5 л/мин),
To Pump – на насос,
Exhaust Gas Flow – поток отходящего газа.
Термокондиционеры
Выбросы горячих газов двигателей машин содержат как твёрдые частицы (например, углесодержащую сажу и золу), так и пары летучих веществ (таких как вода, сульфат и углеводороды). Когда для проверки выбросов используется стандартный смесительный канал, летучие вещества могут конденсироваться в нанокапли, которые распознаются как частицы вместе с нелетучими твёрдыми частицами. Для того чтобы измерить только фракцию твёрдых частиц необходимо кондиционировать пробу термически с тем, чтобы удалить летучую фракцию.
Компания TSI предлагает термокондиционер для проверки выбросов отходящих газов.
Модель 379030 использует нагретую испарительную камеру, способную нагреваться до 400°C, чтобы удалить нанокапли, которые могут образоваться в ходе процесса разбавления. Температура в испарительной камере может устанавливаться на более низкие значения в целях изучения влияния летучей фракции. Такой термокондиционер можно использовать в сочетании с вращающимся дисковым разбавителем компании TSI в целях понижения диапазона концентраций в допустимых пределах измерительных приборов и термического кондиционирования пробы. Сочетание вращающегося дискового терморазбавителя (модель 379020A), термокондиционера подаваемого воздуха (модель 379030 или 379020A-30) и счётчиком конденсированных частиц (модель 3790) обеспечивает измерение концентрации распределения частиц, предложенной в проекте директив GRPE/PMP, нормы R83 и R49. Дополнительными свойствами термокондиционера являются следующие:
Работа термокондиционера
Рис. 2 показывает, как соединения летучих образуют нанокапли в зависимости от способа отбора проб и метода разбавления, и как их можно убирать или подавлять их образование с помощью соответствующего разбавления и теплового кондиционирования. При измерении выбросов смесительной камеры х как концентрация, так и температура летучих соединений снижается (канал A-B). При разбавлении летучее соединение проходит свою температуру конденсации и собирается вокруг ядра в нанокаплях (кривая N). Дальнейшее повторное разбавление (канал B-D) снизит концентрацию плотности таких нанокапель, но оно не сумеет выпарить их из-за эффекта гистерезиса между образованием ядра и выпаркой. Единственным вариантом избежать образования нанокапель является отбор проб непосредственно из горячих отходящих газов, используя горячее разбавление (вращающийся дисковый разбавитель движется по каналу A-C). Принимая во внимание достаточный коэффициент разбавления, летучие соединения не будут образовывать ядра в ходе последующего охлаждения (канал C-D), даже если будет достигнуто то же окончательное состояние, что и при отборе проб в обычной смесительной камере с использованием дополнительного разбавителя по каналу A-B-D. Тем не менее, некоторые измерения выбросов требуют применения смесительной камеры, что делает невозможным непосредственный отбор проб и разбавление отходящих газов.
Рис.2. Принцип терморазбавления
Концентрация летучих (мкг/м³)
Dilution – разбавление,
Nucleation – образование ядра,
Evaporation – выпарка,
Hot Dilution – горячее разбавление,
Heating – нагрев,
Cooling Down - охлаждение.
Для исключения или подавления образования нанокапель во время измерения выбросов в смесительной камере пробу следует разбавлять и термически кондиционировать до проведения измерений. С помощью вращающегося дискового терморазбавителя проба сначала разбавляется в канале A-B-D. Затем она нагревается до температуры, превышающей температуру испарения летучего соединения (канал D-C, пересечение кривой E) с помощью термокондиционера.
Что касается горячего разбавления, то летучее соединение остаётся в парообразной фазе до последующего охлаждения (канал C-D), но никогда не пересечёт кривую ядрообразования, чтобы вновь образовать нанокапли. Таким образом, при измерении выбросов из смесительной камеры нанокапли можно удалить или подавить их образование, используя комбинацию вращающегося дискового терморазбавителя и термокондиционера, как показано в канале A-B-D-C-D.
Рис.3. Комбинированное устройство 379020A-30
Вращающийся дисковый терморазбавитель модели 379020A и термокондиционер модели 379030 (379020A-30) можно использовать вместе с широким ассортиментом измерителей и счётчиков частиц компании TSI для определения характеристик выбросов частиц. Они обычно применяются для измерения выбросов в следующих случаях:
Условия на входе пробы | Скорость потока на входе примерно 2.0 л/мин |
Перепад давления | от -100 до +100 мбар (без влияния на поток пробы скоростью до 5 л/мин). Может использоваться с избыточным давлением до 300 мбар при сниженном расходе |
Разбавитель | Отдельная головка для измерения отходящих газов с вращающимся дисковым разбавителем Да; нагреваемый разбавитель |
Установки температуры | Выкл, 80, 120, или 150°C |
Номинальные диапазоны разбавления | Диск с 10 полостями: от 15:1 до 300:1 Диск с 8 полостями: от 150:1 до 3000:1 |
Скорость потока в измерительном канале (в прибор) | от 0.5 до 5.0 л/мин |
Установки диапазона разбавления | регулируются 10-оборотным потенциометром на лицевой панели или через аналоговый вход (от 0 до 10 В) |
Точность разбавления | ±10% в пределах диапазона, указанного на рис. 4 с использованием калибровочных коэффициентов, поставляемых с каждым диском. Терморазбавитель может работать корректно и при более низкой скорости потока в измерительном канале и с меньшей степенью разбавления, но без гарантии соответствия спецификациям. |
Допустимые газы | Терморазбавитель выполнен из нержавеющей стали, некорродирующего пластика Erta Peek, латунной арматуры, трубок из ПВХ и/или силикона. По запросу могут предоставляться материалы, устойчивые к коррозии, вызываемой химическими веществами. |
Диапазон температур сырых газов | 0 - 200°C, неконденсирующаяся газовая среда |
Блок управления | Требования к питанию 100 - 240 В переменного тока, 50/60 Гц, 140 Вт максимум Конструкция с 19-дюймовым автономным блоком (3HU/42TE) в лабораторном футляре с ручкой для переноски |
Габариты (В ⨯ Ш ⨯ Диам.) | (148 × 258 × 312) мм |
Вес | около 8 кг |
Функции входа/выхода | могут контролироваться аналоговыми сигналами (0 - 10 В) через 25-контактный миниатюрный D-разъём («мама») на задней панели |
Подключение к прибору | Модель 379020A: патрубки Swagelok для трубок наружного диаметра 6 мм |
Трубка для отбора проб | Трубка из нержавеющей стали, подсоединённая к блоку разбавления через патрубок Swagelok (наружный диаметр 8 мм); измерительный зонд может подключаться непосредственно к выхлопной трубе, смесительной камере или к дымовой трубе. |
Соединение с блоком управления | пневматическая гибкая вставка, металлическая защитная труба, содержащая три силиконовых и одну проводящую пластиковую трубку (длина 3 м) Электрический многополюсной кабель, заключённый в гибкую металлическую защитную трубу (длина 3 м) |
Габариты (В ⨯ Ш ⨯ Диам.) | (180 × 280 × 90) мм |
Вес | около 2.5 кг |
2 Между каналом сырого газа и условиями окружающей среды
3 Степень разбавления обеспечивается расходом в пределах от 0.5 до 1.5 л/мин в измерительном канале; относительно номинального диапазона разбавления см. рисунок.
Рис.4. Диапазон разбавления как функция измерительного канала, расхода и числа полостей на диске
Dilution Factor – коэффициент разбавления,
8 Cavity Disk – диск с 8 полостями.
Испарительная камера | |
Диапазон температур | от температуры окружающей среды до 400°C (избираемая) |
Измерение температуры | ±2°C |
Контроль над температурой | ±3°C |
Дополнительный разбавитель | |
Диапазон разбавления | от 1:1 до 11:1 |
Поток подаваемого воздуха | 0 - 15 л/мин с точностью 3% от установленного значения +0.1 л/мин |
Установки диапазона разбавления | регулируются 10-оборотным потенциометром на лицевой панели или через аналоговый вход (0 - 10 В) |
Скорость потока в измерительном канале (в прибор) | до 16.5 л/мин; избыточный воздух покидает дополнительный разбавитель через соответствующий канал избыточного воздуха, который включает в себя фильтр и массовый расходомер |
Интерфейс программирования | Функции контролируются цифровыми (5 В) и аналоговыми (0-10 В) сигналами через 25-контактный миниатюрный D-разъём («мама») на задней панели |
Блок управления | |
Габариты (В ⨯ Ш ⨯ Диам) | (146 × 485 × 530) мм; блок управления занимает ½ футляра. При заказе 379020A учтите, что его блок управления занимает другую половину |
Вес | около 13.5 кг без 379020A; 17.5 кг в комбинации с 379020A |
Потребность в питании | 100 - 240 В переменного тока, 50/60 Гц, 350 Вт (без 379020; 460 Вт в комплексе с 379020) |
379020A | Вращающийся дисковый терморазбавитель |
379030 | Термокондиционер подаваемого воздуха |
379020A-30 | Вращающийся дисковый терморазбавитель с термокондиционером подаваемого воздуха |
Аксессуары | |
379032A | Цифровой блок управления |
379027 | Циклон для 379020A |
1137009 | Диск с 8 полостями, некалиброаванный (379020A) |
1137008 | Диск с 10 полостями, некалиброаванный (379020A) |
1137014 | Блок разбавления - некалиброванный (379020A) |
1137015 | Пакет годового обслуживания 379020A (калибровка, насос термоэлементы, фильтры, уплотнительные кольца); диск продаётся отдельно |
1137016 | Пакет годового обслуживания 379020A и 379030 (калибровка, насос термоэлементы, фильтры, уплотнительные кольца); диск продаётся отдельно |
Обновление | |
399020-U05 | Обновление для приёмника 379020A (блок, оба диска сочленение и калибровка) (2005 - 2006) |
379020-U | Обновление для приёмника 379020A (блок, оба диска сочленение и калибровка) (2007 - 2008) |