Назначение
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:
- регулируемая степень разбавления, не требующая никаких специальных инструментов, ни повторной калибровки;
- разбавление с точностью до двух знаков десятичного разряда;
- встроенный нагреватель с избираемой температурой, чтобы избежать измерения конденсировавшихся летучих материалов;
- вращающийся диск, который легко чистить и обслуживать;
- прочное покрытие диска в целях снижения его износа и увеличения срока службы;
- наличие дисков на замену для дополнительного удобства и сокращения простоев в ходе обслуживания;
- улучшенная конструкция в целях упрощения эксплуатации и увеличения срока службы.
Принцип действия
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.
Технические решения для измерения выбросов от современных двигателей
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:
- подавление образования летучих частиц для проведения измерений фракции твёрдых частиц;
- регулируемая температура нагревателя до 400°C;
- управление работой как в местном режиме, так и дистанционно;
- 19-дюймовый автономный блок можно устанавливать в одном шкафу с вращающимся дисковым терморазбавителем.
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
Область применения
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:
- изучение выхлопов дизельных и бензиновых двигателей;
- калибровка дизельных и бензиновых двигателей;
- определение характеристик устойчивых и неустоявшихся выбросов из двигателей;
- контроль над количеством капельной фракции и уменьшение количества твёрдых частиц;
- изучение регенерации капельных фракции и их оптимизация;
- определение эффективности ловушек для частиц;
- изучение специфики выбросов различного топлива, смазочных материалов и добавок;
- измерение выбросов частиц у дизельных автомобилей-вездеходов, судов и локомотивов;
- изучение выбросов дымовых газов от различного топлива, например, дерева, нефти, природного газа, пропана и угля;
- определение выбросов частиц после сжигания биомассы, мусора, сельскохозяйственного пала и стационарных тепловых генераторов;
- измерение концентрации плотности частиц в соответствии с предлагаемым в директивах GRPE/PMP, нормы R83 и R491.
Технические характеристики
- 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
- Приемник разбавителя (поступает вместе с 379020A)
- 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
2Между каналом сырого газа и условиями окружающей среды
3Степень 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.
Термокондиционер
- 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)
Совместимый с:
- сканирующими спектрометрами, определяющими размер частиц с высокой мобильностью (SMPS™);
- спектрометром, определяющими размер частиц в выхлопных газах двигателя (EEPS™);
- счётчиками конденсированных частиц (CPC);
- электрическими детекторами аэрозолей (EAD);
- мониторами площадей поверхности наночастиц (NSAM).
Для заказа
- 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)
