Apresentação do novo modelo de medidor de poeira eletrostática

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A tecnologia de detecção de poeira por indução eletrostática em partículas foi utilizada pela primeira vez na área de monitoramento das emissões de partículas no final da década de 1970. Desde os primeiros detectores de vazamentos, que eram dispositivos simples baseados em circuitos analógicos, até os medidores de fluxo/concentração de partículas que utilizam chips DSP e algoritmos de processamento digital de sinais, essa tecnologia foi se aprimorando à medida que houve uma compreensão mais profunda dos princípios de indução eletrostática das partículas e da mecânica dos fluidos em fase gasosa e sólida. Ela passou a ser aplicada em cada vez mais áreas industriais. Em 1995, houve um evento marcante: a USEPA (Agência de Proteção Ambiental dos EUA) estabeleceu as normas MACT (Técnicas de Controle Mais Viáveis) para a indústria de fundição de chumbo. Nessas normas, foi exigido, pela primeira vez, o uso de sistemas de monitoramento de partículas por indução eletrostática durante o funcionamento dos dispositivos de remoção de poeira. Isso representou o primeiro reconhecimento oficial pela USEPA da tecnologia de indução eletrostática para partículas em suspensão. Desde então, essa tecnologia passou a ser incluída em outras normas estabelecidas pela USEPA relacionadas às emissões de partículas. Revisão técnica: Do final da década de 1970 até o início do século XXI, a tecnologia por trás dos equipamentos de medição de partículas por indução eletrostática baseava-se no princípio de amplificação analógica multipolo. Mesmo que, posteriormente, esses equipamentos passassem a contar com microprocessadores, o que lhes permitiu ter displays digitais, comunicação digital e outras funcionalidades inteligentes, a parte relacionada ao processamento do sinal original continuou a se basear em tecnologias de circuitos analógicos. Página 4 de 9. O circuito de tratamento por indução eletrostática de partículas ideais para o WDU deve apresentar boas performances tanto em regime contínuo quanto alternado. Em termos de desempenho em regime contínuo, é necessário que haja o mínimo de desvio e deriva em toda a faixa de detecção, além de um ganho o mais linear possível ； Em termos de desempenho de comunicação, é necessário ter largura de banda suficiente para cobrir a faixa de frequências a ser medida, além de um alto índice sinal-ruído. No entanto, a concepção e fabricação de instrumentos para detectar a indução eletrostática de partículas no mundo real exige a superação de uma série de desafios técnicos: o sinal de indução eletrostática das partículas é muito fraco, geralmente ficando na faixa de 10-12 a 10-9 amperes. Para detectar sinais de corrente tão pequenos, é necessário um grau de amplificação extremamente alto (um ganho de aproximadamente 10^9), a fim de obter um sinal mensurável. Todos os componentes eletrônicos analógicos possuem desvios, derivação e ruído térmico. Todos esses distúrbios são amplificados juntamente com o sinal em si. Se não houver compensação ou isolamento adequados, esses distúrbios podem se tornar tão intensos a ponto de mascarar o sinal real, fazendo com que o circuito fique saturado ； Ao mesmo tempo, em circuitos que utilizam componentes eletrônicos tradicionais, um ganho elevado acaba limitando a largura de banda do circuito, fazendo com que ele consiga detectar apenas sinais de corrente contínua e sinais de corrente alternada de baixa frequência, na ordem de alguns dez hertz. Portanto, na fase da tecnologia de circuitos analógicos, há um desafio considerável para fabricar instrumentos de indução eletrostática de partículas estáveis. A seguir, tomando como exemplo um instrumento típico de indução eletrostática de partículas que utiliza tecnologia de processamento de sinais analógicos, analisamos as limitações desse tipo de instrumento. A partir da análise acima, pode-se concluir que os instrumentos de detecção eletrostática de partículas, que utilizam amplificação analógica em vários níveis como tecnologia principal, possuem as seguintes características:
 Eles amplificam sem distinção os sinais dentro da faixa de frequência selecionada. Como resultado, o instrumento não consegue distinguir entre diferentes interferências eletromagnéticas, nem identificar falhas na sonda, como condições de contaminação.
 Faixa de frequência limitada: Nos dispositivos com acoplamento AC, a faixa de frequência normalmente processada é de 1Hz a 10Hz. O instrumento isola os sinais DC úteis, monitorando apenas as áreas de menor intensidade de sinal, que são mais suscetíveis a perturbações causadas por turbulências. Nos dispositivos com acoplamento DC, a faixa de frequência processada é de DC a 4Hz. Embora o instrumento consiga monitorar os sinais DC, ele não consegue processar informações de frequências mais altas.
 Não há isolamento elétrico eficaz; a sonda, os circuitos frontais e os tubos adjacentes não formam um sistema de referência elétrica independente. Por isso, o instrumento é facilmente afetado por interferências provenientes de circuitos de terra, como equipamentos elétricos de grande porte nas proximidades. Além disso, o instrumento também é afetado por interferências nas linhas de sinal e de alimentação. Essas são algumas das razões pelas quais esses instrumentos apresentam desempenho instável em diferentes condições de operação.
 Não há análise detalhada das características do sinal, o que impede a determinação da condição do fluxo. Isso faz com que seja impossível fazer correções necessárias no sinal, resultando em medições imprecisas.
Considerando as características e limitações dos instrumentos de detecção eletrostática de partículas baseados no princípio de amplificação analógica em vários níveis, pode-se dizer que esses instrumentos são adequados para monitorar vazamentos de poeira em muitas situações. No entanto, é difícil alcançar padrões de medição precisos. Avanços tecnológicos: Com o desenvolvimento dos microprocessadores e das técnicas de processamento de sinais digitais, a tecnologia de indução eletrostática de partículas também entrou na era digital. Assim como a tecnologia do radar, inventada durante a Segunda Guerra Mundial, que passou de um sistema simples de amplificação de eco para a tecnologia moderna de feixes controlados, o processamento digital de sinais permitiu um salto significativo na quantidade de informações obtidas pelo radar, bem como em sua capacidade de resistir a interferências, precisão e estabilidade. No início deste século, com a popularização de conversores analógico-digitais de alta precisão e alta velocidade, a aplicação de modelos hidrodinâmicos para o fluxo de gases contendo poeira, o desenvolvimento de modelos estatísticos e algoritmos de processamento de sinais, além da otimização desses algoritmos e do uso de hardware de computação de baixo custo (DSP, FPGA), tornou possível o “processamento Bao Li” – ou seja, o uso de algoritmos otimizados para realizar cálculos repetidos em dados coletados em excesso, com o objetivo de obter resultados abrangentes. A nova geração de instrumentos de detecção de partículas por indução eletrostática, baseados em tecnologias de processamento de sinais digitais, também amadureceu à medida que sua utilização em campo aumentou. Os dispositivos de medição da indução eletrostática de partículas, baseados no processamento de sinais digitais, possuem as seguintes características:
 Circuito de medição frontal completamente independente, isolado electricamente dos demais componentes do dispositivo. Isso permite que a sonda, o circuito de medição frontal e os tubos circundantes formem um sistema de referência independente, eliminando assim as interferências provenientes da fonte de alimentação, dos cabos de sinal e dos circuitos de aterramento.
 Tecnologia de rastreamento contínuo da deriva do circuito de medição frontal e eliminação de desvios. Isso permite eliminar completamente os efeitos da deriva do amplificador dentro de uma faixa de temperatura razoável (nível industrial: -40°C a 85°C).
 A parte do circuito analógico não processa o sinal de forma alguma; ela apenas faz o buffer ou amplificação moderada do sinal original, preservando assim a largura de banda suficiente do sinal original, permitindo que mais informações sobre o fluido sejam mantidas para os algoritmos de processamento posterior.
 No fluxo de sinal, a conversão analógico-digital é realizada o mais cedo possível, e em seguida, os sinais são processados por meio de algoritmos estatísticos e digitais.
 Os sinais de corrente contínua e alternada são processados separadamente. Um valor de referência é definido com base nas condições operacionais; geralmente, a intensidade do sinal de corrente contínua ou alternada é utilizada como referência.
 A velocidade do fluxo é estimada por meio da análise das frequências características dos sinais alternados ou da correlação entre os sinais das sondas localizadas acima e abaixo do ponto de medição. Isso permite compensar as mudanças na velocidade do fluxo nos sinais de referência, fazendo com que o sinal de saída seja apenas uma função da concentração de partículas.
 A análise da correlação entre vários sinais permite eliminar as interferências eletromagnéticas em qualquer frequência, especialmente as interferências eletromagnéticas espaciais.
 O método “bao li” é utilizado para analisar os dados de amostragem em excesso, eliminando assim o ruído aleatório causado por fatores como a turbulência.
 Por meio da comparação das características dos sinais de corrente contínua e alternada, é possível identificar problemas como a contaminação da sonda. Quando a frequência de amostragem excede o limite do “efeito de filtragem espacial”, torna-se possível processar informações completas sobre o fluxo de partículas. Ao processar milhares de pontos de dados em uma amostra, o processador de sinais digitais pode realizar diversos tipos de análises estatísticas e espectrais. Algoritmos de correlação também podem ser utilizados para medir com precisão a velocidade do fluxo de partículas. Vários modelos e algoritmos foram testados em laboratório e em condições reais. Quando necessário, são utilizados softwares de análise de dados off-line para ajustá-los de modo a obter o melhor desempenho nas condições específicas. Portanto, os instrumentos de indução eletrostática de partículas baseados em tecnologia de processamento de sinais digitais possuem maior estabilidade e reprodutibilidade, o que é exatamente a base para a calibração de medições quantitativas. Em comparação com os dispositivos tradicionais, os dispositivos baseados em tecnologia de processamento de sinais digitais possuem as seguintes vantagens: Em resumo, o desenvolvimento da teoria da indução eletrostática de partículas se deve aos avanços da tecnologia eletrônica. Sem circuitos de amostragem de alta precisão com largura de banda suficiente, muitos modelos e algoritmos não poderiam ser validados ； As características do sinal obtidas por meio da análise teórica também orientam a otimização do design dos circuitos de amostragem nos dispositivos finais. Os algoritmos utilizados nos sistemas de integração em tempo real dos dispositivos também exigem um cálculo adequado dos custos do hardware necessário para que possam ser implementados. O campo da indução eletrostática de partículas passou, na verdade, por uma revolução. No entanto, a maioria das empresas do setor não abandonou a tecnologia fundamental de amplificação por simulação, utilizada há anos, fazendo apenas alterações limitadas (ver a patente americana nº 8375766B2, concedida em 2013, citada anteriormente). Como as empresas que utilizam tecnologia de amplificação analógica ainda detêm a maior parte da participação de mercado, o conhecimento dos usuários sobre a tecnologia de indução eletrostática de partículas também permanece no nível do século passado. Desde que sejam atendidos os requisitos de desempenho, as autoridades reguladoras ambientais dos Estados Unidos e da União Europeia não estabelecem requisitos rígidos quanto aos princípios técnicos dos equipamentos de medição das emissões de poeira. Em comparação com os dispositivos de medição de poeira que utilizam princípios ópticos, os equipamentos de medição de concentração/corrente de poeira baseados no princípio da indução eletrostática de partículas possuem suas próprias características de uso e cenários ideais para aplicação. No entanto, esses dispositivos têm a vantagem de serem mais sensíveis, confiáveis e econômicos, além de exigirem quase nenhuma manutenção. Além da concentração/vazão das partículas, tanto os medidores de poeira baseados em princípios ópticos quanto aqueles baseados em princípios de indução eletrostática são afetados por outros fatores. Portanto, antes de realizar medições quantitativas, ambos os tipos de instrumentos precisam ser calibrados com partículas de propriedades conhecidas, em condições de fluxo estável. Para cada ponto de monitoramento, as características das partículas e as condições de fluxo variam, sendo assim, ambos os tipos de instrumentos necessitam de calibração no local. Diferentemente dos instrumentos ópticos, os dispositivos de medição da indução eletrostática de partículas não precisam usar lentes limpas e cuidadosamente calibradas para medir a luz. Em vez disso, eles utilizam sensores simples, resistentes e que exigem quase nenhuma manutenção, para medir o fluxo das partículas ； É possível equipá-lo com diferentes tipos de sondas, para que possam ser instaladas em diversos tipos de tubulações e coletores de poeira que possuam um aterramento e blindagem adequados. Os instrumentos de detecção de partículas por indução eletrostática basicamente não precisam se preocupar com a acumulação de poeira nas sondas, e podem detectar partículas abrasivas ou úmidas (não condensadas) em canais de ventilação a altas temperaturas. Mesmo em situações de condensação, onde é necessário instalar um sistema de amostragem, graças à robustez inerente dos sensores de indução eletrostática para partículas, o sistema de amostragem pode ser **simplificado, incluindo apenas componentes como coleta e aquecimento.** Os instrumentos de detecção por indução eletrostática de partículas são capazes de identificar poeiras em concentrações tão baixas quanto 0,01 mg/m3. Eles conseguem reagir às mudanças na taxa de fluxo/concentração da poeira em apenas um segundo. Esses valores estão **abaixo dos limites estabelecidos por quaisquer padrões de emissão**. Devido à sua alta sensibilidade e tempo de resposta rápido, os instrumentos de indução eletrostática para partículas são frequentemente utilizados na manutenção de filtros de poeira, no teste de desempenho, bem como no alerta precoce e na localização de vazamentos. Os novos instrumentos de monitoramento por indução eletrostática de partículas são capazes de medir com maior precisão a concentração, o fluxo e a velocidade das partículas. Além disso, são menos suscetíveis a vários tipos de interferências. Fora do uso em monitoramentos de emissões tradicionais, eles também são utilizados em áreas mais importantes de controle de produção, como medição do fluxo em linhas de transporte pneumático, medição da velocidade dos gases contendo poeira e monitoramento de poeira em espaços abertos. E o grau de aceitação dessa tecnologia pelo setor industrial também aumentará à medida que ela for aplicada em produtos reais.