Most companies that have any type of combustion or other pollution process via emission to air needs to measure their emissions to ensure they are within legal boundaries. Among the different types of pollution measurements, one of the most common is dust concentration, also known as particle concentration. An important factor in dust concentration measurements is to ensure that the concentration of the measured dust is representative to the dust concentration in the emissions. This is measured in isokinetic deviation, defined as (vn vd)=vd, where vn is the velocity in the entry nozzle and vd the velocity in the duct. Methods of dust concentration measurements used today are dependent on manual tuning and sensor readings, and the isokinetic deviation is calculated after a test. The focus of this project was therefore to investigate how the process of dust concentration measurements using standard reference methods could be automated in the way that isokinetic sampling is controlled and regulated by an automated control system in real time. Pressures, temperatures and sampled gas volume were quantized. A PIDcontroller was designed, implemented and tested. The PID-controller took the differential pressure between the inside of the entry nozzle and the duct, called zero pressure, as input. The system was tested in a laboratory environment by letting a radial fan create a flow, and thus create a zero pressure of -60 Pa, meaning that the pressure in the duct was 60 Pa greater than the pressure inside the entry nozzle. The PID-controller was then enabled and ran for five minutes. The result showed that the PID-controller managed to control the system to the reference point in less than 50 seconds for entry nozzles of diameters 6 mm, 8 mm, 10 mm and 12 mm. The results of the isokinetic deviations were -12 %, -5 %, -6 % and -4 % for entry nozzles with diameters 6 mm, 8 mm, 10 mm and 12 mm respectively. This is higher than the accepted values according to the European standard, which allows deviations in the interval -5%to 15%. However, these tests ran for relatively short time periods and started with large deviations which made it difficult to reach an isokinetic deviaiton in the accepted interval. Possible improvements could be to include the real time isokinetic deviation in the PID-controller, this would make it possible to change the reference value of the zero pressure in real time and guarantee isokinetic deviations in the accepted interval, even in extraordinary situations. / EU-regler ställer krav på anläggningar att kontrollera och begränsa sina utsläpp av stoft enligt EU standard 13284-1:2017. Vid en stoftmätning måste det tas hänsyn till många parametrar, där en av de viktigaste parametrarna är att provtagningen ska utföras isokinetiskt. Isokinetisk provtagning innebär att hastigheten i kanalen (skorstenen) är samma som i sonden där provgasen sugs ut. Dagens metoder för stoftmätning förlitar sig på manuella inställningar och den isokinetiska avvikelsen beräknas efter ett test. Det resulterade i frågeställnigen hur en automatiserad metod för bestämning av masskoncentration av stoft kan utformas så att den isokinetiska avvikelsen beräknas i realtid. Tryck, temperatur och gasvolym kvantiserades från analoga sensorer och kommunicerades till en mikrokontroller med det seriella protokollet I2C. En PID-reglator designades, implementerades och testades. PID-regulatorn tog tryckskillnaden mellan kanal och sond som insignal. Utsignalen från PID-regulatorn var en spänning som via en motordriven ventil kontrollerade inflödet i munstycket. Systemet testades i laborativ miljö genom att låta en fläkt skapa ett flöde tills den uppmätta tryckskillnaden mellan sond och kanal var -60 Pa. Därefter aktiverades PID-regulatorn och testet pågick sedan i fem minuter. Testet utfördes för munstycken med diameterna 6 mm, 8 mm, 10 mm och 12 mm. Resultatet visade att PID-regulatorn styrde systemet till referenspunkten på mindre än 50 sekunder för samtliga diametrar på munstyckena. De isokinetiska avvikelserna (skillnaden i hastighet mellan munstycke och kanal) beräknades till -12 %, -5 %, -6 % och -4 % för munstyckena 6 mm, 8 mm, 10 mm och 12 mm. I två av fallen var det högre än det accepterade värdet enligt EU standarden som tillåter avvikelser inom intervallet -5 % till 15 %. Det kan förklaras av att testen utfördes under en relativ kort tidsperiod och startades med stora avvikelser. Regulatorn skulle dock kunna förbättras genom att använda testets aktuella isokinetiska avvikelse och med den informationen bestämma systemets referenspunkt. Det skulle göra det möjligt att kompensera för tidigare avvikelser och på det sättet uppnå isokinetiska avvikelser inom tillåtet intervall även för extremfall.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-292583 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Marstorp, Gustav |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2021:86 |
Page generated in 0.0014 seconds