УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫЛИ В ШАХТНОЙ АТМОСФЕРЕ

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к технике безопасности и охране труда при разработке полезных ископаемых, и может быть использована для непрерывного определения весовой концентрации взвешенных частиц пыли в шахтной атмосфере. Устройство может быть использовано для определения концентрации пыли в воздухе в других отраслях промышленности, в том числе и на объектах, расположенных на поверхности.
Известны переносные и стационарные тиндаллометрические измерительные приборы фирмы «Хельмут Хунд ГмбХ» типа ТМ-дигиталь μР, ТМ-дата и FMA-TMS 1, в которых используется датчик для измерения концентрации пыли с размером частиц менее 7 мк (Амбрустер Л. Техника пылевых измерений на выставке «Бергбау-89. - Глюкауф. - М.: Недра, 1989. - С.53-54).
Для измерения используют инфракрасный световой луч диода на основе арсенида галлия, с помощью которого просвечивают измерительную камеру. Находящиеся в траектории лучей частицы рассеивают свет, и датчик измеряет рассеянный свет, исходящий от частиц под углом 70° относительно направления первичного света, при этом не используется фильтр, т.к. в комбинации с длиной измерительной волны 950 нм данный принцип измерения оценивает частицы размером менее 7 мк, приблизительно соответствующие вероятности содержания проходящей в легкие пыли.
Известный датчик содержит измерительную камеру, инфракрасный излучатель, приемник рассеянного света, ловушки инфракрасного излучения и микропроцессор. Датчик может быть использован как в приборах переносного типа, так и в стационарных пылемерах, т.е. данные
от него могут передаваться по линиям коммуникации в основной блок, расположенный на удалении отдатчика.
3
Существенным недостатком известного датчика является небольшой диапазон измерения как по размеру частиц пыли (менее 7 мк), так и по концентрации пыли (0-100 мг/м). Кроме того, точность измерений при низкой концентрации пыли в воздухе (3-5%) является недостаточной.
Известно устройство для измерения концентрации пыли в воздушном потоке, содержащее измерительную камеру, инфракрасные излучатели с ловушками, фотоприемник рассеянного света и микропроцессор (патент РФ на полезную модель №61883, кл. G01N 15/02, 13.11.2006, опубликован в 2007 г., Б.№7).
3
3
Известное устройство предназначено для непрерывного мониторинга запыленной среды и может использоваться при всех видах производственных процессов, которые создают воздушные загрязнения, и обеспечивает регистрируемый диапазон размеров частиц в пределах 0,1-100 мкм и измерение концентрации пыли в диапазоне от 0 до 2000 мг/м, при этом точность измерений концентраций пыли в диапазоне 0-100 мг/м составляет 2,3-2,5%.
В процессе использования известного устройства в угольных шахтах была подтверждена его высокая эффективность и намечены пути дальнейшего совершенствования конструкции прибора для измерения концентрации пыли в воздухе. В частности, установлено, что в результате отложения пыли на оптических элементах прибора происходит со временем снижение точности измерений и сокращается срок службы их.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение заданной точности и работоспособности за счет снижения отложений пыли на оптических элементах устройства при его работе.
Предложено устройство для измерения концентрации пыли в шахтной атмосфере, включающее корпус, внутри которого установлена
измерительная камера с инфракрасными излучателями и фотоприемником рассеянного света.
Отличием является то, что оно снабжено вентилятором, установленным внутри корпуса, и всас его через фильтр высокой очистки воздуха соединен с атмосферой, причем внутренняя полость корпуса соединена с измерительной камерой с помощью зазоров для обдува воздухом оптических элементов инфракрасных излучателей и фотоприемника, расположенных в местах их крепления в измерительной камере.
Установка в корпусе устройства вентилятора обеспечивает постоянное повышенное давление в нем в процессе проведения замеров. Под действием этого давления чистый воздух по зазорам проникает в измерительную камеру и обдувает оптические элементы измерительных приспособлений, оттесняя от них загрязненный воздух, и препятствует отложению на них пыли и других загрязняющих частиц. Положительный эффект заключается в том, что измерительный прибор длительное время сохраняет точность измерений в заданных пределах.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показана принципиальная схема устройства для измерения концентрации пыли (вид в плане), на фиг.2 - сечение по А-А фиг.1, а на фиг.3 - сечение по ВВ фиг.1.
Устройство для измерения концентрации пыли в шахтной атмосфере имеет взрывозащищенное исполнение и может применяться для измерения массовой концентрации пыли при контроле превышения предельно допустимых концентраций в атмосфере, технологического контроля систем кондиционирования, вентиляционных систем и чистоты воздуха.
Устройство содержит корпус 1, выполненный, например, из прочной пластмассы, и внутри его зафиксированы измерительная камера 2, инфракрасные излучатели 3 с ловушками прямого света 4. В качестве излучателей используются два твердотельных полупроводниковых лазера мощностью 80 мВт с длиной волны 880 мм. Принцип действия устройства основан на регистрации рассеянного излучения на частицах,
свободно попадающих в освещаемое пространство измерительной камеры. Регистрацию рассеянного излучения осуществляют крепниевым фотоприемником 5.
Инфракрасные излучатели расположены под углами 25 и 155 градусов по отношению к фотоприемнику. Для поглощения прямого излучения имеются световые ловушки 4. Интегральные значения интенсивности рассеянного излучения пропорциональны массовой концентрации аэрозольных частиц.
Для предотвращения загрязнения оптических элементов инфракрасных излучателей и фотоприемника внутри корпуса установлен вентилятор 6, всас которого через фильтр высокой очистки 7 соединен с внешней атмосферой, а выхлопной патрубок подает очищенный воздух в полость корпуса 1, создавая в нем повышенное давление. Для обдува чистым воздухом оптических элементов измерительной части устройства в местах соединения с измерительной камерой 2 излучатели 3 и фотоприемник 5 имеют зазоры 8 и 9, через которые чистый воздух поступает к поверхностям оптических элементов и обдувает их.
Ниже приведено описание работы устройства.
Для проведения постоянного мониторинга превышения предельно допустимых концентраций в воздухе рабочей зоны устройство устанавливают в сечении выработки с расположением ее продольной сонаправленно с продольной осью выработки и включают питание механизмов устройства.
Вентилятор 6 засасывает из атмосферы выработки воздух, при этом происходит его очистка на фильтре 7, и чистый воздух создает внутри корпуса 1 повышенное давление до 0,2 МПа. По зазорам 8 и 9 свежий воздух проникает в измерительную камеру 2, обдувая поверхности оптических элементов, находящихся в инфракрасных излучателях 3 и фотоприемнике 5.
3
3
Устройство осуществляет измерения массовой концентрации пыли в диапазоне 0-1500 мг/м (поддиапазоны 0-100 мг/м и 100-1500
3
мг/м) с электрическим питанием от сети постоянного тока 12 В и потребляемой мощностью до 5 ВА.
Средний срок службы устройства составляет 5 лет при гарантированной точности измерения за счет обдува поверхностей оптических элементов.