УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫЛИ В ВОЗДУШНОМ ПОТОКЕ

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к технике безопасности и охране труда при разработке полезных ископаемых, и может быть использована для определения весовой концентрации взвешенных частиц пыли в шахтном воздухе.
Известен пылемер, в основу работы которого положен объемно-денситометрический метод измерения (авторское свидетельство СССР №208327, кл. G 01 N 15/02, опубликовано в 1968 г.). Известный пылемер содержит корпус, в котором помещены источник и приемник света, вторичный прибор, фильтровальная лента с защитной пленкой, классификатор пыли и насосное устройство. Запыленный воздух с помощью насосного устройства просасывают через пылемер, где происходит осаждение частиц пыли на фильтровальную ленту.
Измерение запыленности воздуха ведут по светопоглощающей способности пятна пыли на ленте.
Основным недостатком известного пылемера является низкая точность измерения (±15%), т.к. на получаемый результат существенное влияние оказывают такие факторы, как петрографический состав пыли, влажность и зольность ее.
Известен пылемер для измерения весовой концентрации аэрозольных частиц пыли в шахтном воздухе, содержащий две трубки с зарядными камерами и коронирующими электродами, подсоединенные к всасывающему вентилятору, и измерительный блок с регистрирующим прибором (индикатором), выполненный в виде катушек индуктивности, соединенных по мостовой схеме (авторское свидетельство СССР №1321832, кп. Е 21 F 5/00, опубликовано в 1987 г., Б. №25). Принцип действия пылемера заключается в том, что потоки воздуха в трубках ионизируют с помощью коронирующих электродов, а затем пропускают их одновременно через измерительный блок, при этом наводится
электрический ток и регистрирующий прибор показывает значение концентрации пыли. Обязательным условием нормальной работы известного пылемера является равенство расходов воздуха в трубках. В действительности, по мере отложения пыли на фильтре возрастает аэродинамическое сопротивление в одной трубке и происходит снижение расхода очищенного воздуха, проходящего по ней, и степени ионизации этого потока, что влияет на величину электрического тока в измерительном блоке и, следовательно, на точность измерения.
Известно устройство для измерения запыленности воздушного потока, содержащее канал для отсоса запыленного воздуха с фильтром, побудитель тяги, датчик расхода воздуха и измерительный блок с индикатором (патент на полезную модель №38837, кп. Е 21 F 5/00, приоритет от 05.12.2003). Принцип действия известного устройства заключается в том, что под действием депрессии запыленный воздух проходит через фильтр, где оседает пыль, а очищенный воздух проходит через датчик расхода газа и побудитель тяги, а затем выходит в атмосферу. Датчик расхода регистрирует объем проходящего воздуха в заданный период времени и передает эти данные в измерительный блок. Аэродинамическое сопротивление всасывающего канала является постоянной величиной, в связи с чем уменьшение расхода воздуха зависит только от изменения аэродинамического сопротивления фильтра.
Известное устройство имеет простое конструктивное исполнение и обеспечивает проведение замеров в короткие сроки и с достаточной точностью. В процессе использования данного устройства были выявлены некоторые недостатки и возможности усовершенствования его:
довольно значительные габариты (длина) устройства;
отсутствие возможности регулирования количества всасываемого воздуха;
низкая точность измерений при поступлении в датчик расхода большого количества воздуха.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности измерений при больших расходах воздуха и уменьшение габаритов устройства.
Предложено устройство для измерения концентрации пыли в воздушном потоке, содержащее всасывающий канал с фильтром, побудитель тяги, датчик расхода воздуха и измерительный блок с индикатором.
Отличием устройства является то, что оно снабжено измерительным каналом, помещенным между фильтром и датчиком расхода воздуха, соединенным с датчиком расхода и имеющим патрубок сброса излишнего воздуха, а побудитель тяги установлен в измерительном канале и соединен с измерительным блоком.
Отличием является также то, что на входе во всасывающий канал установлена защитная крышка.
Предложенное конструктивное выполнение устройства позволяет уменьшить габариты его за счет размещения побудителя тяги в измерительном канале, исключить влияние расхода воздуха, особенно в начале всасывания его, на точность показаний и дает возможность регулировать работу побудителя тяги.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где приведена принципиальная схема устройства.
Устройство для измерения концентрации пыли в воздушном потоке содержит всасывающий канал 1 с фильтром 2. Между фильтром и датчиком расхода воздуха 3 установлен измерительный канал 4, который соединен с датчиком расхода воздуха и снабжен патрубком 5 сброса излишнего воздуха. Внутри измерительного канала 4 помещен побудитель тяги 6, например, центробежный вентилятор. Измерительный блок 7 имеет электрическую связь с датчиком расхода воздуха 3 и побудителем тяги 6, а на выходе его установлен индикатор 8 (дисплей). Для обеспечения равномерного поступления запыленного воздуха к фильтру 2 на входе во всасывающий канал 1 установлена защитная крышка 9.
Поток запыленного воздуха под действием депрессии, создаваемой побудителем тяги 6, поступает во всасывающий канал 1, при этом поток обтекает защитную крышку 9 и равномерно поступает на всю площадь фильтра 2, где пыль оседает, а очищенный воздух проходит в измерительный канал 4. Под действием давления, создаваемого побудителем тяги 6, часть воздуха, соответствующая
характеристике датчика расхода воздуха 3, проходит в датчик для измерения, а излишняя часть его через патрубок 5 выбрасывается в атмосферу. Повышенное давление в измерительном канале исключает возможность подсоса запыленного воздуха через патрубок 5. Очищенный воздух из датчика расхода 3 выходит в атмосферу, а электрический сигнал поступает в измерительный блок 7. Датчик расхода регистрирует объем проходящего воздуха в заданный период времени. Устройство предварительно тарируют по расходу воздуха от аэродинамического сопротивления фильтра при постоянной депрессии с функциональной зависимостью
где Q - расход воздуха, л/мин;
2
r - аэродинамическое сопротивление фильтра, Н·с/м.
3
3
Аэродинамическое сопротивление всасывающего канала устройства является величиной постоянной, в связи с чем уменьшение расхода воздуха зависит только от изменения аэродинамического сопротивления фильтра вследствие отложения на нем пыли. Данные тарировки вводят заранее в измерительный блок, где производится определение текущей величины аэродинамического сопротивления фильтра во времени, сравнение ее с данными тарировки и перевод полученных данных в значение концентрации пыли в единице объема воздуха (мг/см или мг/м). За счет наличия электрической связи измерительного блока с побудителем тяги оператор имеет возможность контролировать работу побудителя тяги и при необходимости регулировать параметры его работы.
Устройство прошло опытно-промышленные испытания и в 2005 г. внесено в Государственный реестр средств измерений под шифром ПКА-01.
3
Пределы допустимой относительной погрешности измерения по объему пробы составляют ±5%, а весовой концентрации пыли в диапазоне 100-1000 мг/м ±20%.