УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВОЗДУХА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ

Полезная модель относится к горному делу, а именно к горной автоматике, и может быть использована в переносных приборах и стационарных установках для автоматического контроля скорости воздуха в горных выработках горнодобывающих предприятий.
Известно устройство для измерения скорости шахтной вентиляции, содержащее чувствительный элемент в виде подвешенного на упругом эластичном шнуре пустотелого негерметичного шара, и регистрирующий прибор, выполненный в виде омметра (патент РФ №2047779, кл. E 21 F 1/00, приоритет от 22.07.1992 г., опубликован в 1995 г., Б. №31).
Принцип действия известного устройства заключается в том, что под действием потока воздуха шар отклоняется, растягивая шнур с силой, прямо пропорциональной скорости потока. Для обеспечения работы устройства в заданном диапазоне контроля скорости вентиляции соответственно выбирают жесткость шнура, вес и диаметр шара так, чтобы при любых изменениях скорости воздуха шнур работал в пределах упругих деформаций. К недостаткам известного устройства в первую очередь следует отнести влияние на показания наличия в воздушном потоке твердых частиц (например, пыли). Кроме того, на точность измерения влияют такие факторы, как температура воздуха в выработке, упругость шнура во времени, место установки и измерения и т.д.
Известен анемометр АПР-2 для определения скорости воздушного потока в шахтах и рудниках всех категорий (Мещеряков А.А. Электронный анемометр АПР-2 и оснащение им шахт. - Уголь. - 2001. -№6. - С.63-65).
Анемометр АПР-2 имеет чувствительный элемент в виде преобразователя типа А-2 и регистрирующий прибор - микропроцессор. В основу анемометра положен принцип тахометрии, т.е. вращение крыльчатки.
Прибор имеет диапазон измерений от 0,1 до 20 м/с, при этом погрешность измерения в идеальных условиях не превышает 2,58%.
Основным недостатком известного анемометра является влияние на точность измерения твердых частиц, содержащихся в воздухе, и влажность воздушного потока. Кроме того, возможности измерения ограничены пределами 0,1-20 м/с, т.к. погрешность измерения за указанными пределами резко возрастает. Недостатком известного анемометра является также отсутствие информации о направлении воздушного потока.
Техническим результатом полезной модели является расширение пределов измерения скоростей воздушного потока и повышение достоверности измерения за счет снижения влияния находящихся в потоке пыли и капель жидкости.
Предложено устройство для измерения скорости воздуха в горных выработках, включающее чувствительный измерительный элемент и преобразователь информации.
Отличием предложенного устройства является то, что оно снабжено измерительным патрубком с диафрагмой, установленной внутри патрубка, при этом чувствительный измерительный элемент выполнен в виде датчика расхода воздуха, а его вход и выход расположены с разных сторон диафрагмы на равном расстоянии от нее.
Другим отличием является то, что устройство может быть снабжено вторым датчиком расхода воздуха, установленным относительно диафрагмы аналогично первому датчику, причем диаметр его входного и выходного штуцеров принят отличным от первого датчика и оба датчика подключены к преобразователю информации с возможностью включения их в работу по схеме «ИЛИ».
Отличием является также то, что измерительная часть устройства и преобразователь информации могут быть выполнены раздельными с возможностью размещения преобразователя информации за пределами контролируемого объекта и соединены между собой линиями связи.
Принцип действия устройства основан на регистрации перепада давления воздушного потока, создаваемого на диафрагме, установленной в патрубке. Измерение осуществляют с помощью датчиков.
Данные с одного или двух датчиков расхода воздуха поступают в преобразователь (компьютер или адаптированная система сбора и обработки информации).
Диапазон измерения скорости воздушного потока при использовании двух датчиков составляет 0,05-25 м/с при погрешности измерения не более 2,5% даже при загрязнении воздушного потока пылью и при относительной влажности до 100%.
Особенностью предлагаемого устройства является также возможность измерения скорости реверсированной струи воздуха, при этом оно выдает измеренное значение скорости со знаком «-».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показана в плане принципиальная схема устройства для измерения скорости воздушного потока с двумя датчиками и возможностью размещения преобразователя информации за пределами контролируемого объекта (стационарное исполнение устройства), а на фиг.2 показано исполнение в виде переносного прибора (вид сбоку).
Устройство для измерения скорости воздуха в горных выработках содержит измерительный патрубок 1 с диафрагмой 2. К измерительному патрубку подключают чувствительный элемент - известный датчик расхода воздуха 3, штуцеры входа 4 и выхода 5 которого введены внутрь патрубка 1 и расположены с обеих сторон диафрагмы на равном расстоянии от нее. Принцип действия датчика основан на регистрации перепада давления воздушного потока, создаваемого на диафрагме. Для достижения расширения диапазона измерения скорости и расхода воздуха могут быть использованы два датчика расхода газа, что позволяет автоматически регистрировать перепад давления на диафрагме с разной точностью. В этом случае используют два датчика с разными диаметрами проходного сечения штуцеров, причем второй датчик 6 подключают относительно диафрагмы аналогично первому.
При выполнении устройства в виде переносного измерительного прибора датчик или оба датчика расхода воздуха соединены с преобразователем информации 7, выдающим в соответствии с настройкой результаты измерения на табло 8, причем датчики, преобразователь информации (процессор) и табло размещают в одном корпусе I. При стационарном выполнении устройства патрубок с датчиками и процессорами являются отдельной измерительной частью А, а преобразователь информации 9 (компьютер, адаптированная система сбора информации и т.д.) с табло являются регистрирующей частью В, которая может быть вынесена за пределы контролируемого объекта, например, к диспетчеру. Ниже приведено описание работы устройства.
Для измерения скорости движения воздушного потока в горной выработке патрубок 1 с датчиками 3 и 6 устанавливают в сечении потока вдоль выработки, при этом в патрубке на диафрагме 2 создается перепад давления и часть воздуха поступает в датчик по выходному штуцеру 4 с одной стороны диафрагмы и выходит по штуцеру 5 с другой стороны диафрагмы на одинаковом расстоянии от нее. Этим достигается идентичность измерений при изменении направления движения воздуха в выработке.
Проходные сечения штуцеров датчиков (при наличии двух датчиков) имеют разные диаметры, например, штуцеры датчика 3 имеют диаметр 1 мм, а штуцеры датчика 6-0,1 мм, что позволяет автоматически регистрировать перепад давления на диафрагме и расход воздуха с разной точностью. При использовании одного датчика 3 устройство производит измерение скорости воздушного потока в одном диапазоне 0,05-25,0 м/с, при этом данные о перепаде давления и расходе воздуха поступают в процессор 7 и обработанный результат передается на табло 8 или по коммутационной линии связи 10 поступает на преобразователь информации 9. Точность измерения составляет от 2,3 до 3,5% (в конце диапазона измерений). При использовании двух датчиков измерение проводится по двум диапазонам. Датчик 3, имеющий диаметр проходного отверстия штуцеров 1 мм, производит измерение скорости
воздуха в диапазоне 0,05-2,0 м/с и при значениях, близких к 2,0 м/с, автоматически или вручную отключается и включается датчик 6, имеющий диаметр проходного отверстия штуцеров 0,1 мм и проводящий измерение в диапазоне 2-25 м/с, т.е. включение датчиков в работу осуществляется по схеме «ИЛИ». Точность измерений в обоих диапазонах составляет 2,3-2,5%. При реверсировании струи на табло перед измеренным значением появляется знак «-».
На точность измерения предложенным устройством не оказывает существенного значения наличие в воздушном потоке различных примесей (пыль, капли влаги и т.д.).