УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫЛИ

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к технике безопасности и охране труда при разработке полезных ископаемых, и может быть использована в качестве датчика для определения весовой концентрации взвешенных частиц пыли в шахтном воздухе. Устройство может быть использовано для определения концентрации пыли в воздухе в других отраслях промышленности, в том числе и на объектах, расположенных на поверхности.
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 насос для прокачки запыленного воздуха. Измерение запыленности воздуха ведут по светопоглощающей способности пятна пыли на ленте. Основными недостатками известного пылемера являются низкая точность измерения (±15%) и сложность определения запыленности воздуха по тонкодисперсной пыли (менее 7 мк).
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 первичного света 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 от датчика.
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.
Техническим результатом полезной модели является расширение диапазона и точности измерения содержания пыли в воздухе путем использования нескольких излучателей с выбором углов наклона их и реализации их автоматического последовательного включения или отключения.
Предложено устройство для измерения концентрации пыли в воздушном потоке, содержащее измерительную камеру, инфракрасный излучатель, приемник рассеянного света и микропроцессор.
Отличием является то, что оно снабжено несколькими излучателями, установленными с возможностью последовательного включения или отключения их в пределах диапазона измерения, причем излучатели имеют длину волны 930-950 нм и установлены под углами от 50 до 70° к оптической оси приемника.
Отличием также является то, что устройство снабжено ловушками инфракрасного излучения. Другим отличием является то, что приемник рассеянного света выполнен с усилителем.
Предлагаемое устройство предназначено для непрерывного мониторинга запыленной среды и может использоваться при всех видах производственных процессов, которые создают пыль, дым, туман, испарения и другие воздушные загрязнения.
3
3
Предложенная конструкция устройства 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%.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показана принципиальная схема устройства для измерения концентрации пыли (вид в плане), а на фиг.2 - вид с торца измерительной камеры.
Устройство для измерения концентрации пыли в воздушном потоке содержит измерительную камеру 1, к которой подсоединены излучатели 2, 3, 4, 5, 6 и 7, установленные на тубусах 8 и 9 и соединенные с электронными блоками управления 10 и 11.
Электронные блоки управления осуществляют установку каждого излучателя точно под заданным углом α к оптической оси приемника рассеянного света 12 и последовательное автоматическое включение или отключение их. Излучатели и приемник рассеянного света могут иметь ловушки инфракрасного излучения 13, 14, а приемник 12 - усилитель 15. В связи с наличием нескольких излучателей мощность рассеянного света, попадающего в приемник 12, резко увеличивается и при определенных условиях может отпасть необходимость иметь ловушки инфракрасного излучения 13,14 и усилитель 15. Для обработки данных, поступающих с приемника 12, устройство имеет встроенный микропроцессор 16.
Ниже приведено описание работы устройства.
Устройство устанавливают в сечении горной выработки, при этом его ориентируют так, чтобы измерительная камера 1 располагалась вдоль запыленного воздушного потока. С помощью электронных блоков
1
2
3
3
3
3
управления 10, 11 устанавливают каждый из излучателей 2-7 под заданным углом α, α, α и т.д. в пределах 50-70° к оптической оси приемника рассеянного света 12 и задают волну инфракрасного излучения в пределах 930-950, что обеспечивает диапазон измерений по концентрации пыли в пределах 0-2000 мг/м и по крупности измеряемых частиц 0,1-100 мкм. Чувствительность устройства по крупности измеряемых частиц регулируют путем изменения длины волны. При измерении концентрации пыли выше 100 мг/м в работе находится один излучатель, а при концентрации пыли менее 100 мг/м в работу последовательно включаются остальные излучатели, при этом точность измерения увеличивается до 2,3-2,5%. Обычно измерение начинают с общей запыленности с последовательным автоматическим увеличением или уменьшением количества одновременно работающих излучателей, а затем переходят аналогично к измерениям фракционного состава пыли в пределах 0,1-100 мкм.
Чувствительность приемника рассеянного света при необходимости увеличивается с помощью усилителя 15, а затем полученные значения обрабатываются в соответствии с заданной программой во встроенном микропроцессоре 16 и результаты обработки передаются по коммуникационной сети 17 на компьютер или адаптированную систему сбора информации.
Предлагаемое устройство может осуществлять как измерение среднего значения концентрации пыли и размера частиц в интервале времени от 5 с до 12 ч, так и вывод динамики максимальных разовых концентраций в режиме реального времени.