RU2749128C1

RU2749128C1 - Research installation for determination of dust in air and measuring module of quantitative content of solids in air

Info

Publication number: RU2749128C1
Application number: RU2020131248A
Authority: RU
Inventors: Олег Александрович Поваляев
Original assignee: Индивидуальный Предприниматель Поваляев Олег Александрович
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-06-04

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to instruments for studying dust formation processes. The measuring module contains a housing with input and output zones, a microcontroller, a primary transducer connected to it, having a housing with input and output holes, an impeller, a laser and a photodiode, and an output interface, while the housing of the measuring module is equipped with a partition for separating the input and output zones, moreover, the output interface is equipped with a USB connector connected to the microcontroller, and an analog (IDC) connector for connecting the microcontroller to external devices, while the input hole of the primary converter is located in the input zone of the measuring module, and the output hole is in the output zone of the measuring module, while the primary converter is equipped with an optical lock, made in the form of partitions made of light-absorbing material, separating the impeller, laser and photodiode.

EFFECT: increasing versatility and multifunctionality of the research installation.

5 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к учебным приборам и предназначено для изучения основ физики и механики, проведения исследовательских и учебных экспериментов, относящихся к изучению процессов пылеобразования, пылепоглощения, изучению аэродисперсных систем, определения концентрации пыли и к тестированию фильтрующих элементов.The invention relates to educational devices and is intended to study the fundamentals of physics and mechanics, conduct research and educational experiments related to the study of the processes of dust formation, dust absorption, the study of aerodispersed systems, determination of dust concentration and testing of filter elements.

Из области техники известны: система для измерения массовой концентрации пылевых частиц, содержащая устройство для передачи данных, с входным отверстием и выходным отверстием, при этом устройство снабжено аккумулятором, источником питания, соединенными с коммуникационным блоком, включающим контроллер, соединенный с входным интерфейсом устройства и выходным интерфейсом устройства, модулем памяти и модулем беспроводного соединения, модулем часов реального времени, GSM-антенной и GPS-антенной, измеритель массовой концентрации пылевых частиц, расположенный внутри корпуса устройства для передачи данных, при этом входные каналы и выходные каналы измерителя массовой концентрации пылевых частиц соединены с входными и выходными отверстиями устройства для передачи данных, при этом модуль энергонезависимой памяти выполнен с возможностью записи измеренной массовой концентраций пылевых частиц, даты и времени измерения и последующего их запроса, и измеритель массовой концентрации пылевых частиц, включающий корпус, печатную плату с микроконтроллером, соединенные с ними два датчика пыли и выходной интерфейс измерителя, нагревательный элемент и вентилятор, которые электрически соединены с микроконтроллером, входной канал, соединенный с датчиками пыли (первичными преобразователями), выходной канал, датчик температуры входного потока (см. патент на изобретение RU № 2709410, Кл. G01N 15/06, опубл. в 2019 г.). Вышеописанная система для измерения массовой концентрации пылевых частиц предназначена для отслеживания изменений уровня загрязнения атмосферного воздуха в жилых зданиях, рабочих зонах производства или на территории города, для экологического мониторинга промышленных и строительных объектов, для прогнозировании экологической ситуации и развитии рекреационной инфраструктуры. Это достаточно сложный прибор должен обеспечивать высокий уровень точности измерений, поэтому содержит дублирующие элементы для сравнительного анализа. It is known from the technical field : a system for measuring the mass concentration of dust particles , comprising a device for transmitting data, with an inlet and an outlet, wherein the device is equipped with a battery, a power supply connected to a communication unit including a controller connected to the input interface of the device and an output device interface, memory module and wireless connection module, real time clock module, GSM antenna and GPS antenna, dust particle mass concentration meter located inside the device housing for data transmission, while the input channels and output channels of the dust particle mass concentration meter are connected with input and output openings of the device for data transmission, while the nonvolatile memory module is configured to record the measured mass concentration of dust particles, the date and time of measurement and their subsequent request, and a meter for the mass concentration of dust particles , in a switching housing, a printed circuit board with a microcontroller, two dust sensors connected to them and an output interface of the meter, a heating element and a fan, which are electrically connected to a microcontroller, an input channel connected to dust sensors (primary converters), an output channel, an input flow temperature sensor ( cm. patent for invention RU No. 2709410, Cl. G01N 15/06, publ. in 2019). The above-described system for measuring the mass concentration of dust particles is designed to track changes in the level of air pollution in residential buildings, working areas of production or in the city, for environmental monitoring of industrial and construction facilities, for predicting the environmental situation and the development of recreational infrastructure. This rather complex device must provide a high level of measurement accuracy, therefore it contains duplicate elements for comparative analysis.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является лабораторная установка с прозрачной камерой, включающая засыпное устройство, заглушку для чистки камеры, аспиратор, соединительный шланг, аллонж, измеритель расхода, тройник для крепления камеры и аллонжа, измеритель типа ТРМ 200 (см. http://www.miigaik.ru/upload/iblock/5ff/5ffe2668f35849853c3be325da9139cb.pdf). Аспиратор, используемый в лабораторной установке, предназначен для отбора проб воздуха для определения содержания пыли и аэрозолей путем прокачки заданного объема пробы через фильтры. Измерение уровня запыленности воздуха производят путём засыпки пыли в специальную камеру, затем строят графики и подсчитывают частицы пыли, оставшиеся на фильтре, с помощью цифрового микроскопа. Эта лабораторная установка может быть использована в учебном процессе, но её обучающие и исследовательские возможности ограничены конструктивными признаками.The closest analogue to the claimed invention is a laboratory setup with a transparent chamber, including a filling device, a plug for cleaning the chamber, an aspirator, a connecting hose, an allonge, a flow meter, a tee for attaching the chamber and an allonge, a TPM 200 meter (see http: // www.miigaik.ru/upload/iblock/5ff/5ffe2668f35849853c3be325da9139cb.pdf). An aspirator used in a laboratory setup is designed to take air samples to determine the content of dust and aerosols by pumping a given sample volume through filters. Measurement of the level of dustiness in the air is carried out by pouring dust into a special chamber, then graphs are built and the dust particles remaining on the filter are counted using a digital microscope. This laboratory setup can be used in the educational process, but its teaching and research capabilities are limited by design features.

Техническая проблема заключается в том, что описанные устройства не предназначены для решения исследовательских задач, они не дают возможности управления процессом исследования и изменения условий исследования. В них остается нерешенной задача объединения вопросов одновременного изучения физики, химии и электроники на одной универсальной базе. Решение данной задачи не должно ограничиваться только возможностью обучения, оно должно давать возможность проводить различные демонстрации и ставить эксперименты. The technical problem lies in the fact that the described devices are not intended for solving research problems, they do not provide the ability to control the research process and change the research conditions. In them, the problem of combining the issues of the simultaneous study of physics, chemistry and electronics on one universal basis remains unresolved. The solution to this problem should not be limited only by the possibility of training, it should make it possible to conduct various demonstrations and set up experiments.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи повышения универсальности и многофункциональности исследовательской установки для определения запылённости воздуха и измерительного модуля количественного содержания твердых примесей в воздухе с возможностью проведения различных демонстраций и изменения условий проведения опытов и экспериментов при визуализации получаемых результатов.The present invention is aimed at solving the technical problem of increasing the versatility and multifunctionality of the research installation for determining the dustiness of the air and the measuring module for the quantitative content of solid impurities in the air with the possibility of conducting various demonstrations and changing the conditions for conducting experiments and experiments when visualizing the results obtained.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что исследовательская установка для определения запылённости воздуха, содержащая основание с установленным на нём полым корпусом для поступления воздуха, вентилятором, фильтром, измерительными средствами, связанными с системой управления, снабжена расположенным на входе полого корпуса источником создания запыленности воздуха, после которого расположен вентилятор, установленным далее на корпусе средством для впрыска жидкости, после которого расположен фильтр, причем измерительные средства выполнены в виде не менее, чем двух измерительных модулей количественного содержания твердых примесей в воздухе, связанных с системой управления, снабженной электронной платой открытой архитектуры, и выполненных в виде разъёмного корпуса с перегородкой, разделяющей его на входную и выходную зоны, снабженного связанным с микроконтроллером первичным преобразователем, входное отверстие которого расположено во входной зоне а выходное отверстие в выходной зоне измерительного модуля, а также снабженного USB разъемом, связанным с микроконтроллером, и аналоговым (IDC) разъемом для подключения микроконтроллера к внешним устройствам, при этом один измерительный модуль расположен впереди фильтра, а другой измерительный модуль расположен позади фильтра. Источник создания запыленности воздуха выполнен в виде дымогенератора. Средство для впрыска жидкости выполнено в виде форсунок. Корпус установки с основанием может быть размещен либо горизонтально, либо вертикально. Измерительный модуль количественного содержания твердых примесей в воздухе, включающий корпус с входной и выходной зонами, микроконтроллер, соединенные с ним первичный преобразователь, имеющий корпус с входным и выходным отверстиями, крыльчаткой, лазером и фотодиодом, и выходной интерфейс, при этом корпус измерительного модуля снабжен перегородкой для разделения входной и выходной зон, причём выходной интерфейс снабжён USB разъемом, связанным с микроконтроллером, и аналоговым (IDC) разъемом для подключения микроконтроллера к внешним устройствам, при этом входное отверстие первичного преобразователя расположено во входной зоне измерительного модуля, а выходное отверстие в выходной зоне измерительного модуля, при этом первичный преобразователь снабжен оптическим замком, выполненным в виде перегородок из светопоглощающего материала, разделяющих крыльчатку, лазер и фотодиод. The solution to the technical problem posed is achieved due to the fact that the research installation for determining the dust content of the air, containing a base with a hollow housing installed on it for air intake, a fan, a filter, measuring instruments associated with the control system, is equipped with a source of dust generation located at the inlet of the hollow housing air, after which there is a fan, further installed on the housing with a liquid injection device, after which a filter is located, and the measuring means are made in the form of at least two measuring modules for the quantitative content of solid impurities in the air connected with the control system equipped with an open electronic board architecture, and made in the form of a split body with a partition dividing it into an input and output zones, equipped with a primary converter connected to the microcontroller, the inlet of which is located in the inlet zone and the outlet in the output zone of the measuring module, as well as equipped with a USB connector connected to the microcontroller, and an analog (IDC) connector for connecting the microcontroller to external devices, with one measuring module located in front of the filter, and the other measuring module located behind the filter. The source of dustiness in the air is made in the form of a smoke generator. The liquid injection means is made in the form of injectors. The unit housing with the base can be placed either horizontally or vertically. Measuring module for the quantitative content of solid impurities in the air, including a housing with input and output zones, a microcontroller, a primary transducer connected to it, having a housing with inlet and outlet holes, an impeller, a laser and a photodiode, and an output interface, while the housing of the measuring module is equipped with a partition for separating the input and output zones, and the output the interface is equipped with a USB connector connected to the microcontroller and an analog (IDC) connector for connecting the microcontroller to external devices, while the input hole of the primary converter is located in the input zone of the measuring module, and the output hole is in the output zone of the measuring module, while the primary converter is equipped with an optical a lock made in the form of partitions made of light-absorbing material separating the impeller, laser and photodiode.

Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 схематично изображена исследовательская установка для определения запылённости воздуха, горизонтальное расположение. На фиг. 2 – то же, вертикальное расположение. На фиг. 3 изображен измерительный модуль количественного содержания твердых примесей в воздухе, вид с торца в изометрии. На фиг. 4 – то же, со снятой крышкой в изометрии. На фиг. 5 – то же, со снятой крышкой, вид сверху. На фиг. 6 изображена блок-схема измерительного модуля количественного содержания твердых примесей в воздухе. На фиг. 7 схематично изображена электронная схема работы первичного преобразователя измерительного модуля. На фиг. 8 изображен первичный преобразователь измерительного модуля (пример исполнения). Figure 1 schematically shows a research installation for determining the dustiness of the air, horizontal arrangement. FIG. 2 - the same, vertical arrangement. FIG. 3 shows a measuring module for the quantitative content of solid impurities in air, isometric end view. FIG. 4 - the same, with the cover removed in isometric view. FIG. 5 - the same, with the cover removed, top view. FIG. 6 shows a block diagram of a measuring module for the quantitative content of solid impurities in air. FIG. 7 schematically shows the electronic circuit of the primary transducer of the measuring module. FIG. 8 shows the primary converter of the measuring module (example of execution).

Исследовательская установка для определения запылённости воздуха предназначена для проведения исследовательских и учебных экспериментов, относящихся к изучению процессов пылеобразования, пылепоглощения, изучению аэродисперсных систем, определению концентрации пыли и к тестированию фильтрующих элементов, может быть использована для монтажа учебного или исследовательского оборудования с управляемыми элементами, а также для проведения занятий в интерактивном режиме. Исследовательская установка состоит из основания 1, на котором размещен корпус 2 установки, представляющий собой сообщающиеся между собой полости. Корпус 2 может быть, например, выполнен в виде полой, предпочтительно прозрачной, трубы круглого или любого другого сечения. Основание 1 и корпус 2 могут быть расположены горизонтально (см. фиг.1) и вертикально (см. фиг. 2). Корпус 2 на входе может содержать источник создания запыленности воздуха, например дымогенератор 3. За дымогенератором 3 установлен канальный вентилятор 4, связанный с сектором 5 с нефильтрованным воздухом. Исследовательская установка для определения запылённости воздуха может включать несколько измерительных модулей количественного содержания твердых примесей в воздухе. В секторе 5 установлен первый измерительный модуль 6 количественного содержания твердых примесей в воздухе. Сектор 5 корпуса 2 связан с сектором 7, оборудованным средством для впрыска жидкости, например, жидкого поглотителя, или для создания аэродисперсных смесей, выполненным в виде, например, форсунок 8. Корпус 2 снабжен съемной кассетой 9 для сменных фильтров, распложенной между сектором 7 и сектором 10, предназначенным для фильтрованного воздуха. В секторе 10 установлен второй измерительный модуль 11 количественного содержания твердых примесей в воздухе. Вентилятор 4, первый измерительный модуль 6, форсунки 8 и второй измерительный модуль 11 связаны с электронной платой 12 открытой архитектуры, предназначенной для управления установкой и вывода информации на монитор 13, отправки на компьютер 14, а также для записи в файл определенного формата. The research installation for determining the dustiness of the air is intended for conducting research and educational experiments related to the study of dust formation, dust absorption, the study of aerodispersed systems, the determination of dust concentration and testing of filter elements, can be used for the installation of educational or research equipment with controlled elements, as well as for conducting classes online. The research unit consists of a base 1, on which the unit body 2 is placed, which is a cavity communicating with each other. The body 2 can be, for example, made in the form of a hollow, preferably transparent, round pipe or any other section. The base 1 and the body 2 can be located horizontally (see Fig. 1) and vertically (see Fig. 2). The housing 2 at the inlet can contain a source of dustiness in the air, for example a smoke generator 3. A duct fan 4 is installed behind the smoke generator 3, connected to the sector 5 with unfiltered air. A research installation for determining the dustiness of the air can include several measuring modules for the quantitative content of solid impurities in the air. In sector 5, the first measuring module 6 of the quantitative content of solid impurities in the air is installed. Sector 5 of body 2 is connected to sector 7, equipped with means for injecting liquid, for example, a liquid absorber, or for creating aerodispersed mixtures, made in the form of nozzles 8. Body 2 is equipped with a removable cassette 9 for replaceable filters located between sector 7 and sector 10 for filtered air. In sector 10, a second measuring module 11 of the quantitative content of solid impurities in the air is installed. The fan 4, the first measuring module 6, injectors 8 and the second measuring module 11 are connected to an electronic board 12 of an open architecture designed to control the installation and display information on the monitor 13, send it to the computer 14, and also for writing to a file of a certain format.

Измерительный модуль количественного содержания твердых примесей в воздухе (см. фиг. 3, 4 и 5) представлен в заявке в виде модулей 6 и 11, которые в данном случае имеют предпочтительно одинаковую конструкцию и включают корпус, состоящий из двух разъёмных частей: основания 16 и крышки 17. На основании 16 установлен первичный преобразователь 18, связанный с микроконтроллером 19, включающим блок 20 математической обработки, блок 21 калибровки, блок 22 преобразователя USB (см. фиг. 6). В измерительном модуле 6 и 11 может быть предусмотрено использование блока радиоканала (на рисунке не показано). На корпусе измерительных модулей имеется отверстие 23 для установки USB разъема 24, связанного с микроконтроллером 19, а также отверстие 25 для аналогового (IDC) разъема 26, предназначенного для подключения микроконтроллера 19 к внешним устройствам. например, к плате 12 открытой архитектуры (см. фиг. 1 и 2). Корпус измерительного модуля 6 и 11 содержит перегородку 27, разделяющую корпус на входную и выходную зоны, а также оснащен отверстием (или отверстиями) 28 для входа воздуха и отверстием 29 для его выхода. Размещение отверстий обусловлено технологическими параметрами эксплуатации измерительных модулей и может быть различным. USB разъем 24 предназначен для подключения к внешним устройствам, например к компьютеру 30. Блок радиоканала (на рисунке не показано) может быть использован для подключения к удаленному электронному устройству (например, к компьютеру 14) через сеть 32 WiFi. (см. фиг. 1 и 2). На внешней стороне основания 16 корпуса измерительного модуля может быть расположена магнитная полоса (на рисунке не показано) для прикрепления к металлическим и намагниченным поверхностям. The measuring module for the quantitative content of solid impurities in the air (see Fig. 3, 4 and 5) is presented in the application in the form of modules 6 and 11, which in this case have preferably the same design and include a housing consisting of two detachable parts: base 16 and covers 17. On the base 16, a primary converter 18 is installed, connected to a microcontroller 19, which includes a mathematical processing unit 20, a calibration unit 21, and a USB converter unit 22 (see Fig. 6). In the measuring module 6 and 11, the use of a radio channel unit (not shown in the figure) can be provided. On the body of the measuring modules there is a hole 23 for installing a USB connector 24 connected to the microcontroller 19, as well as a hole 25 for an analog (IDC) connector 26 for connecting the microcontroller 19 to external devices. for example, an open architecture board 12 (see FIGS. 1 and 2). The housing of the measuring module 6 and 11 contains a partition 27 dividing the housing into inlet and outlet zones, and is also equipped with an opening (or openings) 28 for air inlet and an opening 29 for its outlet. The placement of the holes is determined by the technological parameters of the operation of the measuring modules and can be different. The USB connector 24 is intended for connection to external devices, for example, to a computer 30. The radio channel unit (not shown in the figure) can be used to connect to a remote electronic device (for example, to a computer 14) via a WiFi network 32. (see Figs. 1 and 2). On the outside of the base 16 of the housing of the measuring module, a magnetic strip (not shown) can be located for attachment to metal and magnetized surfaces.

Первичный преобразователь 18 (см. фиг. 8) включает корпус с входным отверстием 34 и выходным отверстием 35 для прохода воздуха. В корпусе преобразователя 18 размещены крыльчатка 36, лазер 37 с оптической осью 38, расположенной перпендикулярно входному потоку воздуха, и инфракрасный фотодиод 39, направленный на область 40 луча лазера 37. Крыльчатка 36, лазер 37 и фотодиод 39 снабжены оптическим замком, выполненным в виде лабиринтных перегородок 41, 42 и 43, изготовленных из светопоглощающего материала. Изображенная на фиг. 7 электронная схема работы первичного преобразователя 18 измерительного модуля предназначена для иллюстрации получения цифрового сигнала, подающегося к микроконтроллеру 19, и включает лазер 37 с оптической осью 38, направленной перпендикулярно входному потоку воздуха в область 40. Фотодиод 39 выполнен с возможностью подачи электрического сигнала в аналоговый блок 44 микроконтроллера 19 с фильтрами, усилителем и аналогово-цифровым преобразователем 45. The primary converter 18 (see Fig. 8) includes a housing with an inlet 34 and an outlet 35 for air passage. The housing of the converter 18 accommodates an impeller 36, a laser 37 with an optical axis 38 located perpendicular to the input air flow, and an infrared photodiode 39 directed to the region 40 of the laser beam 37. The impeller 36, laser 37 and photodiode 39 are equipped with an optical lock made in the form of labyrinth partitions 41, 42 and 43 made of light-absorbing material. Shown in FIG. 7, the electronic circuitry of the primary transducer 18 of the measuring module is intended to illustrate the receipt of a digital signal supplied to the microcontroller 19, and includes a laser 37 with an optical axis 38 directed perpendicular to the input air flow to the region 40. The photodiode 39 is configured to supply an electrical signal to the analog unit 44 microcontrollers 19 with filters, amplifier and analog-to-digital converter 45.

Исследовательскую установку для определения запылённости воздуха и измерительные модули количественного содержания твердых примесей в воздухе используют следующим образом. На фиг. 1 и 2 показан пример реализации исследовательской установки с измерительными модулями, предназначенными для проведения исследовательских и учебных экспериментов, относящихся к изучению процессов пылеобразования, пылепоглощения, изучению аэродисперсных систем, определению концентрации пыли и к тестированию фильтрующих элементов. Аэродисперсные системы состоят из твердых или жидких частиц, взвешенных в воздушной среде, и делятся на пыли, дым и туман. В настоящее время невозможно вести эффективное производство во многих отраслях промышленности без ущерба для окружающей среды, в частности в металлургии, горной промышленности, производстве строительных материалов без постоянного мониторинга пылегазовых выбросов в атмосферу. Производственная пыль является наиболее распространенным вредным фактором производственной среды. A research installation for determining the dustiness of the air and measuring modules for the quantitative content of solid impurities in the air are used as follows. FIG. 1 and 2 show an example of the implementation of a research installation with measuring modules designed for research and educational experiments related to the study of dust formation, dust absorption, the study of aerodispersed systems, the determination of dust concentration and testing of filter elements. Aerodispersed systems consist of solid or liquid particles suspended in air and are classified into dust, smoke and fog. At present, it is impossible to conduct efficient production in many industries without damage to the environment, in particular in metallurgy, mining, production of building materials, without constant monitoring of dust and gas emissions into the atmosphere. Industrial dust is the most common hazardous factor in the working environment.

Для принудительного движения воздуха в установке использован канальный вентилятор 4, предназначенный для создания избыточного давления нефильтрованного (загрязненного) воздуха. Воздух в канальный вентилятор 4 проходит через входной сектор, где расположен дымогенератор 3, с помощью которого можно имитировать различную степень запылённости воздуха. В секторе 5 посредством первого измерительного модуля 6 определяют количество твердых примесей в закачанном с помощью вентилятора 4 воздухе. При необходимости в секторе 7 посредством форсунок 8 распыляют жидкость для осаждения крупных фракций частиц и получения аэродисперсных смесей. Загрязненный воздух проходит через фильтр съёмной кассеты 9 и попадает в сектор 10, где установлен второй измерительный модуль 11, с помощью которого замеряют количество твердых примесей в воздухе, прошедшем через фильтр. For forced air movement in the installation, a duct fan 4 is used, designed to create an excess pressure of unfiltered (contaminated) air. The air in the duct fan 4 passes through the inlet sector, where the smoke generator 3 is located, with the help of which it is possible to simulate various degrees of dustiness in the air. In sector 5, by means of the first measuring module 6, the amount of solid impurities in the air pumped in by the fan 4 is determined. If necessary, a liquid is sprayed in sector 7 by means of nozzles 8 to precipitate large fractions of particles and obtain aerodispersed mixtures. The polluted air passes through the filter of the removable cassette 9 and enters sector 10, where the second measuring module 11 is installed, with the help of which the amount of solid impurities in the air passed through the filter is measured.

Для проверки работоспособности и настройки установки вначале производят пуск без фильтра в кассете 9, при этом эффективность фильтрации должна быть нулевой. Причем при включении дымогенератора 3 эффективность меняться не должна. Исследования начинают с количественного измерения загрязнений окружающего воздуха без включения дымогенератора 3 и форсунок 8. Данные от измерительных модулей 6 и 11 поступают на плату 12 открытой архитектуры. Отношение задержанных фильтром частиц пыли в объеме с фильтрованным воздухом к количеству частиц, попавших на фильтр, отражает эффективность фильтра. Данные с платы 12 можно выводить на монитор 13, отправлять на компьютер 14 или записывать в файл определенного формата. Также с помощью платы 12 можно осуществлять обратную связь с установкой и автоматически увеличивать давление воздуха за счет увеличения оборотов вентилятора 4, если измерительные модули 6 и 11 показывают слишком маленькие значения. В случае, если это ничего не меняет, плата сигнализирует о необходимости применения дымогенератора 3. Через сеть 32 WiFi плата 12 выходит в интернет и хранит данные на платформе 46 «интернет вещей». Также через платформу 46 осуществляют удаленное оперативное управление установкой.To check the operability and set up the installation, they first start without a filter in cassette 9, while the filtration efficiency should be zero. Moreover, when the smoke generator 3 is turned on, the efficiency should not change. Research begins with a quantitative measurement of ambient air pollution without switching on the smoke generator 3 and nozzles 8. Data from the measuring modules 6 and 11 are fed to the board 12 of the open architecture. The ratio of dust particles retained by the filter in the filtered air volume to the number of particles falling on the filter reflects the efficiency of the filter. The data from the board 12 can be displayed on the monitor 13, sent to the computer 14, or written to a file of a certain format. Also, using the board 12, you can provide feedback to the installation and automatically increase the air pressure by increasing the speed of the fan 4 if the measuring modules 6 and 11 show too low values. If this does not change anything, the board signals the need to use the smoke generator 3. Through the 32 WiFi network, the board 12 goes to the Internet and stores data on the platform 46 "Internet of Things". Also, through the platform 46, remote operational control of the installation is carried out.

При тестировании фильтров на эффективность производят исследования поочередно: без включения дымогенератора 3 и форсунок 8. Затем с включенным дымогенератором 3, но без включения форсунок 8. После чего подключают форсунки 8 и распыляют жидкость либо для осаждения крупных фракций частиц, либо для создания аэродисперсных смесей. Во всех случаях данные от измерительных модулей 6 и 11 отправляют на плату 12 открытой архитектуры для проведения сравнительного анализа и управления установкой.When testing filters for efficiency, studies are carried out in turn: without turning on the smoke generator 3 and nozzles 8. Then, with the smoke generator 3 turned on, but without turning on the nozzles 8. After that, the nozzles 8 are connected and the liquid is sprayed either to precipitate large fractions of particles or to create aerodispersed mixtures. In all cases, data from measurement modules 6 and 11 is sent to the open architecture board 12 for benchmarking and plant control.

При проведении исследований измерительные модули 6 и 11 работают следующим образом. Воздух, проходящий через исследовательскую установку, через отверстия 28 засасывается во входную зону корпуса модулей 6 или 11 с помощью крыльчатки 36, размещённой в корпусе первичного преобразователя 18. Через входное отверстие 34 первичного преобразователя 18 и через крыльчатку 36 воздух проходит через оптический замок, создаваемый перегородками 42 и 43 из светопоглощающего материала, и попадет в область 40 действия луча лазера 37. Фотодиод 39, закрытый с обеих сторон перегородками 41 и 42 из светопоглощающего материала, ловит сигнал, отраженный от частиц пыли, попадающих в область 40, фиксирует количество и размеры частиц загрязнений, находящихся в воздухе, каждый раз подавая электрические сигналы в аналоговый блок 44 с аналогово-цифровым преобразователем 45 измерительного модуля 6 и 11. Воздух из первичного преобразователя 18 выходит через выходное отверстие 35 в выходную камеру модуля 6 или 11 и через отверстие 29 измерительного модуля 6 или 11 попадает в корпус установки, смешиваясь с общим потоком. Благодаря установке перегородки 27 в корпусе измерительного модуля 6 и 11, разделяющей входной и выходной потоки воздуха, достигается компактность корпуса измерительного модуля 6 или 11 при изменении конфигурации и расположения деталей, исключается смешивание потоков, повышается точность измерений. Наличие перегородки 27 даёт возможность отказаться от требований прямоточности потока воздуха, что позволяет значительно уменьшить размеры модулей 6 и 11. Создание оптического замка в корпусе первичного преобразователя 18, выполненного в виде перегородок 41, 42 и 43 из светопоглощающего материала, также позволяет повысить точность измерений частиц пыли, попадающих на оптическую ось 38 лазера 37. Информация, полученная модулями 6 и 11, через USB разъемы 24, связанные с микроконтроллерами 19, а также через аналоговые (IDC) разъемы 26, предназначенные для подключения микроконтроллеров 19 к внешним устройствам. например, к плате 12 открытой архитектуры, поступает на обработку. Данные с платы 12 выводят на монитор 13 и отправляют на компьютер 14. С помощью платы 12 осуществляют обратную связь с установкой, автоматически увеличивая или уменьшая давление воздуха за счет изменения оборотов вентилятора 4. Также плата 12 может сигнализировать о необходимости применения дымогенератора 3. Посредством сети 32 WiFi плата 12 выходит в интернет, хранит данные на платформе 46 «интернет вещей», через которую осуществляют удаленное оперативное управление установкой. When conducting research, measuring modules 6 and 11 operate as follows. The air passing through the research unit through the holes 28 is sucked into the inlet area of the housing of modules 6 or 11 by means of the impeller 36 located in the housing of the primary converter 18. Through the inlet 34 of the primary converter 18 and through the impeller 36 the air passes through an optical lock created by the partitions 42 and 43 of the light-absorbing material, and enters the area 40 of the laser beam 37. The photodiode 39, closed on both sides by partitions 41 and 42 of the light-absorbing material, catches the signal reflected from the dust particles entering the area 40, records the number and size of particles contaminants in the air, each time supplying electrical signals to the analog unit 44 with the analog-to-digital converter 45 of the measuring module 6 and 11. The air from the primary converter 18 exits through the outlet 35 into the outlet chamber of the 6 or 11 module and through the opening 29 of the measuring module 6 or 11 enters the body of the installation, mixing I am with the general flow. Due to the installation of a partition 27 in the housing of the measuring module 6 and 11, separating the inlet and outlet air flows, the compactness of the housing of the measuring module 6 or 11 is achieved when the configuration and arrangement of parts is changed, mixing of flows is excluded, and the measurement accuracy is increased. The presence of the partition 27 makes it possible to abandon the requirements for the direct flow of air flow, which makes it possible to significantly reduce the dimensions of modules 6 and 11. The creation of an optical lock in the housing of the primary converter 18, made in the form of partitions 41, 42 and 43 of light-absorbing material, also makes it possible to increase the accuracy of particle measurements dust falling on the optical axis 38 of the laser 37. Information received by modules 6 and 11 through USB connectors 24 connected to microcontrollers 19, as well as through analog (IDC) connectors 26, intended for connecting microcontrollers 19 to external devices. for example, the open architecture board 12 is processed. The data from the board 12 is displayed on the monitor 13 and sent to the computer 14. With the help of the board 12, feedback is carried out with the installation, automatically increasing or decreasing the air pressure by changing the speed of the fan 4. Also, the board 12 can signal the need to use the smoke generator 3. Through the network 32 WiFi board 12 goes online, stores data on the platform 46 "Internet of Things", through which remote operational control of the installation is carried out.

Исследовательская установка для определения запылённости воздуха может быть использована в горизонтальном (см. фиг.1) и вертикальном (см. фиг. 2) положениях. В этом случае можно изучать горизонтальный и вертикальный дрейф в гравитационном поле под влиянием внешних факторов и без таковых.The research installation for determining the dustiness of the air can be used in horizontal (see Fig. 1) and vertical (see Fig. 2) positions. In this case, it is possible to study the horizontal and vertical drift in the gravitational field under the influence of external factors and without them.

Исследовательская установка для определения запылённости воздуха и измерительные модули количественного содержания твердых примесей в воздухе могут быть использованы, как набор-конструктор для проведения различных исследований, объединяя в себе задачи по механической сборке корпусных элементов, монтажу электрических схем, с использованием приборов для измерения запылённости, цифровой обработки поступающих от них сигналов, взаимодействию различных элементов установки посредством проводного протокола, а также взаимодействия установки с системой управления измерениями. Исследовательскую установку и измерительные модули можно использовать в школах, средних учебных заведениях и в высшей школе, а также при проведении различных научных экспериментов. Перед проведением экспериментов с исследовательской установкой ученики либо студенты предварительно должны ознакомиться с основами электроники, работы системы управления и соответствующего раздела физики, химии и механики, а затем собрать установку, протестировать её работу и выполнить задания по изучению запылённости воздуха. Использование в программе обучения такой установки с измерительными модулями даёт возможность одновременного получения не только теоретических знаний, но и приобретения практических навыков в работе с электронной и измерительной техникой. A research unit for determining the dustiness of the air and measuring modules for the quantitative content of solid impurities in the air can be used as a construction kit for various studies, combining the tasks of mechanical assembly of body elements, installation of electrical circuits, using instruments for measuring dustiness, digital processing of signals coming from them, interaction of various elements of the installation by means of a wired protocol, as well as interaction of the installation with the measurement control system. The research setup and measurement modules can be used in schools, secondary schools and high schools, as well as in various scientific experiments. Before experimenting with the research facility, pupils or students must first familiarize themselves with the basics of electronics, the operation of the control system and the corresponding section of physics, chemistry and mechanics, and then assemble the installation, test its operation and complete tasks for studying the dustiness of the air. The use of such an installation with measuring modules in the training program makes it possible to simultaneously obtain not only theoretical knowledge, but also the acquisition of practical skills in working with electronic and measuring equipment.

Таким образом, технический результат, достигаемый с использованием заявленного изобретения, заключается в повышении универсальности и многофункциональности исследовательской установки для определения запылённости воздуха и измерительного модуля количественного содержания твердых примесей в воздухе с возможностью проведения различных демонстраций и изменения условий проведения опытов и экспериментов при визуализации получаемых результатов.Thus, the technical result achieved with the use of the claimed invention is to increase the versatility and multifunctionality of the research installation for determining the dustiness of the air and the measuring module for the quantitative content of solid impurities in the air with the possibility of conducting various demonstrations and changing the conditions for conducting experiments and experiments when visualizing the results obtained.

Claims

1. Research installation for determining the dustiness of the air, containing a base with a hollow housing installed on it for air intake, a fan, a filter, measuring instruments associated with the control system, characterized in that it is equipped with a source of air dustiness located at the inlet of the hollow housing, after of which a fan is located, a liquid injection device further installed on the housing, after which a filter is located, and the measuring means are made in the form of at least two measuring modules for the quantitative content of solid impurities in the air, connected with a control system equipped with an electronic board of open architecture, and made in the form of a split case with a partition dividing it into input and output zones, equipped with a primary converter connected to the microcontroller, the input hole of which is located in the input zone, and the output hole in the output zone of the measuring module, and also equipped with a USB connector connected to the microcontroller and an analog (IDC) connector for connecting the microcontroller to external devices, with one measuring module located in front of the filter, and the other measuring module located behind the filter.

2. An installation according to claim 1, characterized in that the source of dustiness in the air is made in the form of a smoke generator.

3. Installation according to claim. 1, characterized in that the liquid injection means is made in the form of nozzles.

4. Installation according to claim 1, characterized in that its body with a base can be placed either horizontally or vertically.

5. Measuring module for the quantitative content of solid impurities in the air, including a housing with inlet and outlet zones, a microcontroller, a primary converter connected to it, having a housing with inlet and outlet openings, an impeller, a laser and a photodiode, and an output interface, characterized in that the housing the measuring module is equipped with a partition for separating the input and output zones, and the output interface is equipped with a USB connector connected to the microcontroller and an analog (IDC) connector for connecting the microcontroller to external devices, while the input hole of the primary converter is located in the input area of the measuring module, and the output a hole in the output zone of the measuring module, while the primary transducer is equipped with an optical lock made in the form of partitions made of light-absorbing material separating the impeller, laser and photodiode.