RU72547U1

RU72547U1 - DEVICE FOR MEASURING DUST CONCENTRATION IN A MINING ATMOSPHERE

Info

Publication number: RU72547U1
Application number: RU2007149462/22U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Трубицын; Нэля Вадимовна Трубицына; Дарья Анатольевна Трубицына; Сергей Петрович Ворошилов; Ярослав Сергеевич Ворошилов; Владимир Евгеньевич Седельников; Александр Сергеевич Подображин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ВостЭКО"
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2008-04-20

Abstract

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к технике безопасности и охране труда при разработке полезных ископаемых, и может быть использована для непрерывного измерения весовой концентрации взвешенных частиц пыли в шахтном воздухе.The utility model relates to the mining industry, namely, safety and labor protection in the development of minerals, and can be used for continuous measurement of the weight concentration of suspended dust particles in mine air.

Техническим результатом полезной модели является обеспечение заданной точности и работоспособности за счет снижения отложений пыли на оптических элементах устройства при его работе.The technical result of the utility model is to ensure the specified accuracy and performance by reducing dust deposits on the optical elements of the device during its operation.

Предложено устройство для измерения концентрации пыли, содержащее корпус 1, измерительную камеру 2, инфракрасные излучатели 3 и кремниевый фотоприемник 5 с фильтром высокой очистки воздуха. При работе устройства вентилятор создает в корпусе повышенное давление и чистый воздух, проникая через зазоры 8 и 9, обдувает оптические поверхности инфракрасных излучателей и фотоприемника и оттесняет от них загрязняющие частицы. 3 илл.A device for measuring dust concentration is proposed, comprising a housing 1, a measuring chamber 2, infrared emitters 3 and a silicon photodetector 5 with a high-purity air filter. During operation of the device, the fan creates increased pressure in the case and clean air, penetrating through the gaps 8 and 9, blows around the optical surfaces of infrared emitters and a photodetector and displaces polluting particles from them. 3 ill.

Description

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.The utility model relates to the mining industry, namely to safety and labor protection in the development of minerals, and can be used to continuously determine the weight concentration of suspended dust particles in a mine atmosphere. The device can be used to determine the concentration of dust in the air in other industries, including objects located on the surface.

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).Helmut Hund GmbH GmbH portable and stationary tyndallometric measuring devices of the type ТМ-digital μР, ТМ-date and FMA-TMS 1 are used, in which a sensor is used to measure dust concentration with a particle size of less than 7 microns (Ambruster L. Technique of dust measurements on the exhibition "Bergbau-89. - Gluckauf. - M .: Nedra, 1989. - S.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.For measurement, an infrared light beam of a diode based on gallium arsenide is used, with which a measuring chamber is transmitted through. Particles in the path of the rays scatter light, and the sensor measures the scattered light coming from the particles at an angle of 70 ° relative to the direction of the primary light, without using a filter, because in combination with a measuring wavelength of 950 nm, this measurement principle evaluates particles smaller than 7 microns, approximately corresponding to the probability of dust passing into the lungs.

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 The known sensor contains a measuring chamber, an infrared emitter, a scattered light receiver, infrared radiation traps and a microprocessor. The sensor can be used both in portable type devices and in stationary dust meters, i.e. data

от него могут передаваться по линиям коммуникации в основной блок, расположенный на удалении отдатчика.from it can be transmitted via communication lines to the main unit, located at a distance from the transmitter.

Существенным недостатком известного датчика является небольшой диапазон измерения как по размеру частиц пыли (менее 7 мк), так и по концентрации пыли (0-100 мг/м³). Кроме того, точность измерений при низкой концентрации пыли в воздухе (3-5%) является недостаточной.A significant disadvantage of the known sensor is its small measurement range both in terms of dust particle size (less than 7 microns) and in dust concentration (0-100 mg / m ³ ). In addition, the measurement accuracy at a low concentration of dust in the air (3-5%) is insufficient.

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).A device for measuring the concentration of dust in the air stream containing a measuring chamber, infrared emitters with traps, a scattered light photodetector and a microprocessor (RF patent for utility model No. 61883, class G01N 15/02, 11/13/2006, published in 2007, B.№7).

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/м³, при этом точность измерений концентраций пыли в диапазоне 0-100 мг/м³ составляет 2,3-2,5%.The known device is designed for continuous monitoring of dusty environments and can be used for all types of production processes that create air pollution, and provides a recorded range of particle sizes in the range of 0.1-100 microns and a measurement of dust concentration in the range from 0 to 2000 mg / m ³ while the accuracy of measuring dust concentrations in the range of 0-100 mg / m ³ is 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.In the process of using the known device in coal mines, its high efficiency was confirmed and ways to further improve the design of the device for measuring dust concentration in air were outlined. In particular, it was found that as a result of dust deposition on the optical elements of the device, the accuracy of measurements decreases over time and their service life is reduced.

Предложено устройство для измерения концентрации пыли в шахтной атмосфере, включающее корпус, внутри которого установлена A device is proposed for measuring the concentration of dust in a mine atmosphere, including a housing inside which is installed

измерительная камера с инфракрасными излучателями и фотоприемником рассеянного света.measuring chamber with infrared emitters and a scattered light photodetector.

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.The difference is that it is equipped with a fan installed inside the housing, and its suction through the filter of high air purification is connected to the atmosphere, and the internal cavity of the housing is connected to the measuring chamber by means of gaps for blowing air through the optical elements of infrared emitters and a photodetector located in their places mounts in the measuring chamber.

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.Installation in the housing of the fan device provides a constant increased pressure in it during the measurement process. Under the influence of this pressure, clean air penetrates into the measuring chamber through the gaps and blows the optical elements of the measuring devices, displacing the polluted air from them, and prevents the deposition of dust and other polluting particles on them. The positive effect is that the measuring device for a long time maintains the accuracy of measurements within specified limits.

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.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, in which Fig. 1 shows a schematic diagram of a device for measuring dust concentration (plan view), Fig. 2 is a section along A-A of Fig. 1, and in Fig. 3 is a section along BB of Fig. one.

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.The device for measuring the concentration of dust in a mine atmosphere is explosion-proof and can be used to measure the mass concentration of dust while controlling the excess of maximum permissible concentrations in the atmosphere, technological control of air conditioning systems, ventilation systems and air purity.

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, The device comprises a housing 1, made, for example, of durable plastic, and inside it a measuring chamber 2, infrared emitters 3 with direct light traps 4 are fixed. Two solid-state semiconductor lasers with a power of 80 mW and a wavelength of 880 mm are used as emitters. The principle of operation of the device is based on the registration of scattered radiation on particles,

свободно попадающих в освещаемое пространство измерительной камеры. Регистрацию рассеянного излучения осуществляют крепниевым фотоприемником 5.freely falling into the illuminated space of the measuring chamber. Registration of scattered radiation is carried out by a fixed photodetector 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.Infrared emitters are located at angles of 25 and 155 degrees with respect to the photodetector. There are light traps for the absorption of direct radiation 4. The integral values of the intensity of the scattered radiation are proportional to the mass concentration of aerosol particles.

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.To prevent contamination of the optical elements of infrared emitters and a photodetector, a fan 6 is installed inside the casing, the suction of which is connected to the external atmosphere through a high-purity filter 7, and the exhaust pipe supplies purified air to the cavity of the casing 1, creating an increased pressure in it. For blowing with clean air the optical elements of the measuring part of the device at the junction with the measuring chamber 2, the emitters 3 and the photodetector 5 have gaps 8 and 9, through which clean air enters the surfaces of the optical elements and blows them.

Ниже приведено описание работы устройства.The following is a description of the operation of the device.

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.To conduct continuous monitoring of exceeding the maximum permissible concentrations in the air of the working zone, the device is installed in the cross section of the mine with its longitudinal alignment with the longitudinal axis of the mine and include power to the device mechanisms.

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.The fan 6 sucks in air from the production atmosphere, while it is cleaned on the filter 7, and clean air creates an increased pressure inside the housing 1 up to 0.2 MPa. In the gaps 8 and 9, fresh air enters the measuring chamber 2, blowing the surface of the optical elements located in the infrared emitters 3 and the photodetector 5.

Устройство осуществляет измерения массовой концентрации пыли в диапазоне 0-1500 мг/м³ (поддиапазоны 0-100 мг/м³ и 100-1500 The device measures the mass concentration of dust in the range 0-1500 mg / m ³ (sub-ranges 0-100 mg / m ³ and 100-1500

мг/м³) с электрическим питанием от сети постоянного тока 12 В и потребляемой мощностью до 5 ВА.mg / m ³ ) with electric power from a direct current network of 12 V and power consumption up to 5 VA.

Средний срок службы устройства составляет 5 лет при гарантированной точности измерения за счет обдува поверхностей оптических элементов.The average service life of the device is 5 years with guaranteed measurement accuracy due to blowing surfaces of the optical elements.

Claims

A device for measuring dust concentration in a mine atmosphere, including a housing, inside which there is a measuring chamber with infrared emitters and a scattered-light photodetector, characterized in that it is equipped with a fan installed in the housing and connected by an inlet through a filter of high air purification with the atmosphere, and the internal cavity the housing is connected to the measuring chamber with the help of gaps for blowing the optical elements of infrared emitters and a photodetector located in the places of their fastening I to the measuring chamber.