ОПТИЧЕСКИЙ ПЫЛЕМЕР ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОВЕТРИВАНИЕМ ПРЕДПРИЯТИЯ Российский патент 2003 года по МПК G01N21/59 G01N21/15 

Предлагаемое устройство относится к измерительной технике.

Изобретение может быть использовано в промышленности для определения концентрации пыли с целью управления вентиляционным оборудованием по пылевому фактору.

Известно устройство [1], позволяющее измерять концентрацию пыли методом поглощения света. Недостатками этого устройства являются отсутствие защиты от факторов, вносящих значительную погрешность измерения, что делает невозможным использование устройства в автоматическом режиме, необходимом для работы системы автоматического управления проветриванием предприятия. К этим факторам относятся периодическая запыленность смотровых окон, постоянное изменение температуры окружающей среды.

Известен оптический пылемер [2] для непрерывного измерения запыленности газов. Недостатками этого устройства являются отсутствие защиты от запыленности смотровых окон и изменения температуры окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является оптический абсорбционный пылемер [3], содержащий источник света 1, который последовательно соединен и оптически связан со входом устройства разделения светового потока 2, первый выход которого последовательно соединен и оптически связан с первым защитным окном 5, с измерительным каналом 3, вторым защитным окном 6 и первым входом устройства обработки сигнала 7; второй выход устройства разделения светового потока 2 последовательно соединен и оптически связан с опорным каналом 4, который заполнен очищенной от пыли газовой смесью, по своему составу аналогичной отходящим газам конкретного предприятия, вторым входом устройства обработки сигнала 7 (Фиг.1). Недостатками описанного выше устройства являются отсутствие защиты от запыленности смотровых окон, изменения температуры окружающей среды и повышенного содержания влаги, что не позволяет применить вышеописанное устройство для системы автоматического управления проветриванием предприятия.

Задачей изобретения является повышение точности непрерывного измерения концентрации пыли оптическим пылемером в автоматическом режиме. Указанная задача достигается тем, что оптический пылемер для системы управления проветриванием предприятия содержит источник света, последовательно соединенный и оптически связанный со входом устройства разделения светового потока, первый выход которого последовательно соединен и оптически связан с первым защитным окном, с измерительным каналом, вторым защитным окном и первым входом устройства обработки сигнала; второй выход устройства разделения светового потока последовательно соединен и оптически связан с опорным каналом, который заполнен очищенной от пыли газовой смесью, по своему составу аналогичной отходящим газам конкретного промышленного предприятия, вторым входом устройства обработки сигнала, отличающийся тем, что для повышения точности измерений источник света питается от источника импульсного напряжения, а также дополнительно введено устройство контроля запыленности защитного окна, которое оптически связано со смотровым окном в измерительном канале, выход которого является входом для устройства управления, выход которого подключен к устройству обдува, которое осуществляет обдув смотровых окон при достижении задаваемого порогового уровня, также введено устройство контроля температуры, выход которого подключен ко входу устройства обработки сигналов, кроме того, для снижения запыления защитных окон введено устройство подогрева смотровых окон, которое связано с нагревательными элементами, расположенными в смотровых окнах.

На Фиг.2 приведена схема предлагаемого устройства в соответствии с формулой изобретения. На Фиг.3 приведена схема устройства подогрева смотровых окон. На Фиг.4 приведено устройство контроля запыленности смотровых окон и устройство очистки смотровых стекол.

Оптический пылемер для системы управления проветриванием предприятия (Фиг.2), содержащий источник света 9, последовательно соединенный и оптически связанный со входом устройства разделения светового потока 10, первый выход которого последовательно соединен и оптически связан с первым защитным окном 17, с измерительным каналом 15, вторым защитным окном 18 и первым входом устройства обработки сигнала 19; второй выход устройства разделения светового потока последовательно соединен и оптически связан с опорным каналом 16, который заполнен очищенной от пыли газовой смесью, по своему составу аналогичной отходящим газам конкретного предприятия, вторым входом устройства обработки сигнала 19, отличающееся тем, что, для повышения точности измерений, источник света питается от источника импульсного напряжения 8, а также дополнительно введено устройство контроля запыленности смотровых окон 12, которое оптически связано со смотровым окном 17 в измерительном канале 15, выход которого является входом для устройства управления 13, выход которого подключен к устройству обдува 14, которое осуществляет обдув защитных окон, также содержит устройство контроля температуры 20, выход которого подключен ко входу устройства обработки сигналов, кроме того, для снижения запыления защитных окон введено устройство подогрева смотровых окон 11, которое связано с нагревательными элементами в виде полосок из манганина, расположенными в смотровых окнах 17 и 18.

Пылемер работает следующим образом. Генератор функционально-импульсной развертки 8 подает импульсное напряжение на источник светового излучения 9 (светодиод, лазерный диод), оптически связанный со входом устройства разделения светового потока 10, основное назначение которого - направить разделенные световые потоки в измерительный 15 и опорный 16 каналы.

Импульсное световое излучение, проходя через измерительный канал 15, ослабляется пылью по закону Бугера-Ламберта-Бера и поступает на фотоприемник (фотодиод, pin-диод), расположенный в устройстве обработки электрического сигнала 19.

Импульсное световое излучение, проходя через опорный канал 16, изменяется незначительно и поступает на фотоприемник опорного канала, расположенный в устройстве обработки электрического сигнала 19. В устройстве обработки сигналов расположены также микроЭВМ, микроконтроллер или устройства на дискретных элементах, преобразующие электрический сигнал пропорционально концентрации пыли по необходимому закону.

Экспериментально установлено, что при нагреве смотровых стекол до температуры 210-250^oС пыль практически не осаждается на них за счет конвенкционных потоков, создаваемых нагревом. Устройство подогрева смотровых окон 11 (Фиг. 2) при работе пылемера поддерживает температуру смотровых окон в пределах 210-250^oС при помощи системы термостабилизации, в состав которой входит терморезистор 21 (Фиг.3), регулируемый усилитель 22, ключ 23 и нагреватели 24, выполненные в виде расположенных по периметру смотровых окон полосок из манганина.

Устройство контроля запыленности смотрового окна осуществляет управление устройством обдува со специально закрепленными на лопостях вентилятора очищающими щетками 25 (Фиг.4), автоматически приближающимися к смотровым окнам при работе вентилятора. При достижении определенного порога концентрации пыли, осевшей на смотровое окно 17, на фотодиод 12 (Фиг.4) через линзу поступает отраженный под углом 135 градусов к оси излучателя световой луч. Напряжение с фотодиода 5 поступает на устройство управления 6 вентилятором 7.

Устройство контроля температуры 20, выполненное в виде полупроводникового датчика температуры и усилителя, непрерывно проводит измерения температуры воздуха рабочей зоны и подключается ко входу устройства обработки сигналов 19 для аппаратурной или программной коррекции колебаний температуры окружающей среды.

Пример: разработано устройство для функционирования в условиях не категоричных по газу угольных шахт рудничного исполнения с применением указанных нововведений. Устройство функционирует в составе системы автоматического управления проветриванием шахты с допустимой стандартом погрешностью в автоматическом режиме.

Таким образом, предлагаемая структура построения оптического пылемера позволяет свести к минимуму погрешности от влияния фонового света, запыления защитных окон и изменения температуры окружающей среды, что делает возможным применение устройства для непрерывного измерения концентрации пыли в сложных эксплуатационных условиях.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. Германии 4119406, кл. МПК G 01 N 21/27.

2. Пат. России 2095792, кл. МПК G 01 N 21/85.

3. Клименко А. П., Королев В.И., Шевцов В.И. Непрерывный контроль концентрации пыли. Киев: Техника, 1980, с.62-65.

Изобретение может быть использовано в промышленности для определения концентрации пыли с целью управления вентиляционным оборудованием по пылевому фактору. Пылемер содержит источник света, который питается от источника импульсного напряжения, последовательно соединенный и оптически связанный со входом устройства разделения светового потока, первый выход которого последовательно соединен и оптически связан с первым защитным окном, с измерительным каналом, вторым защитным окном и первым входом устройства обработки сигнала, а второй выход последовательно соединен и оптически связан с опорным каналом, который заполнен очищенной от пыли газовой смесью, по своему составу аналогичной отходящим газам конкретного промышленного предприятия, вторым входом устройства обработки сигнала, устройство контроля запыленности защитного окна, которое оптически связано с защитным окном в измерительном канале, выход которого является входом для устройства управления, выход которого подключен к устройству обдува, которое осуществляет обдув смотровых окон, устройство контроля температуры, выход которого подключен ко входу устройства обработки сигналов и устройство подогрева смотровых окон, которое связано с нагревательными элементами, расположенными в защитных окнах. Техническим результатом является повышение точности непрерывного измерения концентрации пыли в автоматическом режиме. 4 ил.

Оптический пылемер для системы управления проветриванием предприятия содержащий источник света, последовательно соединенный и оптически связанный со входом устройства разделения светового потока, первый выход которого последовательно соединен и оптически связан с первым защитным окном, с измерительным каналом, вторым защитным окном и первым входом устройства обработки сигнала; второй выход устройства разделения светового потока последовательно соединен и оптически связан с опорным каналом, который заполнен очищенной от пыли газовой смесью, по своем составу аналогичной отходящим газам конкретного промышленного предприятия, вторым входом устройства обработки сигнала, отличающийся тем, что источник света питается от источника импульсного напряжения, а также дополнительно введено устройство контроля запыленности защитного окна, которое оптически связано с защитным окном в измерительном канале, выход которого является входом для устройства управления, выход которого подключен к устройству обдува, которое осуществляет обдув смотровых окон, также введено устройство контроля температуры, выход которого подключен ко входу устройства обработки сигналов, кроме того, для снижения запыления защитных окон введено устройство подогрева смотровых окон, которое связано с нагревательными элементами, расположенными в смотровых окнах.