Способы измерения концентрации пыли в атмосфере

Оптические пылемеры — измерители концентрации пыли в газовоздушных потоках.

При проведении экологического контроля загрязнения окружающей среды возникает несколько основных задач. Одна из них — определение содержания пыли в газовоздушных потоках. Наиболее распространенный способ заключается в том, что определенный объем воздуха пропускают через фильтровальный материал и находят массу этого материала до и после запыления. Таким образом, зная массу пыли и объем пробы, можно определить концентрацию пыли в анализируемой среде. Этот метод дает наиболее достоверные результаты, однако требует много времени для проведения анализа.

С другой стороны, на производствах, являющихся крупными потенциальными загрязнителями атмосферы, технология и применяемое сырье меняются чрезвычайно редко, характер выбросов примерно постоянен и подробно изучен, стоят фильтры на данные загрязнители. При этом практически возникает необходимость только в быстром определении значительных изменений концентрации пыли в выбросах, что может служить показателем аварийной ситуации или несоблюдением технологии. Это позволяет использовать для оценки или измерения выбросов простые и оперативные косвенные методы определения содержания пылевых выбросов, в частности оптические методы.

В настоящее время имеется ряд разработок измерителей запылённости, использующих косвенные методы. Это радиоизотопные, основанные на измерении степени поглощения радиоактивного излучения, акустические (например, пьезоэлектрические), основанные на измерении давления частиц пыли в газо-воздушном потоке, оптические.

Принцип метрологического обеспечения работы таких пылемеров заключается в начальной калибровки приборов для данного производства, то есть данного состава выбросов, весовым (гравиметрическим) методом. Затем, используя предположение о малой изменчивости характеристик выбросов данного постоянного производства, осуществляется оперативный контроль с помощью пылемера. Внеочередная калибровка может быть осуществлена при существенных изменениях в технологических процессах, приводящих к изменению дисперсионного состава твёрдых частиц пыли. Наиболее простыми и надежными пылемерами для оперативного измерения концентрации пыли в газовоздушном потоке, являются оптические пылемеры, например пылемер ИДИП-01ПМ и пылемер ИП-01.

Пылемер ПДИП-01ПМ и пылемер ИП-01. Принцип их действия основан на затенении непрозрачными частицами пыли светового потока в оптическом канале внутри газохода. Мерой концентрации пыли является измеренная величина поглощенного или рассеянного излучения. Пылемер ИДИП-01ПМ, предназначенный для оперативного определения больших концентраций пыли в высокотемпературных газовоздушных потоках, основан на принципе измерения поглощения инфракрасного излучения частицами пыли. Конструкция пылемера ИДИП-01ПМ приведена на рис. 1.

Рис. 1 Конструкция и способ использования пылемера ИДИП-01ПМ

Пылемер ИДИП-01ПМ состоит из генератора импульсов 1, излучающего светодиода 2, формирующего инфракрасное излучение 3, фотоприемника 4 и микропроцессорной схемы управления и индикации 5, размещенных в малогабаритном корпусе. Зонд 6 с отверстиями для прохода потока 7 и возвращающим зеркалом 8, защитными стеклами 9 образуют измерительный оптический канал. Зонд вставляется через небольшое отверстие 10 в стенке 11 газохода.

При включении пылемера ИДИП-01ПМ прибора происходит измерение степени ослабления инфракрасного излучения из-за поглощения и рассеяния пылью. Величина ослабления и служит показателем концентрации пыли в газовоздушном потоке.

Пылемер ИП-01 предназначен для измерения малых концентрации пыли и оценки размеров пылевых частиц в высокотемпературных газовоздушных потоках. Он основан на методе измерения величины излучения, рассеянного частицами пыли. Конструкция пылемера ИП-01 приведена на рис. 2.

Пылемер ИП-01 состоит из генератора импульсов 1, излучающих светодиодов 2, формирующих инфракрасное излучение 3, фотоприемников 4 и микропроцессорной схемы управления и индикации 5, размещенных в малогабаритном корпусе. Зонд 6 с оптической схемой разделения излучения потока 7 позволяет осуществить облучение частиц пыли 8 под разными углами. Сбор рассеянного излучения осуществляется оптикой 9. Зонд вставляется через небольшое отверстие 10 в стенке 11 газохода.

При включении пылемера ИП-01 происходит облучение частиц пыли инфракрасным излучением под разными углами. При этом производится измерение величины рассеянного частицами пыли излучения. Величина рассеянного излучения служит показателем концентрации пыли в газовоздушном потоке, а соотношение интенсивности излучения, рассеянного под разными углами дает возможность оценить размеры частиц пыли.

Пылемер ИП-01 позволяет измерять малые концентрации пыли, так как при отсутствии пыли величина рассеянного излучения равна 0, то есть чувствительность прибора к концентрации пыли определяется чувствительностью фотоприемника, иначе говоря очень велика.

Конструкция пылемера ПДИП-01ПМ и пылемера ИП-01 предусматривает специальные технические решения, позволяющие использовать их для измерения концентрации пыли в высокотемпературных — до +400 °С газовоздушных потоках, свести к минимуму запыление и запотевание оптических узлов. Работа с прибором и его обслуживание не требует от обслуживающего персонала высокой квалификации.