Пылемеры - принцип работы, сфера применения, выбор прибора для конкретной задачи.

Пылемеры - принцип работы, сфера применения, выбор прибора для конкретной задачи.

Что такое пылемер?
Пылемер — прибор, предназначенный для измерения массовой концентрации пыли в дымовых газах топливосжигающих установок, в рабочей и жилой зонах, в атмосферном воздухе. Для каждой задачи необходимо использовать определенный вид прибора.

Методы измерения пылемеров.
На сегодняшний день существует несколько методов измерения пыли: оптический (фотометрический), гравиметрический, пьезобалансный, трибоэлектрический, радиоизотопный. Рассмотрим каждый из них:

Оптический метод измерения пыли (фотометрический и нефелометрический метод).

Оптический принцип действия заключается в измерении ослабления интенсивности светового излучения при его прохождении через запыленную среду. Концентрация частиц пыли пропорциональна значению оптической плотности, которая определяется автоматически и представляет собой отрицательный десятичный логарифм коэффициента пропускания.

Недостатки фотометрического абсорбционного метода:
- низкая чувствительность при измерении малых концентраций аэрозольных частиц (менее 30 мг/м³), а также невозможность контроля высоких концентраций (более 10…12 г/м³) вследствие практически полного поглощения светового излучения.
- высокое влияние физико-химический свойств аэрозолей на результат измерения (размерность, состав и цвет аэрозоля). Для уменьшения погрешности измерений необходимо делать калибровку прибора по конкретному типу аэрозоля или ввода поправочного коэффициента
- необходимость периодической очистки оптических элементов (оптика, отражатели и т. д.)

 

При измерении малых концентраций аэрозольных частиц гораздо более эффективным оказывается нефелометрический метод, основанный на регистрации прямого, бокового и обратного рассеянного светового излучения. Такой метод реализован в приборах SICK, АЭРОКОН (ООО НПО «ЭКО-ИНТЕХ»), Cassela CEL 712, Kanomax 3443 и в моделях TM-data, TM-digital, TM-F и TM-M (HUND).

Недостаток нефелометрического метода
- недостатком нефелометрического метода прямого рассеяния при контроле весовой концентрации промышленных пылевых аэрозолей с широким дисперсным составом является резкая потеря чувствительности при измерении концентраций частиц диаметром более 8…10 мкм, что существенно снижает и даже исключает возможность их применения во многих отраслях. Поэтому эти приборы применяют в основном там где выбрасываются мелкодисперсные аэрозольные частицы и на выходе рукавных фильтров газоочистных установок для контроля их эффективности.

 

Гравиметрический метод измерения аэрозоля (ГОСТ 17.2.4.05-83) заключается в выделении частиц из пылегазового потока с последующим осаждением их на аналитическом фильтре и осушением. По величине привеса на фильтре с учетом объема пробы определяется массовая концентрация аэрозоля. Концентрацию пыли в этом случае рассчитывают по формуле.

Достоинства гравиметрического метода
+ достоинствами данного метода является точность измерения, так как происходит прямое измерение аэрозоля и нет влияния физико-химических свойств на результаты.

Недостаток гравиметрического метода
- трудоёмкость метода
- длительность процесса
- использование дополнительного оборудования

 

На смену трудоёмкому гравиметрическому методу пришел новый метод пьезобалансного взвешивания осажденной пробы пыли. Данный метод был впервые реализован в пылемерах компании KANOMAX в моделях 3521 и 3522 (различия моделей 3521 и 3522 в том, что в серии 3521 в комплект поставки входит импактор PM 2.5 и 10, а в 3522 - PM 2.5, 4 и 10). Позже этот метод измерений начали осваивать и российские компании, такие как ООО «НТМ-ЗАЩИТА», и реализовали его в приборе Атмас. В комплект поставки так же как в KANOMAX 3521 входят два импактора с размерностью PM 2.5 и 10 мкм.

Пьезобалансный метод измерения работы прибора заключается в периодическом отборе пробы аэрозольных частиц через импактор, который из общей массы частиц отделяет респираторные (до 10 мкм) фракции, в последующем их заряде на коронирующем электроде и затем осаждении на поверхности осадительного электрода. В качестве такого электрода используется пьезоэлемент (кварц). Отбор же пробы осуществляется внутренним насосом прибора. Кварцевый пьезоэлемент включен в цепь генератора электрических колебаний. При осаждении пыли на его поверхности изменяется вес пьезоэлемента и как следствие – частота его колебаний. Изменение частоты линейно зависит от массы осажденной на элемент пыли и является величиной измеряемой весовой концентрации аэрозоля.

Достоинства пьезобалансного метода измерения
+ быстрое выполнение измерений, нет необходимости использовать большой парк дополнительного оборудования
+ достоверность показаний прибора, физико-химические свойства не оказывают влияния на измерения
+ малые габариты измерительного инструмента (прибор, как правило, поставляется в переносном кейсе, общий вес прибора в кейсе не более 4 кг).

Недостатки пьезобалансного метода измерения
- измерение производится только в рабочей и жилой зонах
- дороговизна оборудования
- необходима бережная эксплуатация (чувствительный элемент прибора очень хрупкий, не допускаются падения, а так же профилактика прибора должна осуществляться строго по инструкции).

Трибоэлектрический метод измерения основан на измерении индуцированного заряда на изолированном измерительном электроде, располагаемом в металлическом газоходе, по которому движется пылегазовый поток. Индуцированный заряд возникает при взаимодействии движущихся аэрозольных частиц с поверхностью электрода, при этом его величина пропорциональна массовой концентрации аэрозоля в широком диапазоне измерений.

 

Эти приборы называют трибоэлектрическими. Их можно разделить на приборы, измеряющие постоянную составляющую трибоэлектрического сигнала, и на приборы, измеряющие переменную составляющую трибоэлектрического сигнала (электродинамический наведенный заряд). К первым относятся приборы фирм Auburn, FilterSense, Babbit и Bindicator (США), Dr. Foedich, ко вторым – электродинамические приборы серии S300 (S301/S303/S304/S305), прибор контроля рукавных фильтров Snifter фирмы Sintrol Oy (Финляндия), а также модели приборов DT, DS и DA фирмы PCME (Англия). Приборы фирмы Sintrol Oy могут выпускаться во взрывобезопасном исполнении Ex, а также при использовании возле мощных электрических агрегатов с камерой фарадея, чтобы гасить помехи, создаваемые этими установками.

Достоинства трибоэлектрического метода измерения
+ вибрация в месте установки не оказывает влияния на показания
+ не имеет узлов, которые могут загрязниться, что позволяет применять приборы длительное время в жестких условиях, а так как узлы, обрабатывающие сигналы, находятся за пределами жестких условий, делает оборудование надежным
+ в приборе нет узлов, которые вырабатывают свой ресурс с истечением времени. Приборы долговечные, за счет чего становятся простыми и дешевыми в обслуживании.

Радиоизотопный метод измерения концентрации пыли основан на свойстве радиоактивного излучения (обычно β-излучения) поглощаться частицами пыли. Массу уловленной пыли определяют по степени ослабления радиоактивного излучения при прохождении его через слой накопленной пыли.

 

Результаты измерения концентрации пыли радиоизотопным методом зависят в некоторой степени от химического и дисперсного состава, что обусловлено особенностью взаимодействия радиоактивного излучения с веществом и нелинейностью зависимости степени поглощения от толщины слоя поглотителя.

 

Сферы применения пылемеров.
Как показывает практика, сферы применения пылемеров различные и они делятся на две группы: первая это аттестация рабочих мест, вторая это промышленные выбросы производств.
Для аттестации рабочих мест используют приборы с меньшим диапазоном измерения для получения боле точных результатов. В данной сфере необходимо контролировать концентрацию пыли, так как большое количество пыли в рабочей зоне может негативно сказаться на здоровье сотрудников, работающих при таких условиях и влечет за собой ряд дыхательных заболеваний.

В последнее время все чаще большие производства начали задумываться об отходящих газах, которые они производят. Помимо экологического мониторинга с помощью стационарных газоаналитических станций, начинают контролировать и пылевые выбросы.
Самым большим источником выбросов аэрозолей в атмосферу являются компании, использующие коксовые печи. Металлургические комбинаты, заводы по производству цемента и кирпича устанавливают электрофильтры, а для отслеживания загрязнения этих фильтров используют сигнализаторы запыленности Snifter производства фирмы Sintrol Oy. Данные сигнализаторы информируют оператора о необходимости очистки или о неисправности фильтров.

Авторы:  Коротков М. А., Сычев Д. В.