В лабораторной работе рассматриваются приборы для измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля, которые применяются в производственных условиях. Для экспериментального исследования чистоты воздушной среды используются следующие приборы: радиоизотопные концентратомеры ПРИЗ-2 и ПРИМА-01, измеритель концентрации пыли ИКП-4 и счетчик аэрозольных частиц АЗ-5.
Принцип работы и описание конструкции радиоизотопного
концентратомета ПРИЗ-2
Концентратомер ПРИЗ-2 предназначен для определения концентрации нерадиоактивной пыли в окружающей атмосфере непосредственно на рабочих местах производственных помещений и промплощадках.
Работа прибора основана на определении массы задержанной фильтром пыли по степени ослабления потока бета-излучения, прошедшего через фильтр до и после отбора пробы пыли. Концентрация пыли в воздухе определяется по отношению массы пыли на фильтре к объему прошедшего через фильтр воздуха. Функциональная схема прибора представлена на рис.3. Запыленный воздух с помощью микронагнетателя 10, управляемого схемой регулировки расхода 9, засасывается через воздухозаборную трубку 1 и фильтрующую ленту 12 в камеру разряжения 4. Частицы пыли осаждаются на фильтрующей ленте 12 (НЭЛ-3-25), которая намотана на ведомой катушке 11 и ведущей катушке 6. Перемещение источника бета-излучения 2, фильтрующей ленты 12 и воздухозаборной трубки 1 осуществляет механизм перемещения 3. Излучение, прошедшее через фильтр, регистрируется счетчиком 5 и измеряется с помощью усилителя-формирователя 8 и блока обработки 7.
На лицевой панели концентратомера расположены (рис.4):
1 - шнур питания; 2 - тумблер включения блока питания СЕТЬ; 3 - разъем для подключения зарядного кабеля; 4 - тумблер переключения режима работы блока питания РАБОТА-ЗАРЯД; 5 - тумблер включения прибора ВКЛ; 6 - тумблер переключения режима работы прибора РАБОТА-КОНТРОЛЬ; 7 - светодиод контроля правильности работы СБОЙ; 8 - кнопка СБОЙ; 9 - табло индикации.
На кожухе имеется отверстие для установки воздухозаборной трубки, с правой стороны корпуса выведен шток 10 для взвода механизма перемещения.
Техническая характеристика ПРИЗ-2
Концентратомер обеспечивает измерение концентрации пыли в воздухе в диапазоне от 1 до 500 мг/м3. Продолжительность измерения, включая время пробоотбора составляет от 45 до 4 мин. Предел допускаемой основной погрешности измерения концентратомера не более ± 20% от измеряемой величины во всем диапазоне измерения.
Время установления рабочего режима концентратомера не превышает 1 мин. Расход прокачиваемого через фильтрующую ленту воздуха не превышает 2,5 дм3/мин.
В качестве источника радиоактивного измерения в концентратомере применен источник бета-излучения с радионуклидом Прометий-147 типа БИП-10 с активностью нуклида в источнике от 107 до 108 Бк (Беккерелей). Питание прибора осуществляется от аккумулятивной батареи или от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц. Потребляемая мощность не более 40 Вт.
Инструкция по работе с концентратомером ПРИЗ-2
1. Включить сетевую вилку шнура питания концентратомера в розетку сети переменного тока (220 В, 50 Гц).
2. Тумблера сетевого блока установить в положение РАБОТА и ВКЛ.
3. Вытянуть шток механизма перемещения за кольцо до отказа, переведя датчик прибора во взведенное состояние.
4. Тумблер КОНТРОЛЬ-РАБОТА установить в положение РАБОТА.
5. Включить концентратомер тумблером ВКЛ измерительного блока. На индикаторном табло должны индицироваться нули.
6. Через 100-120 с шток с характерным щелчком должен задвинуться на половину длины от взведенного положения, одновременно должен включиться микронасос
7. Примерно через 4 мин на табло индикации должна высветиться запятая.
8. После окончания отбора пробы воздуха шток должен задвинуться в исходное положение, микронасос отключиться и через 100-120 с на табло индикации должен появиться результат измерения.
9. Считать показания прибора и занести в таблицу.
Рис.4. Функциональная схема концентратомера ПРИЗ-2
Рис.5. Расположение органов управления ииндикации
Концентратомера ПРИЗ-2
Принцип работы и описание конструкции
радиоизотопного концентратомера ПРИМА-01
Радиоизотопный концентратомер ПРИМА-01 разработан в лаборатории кафедры "Охрана труда и окружающей среды" Санкт-Петербургского института авиационного приборостроения и внедрен в серийное производство Территориальным Производственным Объединением "Пульс".
Концентратомер ПРИМА-01 представляет собой портативный, автоматический прибор с цифровой индикацией результатов измерения массовой концентрации аэрозолей.
В основу работы прибора положен метод концентрирования дисперсной фазы аэрозоля путем прокачивания определенного объема воздуха через фильтр марки АФА-ДП-3 и последующего измерения массы пылевого осадка на фильтре по поглощению бета-частиц, испускаемых закрытым источником мягкого бета-излучения с изотопом Рm - 147 типа БИП-10 активностью на более 109 Бк (Беккерелей).
Для измерения уровня запыленности воздушной среды в фильтродержатель подвижной каретки устанавливается чистый фильтрующий элемент (АФА-ДП-3). Окно для установки фильтра расположено на передней панели прибора (рис.5). После включения цикла измерения каретка автоматически перемещается в измерительный зазор пылемера, образованный источником и детектором радиоактивного излучения. Бета-частицы, прошедшие через фильтр, регистрируются детектором излучения. Сигнал с выхода детектора поступает на аналоговый усилитель, где по сигналу с блока автоматически запоминается. Затем подвижная каретка перемещается в газоход воздухозаборного блока и через фильтрующий элемент прокачивается заданный объем воздуха. Прибор снабжен тахометрическим датчиком расхода, стабилизатором расхода и счетчиком объема воздуха, позволяющими обеспечить точность отбора объема проб воздуха ± 6 %. После окончания отбора пробы воздуха фильтрующий элемент снова вводится в измерительный зазор и производится измерения интенсивности излучения, прошедшего через фильтр с осажденной на нем пылью; так как общая толщина поглотителя (фильтр плюс осадок пыли) увеличилась, то число бета-частиц, достигающих детектора, будет меньше, чем в случае чистого фильтра. На выходе аналогового усилителя выделяется сигнал от слоя пыли на фильтре. Радиоактивное излучение при прохождении через слой пыли ослабляется тем больше, чем больше поверхностная плотность слоя, т.е. масса пыли, отнесенная к единице поверхности этого слоя.
Аналого-цифровой преобразователь прибора, на вход которого поступает сигнал, пропорциональный массе пыли в известном объеме воздуха, и подключенный к его выходу блок индикации настроены так, что
Рис.6. Внешний вид пылемераПРИМА-01
Рис.7.ФункциональнаясхемапылемераИКП-4
результаты измерения высвечиваются на цифровых индикаторах непосредственно в мг/м3.
Техническая характеристика ПРИМА-01
Концентратомер имеет чувствительность не хуже 0,01 мг/м3. Диапазон измеряемой массовой концентрации от 0,01 до 100 мг/м3. Время отбора одной пробы не более 20 мин. Допускаемая погрешность измерения массовой концентрации в процентах не более
где aк - номинальное значение установленного предела измерения (10 мг/м3);a - действительное значение измеряемой величины.
Время установки рабочего режима пылемера не превышает 2 мин.
Расход исследуемого воздуха не более 20 л/мин. Питание прибора осуществляется от сети постоянного тока напряжением 12 В или от сети 220 В, 50 Гц. Потребляемая мощность не более 25 Вт.
Инструкция по работе с концентратомером ПРИМА-01
1. Включить сетевой шнур концентратомера в сеть.
2. Включить кнопку СЕТЬ и дать прибору прогреться в течение 2 минут.
3. При необходимости, установить в фильтродержатель каретки чистый фильтр АФА-ДП-3.
4. Нажать кнопку ПУСК.
5. После окончания цикла измерения, когда зажжется табло СМЕНИТЬ ФИЛЬТР, снять показания цифровых индикаторов и занести в таблицу.
Примечание: Информация о массовой концентрации пыли в отобранной пробе воздуха индицируется до начала следующего цикла измерения.
Принцип работы и описание конструкции прибора ИКП-4
Измеритель концентрации пыли ИКП-4 разработан в лаборатории кафедры "Охрана труда и окружающей среды" Санкт-Петербургского института авиационного приборостроения и предназначен для измерения поверхностной и массовой концентрации пыли в различных помещениях и в открытой атмосфере.
Принцип работы прибора заключается в следующем (рис.6). Исследуемый аэрозоль прокачивается с постоянной скоростью V воздуходувкой 3 последовательно через зарядную 1 и измерительную 2 камеры. В зарядной камере осуществляется униполярный импульсный коронный разряд отрицательной полярности. Высоковольтное импульсное напряжение, необходимое для создания коронного разряда между электродами зарядной камеры, вырабатывается модулятором 7.
Аэрозольные частицы, содержащиеся в объеме воздуха, который прошел через зарядную камеру за время импульса коронного заряда, получают отрицательный электронный заряд. Таким образом, поток исследуемого аэрозоля оказывается промодулированным по плотности несомого им объемного заряда. Проходя через измерительную камеру, заряженные частицы пыли индуцируют на ее электроде ток, который создает напряжение на входном сопротивлении усилителя 5. Амплитуда напряжения пропорциональна общему заряду всех частиц, находящихся в объеме измерительной камеры. Переменное напряжение усиливается усилителем и измеряется прибором 4. Напряжение сети стабилизируется в блоке питания 6. Заряд, полученный каждой аэрозольной частицей в зарядной камере, пропорционален ее поверхности, поэтому прибор ИКП-4 позволяет измерять как поверхностную, так и, (после соответствующей градуировки) массовую концентрацию дисперсной фазы аэрозоля.
Конструктивно прибор выполнен в виде одного блока. Форма прибора, его масса и размещение органов управления позволяют выполнять необходимые при измерении действия одной рукой. На лицевой панели прибора расположены: измерительный прибор, клавиша С, предназначенная для включения напряжения сети, переключатель 8 диапазонов измерения и калибровки, ручка потенциометра, предназначенная для калибровки прибора.
Техническая характеристика ИКП-4
Прибор обеспечивает мгновенное измерение массовой (после предварительной градуировки) концентрации пыли в диапазоне от 0,1 до 25 мг/м3. Основная погрешность измерения не превышает ± 20% от измеряемой величины. Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В, 50 Гц или от сети постоянного тока напряжением 27 В. Потребляемая мощность - 3 Вт.
Инструкция по работе с прибором ИКП-4
1. Подключить прибор через дополнительный блок питания к сети напряжением 220 В, 50 Гц и при необходимости произвести механическую корректировку нуля измерительного прибора.
2. Включить переключатель КАЛИБР, нажать клавишу С и через 10-15 с после включения напряжения сети вращением ручки потенциометра установить стрелку измерительного прибора на калибровочную метку “К “.
3. Включить переключателем диапазонов необходимый предел измерения, снять показания прибора и записать его в таблицу.
4. Нажать вторично клавишу С для отключения прибора от сети.
Измерение запыленности в производственном помещении прибором ИКП-4 производится не менее 3 раза через равные промежутки времени.
Принцип работы и описание конструкции прибора АЗ-5
Фотоэлектрический счетчик аэрозольных частиц АЗ-5 предназначен для измерения счетной концентрации аэрозольных частиц в воздухе помещений, где требуется высокая чистота (электровакуумное, полупроводниковое и другие производства). Работа счетчика АЗ-5 основана на рассеянии света отдельными аэрозольными частицами. Благодаря количественной связи между размером частиц и интенсивностью рассеянного света возможен анализ частиц по размерам.
Счетчик АЗ-5 включает в себя следующие основные элементы (рис.7):1 - источник света; 2, 4, 19 - объективы; 3, 18 - диафрагмы; 5 - измерительная камера; 6 - сопло; 7, 8 - окна; 9 - рассеиватель; 10 - поглотитель света; 11 - световод; 12 - двигатель калибратора; 13 - диск калибратора; 14 - электронный блок; 15 - измерительный прибор; 16 - счетчик; 17 - фотоумножитель.
Принцип работы прибора состоит в следующем. Оптический датчик выдает на каждую аэрозольную частицу электрический импульс, амплитуда которого пропорциональна размеру анализируемой частицы. В камере анализа специальный осветитель создает яркий, резко очерченный луч света. Перпендикулярно к нему с помощью светосильного объектива образуется луч зрения фотоумножителя. Оба луча имеют одинаковые диаметры и точно совмещаются. Их пересечение образует оптически выделенный объем, являющийся чувствительным объемом прибора. Исследуемый воздух поступает в камеру анализа через сопло специального профиля, которое формирует струю и направляет ее перпендикулярно двум упомянутым лучам в чувствительный объем, полностью его заполняя.
Если аэрозольных частиц в чувствительном объеме нет, то свет из осветителя попадает на фотоумножитель только за счет рассеяния его деталями конструкции датчика, объективами и содержащимся в объеме воздухом. Если в чувствительный объем попадает частица, то количество рассеянного света увеличивается во время пролета этой частицы через чувствительный объем. В результате на выходе фотоумножителя возникает электрический импульс, длительность которого равна времени пролета частицы через чувствительный объем, а амплитуда определяется размером частицы (ее диаметром).
Электронный блок служит для усиления, разделения по амплитудам и подсчета электрических импульсов, поступающих от фотоэлектронного умножителя.
Пороговая схема имеет регулируемое запирание для проведения амплитудного анализа электрических импульсов.
Интенсиметр дает показания, пропорциональные частоте импульсов, поступающих на его вход от пороговой схемы. Полное отклонение стрелки прибора происходит при частотах 20, 60, 200, 600, 2000 и 6000 импульсов в секунду, что соответствует диапазонам измеряемых концентраций 1000, 3000, 10000, 30000, 100000 и 300000 частиц.
Если концентрация аэрозоля меньше 250 частиц, то счет частиц производится электромеханическим счетчиком, быстродействие которого равно 50 Гц. Для дозирования пробы аэрозоля счетчик АЗ-5 имеет реле времени, которое включает схему запуска электромеханического счетчика на 50 с. За это время при номинальном потоке аэрозоля, равном 1,2 л/мин, через счетчик АЗ-5 проходит 1 л аэрозоля.
Прибор конструктивно оформлен в виде лабораторного, переносного прибора. Основные узлы смонтированы на шасси и заключены в кожух. К шасси крепится лицевая панель (рис.8) с органами управления: 1 - тумблер включения питания; 2 - переключатель установки наименьшего размера регулируемых частиц; 3 - тумблер включения насоса; 4 - кран регулировки объемного расхода аэрозоля; 5 - тумблер включения электромеханического счетчика; 6 - переключатель поддиапазонов; 7 - кнопка пуска дозированного измерения; 8 - показывающий прибор канала непрерывного измерения; 9 - индикаторная лампа включения счетчика АЗ-5; 10 - ротаметр; 11 - индикаторная лампа канала дозированного измерения; 12 - электромеханический счетчик канала дозированного измерения; 13 - клавиша сброса показаний счетчика; 15 - крышка выходного штуцера счетчика; 14 - крышка штуцера ВХОД АЭРОЗОЛЯ.
Техническая характеристика прибора АЗ-5
Прибор измеряет дисперсный состав аэрозольных частиц величиной (по диаметру) от 0,4 до 10 мкм. Диапазон измерения счетной концентрации аэрозоля от 1 до 300000 частиц/л. Количество каналов измерения два.
Канал непрерывного измерения имеет поддиапазон (частиц/л): от 0 до 1000; от 0 до 3000; от 0 до 10000; от 0 до 30000; от 0 до 100000; от 0 до 300000.
Канал дозированного измерения используется для измерения счетной концентрации от 1 до 250 частиц/л. Время отдельного измерения - 50 с, объем анализируемого аэрозоля - 1 л.
Наименьший размер регистрируемых частиц устанавливается по желанию с помощью переключателя МКМ на следующие значения:
0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1; 1,5; 2; 4; 10 мкм.
Питание прибора от сети переменного тока напряжением 220 ± 22 В частоты 50 Гц или от источника постоянного тока напряжением 12,5 ± 1,25 В.
Наибольшая потребляемая мощность при питании от сети переменного тока 35 Вт, от источника постоянного тока 25 Вт.
Габаритные размеры 320Х310Х180 мм. Масса - 9 кг.
Инструкция по работе со счетчиком АЗ-5
1. Выключатели ПИТАНИЕ, НАСОС, СЧЕТЧИК поставить в нижнее положение, переключатель ДИАПАЗОН 1000 - в положение 300.
2. Подключить счетчик к сети переменного тока напряжением 220 В, 50 Гц.
3. Включить счетчик выключателем ПИТАНИЕ, при этом на лицевой панели загорается левая (зеленая) индикаторная лампочка.
4. При необходимости произвести контроль питающего напряжения, для чего нажать кнопку КОНТР. (на задней стенке прибора), стрелка прибора 8 должна установиться в пределах закрашенного сектора.
5. Дать прогреться прибору 1-2 мин, после чего он готов к работе.
