Измерение концентрации пыли в воздухе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа. Измерение концентрации пыли в воздухе

Цель работы: измерение концентрации пыли в воздухе в закрытых и отапливаемых помещениях в диапазоне 0,1-500 мг/м³.

Перечень оборудования, приборов, инструментов и измерительной техники: пылемер ИКП-1, фильтры АФА-ВП-20, аналитические весы, секундомер.

Объекты испытания: воздух в лаборатории №228.

1. Теоретическая часть

Принцип работы основан на электризации аэрозольных частиц в поле отрицательного переменного коронного разряда и в последующем измерении их суммарного заряда, индуктивно наводимого на стенках цилиндра измерительной камеры в воздухозаборной части прибора (рисунок 1). Измеряемый при этом суммарный заряд пропорционален концентрации аэрозоля в объеме воздуха, прошедшего через зарядную камеру. Частица I аэрозоля, содержащиеся в воздухе, пролетая в поле коронного разряда, создаваемого преобразователем (2) в зарядной камере (1) получает за время импульса короны отрицательный заряд с переменной плотность.

Источником высоковольтного напряжения (4-5 кВт) является преобразователь (2), напряжение которого модулируется импульсами мультивибратора с частотой 30-40 Гц.

Мультивибратор входит в преобразователь. Попадая в измерительную камеру (3) соединенную со входом усилителя (4) частицы индуцируют на ее стенках заряд, который создает на входе усилителя напряжение с амплитудой, пропорциональной концентрации пыли в воздухе. Сигнал, усиленный низкочастотным усилителем (4) преобразуется детектором (5) и подается на измерительный прибор (8), расположенный на передней панели прибора. Микронагнетатель служит для создания потока аэрозольных частиц в воздухозаборной части прибора и конструктивно связан с ней.

Конструкция воздухозаборника представлена на рисунке 2, а общий вид прибора на рисунке 3.

1 - зарядная камера; 2 - преобразователь;

3 - измерительная камера; 4 - усилитель;

5 - блок питания; 6 -- детектор; 7 -микронагнетатель;

8 - измерительный прибор

Рисунок 1 - Блок-схема принципа работы пылемера ИКП-1

1 - электродвигатель; 2 - стяжка; 3 - крыльчатка; 4, 5, 7 - гайка; 6 - фильтр; 8 -электрод; 9 - втулка; 10 - сопло; 11,12 - кольцо; 13 - камера измерительная; 14 -микронагнетатель центробежный; 15, 16 - винт

Рисунок 2 - Воздухозаборник

Рисунок 3 - Общий вид пылемера ИКП-1

Атмосферный воздух содержит приблизительно 78,08 % азота 20,95 % кислорода и 0,93 % инертных и других газов. Естественный состав атмосферного воздуха может нарушаться вследствие поступления различных f загрязняющих веществ. Загрязнения воздуха возможны во всех трех агрегатных состояниях: в твердом виде - пыль, в жидком виде - пар, туман и в газообразном состоянии - газы разного происхождения (окись и двуокись углерода, двуокись марганца, двуокись серы, фенол, формальдегид и т. д.)

Пыль представляет собой дисперсную систему, состоящую из газообразной дисперсионной среды и твердой дисперсной фазы, частицы которой по размерам находятся в диапазоне от близких к молекулам до видимых невооруженным глазом (примерно от 0,001 до 100 мкм).

Изучение пыли петрографическим, термографическими и рентгеноструктурными методами показало, что содержание карбоната кальция в пыли составляет только 30-60 % вместо 77-80 %; в шламе глина рисутствует в виде глинита, клинкерные минералы в виде C2S, C2F, СбАз (10-20 %). Таким образом, пыль представляет собой частично прокаленный материал, обладающий слабыми гидравлическими свойствами.

Содержание щелочных окислов в пыли зависит в первую очередь от их содержания в сырье в топливе, затем от возгоняемости, определяемой видом щелочей их соединений в сырье, а также типом печей способом возврата пыли в печь.

Гранулометрический состав пыли зависит в основном от того, в какой части пылеулавливающей системы улавливается пыль, а также природы сырьевых материалов. Наиболее грубодисперсная пыль осаждается в пылевых камерах, циклонах и приемных камерах электрофильтров. Наиболее тонкие фракции пыли улавливаются в электрофильтрах, особенно в последних полях.

В СНиП 245-71 и ГОСТ 12.1.005-76 установлены значения предельно допустимых концентраций пыли в воздухе рабочей зоны и в воздухе населенных мест (таблица 1).

Таблица 1 - Значения предельно допустимых концентраций (ПДК) пыли в воздухе рабочей зоны и в воздухе населенных мест

В зависимости от применяемого метода измерения различают численную и массовую концентрации пыли.

Численная в концентрация показывает, сколько частиц пыли содержится в единице объема воздуха (число/см²). В общем случае под этим понимают концентрацию частиц пыли независимо от их формы, размера и вещественного состава.

Для характеристики чистоты воздуха обычно применяют термин «запыленность воздуха», под которым подразумевается массовая концентрация пыли (г или мг на 1 м воздуха при нормальных условиях).

Пылевая система подвержена временным и местным колебаниям, т.е. представляет собой стохастический процесс, в связи с чем не возможно создать методы и приборы для измерения концентрации пыли. Известные в настоящее время методы можно использовать для количественного контроля пыли только в некотором интервале концентрации. Точность измерений зависит от физико-химических и механических свойств пыли, условий эксплуатации прибора.

Теоретическая часть данной работы основана на электризации аэрозольных частиц в поле отрицательного переменного коронного разряда и в последующем измерении их суммарного заряда, индуктивно наводимого на стенках цилиндра измерительной камеры в воздухозаборной части прибора. Измеряемый при этом суммарный заряд пропорционален концентрации аэрозоля в объеме воздуха, проведшего через зарядную камеру. Частицы аэрозоля, содержащиеся в воздухе, пролетая в электрическом поле коронного разряда создаваемого преобразователем в зарядной камере, получает за время импульса короны отрицательный заряд с переменной плотностью.

Источником высоковольтного напряжения (4 - 5 кВт) является преобразователь, напряжение которого модулируется импульсами мультивибратора с частотой 30 - 40 Гц.

Мультивибратор входит в преобразователь. Попадая в измерительную камеру, соединенную с входом усилителя, частицы индуцируют на ее стенках заряд, который создает на входе усилителя напряжение с амплитудой, пропорциональной концентрации пыли воздухе. Сигнал, усиленный низкочастотным усилителем преобразуется детектором и подается на измерительный прибор, расположенный на передней панели прибора.

Микронагнетатель служит для создания потока аэрозольных частиц в воздухозаборной части прибора и конструктивно связан с ней.

2. Методика проведения эксперимента

Подготовка прибора к работе с блоком питания:

установите переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ в положение ВЫКЛ.;

установите переключатель ДИАПАЗОНЫ в положение 1;

- подсоедините прибор к сети с помощью шнура питания, при этом прибор заземляется автоматически с помощью 3-х полюсной вилки;

- поставьте переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ в положение КАЛИБР;

- вращением ручки КАЛИБРОВКА установите стрелку микроамперметра на 50±5 делений шкалы;

переведите переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ в положение ИЗМЕР,
при этом стрелка амперметра прибора должна резко отклониться, а затем
вернуться к началу шкалы;

проверьте визуально наличие светящегося пятна фиолетового цвета в
зарядной камере воздухозаборной части прибора;

работу электродвигателя проверьте по характерному шуму и наличию
воздушного потока на выходе микронагнетателя воздухозаборной части;

- соберите установку, схема которой приведена на рисунке 3;

- взвесьте на аналитических весах фильтр АФА-ВП-20 и установите его в фильтродержатель установки;

установите прибор ИКП-1 на расстоянии 0,5м от фильтродержателя;

проведите отбор пробы воздуха с помощью аспиратора на фильтр АФА-ВП-20, при этом контролируйте скорость прохождения воздуха через фильтр и зафиксируйте время начала отбора пробы с помощью секундомера;

переведите переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ прибора ИКП-1 из положения КАЛИБР в положение ИЗМЕР;

- определите поддиапазон измерения с помощью переключателя ДИАПАЗОНЫ (во избежание выхода из строя микроамперметра прибора ИКП-1 перед началом измерения переключатель ДИАПАЗОНЫ установите в положение 4, переходя затем к более чувствительным);

по истечении 10с после определения поддиапазона измерения снимите показания микроамперметра прибора ИКП-1 и переведите переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ в положение КАЛИБР;

проведите несколько измерений (не менее 5) с помощью прибора ИКП- 1 через равные промежутки времени за период отбора пробы воздуха на фильтр АФА;

- выключите аспиратор для отбора проб воздуха и секундомер, зафиксировав время окончания отбора;

- установите переключатель РЕЖИМ РАБОТЫ прибора в положение ВЫКЛ., а переключатель ДИАПАЗОНЫ в положение 4;

1 - фильтр АФА-ВП-20; 2 - фильтродержатель; 3 - аспиратор для отбора проб воздуха

Рисунок 4 - Схема установки

- вычислите среднеарифметическое значение показаний микроамперметра прибора ИКП-1;

- извлеките из фильтродержателя фильтр АФА, взвесьте его и определите привес ДР.

Привес фильтра ДР должен быть не менее 1мг.

- определите концентрацию пыли в воздухе по формуле:

, (1)

где С - концентрация аэрозоля, мг/м³;

ДР - привес фильтра, мг;

х - скорость прокачивания воздуха через фильтр АФА, м /с;

t - время отбора пробы, с.

Построение градуировочных характеристик.

Градуировочная характеристика I⁼f(c) строится не менее, чем по трем значениям концентрации для каждого поддиапазона измерения для помещений с измеряющимся уровнем концентрации.

При построении градуировочных характеристик I-f(c) в помещениях с постоянным дискретным составом пыли достаточно одного контрольного значения концентрации для каждого поддиапазона измерения.

В основе построения градуировочной характеристики I-f(c) лежит линейная зависимость между показаниями микроамперметра прибора ИКП-1 и значением концентрации пыли (определяемой по весовому методу), выражаемая уравнением:

, (2)

где I- показания микроамперметра, мкА;

С - значение концентрации, определяемое по весовому методу, мг/м³;

а - параметр, определяемый по формуле:

, (3)

где i - номер измерения прибором ИКП-1;

n -- количество измерений прибором ИКП-1;

С - значение концентрации, определенной весовым методом, мг/м³;

I_i - среднеарифметическое значение показаний микроамперметра прибора ИКП-1 за время отбора пробы на фильтр АФА.

После определения параметра «а» строится Градуировочная характеристика 1=а_*с в прямоугольной системе координат и определяется цена деления шкалы, соответствующая концентрации пыли в 1м³ воздуха.

Градуировочные характеристики прибора, полученные в заводских условиях приведены на рисунке 5.

Рисунок 5 - Градуировочная характеристика

пылемер атмосферный воздух пыль

3. Результаты измерений

Таблица 2 - Результаты определения концентрации пыли в воздухе

На основании полученных данных производится статистическая обработка и анализ результатов опыта.

4. Статистическая обработка и анализ результатов опыта

Таблица 3 - Статистическая обработка и анализ результатов измерения концентрации пыли в воздухе

На основании статистической обработки и анализа результатов опыта делается вывод: показатель точности характеризует надежность результатов опытов. Чем он больше, тем надежнее результаты исследования. Т.к. показатель точности данного опыта превышает 95 %, то точность опыта считается удовлетворительной.

Размещено на Allbest.ru