Открыть главное меню
Дымомер (со снятой крышкой) работающий по принципу оценки рассеяния потока света на частицах дыма
Дымомер (со снятой крышкой) c абсорбирующей бумагой
Дымомер в лаборатории

Дымомер (дымномер, анализатор сажевого числа) — прибор для измерения плотности дыма, т.е. концентрации аэрозольных частиц, взвешенных в воздухе или другой газообразной среде;[1] прибор для измерения состава дыма.[2]

Для измерения небольшого количества аэрозоля в воздухе (например, дымки) применяют нефелометры и трансмиссометры.

Свойства веществ и материалов, обусловленные их раздробленностью, изучает коллоидная химия.[3]:10 В том числе предметом изучения является дым.[3]:19 Коллоидная химия использует оптические методы дисперсионного анализа: нефелометрический и турбидиметрический.[3]:209 Размеры частиц в дымах в от 5 мкм до субмикроскопических размеров — менее 0,1 мкм.[4]:11

Исследование аэрозолей производят путем осаждения, либо счета частиц во взвешенном состоянии.[4]:220 Косвенные методы исследования аэрозолей основаны на конденсационном укрупнении частиц и на измерении рассеяния или ослаблении света аэрозолями.[4]:221

Частицы коллоидных размеров увидеть в микроскоп нельзя. В 1903 году был создан ультрамикроскоп — микроскоп с боковым освещением. Коллоидные частицы рассеивают свет и сверкающие точки в окуляре позволяют подсчитать число частиц и изучить их движение, вычислить размер частиц, делать выводы о форме частиц.[5]:32 Во флоте ранее использовались системы в которых обнаружение дыма в воздухе, забираемого из защищаемых помещений, происходило визуально за счет подсветки сбоку прозрачных труб в станции контроля задымленности.[6]

Содержание

ПрименениеПравить

Дымомеры применяется для контроля технологических процессов (например, при копчении продуктов), для контроля содержания дыма в отходящих газах, для сигнализации появления дыма. Может являться средством измерения или сигнализатором.[1]

В Англии в 1961 году была создана Национальная инспекция, основной задачей которой являлось измерение концентраций дыма.[4]:368

Измерение дымности отработавших газов является частью технического осмотра транспортных средств, оборудованных дизельными двигателями внутреннего сгорания. Для оценки степени дымления дизельных двигателей используются дымомеры, работающих по принципу оценки ослабления потока света, проходящего через отработавшие газы.[7]

Измеренная оптическая плотность дыма коррелируется с видимостью при пожаре в условиях задымления.[8]:371 Первоначально понятие видимости объекта было сформулировано как понятие метеорологической дальности видимости и было введено на международном уровне в 1929 г.. Определение было связано с субъективными представлениями наблюдателей. При расчетах условий эвакуации и определения опасных условий, возникающих при пожаре, используют понятие "предельная видимость в дыму".[9]

В зданиях для обнаружения пожара по выделению дыма используют дымовые пожарные извещатели.[10] Для обнаружения дыма на открытых пространствах применение дымовых извещателей нецелесообразно, т.к. концентрация продуктов сгорания в городских условиях или в лестных массивах быстро снижается. В таких условиях для обнаружения дыма возможно применение систем оптического видеонаблюдения с автоматическим анализом видеоизображения.[11]

Методы измеренияПравить

ОптическиеПравить

 
Рассеяние света на аэрозолях воздуха

Основные оптические явления, происходящие в дымах, сводятся к рассеянию и поглощению света внутри и на границе облака дыма.[12]

При использовании принципа ослабления потока лучистой энергии дымосодержащим слоем газа определенной толщины может использоваться оптическое и радиоактивное излучение.[1]

Однократное рассеиваниеПравить

Физические явления, происходящие при рассеянии света, зависят от соотношения размера дымовых частиц и длины волны. Если размер частиц больше длины волны света, то на границе дымовых частиц происходит отражение и преломление света по законам геометрической оптики. Для непрозрачных частиц к рассеянию света приводит его непосредственное отражение, для прозрачных частиц рассеяние происходит в результате многократного отражения и преломления света на внутренней и внешней поверхности частиц. Если размер дымовых частиц соизмерим с длиной волны света, то причиной рассеяния является дифракция. Если размер дымовых частиц намного меньше, чем длина волны света, то рассеяние происходит из-за возбуждения электронов светом, в результате колебания электронов происходит излучение энергии по всем направлениям.[12]:34

При рассеянии происходит поляризация света.[12]:35

Физический нижний предел определение дисперсного состава аэрозольных частиц за счет светорассеивания частиц ограничен диаметром частиц 10-7 м. Для частиц меньшего размера определение возможно только в результате укрупнения частиц.[13]:101

ПоглощениеПравить

Поглощение света дымом обычно носит избирательный характер и резко выделяется в определенном узком участке спектра. При этом облако дыма окрашено в дополнительный цвет к поглощенному. Возможно поглощение света в широкой области спектра. В таком случае облако выглядит черным.[12]:38

Многократное рассеиваниеПравить

Если концентрация дыма достаточного велика, то лучистая энергия может рассеиваться много раз. Вследствие вторичного, третичного и последующего рассеяния лучи становятся белесоватыми и деполяризуются. В высокодисперсных системах это приводит к исчезновению окраски.[12]:40

ФильтрационныеПравить

Дымность может измерена определением сажевого числа по методу Бахараха. С помощью отсоса газов через абсорбирующую бумагу определяется их загрязненность. Сторона фильтрующего элемента, обращенная к газам, темнеет или вообще становится черной. Цвет сравнивается со шкалой, состоящей из 10 закрашенных дисков, оттенок которых меняется от 0 (белый цвет) до 9 (чёрный цвет). Номер шкалы, который совпадает с цветом фильтра и является сажевым числом по Бахараху.[14]

СигнализаторПравить

Дым пламенных пожаров в основном состоит из частиц углерода почти сферической формы, размер такой «сферы» гораздо меньше длины волны света. Исследования проводились для трех длин волн 450, 630, 1000 нм.[15] Со временем дым происходит образование более крупных частиц из-за слипания мелких. Приборы-сигнализаторы ионизационного типа могут реагировать на только что образовавшийся дым с мелкими частицами, приборы выдающие сигнал по рассеиванию или поглощению света на частицах не будут реагировать, пока размеры частиц не будут того же порядка, что и длина волны.[8]:372

С аспираторамиПравить

В СССР в 60е годы использовался автоматический корабельный сигнализатор дыма АКСД-57 в котором контролируемый воздух поочередно отсасывался вентиляторами из помещений судна. При пожаре дым попадающий в дымомер, вызывал срабатывание сигнализации.[1] Вариант конструкции подобной установки состоял из приемных труб диаметров 15…32 мм, прокладываемых на пост контроля задымленности воздуха, в котором установлены непрерывно работающие вентиляторы. Снабженные раструбами приемные отростки труб располагались под потолком защищаемых помещений. На станции контроля задымленности трубы соединялись внутри аппарата с раструбами, срезы которых освещались электролампой. Свет от лампы проходил через призму и линзу, устанавливаемые в нижней части каждого раструба. Горизонтальная переборка не давала напрямую свету лампы проникать в область контроля задымленности. Камера контроля задымленности имела прозрачное стекло, остальные ограждающие поверхности были окрашены в чёрный цвет. До тех пор, пока из помещений засасывается чистый воздух, лучи света остаются невидимыми. При поступлении дыма в раструб, его частицы (размером 10−2…10−3 мм) окажутся в потоке света и будут производить впечатление выходящего из раструба пламени. Возможна была установка внутрь фотоэлемента, который автоматически обнаруживал рассеянный дымом свет[16].

В 1970е годы в Australian Post Office потребовались пожарные извещатели для компьютерных залов, телефонных станций и кабельных туннелей. Для исследований в качестве средства измерения применили нефелометр, ранее использовавшийся для изучения шлейфов дымов от лестных пожаров. Ни один из предлагаемых на рынке извещателей не был признан подходящим для применения в данной области. Наилучшие результаты показывал сам нефелометр. Но для применения в качестве извещателя он требовал доработки. Аспирационный дымовой извещатель, разработанный на основе нефелометра, стал производится в 1979 году.[17]

В настоящее время ряд аспирационных пожарных извещателей для снижения вероятности ложных сигналов использует систему фильтров для очистки контролируемой воздушной среды от пыли. Фильтр установлен перед оптической камерой обнаружения дыма. Затем для предотвращения загрязнения оптических поверхностей, обеспечения стабильности калибровки и длительного срока службы на второй ступени очистки добавляется чистый воздух. Следующий фильтр установлен перед измерительной камерой, в которой происходит распознавание наличия дыма.[18]

ТочечныеПравить

 
Дымовая камера пожарного извещателя

Современные конструкции точечных дымовых пожарных извещателей используют дымовые камеры.

ЛинейныеПравить

В 1929 году в Нью-Йорке демонстрировался запуск системы газового пожаротушения при попадании дыма от горящего бензина в пространство между источником и приемником ультрафиолетового излучения.[19]

ПримечанияПравить

  1. 1 2 3 4 Дымномер//Энциклопедия современной техники. Автоматизация производства и промышленная электроника. Том 1 (А – И) —М.: Советская энциклопедия, 1962
  2. Дымомер//Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990
  3. 1 2 3 Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия — М.: Агар, 2003
  4. 1 2 3 4 Грин Х., Лейн В. Аэрозоли — пыли, дымы и туманы — Л.: Химия, Ленинградское отделение. 1972
  5. Б.Н. Суслов Между пылинками и молекулами (о коллоидах) —МЛ.:Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1949
  6. Александров А. В. Судовые системы. -Л.:СУДПРОМГИЗ, 1962 С. 183
  7. Кошевенко А.В., Кривцов С.Н., Кузьмин А.Е. Совершенствование измерительной части дымомера для диагностирования дизельных двигателей.//Вестник ИрГСХА/Иркут. гос. с.-х. акад.. Иркутск.-2011.-Вып. 42
  8. 1 2 Драйздел Д. Введение в динамику пожарных рисков — М.:Стройиздат, 1990
  9. Цветков В.Б., Серегин В.Ф., Ципенюк Д.Ю., Аванесов Р.Г. Исследование распространения светового сигнала от фотолюминесцентных указательных знаков в условиях задымления//Технологии техносферной безопасности № 1(35) февраль 2011
  10. Дым//Пожарная безопасность. Энциклопедия. —М.:ФГУ ВНИИПО, 2007
  11. Пятаева А.В., Фаворская М.Н.Применение эволюционного алгоритма для сглаживания гистограмм при раннем обнаружении дыма на открытых пространствах// DSPA: Вопросы применения цифровой обработки сигналов Том:6 N 4, 2016
  12. 1 2 3 4 5 Вейцер Ю.И., Лучинский Г.П. Маскирующие дымы —М, Л., 1947
  13. Беляев С.П. и др. Оптико-электронные методы изучения аэрозолей —М.: Энергоиздат, 1981
  14. Цыпышев П.И. Методы обнаружения дымовых газов//Энерго- и ресурсосбережение в теплоэнергетике и социальной сфере: материалы международной научно-технической конференции студентов, аспирантов, ученых Т. 4 № 1, 2016
  15. Суриков А.В. Исследование оптических свойств дымов//Чрезвычайные ситуации: образование и наука Т.2 №7(7), 2012
  16. Александров А. В. Судовые системы. -Л.:СУДПРОМГИЗ, 1962 С. 183
  17. The HISTORY of VESDA and MONITAIR. Cole Innovation & Design. Дата обращения 11 мая 2009. Архивировано 18 ноября 2008 года.
  18. В. Л. Здор, М. В. Савин Перспективные технические средства обнаружения загораний
  19. Дрожжин О. Разумные машины —МЛ., Издательство детской литературы, 1936 с. 136