Aktuální vydání

celé číslo

03

2024

Automatizační technika v energetice a teplárenství, úspory energie

Snímače teploty

celé číslo

Laserový prachoměr s kombinovaným měřením

číslo 4/2006

Laserový prachoměr s kombinovaným měřením

Měření koncentrace tuhých znečišťujících látek a poletujících prachů má velký význam pro ochranu životního prostředí, protože jejich zvýšený výskyt nepříznivě ovlivňuje zdraví lidí nejenom v uzavřených a špatně větraných prostorách, ale i ve velkých průmyslových aglomeracích. Protože hlavními znečišťovateli životního prostředí jsou tradičně velké průmyslové podniky, hutě, elektrárny, teplárny, spalovny atd., je mimořádně důležité sledovat a hlídat koncentrace, a to nejen limitní, tuhých znečišťujících látek (prachu, sazí, popílku) v odpadních, kouřových a výfukových plynech, které podniky vypouštějí do ovzduší. Pro kvantifikování množství tuhých znečišťujících látek (prachu) v prostředí se obvykle používá hmotnostní koncentrace definovaná jako hmotnost znečišťujících částic v jednotkovém objemu plynu (mg/m3, popř. µg/m3). Významu zjišťování koncentrace prachu a tuhých znečišťujících látek se věnují podrobně např. články [1], [2] a [3], kde jsou také přehledně popsány a porovnány různé používané metody a analyzované výsledky měření.

Pro průmyslové účely se pro sledování a měření hmotnostní koncentrace tuhých znečišťujících látek nejčastěji používají optické metody založené na principu zeslabení nebo rozptylu světla [1]. Metoda přenosu světla (transmise) vychází z poznatku, že vysílaný světelný paprsek procházející směsí plynu a tuhých znečišťujících částic je částicemi vlivem absorpce a rozptylu zeslabován. Čím více částic se v dráze světelného paprsku nachází a čím je jeho trasa delší, tím více je světlo zeslabeno. Porovnáním intenzity vysílaného a přijímaného světla lze potom výpočtem stanovit obsah tuhých částic v měřeném prostředí. Tento způsob měření je vhodný zejména pro střední a velké koncentrace tuhých znečišťujících částic, protože pro nízké koncentrace (pod 10 mg/m3) jeho přesnost rychle klesá. Při měření metodou rozptylu světla vysílá vysílač světelný paprsek, který je tuhými částicemi v proudu plynu rozptylován a zachycován detektorem s vysokou citlivostí. Množství zachyceného rozptýleného světla je přímo úměrné znečištění. Metoda rozptylu světla je však použitelná jenom pro zjišťování nižší koncentrace tuhých znečišťujících částic v rozsahu od 0,1 do 200 mg/m3. Obě metody se tedy liší optimálně použitelným měřicím rozsahem. V obou případech může být jako zdroj světla použita svítivá dioda (LED), laser apod.

Laserový prachoměr DM 3

Pro spojité měření a kontrolu koncentrace tuhých znečišťujících látek v průmyslových provozech nyní nabízí firma Bernt Messtechnik laserový prachoměr DM3, který zajímavým způsobem kombinuje obě optické metody měření a účelně využívá jejich specifické přednosti k rozšíření měřicího rozsahu. Přístroj pracuje technikou „in situ„ a znečištění zjišťuje přímo v kanálu nebo potrubí, kterým proudí měřený plyn. Vysílací jednotka s diodovým laserem (obr. 1) vysílá velmi úzký svazek červeného světla, které po průchodu měřeným plynem dopadá na dva detektory v přijímací jednotce umístěné napříč potrubím proti vysílači. Díky speciálnímu optickému systému snímá první detektor přímé dopadající světelné záření zeslabené absorpcí, zatímco druhý detektor zachycuje složku rozptýleného světelného záření.

Obr. 1.

Obr. 1. Zjednodušené blokové schéma prachoměru DM3

V elektronické jednotce prachoměru se zároveň zpracovávají signály z obou detektorů. Aktuální hmotnostní koncentrace tuhých znečišťujících látek (prachu) v měřeném plynu se současně určuje oběma metodami a vyhodnocovací obvod nakonec automaticky vybere výsledek vypočítaný v daném případě vhodnější z obou metod. Díky tomu se přístroj vyznačuje velkou provozní spolehlivostí, velkým měřicím rozsahem v rozmezí od 0,5 do 10 000 mg/m3, dobrou přesností ±0,5 mg/m3 (nebo ±0,5 % z měřené hodnoty) a rozlišením 0,1 mg/m3 při délce optické trasy 1,5 až 3 m. Pozoruhodná je i možnost stanovovat průměrnou hmotnostní koncentraci prachu za zvolené časové období a velmi krátké doby odezvy přístroje – maximálně 2 s. Všechny naměřené hodnoty a provozní parametry prachoměr automaticky ukládá do paměti.

Elektronická jednotka prachoměru DM3 má standardně analogový, galvanicky oddělený proudový výstup 4 až 20 mA, digitální výstup přes sériové rozhraní RS-232 pro připojení PC a servisní účely a tři samostatné reléové výstupy (relé pro signalizaci překročení nastavené koncentrace, relé pro výstražnou signalizaci a relé pro signalizaci chyby). Na přání ji lze dodat i s konektorem pro optický kabel (asynchronní signál, formát ASCII). Na LCD, vestavěném v elektronické jednotce, se zobrazuje změřená hmotnostní koncentrace v jednotkách mg/m3, zeslabení světla (transmise) průchodem plynu v promilích a jednoduchý text výstražných a chybových hlášení.

Pro uvedení prachoměru DM3 do provozu se s výhodou používá přenosné PC, které se připojí přes sériové rozhraní přímo k elektronické jednotce přístroje. Aby monitor pracoval se zaručovanou přesností, musí se po instalaci a pak nejméně jednou ročně kalibrovat podle spolehlivé extraktivní metody, např. gravimetrickým porovnávacím měřením podle směrnice VDI 2066 [3]. Tento postup je nutný pro to, aby bylo možné vzít v úvahu různé druhy prachu s rozdílnými optickými vlastnostmi. Ke kalibraci se používá PC, které kalibrační postup výrazně zjednodušuje, protože jeho software automaticky zajistí všechny potřebné výpočty.

Mechanické provedení prachoměru

Prachoměr DM3 se skládá ze tří základních částí: z vysílací jednotky s nátrubkem pro připojení ofukovacího vzduchu, se zaměřovací mechanikou a připojovací přírubou (DN50 pro menší a DN80 pro větší měřicí rozsahy), z přijímací jednotky s nátrubkem pro připojení ofukovacího vzduchu, se zaměřovací mechanikou a připojovací přírubou DN50/DN80 a z elektronické vyhodnocovací jednotky s vestavěným displejem. Vysílací a přijímací jednotka se montují přímo na příruby navařené na protilehlých stranách kanálu nebo potrubí s měřeným (odpadním, kouřovým, výfukovým aj.) plynem. Optická okénka osazená v přírubách z ušlechtilé oceli, odolávající tlaku až 0,5 MPa, tvoří rozhraní mezi měřeným plynem a monitorem prachu. Aby se zabránilo usazování prachu nebo jiných částic na optických okénkách, ofukuje se jejich povrch suchým tlakovým vzduchem bez obsahu oleje nebo inertním plynem. Díky robustnímu průmyslovému provedení a trvalému ofukování optických ploch se prachoměr DM3 velmi snadno udržuje. Systém neobsahuje žádné pohyblivé díly a běžné preventivní prohlídky se omezují pouze na vizuální kontrolu a čištění okének. Intervaly údržby mohou být výrazně delší než tři měsíce. Všechny kritické parametry se navíc spojitě hlídají, zaznamenávají a systém vnitřní diagnostiky hlášením na displeji upozorní obsluhu na potřebu údržby mimo pravidelné intervaly.

Prachoměr DM3 je zcela samostatné zařízení, které k provozu nepotřebuje žádné další přístroje. Pouze během instalace, údržby a kalibrace stačí zajistit jeho komunikaci s PC přes integrované sériové rozhraní RS-232. Na přání je možná i komunikace na dálku s PC prostřednictvím modemu. Další informace lze nalézt na http://www.berntgmbh.de

Literatura:
[1] KELEMEN, M. – MAŤAŠOVSKÁ, T.: Meranie koncentrácie prachu v prostredí. Automa, 2004, roč. 10, č. 12, s. 24–27.
[2] KELEMEN, M. – MAŤAŠOVSKÁ, T.: Meranie koncentrácie respirabilnej frakcie prachu na principe rozptylu svetla. Automa, 2005, roč. 11, č. 5, s. 35–37.
[3] KELEMEN, M. – MAŤAŠOVSKÁ, T.: Meranie úletu tuhých znečisťujúcich látok. Automa, 2005, roč. 11, č. 6, s. 46–48.

Kab.