Savumittari (savumittari, nokilukuanalysaattori) on laite savun tiheyden eli ilmaan tai muuhun kaasumaiseen väliaineeseen suspendoituneiden aerosolihiukkasten pitoisuuden mittaamiseen [1] ; laite savun koostumuksen mittaamiseen [2] .
Nefelometreillä ja transmissometreillä mitataan pieni määrä ilmassa olevaa aerosolia (esimerkiksi sameutta ) .
Aineiden ja materiaalien ominaisuuksia, niiden pirstoutumisesta, tutkitaan kolloidikemialla [3] :10 . Mukaan lukien tutkimuksen aihe on savu [3] :19 . Kolloidikemiassa käytetään optisia dispersioanalyysimenetelmiä : nefelometristä ja turbidimetristä [3] :209 . Savujen hiukkaskoot vaihtelevat 5 µm:stä submikroskooppisiin kokoihin - alle 0,1 µm [4] :11 .
Aerosolien tutkimus suoritetaan sedimentoimalla tai laskemalla suspensiossa olevat hiukkaset [4] :220 . Epäsuorat menetelmät aerosolien tutkimiseksi perustuvat hiukkasten kondensaatiokarkenemiseen ja aerosolien aiheuttaman valon sironnan tai vaimenemisen mittaamiseen [4] :221 .
Kolloidisia hiukkasia ei voida nähdä mikroskoopilla. Vuonna 1903 luotiin ultramikroskooppi - sivuvalaistuksella varustettu mikroskooppi. Kolloidihiukkaset sirottavat valoa ja kimaltelevia pisteitä okulaarissa mahdollistavat hiukkasten lukumäärän laskemisen ja niiden liikkeen tutkimisen, hiukkasten koon laskemisen, johtopäätösten tekemisen hiukkasten muodosta [5] :32 . Kaluston aiemmin käytössä olleet järjestelmät, joissa savun havaitseminen suojatuista tiloista otetusta ilmasta tapahtui visuaalisesti savuntorjunta-aseman läpinäkyvien putkien sivuvalaistuksen ansiosta [6] .
Savumittareita käytetään teknisten prosessien parametrien mittaamiseen (esimerkiksi poltettaessa tuotteita) pakokaasujen savupitoisuuden mittaamiseen sekä savun ulkonäön säätelyyn. Se voi olla mittauslaite tai merkinantolaite. [yksi]
Englantiin perustettiin vuonna 1961 kansallinen tarkastuslaitos, jonka päätehtävänä oli mitata savupitoisuuksia. [4] :368
Pakokaasujen savuindeksin mittaus on osa dieselpolttomoottorilla varustettujen ajoneuvojen teknistä katsasta. Dieselmoottoreiden savuindeksin arvioimiseksi käytetään savumittareita, jotka toimivat pakokaasujen läpi kulkevan valovirran vaimennuskertoimen määrittämisen periaatteella. [7]
Mitattu savun optinen tiheys korreloi näkyvyyden kanssa tulipalon aikana savuolosuhteissa. [8] :371 Alunperin kohteiden näkyvyyden käsite muotoiltiin meteorologisen näkyvyysalueen käsitteeksi ja otettiin käyttöön kansainvälisellä tasolla vuonna 1929. Määritelmä yhdistettiin tarkkailijoiden subjektiivisiin havaintoihin. Laskettaessa evakuointiolosuhteita ja määritettäessä tulipalon aikana esiintyviä vaarallisia olosuhteita käytetään käsitettä "rajoitettu näkyvyys savussa". [9]
Rakennuksissa palovaroittimia käytetään havaitsemaan savua [10] . Savun havaitsemiseen avoimissa tiloissa savuilmaisimien käyttö on epäkäytännöllistä, koska palamistuotteiden pitoisuus kaupunkialueilla tai imartelevissa ryhmissä vähenee nopeasti. Tällaisissa olosuhteissa savun havaitsemiseen voidaan käyttää optisia videovalvontajärjestelmiä, joissa on automaattinen videokuva-analyysi. [yksitoista]
Tärkeimmät savussa esiintyvät optiset ilmiöt rajoittuvat valon sirontaan ja absorptioon savupilven sisällä ja rajalla. [12]
Käytettäessä periaatetta säteilyenergian virtauksen vaimentamisesta tietyn paksuisen savupitoisen kaasukerroksen avulla voidaan käyttää optista ja radioaktiivista säteilyä. [yksi]
Yksittäinen scatterValon sironnan aikana tapahtuvat fysikaaliset ilmiöt riippuvat savuhiukkasten koon ja aallonpituuden suhteesta . Jos hiukkaskoko on suurempi kuin valon aallonpituus, niin valon heijastus ja taittuminen tapahtuu savuhiukkasten rajalla geometrisen optiikan lakien mukaan . Läpinäkymättömät hiukkaset sirottavat valoa sen suoralla heijastuksella, läpinäkyvillä hiukkasilla sironta tapahtuu valon moninkertaisen heijastuksen ja taittumisen seurauksena hiukkasten sisä- ja ulkopinnoilla. Jos savuhiukkasten koko on oikeassa suhteessa valon aallonpituuteen, niin sironnan syy on diffraktio . Jos savuhiukkasten koko on paljon pienempi kuin valon aallonpituus, sironta tapahtuu elektronien valon virittymisen vuoksi, elektronien värähtelyn seurauksena energiaa säteilee kaikkiin suuntiin. [12] :34
Sironta aiheuttaa valon polarisaatiota . [12] :35
Aerosolihiukkasten hajaantuneen koostumuksen määrittämisen fyysistä alarajaa hiukkasten valon sironnan vuoksi rajoittaa hiukkashalkaisija 10 −7 m. Pienemmillä hiukkasilla määritys on mahdollista vain hiukkasten suurentumisen seurauksena. [13] :101
ImeytyminenSavun valon absorptio on yleensä selektiivistä ja erottuu jyrkästi tietyllä kapealla spektrin alueella. Tässä tapauksessa savupilvi maalataan lisävärillä imeytyneen pilven lisäksi. On mahdollista absorboida valoa laajalla spektrin alueella. Tässä tapauksessa pilvi näyttää mustalta. [12] :38
Useita sirontojaJos savupitoisuus on riittävän korkea, säteilyenergia voi haihtua monta kertaa. Toissijaisen, tertiäärisen ja myöhemmän sironnan vuoksi säteet muuttuvat valkeiksi ja depolarisoituneiksi. Erittäin hajallaan olevissa järjestelmissä tämä johtaa värin katoamiseen. [12] :40
Savuisuus voidaan mitata määrittämällä nokiluku Bacharachin menetelmällä. Imemällä kaasuja imukykyisen paperin läpi niiden kontaminaatio määritetään. Suodatinelementin kaasuihin päin oleva puoli tummuu tai jopa mustautuu. Väriä verrataan asteikkoon, joka koostuu 10 täytetystä kiekosta, joiden sävy vaihtelee välillä 0 (valkoinen) 9 (musta). Asteikkonumero, joka vastaa suodattimen väriä ja on Bacharachin mukainen nokiluku. [neljätoista]
Yleisimpien palonhavaitsemiskeinojen (savuilmaisimien) toimintaperiaate perustuu palamistuotteita sisältävän kaasu-ilmaväliaineen optisen tiheyden tai tämän väliaineen levittämän optisen säteilyn vuon määrittämiseen. [viisitoista]
Tulisten tulipalojen savu koostuu pääasiassa lähes pallomaisista hiilihiukkasista, tällaisen "pallon" koko on paljon pienempi kuin valon aallonpituus. Tutkimukset suoritettiin kolmella aallonpituudella 450, 630, 1000 nm. [16] Ajan myötä savu muodostuu suurempia hiukkasia pienten hiukkasten tarttumisesta johtuen. Ionisaatiotyyppiset signalointilaitteet voivat reagoida juuri muodostuneeseen savuun pienillä hiukkasilla, laitteet, jotka antavat signaalin sirottamalla tai absorboimalla valoa hiukkasiin, eivät reagoi ennen kuin hiukkaskoot ovat samaa suuruusluokkaa kuin aallonpituus. [8] :372
Neuvostoliitossa 60-luvulla käytettiin automaattista laivan savuilmaisinta AKSD-57, jossa ohjattu ilma imettiin vuorotellen tuulettimilla laivan tiloista. Tulipalon sattuessa savumittariin päässyt savu laukaisi hälytyksen. [1] Eräs muunnelma tällaisen asennuksen suunnittelusta koostui vastaanottoputkista, joiden halkaisija oli 15 ... 32 mm ja jotka oli asetettu savunrajoituspisteeseen ja joihin asennettiin jatkuvasti toimivat tuulettimet. Pistorasialla varustettujen putkien vastaanottohaarat sijaitsivat suojatun tilan katon alla. Savuntorjunta-asemalla putket yhdistettiin laitteen sisällä pistorasioilla, joiden osia valaisi sähkölamppu. Lampun valo kulki prisman ja kunkin kannan pohjaan kiinnitetyn linssin läpi. Vaakasuora laipio esti lampun valon pääsemästä suoraan savuntorjunta-alueelle. Savunhallintakammiossa oli läpinäkyvää lasia, loput ympäröivät pinnat maalattiin mustaksi. Niin kauan kuin puhdasta ilmaa imetään tiloista, valonsäteet pysyvät näkymättöminä. Kun savua tulee kelloon, sen hiukkaset (kooltaan 10 -2 ... 10 -3 mm) ovat valovirrassa ja antavat vaikutelman kellosta lähtevän liekin. Sisälle oli mahdollista asentaa valokenno, joka havaitsi automaattisesti savun hajottaman valon [6] .
1970-luvulla Australian posti vaati paloilmaisimia tietokonehuoneisiin, puhelinkeskuksiin ja kaapelitunneleihin. Tutkimuksessa mittausvälineenä käytettiin nefelometriä , jota käytettiin aiemmin imartelevista tulipaloista peräisin olevien savupilvien tutkimiseen. Mitään markkinoilla olevista ilmaisimista ei ole löydetty sopivaksi tähän sovellukseen. Parhaat tulokset osoitti itse nefelometri . Mutta ilmaisimena käyttäminen vaati hienosäätöä. Imevä savunilmaisin, joka on kehitetty nefelometrin pohjalta , valmistettiin vuonna 1979. [17]
Tällä hetkellä useat imuavat paloilmaisimet käyttävät suodatinjärjestelmää pölyn puhdistamiseen valvotusta ilmaympäristöstä väärien signaalien todennäköisyyden vähentämiseksi. Suodatin asennetaan optisen savunilmaisukammion eteen. Toiseen puhdistusvaiheeseen lisätään sitten puhdasta ilmaa optisten pintojen likaantumisen estämiseksi, kalibroinnin vakauden ja pitkän käyttöiän varmistamiseksi. Seuraava suodatin asennetaan mittauskammion eteen, jossa savun läsnäolo tunnistetaan. [kahdeksantoista]
Useimpien pistesavuilmaisimien nykyaikaisissa malleissa käytetään suljettuja optisia järjestelmiä. Tämä on tarpeen savuhiukkasten levittämän valovirran vastaanottimen suojaamiseksi ulkoisilta valonlähteiltä. Samanaikaisesti sitä ei voida sulkea kokonaan, koska savuhiukkasten muodossa olevat palamistuotteet eivät pääse sisään. Ilmaisimien optisissa järjestelmissä käytetään erityisiä väliseiniä (labyrinttejä), jotka suojaavat valosäteilyn vastaanotinta ulkoisilta valonlähteiltä ja mahdollistavat savuhiukkasten virtauksen vastaanottimen-lähettimen mittausalueelle. [19]
Vuonna 1929 New York esitteli kaasusammutusjärjestelmän käynnistämistä, kun polttavasta bensiinistä peräisin oleva savu tulee ultraviolettisäteilyn lähteen ja vastaanottimen väliseen tilaan. [kaksikymmentä]
| Mittauslaitteet | |
|---|---|
| Mikrometrit |
|