En rökmätare (rökmätare, sottalsanalysator) är en anordning för att mäta rökdensitet , det vill säga koncentrationen av aerosolpartiklar suspenderade i luft eller annat gasformigt medium [1] ; en anordning för att mäta rökens sammansättning [2] .
Nefelometrar och transmissometrar används för att mäta en liten mängd aerosol i luften (till exempel dis ) .
Ämnes och materials egenskaper, på grund av deras fragmentering, studeras med kolloidkemi [3] :10 . Inklusive ämnet för studien är rök [3] :19 . Kolloidkemi använder optiska metoder för dispersionsanalys : nefelometrisk och turbidimetrisk [3] :209 . Partikelstorlekar i rök varierar från 5 µm till submikroskopiska storlekar - mindre än 0,1 µm [4] :11 .
Studiet av aerosoler utförs genom sedimentering, eller genom att räkna partiklar i suspension [4] :220 . Indirekta metoder för att undersöka aerosoler bygger på kondensationsförgrovning av partiklar och på mätning av spridning eller dämpning av ljus med aerosoler [4] :221 .
Kolloidala partiklar kan inte ses i mikroskop. 1903 skapades ultramikroskopet - ett mikroskop med sidobelysning. Kolloidala partiklar sprider ljus och gnistrande prickar i okularet låter dig räkna antalet partiklar och studera deras rörelser, beräkna storleken på partiklarna, dra slutsatser om partiklarnas form [5] :32 . Flottan använde tidigare system där upptäckten av rök i luften som togs från de skyddade lokalerna skedde visuellt på grund av sidobelysningen av genomskinliga rör i rökkontrollstationen [6] .
Rökmätare används för att mäta parametrarna för tekniska processer (till exempel när man röker produkter) för att mäta rökhalten i avgaser, samt för att kontrollera rökens utseende. Det kan vara ett mätinstrument eller en signalanordning. [ett]
I England skapades 1961 en nationell inspektion vars huvuduppgift var att mäta rökkoncentrationer. [4] :368
Mätningen av rökindex för avgaser är en del av den tekniska inspektionen av fordon utrustade med dieselförbränningsmotorer. För att bedöma rökindexet för dieselmotorer används rökmätare, som arbetar enligt principen att bestämma dämpningskoefficienten för ljusflödet som passerar genom avgaserna. [7]
Rökens uppmätta optiska densitet korrelerar med sikten under en brand under rökförhållanden. [8] :371 Inledningsvis formulerades begreppet objektsikt som begreppet meteorologiskt siktområde och introducerades på internationell nivå 1929. Definitionen förknippades med observatörers subjektiva uppfattningar. Vid beräkning av evakueringsförhållandena och bestämning av de farliga förhållanden som uppstår under en brand används begreppet "begränsad sikt i rök". [9]
I byggnader används rökdetektorer för att upptäcka brand genom att avge rök [10] . För att upptäcka rök i öppna utrymmen är användningen av rökdetektorer opraktisk, eftersom koncentrationen av förbränningsprodukter i stadsområden eller i smickrande arrayer snabbt minskar. Under sådana förhållanden är det möjligt att använda optiska videoövervakningssystem med automatisk videobildanalys för att upptäcka rök. [elva]
De huvudsakliga optiska fenomenen som förekommer i rök reduceras till spridning och absorption av ljus inuti och vid rökmolnets gräns. [12]
Vid användning av principen om dämpning av flödet av strålningsenergi av ett rökinnehållande skikt av gas av en viss tjocklek, kan optisk och radioaktiv strålning användas. [ett]
Enkel scatterDe fysikaliska fenomen som uppstår under ljusspridningen beror på förhållandet mellan storleken på rökpartiklarna och våglängden . Om partikelstorleken är större än ljusets våglängd, sker reflektion och brytning av ljus vid gränsen för rökpartiklar enligt lagarna för geometrisk optik . För ogenomskinliga partiklar sprids ljus genom sin direkta reflektion, för transparenta partiklar sker spridning som ett resultat av multipel reflektion och brytning av ljus på partiklarnas inre och yttre ytor. Om storleken på rökpartiklarna är proportionerlig med ljusets våglängd, är orsaken till spridningen diffraktion . Om storleken på rökpartiklar är mycket mindre än ljusets våglängd, uppstår spridning på grund av excitation av elektroner av ljus, som ett resultat av elektronens vibration emitteras energi i alla riktningar. [12] :34
Spridning orsakar polarisering av ljus. [12] :35
Den fysiska nedre gränsen för bestämning av den dispergerade sammansättningen av aerosolpartiklar på grund av ljusspridning av partiklar begränsas av en partikeldiameter på 10 −7 m. För mindre partiklar är bestämning endast möjlig som ett resultat av partikelförstoring. [13] :101
AbsorptionRökens absorption av ljus är vanligtvis selektiv och sticker ut skarpt i ett visst smalt område av spektrumet. I det här fallet är rökmolnet målat i en extra färg till den absorberade. Det är möjligt att absorbera ljus i ett brett område av spektrumet. I det här fallet ser molnet svart ut. [12] :38
Multipel spridningOm koncentrationen av rök är tillräckligt hög kan strålningsenergin försvinna många gånger. På grund av sekundär, tertiär och efterföljande spridning blir strålarna vitaktiga och depolariserade. I mycket spridda system leder detta till att färgen försvinner. [12] :40
Rökigheten kan mätas genom att bestämma sottalet enligt Bacharachmetoden. Genom att suga gaser genom absorberande papper bestäms deras förorening. Den sida av filterelementet som är vänd mot gaserna mörknar eller till och med blir svart. Färgen jämförs med en skala som består av 10 fyllda skivor, vars nyans varierar från 0 (vit) till 9 (svart). Skalnummer som matchar filtrets färg och är sottalet enligt Bacharach. [fjorton]
Funktionsprincipen för de vanligaste tekniska medlen för att upptäcka en brand (rökdetektorer) bygger på att bestämma den optiska densiteten hos ett gas-luftmedium som innehåller förbränningsprodukter eller ett flöde av optisk strålning som sprids av detta medium. [femton]
Röken från brinnande bränder består huvudsakligen av nästan sfäriska kolpartiklar, storleken på en sådan "sfär" är mycket mindre än ljusets våglängd. Studierna utfördes för tre våglängder 450, 630, 1000 nm. [16] Med tiden är röken bildandet av större partiklar på grund av vidhäftningen av små. Signalanordningar av joniseringstyp kan reagera på nybildad rök med små partiklar, anordningar som ger en signal genom att sprida eller absorbera ljus på partiklar kommer inte att svara förrän partikelstorlekarna är av samma storleksordning som våglängden. [8] :372
I Sovjetunionen på 60-talet användes en automatisk fartygsrökdetektor AKSD-57 där den kontrollerade luften växelvis sögs ut av fläktar från fartygets lokaler. Vid brand utlöste rök som kom in i rökmätaren ett larm. [1] En variant av konstruktionen av en sådan installation bestod av mottagningsrör med diametrar på 15 ... 32 mm, utlagda på luftrökskontrollposten, i vilka kontinuerligt arbetande fläktar installerades. De mottagande grenarna av rören utrustade med uttag var placerade under taket i de skyddade lokalerna. Vid rökkontrollstationen kopplades rören inuti apparaten med uttag, vars sektioner var upplysta av en elektrisk lampa. Ljuset från lampan passerade genom ett prisma och en lins monterad i botten av varje sockel. Det horisontella skottet hindrade lampans ljus från att direkt komma in i rökkontrollområdet. Rökkontrollkammaren hade transparent glas, resten av de omslutande ytorna var svartmålade. Så länge ren luft sugs från lokalerna förblir ljusstrålarna osynliga. När rök kommer in i klockan kommer dess partiklar (10 −2 ... 10 −3 mm i storlek) att vara i ljusströmmen och ge intrycket av en låga som kommer ut ur klockan. Det var möjligt att installera en fotocell inuti, som automatiskt detekterade ljuset spritt av rök [6] .
På 1970-talet krävde Australian Post Office branddetektorer för datorrum, telefonväxlar och kabeltunnlar. För forskning användes en nefelometer , som tidigare användes för att studera rökplymer från smickrande bränder, som ett mätverktyg. Ingen av detektorerna på marknaden har visat sig vara lämpliga för denna applikation. De bästa resultaten visades av själva nefelometern . Men för att kunna användas som detektor krävdes det förfining. Den aspirerande rökdetektorn, utvecklad på basis av nefelometern , tillverkades 1979. [17]
För närvarande använder ett antal aspirerande branddetektorer, för att minska sannolikheten för falska signaler, ett filtersystem för att ta bort damm från den kontrollerade luftmiljön. Filtret är installerat framför den optiska rökdetektionskammaren. Ren luft tillsätts sedan till det andra rengöringssteget för att förhindra kontaminering av de optiska ytorna, säkerställa kalibreringsstabilitet och lång livslängd. Nästa filter installeras framför mätkammaren, där närvaron av rök känns igen. [arton]
Modern design av de flesta punktrökdetektorer använder slutna optiska system. Detta är nödvändigt för att skydda mottagaren av ljusflödet som sprids av rökpartiklar från externa ljuskällor. Samtidigt kan den inte stängas helt, eftersom förbränningsprodukter i form av rökpartiklar inte kommer in. I detektorernas optiska system används speciella partitioner (labyrinter), som skyddar mottagaren av ljusstrålning från externa ljuskällor och tillåter flödet av rökpartiklar att komma in i mottagarens sändares mätområde. [19]
1929 demonstrerade New York lanseringen av ett gasbrandsläckningssystem när rök från brinnande bensin tränger in i utrymmet mellan källan och mottagaren av ultraviolett strålning. [tjugo]
| Mätinstrument | |
|---|---|
| Mikrometrar |
|