Анемометр рудничный

Изобретение относится к приборам измерительной техники и предназначено для определения скорости воздушного потока при метеорологических измерениях в шахтах и рудниках, а также на суше и море, в системах промышленной вентиляции и кондиционирования воздуха, аттестации рабочих мест. Предложен анемометр рудничный содержащий рабочий орган, размещенный на горизонтальной оси в корпусе преобразователя, установленного на штанге с измерительным блоком, отличающийся тем, что штанга выполнена выдвижной, рабочий орган выполнен в виде 6-ти лопастной металлической крыльчатки, установленной на оси, взаимодействующей своими концами с обеих сторон с опорами крепления, соединенными с корпусом первичного преобразователя, который снабжен катушкой индуктивности, соединенного через выдвижную штангу с измерительным блоком анемометра, при этом измерительный блок имеет жидкокристаллический индикатор для информации о результатах измерения средней скорости воздушного потока за выбранный интервал времени, а также одномоментного показа на индикаторе номера замера, даты и времени замера, давления и температуры воздушного потока, которые все в совокупности могут быть через интерфейс переданы на компьютер. Техническим результатом является повышение точности и производительности измерений.

Изобретение относится к приборам измерительной техники и предназначено для определения скорости воздушного потока при метеорологических измерениях в шахтах и рудниках, на суше и море, в системах промышленной вентиляции и кондиционирования воздуха, а также при аттестации рабочих мест.

Известен ручной анемометр с горизонтальной осью, изогнутыми лопастями, диффузором, счетным механизмом и рукояткой, вогнуто-выпуклые лопасти располагаются на диске, позади которого установлен счетный механизм (RUNQ2069049, G01Р 5/06, 1994 г.).

Известен также анемометр, имеющий вращающуюся крыльчатку, установленную на опорах, соединенных с корпусом, в котором эта крыльчатка размещена. Показания скорости вращения крыльчатки от набегающего измеряемого воздушного потока, снимаются оптически (ФРГ, патент 3812554, G01Р 5/06,1988 г.).

Известен анемометр, в котором рабочий орган представляет собой ротор с вертикальной осью и S-образными лопастями, при этом лопасти каждого яруса устанавливаются под углом 90° по отношению друг к другу, что обеспечивает повышение чувствительности прибора (патент РФ 2063045 G01Р 5/06,1996 г.).

Основными недостатками известных приборов является влияние инертности устройства на получаемые результаты измерений.

Наиболее близким техническим решением является анемометр, содержащий корпус с индикатором показаний, первичный преобразователь которого установлен на вертикальной штанге, размещенной с торца корпуса анемометра, и связанный посредством вертикальной штанги с измерительным блоком, размещенным внутри корпуса анемометра(ФРГ, патент 2824771, G01Р 5/06, 1978 г.).

Недостатком данного изобретения является невозможность измерений средней скорости воздушного потока за определенный промежуток времени, а также низкая точность измерений.

Недостатком известных изобретений является высокий нижний предел диапазона измеряемых скоростей воздушного потока, а также влияние инертности устройств на получаемый результат измерений.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности и эффективности работ при производстве мониторинга воздушного потока в горных выработках шахт и рудников как с допустимым, так и повышенным содержанием взрывоопасных газов, на суше и море, в системах промышленной вентиляции и кондиционирования воздуха, а также при аттестации рабочих мест.

Поставленная задача достигается тем, что предлагается анемометр рудничный, содержащий рабочий орган, размещенный на горизонтальной оси в корпусе первичного преобразователя, установленного на штанге с измерительным блоком, при этом штанга выполнена выдвижной, рабочий орган выполнен в виде 6-ти лопастной металлической крыльчатки, установленной на оси, взаимодействующей своими концами с обеих сторон с опорами крепления, соединенными с корпусом первичного преобразователя, который снабжен катушкой индуктивности, соединенного через выдвижную штангу с измерительным блоком анемометра, при этом измерительный блок имеет жидкокристаллический индикатор для информации о результатах измерения средней скорости за выбранный интервал времени в диапазоне от 1 до 999 с, а также данные о номере и времени замера, давлении и температуры воздушного потока, интерфейс и кнопки управления.

Предложенный анемометр рудничный представлен следующими чертежами:

Фиг.1 - Анемометр рудничный общий вид;

Фиг.2 - Структурная схема анемометра рудничного;

Предложенный анемометр рудничный работает как в ручном, так и в дистанционном и автоматическом режиме в условиях атмосферы, как с допустимым, так и повышенным содержанием взрывоопасных газов в горных выработках.

Анемометр содержит корпус прибора 1 с жидкокристаллическим индикатором показаний 2, первичный преобразователь 3 установлен на штанге 4.

Штанга 4 выполнена выдвижной и размещена с торца корпуса 1 анемометра. Первичный преобразователь 3 связан посредством выдвижной штанги 4 с измерительным блоком, размещенным внутри корпуса 1 анемометра рудничного. Первичный преобразователь установлен на выдвижной штанге 4 с возможностью его замены. Крыльчатка 5 установлена на оси 6, взаимодействующей своими концами с обеих сторон с опорами крепления (не показаны), соединенными с корпусом первичного преобразователя 3. Ось 6 крыльчатки 5 смонтирована в этих опорах на винтах - подпятниках с камниевыми опорами (не показаны). Первичный преобразователь 3 снабжен катушкой индуктивности, размещенной в его корпусе и соединен через выдвижную штангу 4 с измерительным блоком внутри корпуса 1 анемометра. Анемометр рудничный содержит органы управления, выполненные в виде кнопок 7 и 8, кнопка 7 - управление, 8 - кнопка включения питания, размещенных на лицевой панели корпуса.

На лицевой панели корпуса 1 расположен интерфейс 9, нижняя часть корпуса выполнена суженой в виде рукоятки, внутри которой имеется отсек источника питания 10. В торце отсека источника питания имеется крышка 11, которая крепится винтом 12 к корпусу измерительного блока.

Измерение скорости воздушного потока анемометром рудничным (Фиг.1) производится следующим образом.

Оператор, взяв анемометр за ручку, являющейся одновременно его отсеком питания 10, свободной рукой выдвигает первичный преобразователь 3, находящийся на выдвижной штанге 4 корпуса прибора 1, включает кнопку 8 питания измерительного блока, проверяет правильность введения граидуировочного кода и, при необходимости, делает его корректировку.

Первичный преобразователь 3 вносится в контролируемый воздушный поток, нажатием кнопки 8 запускается процесс измерений.

Под действием воздушного потока крыльчатка 5 начинает вращаться на оси 6, закрепленной в камниевых опорах корпуса первичного преобразователя 3.

Крыльчатка 6-ти лопастная, из металлического сплава, облегченная на концах лопастей за счет химического фрезерования, позволяет обеспечить порог чувствительности измерения от 0,15 м/с.

Работа анемометра основана на тахометрическом принципе преобразования скорости воздушного потока в частоту электрического сигнала, так как угловая скорость вращения крыльчатки 5 линейно зависит от скорости набегающего воздушного потока.

Лопасти вращающейся крыльчатки поочередно пересекают высокочастотное электромагнитное поле катушки индуктивности, размещенной в корпусе первичного преобразователя, подключенной к источнику питания, размещенном в отсеке питания 10 корпуса прибора 1.

Вращение крыльчатки 5 вносит в электромагнитное поле катушки индуктивности помехи, формируя последовательность сигналов, частота следования которых также линейно связана со скоростью воздушного потока.

Полученный таким образом электрический сигнал от катушки индуктивности поступает на центральный процессор (Фиг.2), размещенном в корпусе анемометра 1, где и обрабатывается.

Блок формирования входного сигнала содержит схему стабилизации, которая автоматически стабилизирует режим работы автогенератора при замене первичного преобразователя и компенсирует временной дрейф добротности колебательного контура. Измерительный блок прибора выполняет следующие функции:

- ввод, хранение и контроль градировочного кода преобразователя в период эксплуатации прибора;

- определение длительности интервала измерения и индикацию его величины;

- вычисление средней скорости за интервал времени измерения;

- сообщение о скорости, превышающей максимально допустимое для анемометра значение в 40 м/с;

- автоматический выбор цены деления младшего разряда показателя скорости в диапазоне измерения скорости от 0,2 до 40 м/с;

- ввод нового градуировочного кода;

- определение разряженного состояния источников питания (основного - 4 батареи типа АА), а также источника питания датчика времени (литиевая батарея);

- автоматическое прекращение процесса измерения при превышении максимальной длительности времени измерения 999 с;

- возможность перевода прибора в автоматический круглосуточный режим измерения скорости, давления и температуры воздушного потока до 3-х суток и выдачей до 300 результатов измерений с указанием номера замера, скорости, температуры и атмосферного давления воздушного потока;

- возможность автоматического замера указанных параметров воздушного потока и дистанционного контроля результатов замера при нахождении оператора на расстоянии до 1 км от места замера, что весьма актуально при возникновении аварийных ситуаций, особенно, в шахтах и рудниках;

- возможность переноса результатов измерений параметров воздушного потока, произведенных в ручном, дистанционном и автоматическом режиме на компьютер через интерфейс 9 измерительного блока.

Процесс измерения заканчивается нажатием кнопки 7 в любой момент времени и может длиться от 1 до 999 секунд.

Измерение скорости воздушного потока может производиться как в одной точке, так и путем обвода сечения воздуховода.

Начало и окончание каждого замера задаются оператором кратковременным нажатием кнопки управления 7.

Полученный результат измерения средней скорости за выбранный интервал времени отражается на жидкокристаллическом индикаторе 2.

Одновременно с показанием скорости воздушного потока на индикаторе показывается номер замера, дата/время замера, температура и давление воздушного потока (Фиг.1).

Скорость воздушного потока индицируется в м/с, дата/время -месяц/день/час/минута, температура - °С, давление - мм.вод.ст.

Первичный преобразователь анемометра выполнен съемным, что позволяет оператору производить его замену самостоятельно, введя с помощью кнопок 7 и 8 градуировочный код нового первичного преобразователя.

Индивидуальные градуировочные характеристики первичных преобразователей кодируются 2-х разрядным кодом. Символами кода в каждом разряде являются десять цифр от 1 до 9 и шесть букв латинского алфавита А, В, С, D, Е, F. Всего кодов 256, что обеспечивает высокую точность измерений.

После истощения основного источника питания, он может быть легко заменен оператором, для чего следует отвинтить винт 12, снять крышку отсека питания 11 и заменить элементы источника питания, после чего вновь установить крышку отсека питания с помощью винта 12.

Замену литиевой батареи, обеспечивающей работу датчика времени, производит изготовитель прибора или же она производится в специализированных мастерских, что необходимо с целью предотвращения повреждения защиты электронной платы прибора, покрытой специальным лаком, обеспечивающим влагозащищенность платы. Такое же покрытие имеет и катушка индуктивности первичного преобразователя.

Анемометр рудничный имеет уровень защиты (предотвращение выхода искры разряда за пределы его корпуса) соответствующий по европейским нормам уровню самозащиты Ex ia ITI, что позволяет использовать его в шахтах и рудниках в условиях загазованной атмосфере, при 100% влажности с конденсатом влаги, а также запыленности воздуха до 1 г/м³.

Выполненный уровень защиты прибора позволяет оператору самостоятельно производить техническое обслуживание его в случае налипания пыли на крыльчатку. Для удаления пыли с крыльчатки допускается смыв пыли с лопастей путем мытья крыльчатки в теплой мыльной воде и, в дальнейшем, просушки первичного преобразователя.

Анемометр рудничный работает в условиях отрицательных температур за счет технических возможностей жидкокристаллического индикатора и других комплектующих изделий.

Анемометр рудничный, кроме скорости воздушного потока, производит одновременно измерение давления и температуры, поэтому отпадает необходимость иметь при себе барометр и термометр, что очень важно для условий шахт и рудников при производстве депрессионных съемок в них.

Все замеры накапливаются в памяти микропроцессора и передаются на компьютер через интерфейс после его подключения к компьютеру.

Измерительный блок анемометра производит одновременно замер скорости воздушного потока, температуры и давления его с одновременной фиксацией показателей во времени и указанием порядкового номера замера - все это может быть передано через интерфейс на компьютер. Все замеры производятся за счет того, что в приборе установлены: датчик точного времени, датчик воздушного потока, датчик температуры и датчик атмосферного давления.

Анемометр рудничный выводит на дисплей измерительного блока одномоментно сразу 5 показателей - среднюю скорость потока, дату/время замера, номер замера, давление и температуру воздушного потока.

Использование анемометра рудничного позволяет производить депрессионные съемки в шахтах и рудниках, в системах воздуховодов промышленной вентиляции и кондиционирования воздуха.

Анемометр рудничный может использоваться не только в шахтах и рудниках, но и на других промышленных предприятиях при измерении параметров воздушных потоков в системах вентиляции и кондиционирования, аттестация рабочих мест, что делает его унифицированным измерительным прибором.

Анемометр рудничный изготовлен из традиционных конструкторских материалов с использованием стандартного электронного' оборудования и может быть изготовлен в условиях обычного промышленного производства.

1. Анемометр рудничный, содержащий рабочий орган, размещенный на горизонтальной оси в корпусе первичного преобразователя, установленного на штанге с измерительным блоком, отличающийся тем, что штанга выполнена выдвижной, рабочий орган выполнен в виде лопастной металлической крыльчатки, установленной на оси, взаимодействующей своими концами с обеих сторон с опорами крепления, соединенными с корпусом первичного преобразователя, который снабжен катушкой индуктивности, соединенного через выдвижную штангу с измерительным блоком анемометра, при этом измерительный блок имеет жидкокристаллический индикатор для информации о результатах измерения средней скорости за интервал времени, а также интерфейс и кнопки управления.

2. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что одномоментно с показанием на его дисплее средней скорости за выбранный интервал времени даются показания номера замера, даты/времени замера, давления и температуры воздушного потока.

3. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что он работает как в ручном, так и в дистанционном и автоматическом режиме.

4. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что выдвижная штанга выполнена с направляющей по ее продольной оси, препятствующей вращению выдвижной штанги относительно этой оси.

5. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что он может быть снабжен, одним дополнительным удлинителем выдвижной штанги с унифицированными разъемами по обоим его концам, устанавливаемым между выдвижной штангой и первичным преобразователем, взаимодействующим с ними посредством унифицированных разъемов.

6. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что корпус анемометра выполнен в форме, близкой к призматической со скругленными ребрами и срезанными углами.

7. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что выдвижная штанга и удлинитель выдвижной штанги выполнены полыми из тонкостенных труб.

8. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что первичный преобразователь соединяется с выдвижной штангой посредством унифицированного разъема.

9. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что корпус первичного преобразователя выполнен в форме параллелепипеда со срезанными углами.

10. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что органы управления выполнены в виде кнопок.

11. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что крыльчатка первичного преобразователя выполнена металлической и шестилопастной.

12. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что ось крыльчатки смонтирована в опорах крепления на винтах - подпятниках с камневыми опорами.

13. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что измерительный блок, в свою очередь, выполнен состоящим из блока формирования входного сигнала, блока микроконтроллера и блока контроля напряжения источника питания.

14. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что блок формирования входного сигнала выполнен состоящим из автогенератора, колебательный контур которого имеет катушку индуктивности, размещенную в первичном преобразователе, амплитудный детектор, цепь стабилизации режима работы автогенератора и компенсации временного дрейфа добротности колебательного контура.

15. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что измерительный блок анемометра, содержащий источник питания, блок формирования входного сигнала, блок задания управляющих сигналов, соединенный входом с источником питания, имеет тактовый генератор и индикатор, а также блок контроля напряжения источника, вход которого соединен с выходом источника питания, и микропроцессор, входы которого соединены с выходами блока формирования входного сигнала, блока задания управляющих сигналов, блока контроля напряжения источника и тактового генератора, а выходы соединены с входами индикатора.

16. Анемометр рудничный по п.1, отличающийся тем, что измерительный блок анемометра имеет блок формирования входного сигнала, который содержит последовательно соединенные автогенератор и амплитудный детектор.