基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪的研制
周福宝1
郑丽娜2
冯子康2
刘凌妤2
冯温婷2
1.中国安全生产科学研究院,北京 100012;中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 2211162.中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 221116
摘要：煤矿粉尘质量浓度精准测量是粉尘有效控制的重要前提.传统离线滤膜采样称重法测量周期长、操作繁琐,直读式光吸收/散射测量方法易受环境条件和粉尘性质影响.鉴于此,自主开发了基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪.通过有限元仿真探讨了振荡元件不同特性对振荡系统响应频率及质量灵敏度的影响,并采用最优梯度优化算法设计了振荡元件材料与形状,制造了一种具有高稳定弹性模量的振荡管,其频率温度系数为 3×10-5 Hz/℃,受温度影响极小,保证了振荡频率在外界环境温度条件变化时的精确测量.开发了振荡天平质量传感器,设计了数字化自激振荡闭环控制电路,实现了谐振频率的自动控制以及实时输出,传感器质量灵敏度约为1 mg/Hz,质量检测限约为 2 μg.最终,通过集成呼吸性粉尘采样头、总尘采样头、伴热管、质量传感器、气泵、流量控制与温湿度/压力传感器等部件,研制了国内首款基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪,粉尘平均质量浓度检测限为 0.035 mg/m3.该仪器能够连续提供监测信息,包括当前时刻总尘或呼吸性粉尘质量浓度及当日累积职业接触暴露浓度.该仪器已在某煤矿现场应用,与传统滤膜采样称重法同步对比,2者相对误差仅为 5%,表明该仪器可以实现煤矿粉尘质量浓度的快速精确测量,有望替代离线滤膜采样称重法和直读式光学测尘仪.
关键词：煤矿粉尘振荡天平质量传感粉尘监测仪
分类号：TD724(矿山安全与劳动保护)TD714(矿山安全与劳动保护)
资助基金：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2021YCPY0107)国家自然科学基金(52074274)
论文发表日期：2024-02-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 876-884 )
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