粉尘与风速双传感技术在防尘中的应用研究

粉尘与风速双传感技术在防尘中的应用研究                                          粉尘危害是煤矿生产的六大自然灾害之一，对其防治及其重要。由于粉尘浓度与风速之间存在一种“抛物线”样式的关系，为达到降尘*佳效果

1风速与粉尘浓度之间的关系　　
　　矿井通风的目的之一就是将井下粉尘稀释到**浓度以下并排出矿井，合理的通风能够有效地控制采掘工作面的粉尘浓度，风速的大小直接采掘工作面粉尘浓度高低[2]。风速与粉尘浓度之间存在一种“抛物线”样式的关系：风速过低，粗粒矿尘将与空气分离下沉，不易排出；风速过高，能将落尘扬起，增大矿内空气的粉尘浓度。因此，通风除尘效果是随风速的增加而逐渐增加的，达到*佳效果后，如果再增大风速，效果又开始下降。
　　所以排除井巷中的浮尘要有一定的风速。把能使呼吸性粉尘保持悬浮并随风流运动而排出的*低风速称为*低排尘风速，把*大限度排除粉尘而又不致使落尘二次飞扬的风速称为*优排尘风速。一般来说，掘进工作面的*优风速为0.4～0.7m/s，机械化采煤工作面的*优风速为1.5～2.5m/s。
　　
　　2 双传感技术理论
　　
　　本文所用的双传感技术就是将矿井中用于检测粉尘浓度的传感器和用于检测风速的传感器合二为一，组成一种新的可同时测量出粉尘浓度和风速大小的双传感器。其理论由粉尘浓度检测理论和风速测量理论组成。
　　
　　2.1 粉尘浓度检测理论
　　
　　当光波通过不均匀媒质（如粉尘）时，与媒质会发生相互作用，光强要发生衰减，称之为消光作用，消光作用又可以看作吸收和散射共同作用造成的。而吸收与散射正是测量粉尘浓度所要利用的基本原理。根据Mie 理论［4］，只要测量出尘粒的散射光强，选择合适的散射接收角和光源波长，则可以直接监测出空气中浮游粉尘的浓度。
　　煤矿井下浮游粉尘的光散射属于独立散射，即各个单独粒子的散射光强服从迭加原理，当考虑小区域范围时，可以忽略多次散射的影响［5］。
　　
　　2.2 风速测量理论加热的物体
　　
　　在空气中冷却速度与风速有关。风速越大冷却速度越快，物体在空气中的散热是个对流换热过程，散热量大小与风速和空气温度有关，利用这种关系可以测定风速。如果通过一定的恒定电流加热热敏电阻，当加热量和散热量相等时，热敏电阻温度趋于稳定，则可以根据热敏电阻的阻值变化或端电压变化确定风速［8］。
　　当风速为零时，热敏电阻有一个工作稳定点，当热敏电阻周围介质的风速不为零时，空气的流动带走热敏电阻表明的热量，使热敏电阻本身的温度下降，阻值上升。且在恒定风速下又趋于一个新的平衡点，对于不同的风速热敏电阻有不同的热平衡状态，*后阻值趋于一个稳定值，此时热敏电阻的消耗功率等于该风速下传递给周围空气的热量。
　　热敏电阻阻值R 的变化除了与本身的工作温度有关外，风速大小对它散热快慢有直接影响。因此可把热敏电阻接入一个平衡电桥作为桥臂，在风速为零时，调整电桥使桥路平衡输出为零，当有风流过热敏电阻时，不同的风速就可以将热敏电阻阻值的变化变成电信号输出［10］。根据风速和输出电压之间的对应的关系，反过来通过输出电压的大小，可测得风速的大小。