一种全自动气体粉尘浓度测量设备的制作方法

本发明涉及气体分析测量领域，尤其涉及一种全自动气体粉尘浓度测量设备。

背景技术：

目前市场上常使用的自动气体粉尘浓度仪大部分采用的是激光、红外线等基于光学分析的间接测量技术，这些技术方法测量气体粉尘浓度虽然测量检测方便快捷，但由于误差大、重复性差和易受干扰等原因，不能用于精确分析领域。所以对气体的粉尘浓度标准测量，目前还停留在依据GB/T 15432-1995国家标准详细规定的气体总悬浮颗粒物的测定方法的人工实验室分析阶段。 但是人工分析实验周期长，操作繁琐，因此效率低下，只适合在监督测量时使用，不能实现在线的、实时的、连续的和自动的气体粉尘浓度测量。因此市场上急需一款符合国家标准、能够实现在线自动精确测量的粉尘浓度测量设备。

技术实现要素：

为解决现有的技术问题，本发明提供了一种全自动气体粉尘浓度测量设备。

本发明的具体内容如下：一种全自动气体粉尘浓度测量设备，包括依次连接的取样箱，测量箱和控制箱，

所述取样箱包括取样管，

所述测量箱包括第一三通球阀、第二三通球阀、精密流量计、密封进气口、密封反吹口、U型过滤坩埚、工位切换平台、电子天平、负压发生器和传动装置，所述第一三通球阀分别连接取样管、精密流量计和负压发生器，第二三通球阀分别连接密封反吹口、传动装置和负压发生器；密封进气口连接在精密流量计上；U型过滤坩埚设置在工位切换平台的通孔上，U型过滤坩埚的开口与密封进气口和密封反吹口的大小相适应，所述工位切换平台通过旋转电机旋转，使U型过滤坩埚分别旋转到密封进气口下方、密封反吹口下方和电子天平上方；

所述控制箱包括PLC控制器、触摸显示屏和高压风机，所述触摸显示屏与PLC控制器相连，所述高压风机与负压发生器相连。

其中，取样管位于被测气体管道中，通过法兰盘与第一三通球阀相连，高压风机产生压缩空气，压缩空气通过负压发生器产生较大的负压抽吸力，完成被测气体的抽吸取样。第一三通球阀控制取样管与精密流量计的导通，被测气体经过精密流量计，测得流量。工位切换平台可切换种工位——粉尘过滤位（即密封进气口下方），反吹位置（即密封反吹口下方），称重位置（即电子天平上方）。旋转电机通过驱动齿轮带动皮带轮旋转，皮带轮与工位切换平台相连，从而控制工位切换平台旋转。

旋转电机旋转工位切换平台，使U型过滤坩埚旋转到粉尘过滤位，传动装置将U型过滤坩埚向上与密封进气口压紧，U型过滤坩埚对气体进行分离过滤，过滤分离后的气体通过管道从新排入气体管道中，避免对周边环境造成影响。

收集完被测气体内粉尘颗粒的U型滤膜坩埚，由旋转电机驱动工位切换平台旋转到称重位置，通过电子天平完成U型滤膜坩埚重量的称量。控制箱内的PLC控制器将根据收集粉尘颗粒物前U型滤膜坩埚的重量M、收集粉尘颗粒物后U型滤膜坩埚的重量M和精密流量计测量的被测气体的流量V三个数据，通过公式粉尘浓度X=（M-M）/V自动计算出被测气体的粉尘浓度。

经过电子天平称量过的U型滤膜坩埚通过工位切换平台旋转到反吹位置，传动装置将U型过滤坩埚向上与密封反吹口压紧，将收集的粉尘颗粒反吹出U型滤膜坩埚，吹扫干净的U型滤膜坩埚经工位切换平台旋转到电子天平称量后，重新旋转到粉尘过滤位分离过滤新的被测气体，以进入下一个测量循环。

第一三通球阀可使取样管在取样状态和反吹状态之间切换，反吹取样管能有效防止取样管堵塞，让设备长期稳定运行。

进一步的，所述密封进气口和密封反吹口为喇叭形设计。所述U型过滤坩埚为加大口径设计，直径加大，与密封进气口和密封反吹口的喇叭口大小相适应。U型过滤坩埚采用加大口径设计，能大大加大过滤膜的过滤面积，减少过滤阻力，加快过滤速度。U型过滤坩埚的配套密封进气口和密封反吹口都采用喇叭口设计，便于与U型过滤坩埚的连接密封。

进一步的，所述取样管包括开口朝下的弯曲部和连接在弯曲部后方的水平部，水平部环绕有加热器。被测气体在取样管中被加热器环绕加热，可让被测气体保持较高温度，避免被测气体在低温时结露，导致取样管道堵塞和影响测量精度。同时可以切换第一三通球阀的状态，使取样管在取样状态和反吹状态之间切换，反吹取样管能有效防止取样管堵塞，让设备长期稳定运行。取样管的弯曲部具体结构是一个开口朝下的半圆环形，水平部接在弯曲部的后方。

进一步的，所述U型过滤坩埚有3个，工位切换平台上均匀布置有3个通孔，U型过滤坩埚设置在通孔中。可使3个U型过滤坩埚在工位切换平台的旋转下依次进行循环测量，提高测量效率。

进一步的，所述传动装置位于工位切换平台下方，包括底部固定安装平台、导向机构、进气顶杆、升降丝杆、反吹顶杆和升降电机，升降电机安装在底部固定安装平台下方，导向机构设置在底部固定安装平台上方，导向机构与进气顶杆、升降丝杆和反吹顶杆相连，进气顶杆与第二三通球阀相连。升降丝杆通过升降电机启动；进气顶杆和反吹顶杆顶端都设有用于承托U型过滤坩埚的平台，平台的位置都低于工位切换平台。进气顶杆位于粉尘过滤位，即密封进气口的正下方，反吹顶杆位于反吹位置，即密封反吹口的正下方。在工位切换平台将U型过滤坩埚旋转到粉尘过滤位和反吹位置时，进气顶杆和反吹顶杆通过升降丝杆向上移动，U型过滤坩埚落在平台上，再被压入密封进气口和密封反吹口，过滤和反吹结束后进气顶杆和反吹顶杆再向下移动，使U型过滤坩埚重新回到通孔中，进行下一步工序。进气顶杆与第二三通球阀相连，能够将过滤后的压缩空气再通过密封反吹口吹出，完成反吹、U型过滤坩埚清尘吹扫的功能。工位切换平台下方设置平台顶杆，平台顶杆与导向机构相连，导向机构保证工位切换平台上下运动。

进一步的，所述电子天平位于工位切换平台下方，电子天平中央设有称重杆，所述称重杆位于通孔正下方。称重杆的顶端设有一用于承接Ｕ型过滤坩埚的平台，在称取Ｕ型过滤坩埚的重量时，旋转电机控制工位切换平台旋转，Ｕ型过滤坩埚旋转到电子天平上方，升降电机向下通过丝杆传动使工位切换平台向下运动，让U型过滤坩埚完全落在称重杆顶端的平台上，完成U型过滤坩埚的称重测量。

进一步的，所述PLC控制器数据接口与电子天平的数据接口通过数据电缆相连；I/O接口与升电机、旋转电机、第一三通球阀和第二三通球阀相连。使得PLC控制器能够准确读取电子天平的称量数据和向其发送控制数据；并且完成升降电机的升降控制、旋转电机的旋转控制、第一三通球阀、第二三通球阀的状态控制及各种定位开关的状态读取等功能。

进一步的，所述工位切换平台上设有光电开关。通过光电开关可准确地定位，使U型过滤坩埚能够准确地旋转到相应工位的位置。

本发明的有益效果：本发明充分考虑了目前气体粉尘浓度测量设备的现状，将符合国标的粉尘浓度测量的人工实验分析自动化、智能化，设计出一款能够自动将气体中的微小粉尘颗粒物通过专用滤膜分离收集起来，然后通过电子天平称量粉尘颗粒物的重量和精密气体流量计计算抽吸气体的总流量。通过模块化的设计将取样技术、分离过滤技术、粉尘反吹排放技术等合理的设计在一起，再结合PLC控制程序将设备自动完成气体取样、过滤分离、工位切换、称重测量、反吹排灰等功能成功实现了气体粉尘浓度测量自动化、在线化和实时化。具有测量精度高、不受环境影响等优点。为精准测量气体粉尘浓度提供能可靠的技术保证。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。

图1为本发明的全自动气体粉尘浓度测量设备整体示意图；

图2为本发明的进气和反吹机构示意图；

图3为本发明的工位切换示意图；

图4为本发明的电子天平示意图。

具体实施方式

结合图1-图4，本发明的一种全自动气体粉尘浓度测量设备如下：一种全自动气体粉尘浓度测量设备，包括依次连接的取样箱100，测量箱200和控制箱300，

取样箱100包括取样管101，

测量箱200包括第一三通球阀201、第二三通球阀210、精密流量计202、密封进气口203、密封反吹口205、U型过滤坩埚206、工位切换平台207、电子天平210、负压发生器208和传动装置，第一三通球阀201分别连接取样管101、精密流量计202和负压发生器208，第二三通球阀210分别连接密封反吹口205、传动装置和负压发生器208；密封进气口203连接在精密流量计202上；U型过滤坩埚206设置在工位切换平台207的通孔上，U型过滤坩埚206的开口与密封进气口203和密封反吹口205的大小相适应，工位切换平台207通过旋转电机212旋转，使U型过滤坩埚206分别旋转到密封进气口203下方、密封反吹口205下方和电子天平210上方；

控制箱300包括PLC控制器、触摸显示屏301和高压风机302，触摸显示屏301与PLC控制器相连，高压风机302与负压发生器208相连。

其中，取样管101位于被测气体管道中，通过法兰盘与第一三通球阀201相连，高压风机302产生压缩空气，压缩空气通过负压发生器208产生较大的负压抽吸力，完成被测气体的抽吸取样。第一三通球阀201控制取样管101与精密流量计202的导通，被测气体经过精密流量计202，测得流量。工位切换平台207可切换3种工位——粉尘过滤位（即密封进气口203下方），反吹位置（即密封反吹口205下方），称重位置（即电子天平210上方）。旋转电机212通过驱动齿轮204带动皮带轮219旋转，皮带轮219与工位切换平台207相连，从而控制工位切换平台207旋转。

旋转电机212旋转工位切换平台207，使U型过滤坩埚206旋转到粉尘过滤位，传动装置将U型过滤坩埚206向上与密封进气口203压紧，U型过滤坩埚206对气体进行分离过滤，过滤分离后的气体通过管道从新排入气体管道中，避免对周边环境造成影响。

收集完被测气体内粉尘颗粒的U型滤膜坩埚，由旋转电机212驱动工位切换平台207旋转到称重位置，通过电子天平210完成U型滤膜坩埚重量的称量。控制箱300内的PLC控制器将根据收集粉尘颗粒物前U型滤膜坩埚的重量M1、收集粉尘颗粒物后U型滤膜坩埚的重量M2和精密流量计202测量的被测气体的流量V1三个数据，通过公式粉尘浓度X=（M2-M1）/V1自动计算出被测气体的粉尘浓度。

经过电子天平210称量过的U型滤膜坩埚通过工位切换平台207旋转到反吹位置，传动装置将U型过滤坩埚206向上与密封反吹口205压紧，将收集的粉尘颗粒反吹出U型滤膜坩埚，吹扫干净的U型滤膜坩埚经工位切换平台207旋转到电子天平210称量后，重新旋转到粉尘过滤位分离过滤新的被测气体，以进入下一个测量循环。

第一三通球阀201可使取样管101在取样状态和反吹状态之间切换，反吹取样管101能有效防止取样管101堵塞，让设备长期稳定运行。

进一步的，密封进气口203和密封反吹口205为喇叭形设计。U型过滤坩埚206为加大口径设计，直径加大，与密封进气口203和密封反吹口205的喇叭口大小相适应。U型过滤坩埚206采用加大口径设计，能大大加大过滤膜的过滤面积，减少过滤阻力，加快过滤速度。U型过滤坩埚206的配套密封进气口203和密封反吹口205都采用喇叭口设计，便于与U型过滤坩埚206的连接密封。

进一步的，取样管101包括开口朝下的弯曲部和连接在弯曲部后方的水平部，水平部环绕有加热器102。被测气体在取样管101中被加热器102环绕加热，可让被测气体保持较高温度，避免被测气体在低温时结露，导致取样管101道堵塞和影响测量精度。同时可以切换第一三通球阀201的状态，使取样管101在取样状态和反吹状态之间切换，反吹取样管101能有效防止取样管101堵塞，让设备长期稳定运行。取样管101的弯曲部具体结构是一个开口朝下的半圆环形，水平部接在弯曲部的后方。

进一步的，U型过滤坩埚206有3个，工位切换平台207上均匀布置有3个通孔，U型过滤坩埚206设置在通孔中。可使3个U型过滤坩埚206在工位切换平台207的旋转下依次进行循环测量，提高测量效率。

进一步的，传动装置位于工位切换平台207下方，包括底部固定安装平台216、导向机构218、进气顶杆213、升降丝杆214、反吹顶杆217和升降电机215，升降电机215安装在底部固定安装平台216下方，导向机构218设置在底部固定安装平台216上方，导向机构218与进气顶杆213、升降丝杆214和反吹顶杆217相连，进气顶杆213与第二三通球阀210相连。升降丝杆214通过升降电机215启动；进气顶杆213和反吹顶杆217顶端都设有用于承托U型过滤坩埚206的平台，平台的位置都低于工位切换平台207。进气顶杆213位于粉尘过滤位，即密封进气口203的正下方，反吹顶杆217位于反吹位置，即密封反吹口205的正下方。在工位切换平台207将U型过滤坩埚206旋转到粉尘过滤位和反吹位置时，进气顶杆213和反吹顶杆217通过升降丝杆214向上移动，U型过滤坩埚206落在平台上，再被压入密封进气口203和密封反吹口205，过滤和反吹结束后进气顶杆213和反吹顶杆217再向下移动，使U型过滤坩埚206重新回到通孔中，进行下一步工序。进气顶杆213与第二三通球阀210相连，能够将过滤后的压缩空气再通过密封反吹口205吹出，完成反吹、U型过滤坩埚206清尘吹扫的功能。工位切换平台207下方设置平台顶杆，平台顶杆与导向机构218相连，导向机构218保证工位切换平台207上下运动。

进一步的，电子天平210位于工位切换平台207下方，电子天平210中央设有称重杆209，称重杆209位于通孔正下方。称重杆209的顶端设有一用于承接Ｕ型过滤坩埚的平台，在称取Ｕ型过滤坩埚的重量时，旋转电机212控制工位切换平台207旋转，Ｕ型过滤坩埚旋转到电子天平210上方，升降电机215向下通过丝杆传动使工位切换平台207向下运动，让U型过滤坩埚206完全落在称重杆209顶端的平台上，完成U型过滤坩埚206的称重测量。

进一步的，PLC控制器数据接口与电子天平210的数据接口通过数据电缆相连；I/O接口与升电机、旋转电机212、第一三通球阀201和第二三通球阀210相连。使得PLC控制器能够准确读取电子天平210的称量数据和向其发送控制数据；并且完成升降电机215的升降控制、旋转电机212的旋转控制、第一三通球阀201、第二三通球阀210的状态控制及各种定位开关的状态读取等功能。

进一步的，工位切换平台207上设有光电开关。通过光电开关可准确地定位，使U型过滤坩埚206能够准确地旋转到相应工位的位置。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。