等速天平烟尘颗粒物浓度直读便携式测量系统和方法与流程

本发明涉及有组织或者无组织排放的颗粒物浓度测量，如烟尘直读等，特别是涉及一种基于等速天平的烟尘等颗粒物浓度直读的便携式测量系统和方法。

背景技术：

目前的有组织排放或者无组织排放的颗粒物浓度测量，烟尘或者无组织排放的颗粒物浓度测试在全国范围内属于常规监测，日常的监测任务非常繁重。

在大气颗粒物检测的方法中，振荡天平法为原理的现场烟尘直读测试仪在国内外已经得到广泛应用。但是采用振荡天平法测量的烟尘流量一般在1l/min左右，应用在“空气”颗粒物(如pm2.5\10\tsp)、“微克级别”的浓度的测量中。

而在有组织排放或者无组织排放的颗粒物浓度检测中，其污染物的特点是：排放的烟尘颗粒物流量大，颗粒物的浓度相对空气中要高得多(一般毫克级别)，湿度大，颗粒密度多变等特点，按照gb16157(固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法)的要求不能采用“全流”的方式用于“等速”或定流量(一般20～30l/min左右)的测量，尤其是在烟尘的高精度直读方面；因此就很难将振荡天平法应用到烟尘或是无组织排放的检测中。

在目前的烟尘或者无组织排放的检测中，通常是选用滤膜称重法，与振荡天平法相比，其需要在现场采集样本、回实验室热处理后再称量质量，进而获得质量浓度、排放浓度等数据，周期长，耗费大量人力、财力、物力，不符合国家倡导的低碳环保、高效的政策；而且滤膜称重法需要携带的设备很多，占用较大空间；在目前已有的应用在固定源烟尘检测的专利有“cn201520460472.5一种带有分流结构的振荡天平烟尘浓度直读测量仪”，但其方法核心内容为采用“分流”方案，人为的将排放物分为两股，但是分流的两股排放物的实时“等速”性很难人为控制，而烟尘的“等速”将影响振荡天平测量结果准确性，直接影响检测结果的准确性；并且该分流系统非常复杂，不适合用于高空、狭窄、环境恶劣的便携式快速现场测试。

技术实现要素：

针对上述问题，本专利提供了一种基于振荡天平法的烟尘颗粒物浓度便携式测量系统和方法，采用本装置在目前的烟尘或者无组织排放的检测中可以实现“现场直读”(现场可得颗粒物浓度、排放浓度等最终检测数据)、并且便于携带；检测结果准确符合国家检测标准。

本发明所采取的技术方案如下：

等速天平烟尘颗粒物浓度直读便携式测量系统和方法，包括质量采集单元、传感器组件、采样头、中心处理单元，所述质量采集单元包括：振腔，在振腔内设有振膜和振杆，所述振杆顶端的入口孔径为7-9mm，振杆的壁厚为0.45-0.55mm，振杆的末端孔径为19-21mm；长度为100-120mm，振杆侧面为曲线，所述振膜设置在振杆顶部；振腔上方设有进气口，振腔下方设有出气口，振腔内设有传感器组件；所述传感器组件包括温度传感器、流速传感器、压力传感器；所述采样头安置到废气排放管道中，与进气口连接；在废气管道中同样设有传感器组件；所述中心处理单元包括中心处理器、烟尘流量检测及控制单元、采样泵；所述中心处理单元与质量采集单元、传感器组件相互通讯，采样泵通过管路与振腔出气口连接。

进一步的：所述振腔包括下腔以及铰接在下腔一侧的上腔盖，下腔与上腔盖之间设有密封条、减振器、保温层以及隔振层，振腔四壁设有发热元件。

进一步的：所述进气口设置在上腔盖上，具有进气接口以及导向通道；所述导向通道上端与进气接口连接，下端向下扩展将振膜罩住。

进一步的：还包括取样管，所述取样管设置在采样头与质量采集单元之间，所述取样管内壁包裹有发热元件。

进一步的：还包括取样管，所述取样管设置在质量采集单元与中心处理单元之间。

等速天平烟尘颗粒物浓度直读便携式测量系统和方法，包括如下步骤：

(1)在烟道中设置传感器组件，通过传感器组件将烟道中的烟温、流速、烟气压力的相关信息传递给中心处理单元；

(2)通过质量采集单元完成烟道内烟尘中颗粒物的质量测量，通过质量采集单元内的传感器组件将信息传递给中心处理单元；

(3)中心处理单元完成烟尘体积采集，结合质量采集单元的质量采集数据、以及烟道内烟气的数据计算获得质量浓度、排放浓度最终数据。

有益效果

本发明适合用于高空、狭窄、环境恶劣的便携式快速现场测试。通过中心处理器实现了“现场直读”、通过特殊结构的振杆能实现烟尘的“全流”、通过烟尘流量检测及控制单元能实现烟尘流速的“等速”、并且实现了便携、符合国家标准的测量系统和方法，大大缩短检测周期。

附图说明

图1本发明的结构示意图一；

图2本发明的结构示意图二；

图3为本发明的一个振腔内部结构示意图；

图4为采用本发明的采样和滤膜称重法的烟尘颗粒物质量称重对比数据；

图中：1-温度传感器、2-流速传感器、3-烟气压力传感器、4-采样弯头、5-发热元件、51保温层；

6-质量采集单元、61-振膜、62-振杆、63-振腔、631上腔盖、632下腔，进气口66、出气口65、减震器67；

7-废气排放管道；8-含颗粒的样本气流、9-中心处理单元、10-取样管。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步详细说明。

如图1、图2、图3所示，等速天平烟尘颗粒物浓度直读便携式测量系统和方法，包括质量采集单元、传感器组件、采样头、中心处理单元，所述质量采集单元包括：振腔，在振腔内设有振膜和振杆，所述振杆顶端的入口孔径为7-9mm，振杆的壁厚为0.45-0.55mm，振杆的末端孔径为19-21mm；长度为100-120mm，振杆侧面为曲线，所述振膜设置在振杆顶部；振腔上方设有进气口，振腔下方设有出气口，振腔内设有传感器组件；所述传感器组件包括温度传感器、流速传感器、压力传感器；所述采样头安置到废气排放管道中，与进气口连接；在废气管道中同样设有传感器组件；所述中心处理单元包括中心处理器、烟尘流量检测及控制单元、采样泵；所述中心处理单元与质量采集单元、传感器组件相互通讯，采样泵通过管路与振腔出气口连接。

本发明在烟尘或者无组织排放的检测中，通过上端开口小、下端开口大、侧面为曲线的振杆，振杆上部为锥形杆、中间内凹、底部外凸，每部分之间都圆滑过渡，从顶端到末端为自由成型形成流畅的内凹的自由曲面，与以往的锥形振杆相比，此形状的振杆在烟尘流量不稳定时，尤其是在烟尘颗粒密度多变的情况下，振动反馈结果稳定可靠，在烟尘颗粒密度稳定的情况下振杆上部的起主要作用，当烟尘颗粒密度不稳定时，位于下方的凸出的拱形空间，对于振动的反馈更为敏感，保证质量采集的精度，无需将振膜取下测量，更适合在烟尘或者无组织排放的检测中使用。

振杆的入口孔径控制在8mm左右，可以实现大流量的烟尘采集，例如20～30l/min左右的烟尘流量的检测、采集。中心处理单元与各传感器组件、质量采集单元均为通讯，可以恒定温度在30至110摄氏度根据固定污染源有组织或者无组织排放的采样工况可设定；分辨能力可以达到0.1毫克，达到高精度，实现现场直读。振腔内的传感器组件的设置，通过中心处理器可以实现自动自动补偿，以适应多样化的工作环境。

振杆的各处具体参数在实际的使用过程中，根据不同的流量和分辨精度按照材料力学原理，调整振杆各参数获得所需的质量分辨率。

在中心处理单元中，设置的中心处理器可以是plc控制器，或是其他可以实现该功能的智能处理器，在此不做限定。

在本实施例中，采用电磁铁产生的磁场为振杆提供策动力；烟尘流量检测及控制单元通过流速传感器的反馈对烟尘的流速实时调整(通过控制采样泵的转速来达到调整目的)，保证烟尘的流速在一个恒定值内；质量采集单元通过测量出一定间隔时间通气前后两个振杆的两个固有频率，可以计算出滤膜上的颗粒物质量，再除以此段时间内流过的烟尘总体积就可以得到颗粒物的平均浓度，以上所有数据处理都由中心处理器完成。

进一步的：所述振腔包括下腔以及铰接在下腔一侧的上腔盖，下腔与上腔盖之间设有密封条、减振器、保温层以及隔振层，振腔四壁设有发热元件。

减振器的具体结构以及形式在此不做限定，可以是弹性材料包裹振腔、或是其他相应的结构。

在本实施例中，通过在振腔的隔振层以及减振器，通过设置减震器，使得振动不外传，避免引起二次振动；通过设置减振层在振杆的振动瞬心位置，避免振动能量耦合进来，使振杆的振动只有在有烟尘通过时才会发生，在烟尘处于大流量、颗粒物浓度变化时，可以很好的适应，避免振荡不稳定；进一步提高结果的准确性。

进一步的：进气口设置在上腔盖上，具有进气接口以及导向通道；导向通道上端与进气接口连接，下端向下扩展将振膜罩住。

导向通道保证烟尘流通稳定性更好，保证采集的烟尘全部穿过振膜，结果准确稳定。

在本实施例中，取样管如果设置在质量采集单元前与进气口连通，那么采样管内壁上需要包裹有发热元件，保证烟尘在进入质量采集单元时，处于高温，如果取样管设置在质量采集单元之后与出气口连接，那无需设置发热元件。

等速天平烟尘颗粒物浓度直读便携式测量系统和方法，包括如下步骤：

(1)在烟道中设置传感器组件，通过传感器组件将烟道中的烟温、流速、烟气压力的相关信息传递给中心处理单元；

(2)通过质量采集单元完成烟道内烟尘中颗粒物的质量测量，通过质量采集单元内的传感器组件将信息传递给中心处理单元；

(3)中心处理单元完成采样体积采集，结合质量采集单元的质量采集数据、以及烟道内烟气的数据计算获得质量浓度、排放浓度最终数据。

当采样气流通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜的质量变化导致振荡频率的变化，通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据流量、现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物的质量浓度，在此不做赘述。

图4所示，在本实施例中，提供了一种振杆的具体尺寸，杆顶端的入口孔径8mm，振杆的壁厚0.5mm，振杆的末端孔径20mm；长度110mm，在烟尘流量25l/min时，采用本方法与与滤膜称重法测得的颗粒物质量对比数值，颗粒物的质量误差在5％以内，采用本发明装置采集的数据测量结果准确、可信度高，可以实现“全流”、“等速”、便携。尤其适用于高空、狭窄、环境恶劣的便携式快速现场测试。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。