CN104819919B - 一种颗粒物排放含量检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颗粒物排放含量检测仪，其特征在于，包括：样气抽取管,与样气抽取管连通、用于对样气进行稀释处理的样气处理机构，与样气处理机构的样气颗粒物采集口垂直设置的采样滤膜，样气排放管，安装在样气排放管上的流量计，分别垂直的设置在采样滤膜的两侧的β射线放射源和射线探测器，以及与射线探测器、流量计和样气处理机构信号连接的数据采集与控制器，所述数据采集与控制器用于采集数据并计算颗粒物的排放含量，同时根据上一次的计算结果控制样气处理机构调整样气的稀释比例和测量的时间。本发明的有益之处在于：结构简单、易安装；测量结果不受颗粒物特性影响、不受组份变化和水滴影响,检测精度高、量程范围大。

Description

一种颗粒物排放含量检测仪

技术领域

本发明涉及一种颗粒物排放含量检测仪，具体涉及一种利用β射线吸收原理检测颗粒物排放含量的检测仪，属于工业排放环境检测专用设备技术领域。

背景技术

近年来，随着国家工业化的快速发展及化石燃料的大量使用，废气排放对大气环境造成了严重污染，大气中污染物的浓度不断增加，以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，大气悬浮颗粒物是主要危害之一，其中工业排放的颗粒污染物占了很大比例。

为了监测工业排放的颗粒污染物的含量，各种颗粒物排放监测仪应运而生。

中国专利《β射线大气颗粒物监测装置》(CN104359816A)公开了一种利用β射线吸收原理监测大气颗粒物的装置，从废气排放烟囱中抽取待检测的样气到检测装置时，该装置没有对样气做任何处理，这样一来，就会存在这样的问题：

(1)当样气的温度过低时，在检测装置中会出现结露现象，样气中的粉尘会溶解在露珠中，使检测准确度降低；

(2)当样气中的粉尘浓度过低时，如果检测时间不延长，会造成检测结果误差偏大，反之，当样气中的粉尘浓度过高时，如果不对样气进行稀释并延长检测时间，也会造成检测结果误差偏大。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够对样气的稀释比例和测量时间进行闭环控制、具有更高的检测精度的颗粒物排放含量检测仪。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种颗粒物排放含量检测仪，其特征在于，包括：

从废气排放烟囱中抽取待检测的样气的样气抽取管(1)；

与前述样气抽取管(1)连通、用于对样气进行稀释处理的样气处理机构(2)，前述样气处理机构(2)具有样气颗粒物采集口(3)；

与前述样气颗粒物采集口(3)垂直设置的采样滤膜(4)，前述采样滤膜(4)一端缠绕在卷料筒(7)上，另一端由伺服电机(6)拖动向前移动，卷料筒(7)从动放料；

垂直设置在前述采样滤膜(4)的另一侧且正对前述样气颗粒物采集口(3)、用于将样气送回废气排放烟囱的样气排放管(5)；

安装在前述样气排放管(5)上、用于记录每次采样的具体流量的流量计(10)；

设置在前述样气颗粒物采集口(3)的前方且分别垂直的设置在前述采样滤膜(4)的两侧的β射线放射源(8)和射线探测器(9)，前述β射线放射源(8)的射线放射口与射线探测器(9)的射线接收口二者位置正对；

以及与前述射线探测器(9)、流量计(10)和样气处理机构(2)信号连接的数据采集与控制器(11)，前述数据采集与控制器(11)用于采集射线探测器(9)和流量计(10)的数据，并根据β射线计数信号和样气单位流量计算颗粒物的排放含量，同时根据上一次的计算结果控制样气处理机构(2)调整样气的稀释比例和测量的时间。

前述的颗粒物排放含量检测仪，其特征在于，前述样气处理机构(2)包括：带加热的稀释腔体(207)，前述带加热的稀释腔体(207)上设置有样气进口、样气出口和稀释气体进口，前述样气进口处设置有样气流速计(208)和样气流量计(209)，前述稀释气体进口处依次设置有稀释气体流量计(206)、稀释气体流速计(205)、稀释气体控制阀(204)、热交换器(203)、鼓风机(202)和空气净化器(201)，前述稀释气体控制阀(204)根据样气进口处样气流速计(208)和样气流量计(209)测得的数据调整稀释气体的流量和流速。

前述的颗粒物排放含量检测仪，其特征在于，前述β射线放射源(8)为放射性活度小于5Mbq/秒的¹⁴C。

前述的颗粒物排放含量检测仪，其特征在于，前述射线探测器(9)为盖革-米勒计数器或塑料闪烁体光电倍增管。

本发明的有益之处在于：

(1)本发明的检测仪，利用β射线吸收原理检测颗粒物的排放含量，具有辐射安全的优点，并且测量结果不受颗粒物特性(粒径分布、折射系数等)影响、不受组份变化和水滴影响,检测精度高、量程范围大；

(2)本发明的检测仪，结构简单、易安装；

(3)在样气浓度过高时，样气处理机构能够根据反馈信号把稀释气体的流量增大、流速不变，使样气稀释到较低浓度进行检测；在样气浓度过低时，样气处理机构能够把稀释气体的流量减小、流速不变，同时延长采样时间，使采样滤膜有充足的时间积累样气中的颗粒物数量，保证了不同浓度下的检测精准度；

(4)流量计用来计量每次检测的样气的单位流量，通过β射线穿透率可以计算出颗粒物含量单位为毫克每平方厘米，颗粒物采集口的面积为固定值，相乘的结果就是本次采样流量内的颗粒物含量，所以不仅这个β射线穿透率的检测需要精准，采样时间内的流量检测也要非常精准才能保证最终的检测值精准，所以增设流量计可以使测量结果更精确；

(5)数据采集与控制器将每次的检测结果都反馈给样气处理机构，使样气稀释比例和测量时间按量程自动调整，实现了闭环控制。

附图说明

图1是本发明的颗粒物排放含量检测仪的组成原理图；

图2是图1中的样气处理机构的组成原理图。

图中附图标记的含义：1-样气抽取管，2-样气处理机构，201-空气净化器，202-鼓风机，203-热交换器，204-稀释气体控制阀，205-稀释气体流速计，206-稀释气体流量计，207-带加热的稀释腔体，208-样气流速计，209-样气流量计，3-样气颗粒物采集口，4-采样滤膜，5-样气排放管，6-伺服电机，7-卷料筒，8-β射线放射源，9-射线探测器，10-流量计，11-数据采集与控制器，12-颗粒物。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1，本发明的颗粒物排放含量检测仪，其包括：样气抽取管1、样气处理机构2、采样滤膜4、样气排放管5、流量计10、β射线放射源8、射线探测器9和数据采集与控制器11。

下面详细介绍各个组成部件之间的位置关系和连接关系。

样气抽取管1用于从废气排放烟囱中抽取待检测的样气，其一端与废气排放烟囱连通，另一端与样气处理机构2连通。

样气处理机构2用于对样气进行稀释处理，其具有样气颗粒物采集口3。

采样滤膜4用于附着样气中的颗粒物，其与样气颗粒物采集口3垂直设置，一端缠绕在卷料筒7上，另一端由伺服电机6拖动向前移动，卷料筒7从动放料。使用伺服电机6拖动采样滤膜4，相对于步进电机、同步电机、异步电机控制位置，伺服电机6可以使采样滤膜4的定位精度更准确，伺服电机的特性保证了电机转速和步数的稳定，避免因丢步或转速不稳定对位置控制的偏差造成的检测结果不准确的情况。

样气排放管5用于将样气送回废气排放烟囱，其垂直设置在采样滤膜4的另一侧，并且管口正对着样气颗粒物采集口3。

流量计10用于记录每次采样的具体流量，其安装在样气排放管5上。

β射线放射源8和射线探测器9二者都设置在样气颗粒物采集口3的前方，并且分别垂直的设置在采样滤膜4的两侧，同时，β射线放射源8的射线放射口与射线探测器9的射线接收口二者位置正对。β射线放射源8为放射性活度小于5Mbq/秒的¹⁴C，因为使用了极低能量的β射线源，按国家规定分类属于豁免类，所以可以安全放心使用。射线探测器9既可以是盖革-米勒计数器，也可以是塑料闪烁体光电倍增管。其中，盖革-米勒计数器反应灵敏，但属于易耗品，寿命有限，可以选择使用在温度适中的环境；塑料闪烁体光电倍增管测量准确，不是易耗品，可长期使用。

通过β射线穿透率可以计算出颗粒物含量单位为毫克每平方厘米，颗粒物采集口3的面积为固定值，相乘的结果就是本次采样流量内的颗粒物含量，所以不仅这个β射线穿透率的检测需要精准，采样时间内的流量检测也要非常精准才能保证最终的检测值精准，所以本发明增设的流量计10可以使测量结果更精确。

数据采集与控制器11与射线探测器9、流量计10和样气处理机构2信号连接，其用于采集射线探测器9和流量计10的数据，并根据β射线计数信号和样气单位流量计算颗粒物的排放含量，同时根据上一次的计算结果控制样气处理机构2调整样气的稀释比例和测量的时间。

由于在不同的时间内排放颗粒物的浓度可能会有所不同，所以在本发明中，数据采集与控制器11将每次的检测结果都反馈给样气处理机构2，样气处理机构2调整稀释气体流量，把样气浓度稀释到适合的比例并把测量时间调整到合理值，使检测结果更精确，此过程形成闭环控制。

参照图2，下面详细介绍样气处理机构2的结构。

样气处理机构2包括：带加热的稀释腔体207，其上设置有样气进口、样气出口和稀释气体进口，其中，样气进口处还设置有样气流速计208和样气流量计209，稀释气体进口处还依次设置有稀释气体流量计206、稀释气体流速计205、稀释气体控制阀204、热交换器203、鼓风机202和空气净化器201，稀释气体控制阀204能够根据样气进口处样气流速计208和样气流量计209测得的数据调整稀释气体的流量和流速。

样气处理机构2调节样气浓度和温度的原理为：

鼓风机202将外界空气抽入样气处理机构2，外界空气先经过空气净化器201去除灰尘，然后经过热交换器203加热后形成稀释气体，稀释气体将从稀释气体进口进入到带加热的稀释腔体207中；样气从样气抽取管1进入样气处理机构2的带加热的稀释腔体207前，由样气流速计208和样气流量计209先测量样气的流速与流量，然后稀释气体控制阀204根据样气进口处样气流速计208和样气流量计209测得的数据调整稀释气体流量和流速，在带加热的稀释腔体207中样气和稀释气体进行充分混合，从而完成对样气的稀释。

由于稀释气体与采样气体流速相同，所以采样气体在气路中前进一段距离后稀释的浓度可以很稳定，同时，由于稀释气体的温度在充入带加热的稀释腔体207前已经进行稳定，所以在稀释的过程中，样气的温度也被稳定的控制在与稀释气体一样的温度。

本发明的颗粒物排放含量检测仪的检测原理如下：

样气抽取管1从废气排放烟囱中抽取待检测的样气到样气处理机构2中，样气处理机构2通过注入净化过的压缩空气把样气浓度和温度控制在要求的范围，然后样气通过颗粒物采集口3渗透穿过采样滤膜4，样气中的颗粒物被截留在采样滤膜4上，按设定的采样时间等待后，伺服电机6拖动采样滤膜4向前移动指定距离，卷料筒7从动放料，采样滤膜4上附着的颗粒物12到达β射线放射源8和射线探测器9之间，β射线放射源8发出的β射线在穿透颗粒物12和采样滤膜4时被部分吸收，颗粒物12越厚被吸收的部分越多，射线探测器9接收到的β射线计数就越少，产生的信号越弱，渗透过采样滤膜4的样气通过样气排放管5排放回烟囱，不造成二次污染。流量计10记录每次采样的具体流量，数据采集与控制器11根据采集到的β射线计数信号和流量计10测得的数据进行计算，具体的，数据采集与控制器11先根据β射线穿透率与吸收物质厚度的数学关系计算出吸收物质的质量密度，再根据流量计10测得的单位流量最终准确计算出颗粒物排放含量，计算出颗粒物排放含量后，数据采集与控制器11再将每次的检测结果都反馈给样气处理机构2，样气处理机构2根据上一次的测量结果进行稀释比例和测量时间的调整，使样气的稀释过程做到闭环控制，具体的，在样气浓度过高时，样气处理机构2根据数据采集与控制器11的反馈信号把稀释气体的流量增大、流速不变，使样气稀释到较低浓度进行检测，在样气浓度过低时，样气处理机构2把稀释气体的流量减小、流速不变，同时延长采样时间，使采样滤膜4有充足的时间积累样气中的颗粒物数量，保证不同浓度下的检测精准度。此处，测量时间即计数时间，灰尘量少的时候，适当延长测量时间可确保测量的精度。

由此可见，本发明的颗粒物排放含量检测仪利用β射线吸收原理来检测颗粒物的排放含量，所以具有辐射安全、检测精度高、结构简单易安装等优点。

此外，本发明的颗粒物排放含量检测仪，其采样时间从15分钟到24小时或更长，操作人员可以随意设定采样时间，使用十分便捷。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种颗粒物排放含量检测仪，其特征在于，包括：

从废气排放烟囱中抽取待检测的样气的样气抽取管(1)；

与所述样气抽取管(1)连通、用于对样气进行稀释处理的样气处理机构(2)，所述样气处理机构(2)具有样气颗粒物采集口(3)；

与所述样气颗粒物采集口(3)垂直设置的采样滤膜(4)，所述采样滤膜(4)一端缠绕在卷料筒(7)上，另一端由伺服电机(6)拖动向前移动，卷料筒(7)从动放料；

垂直设置在所述采样滤膜(4)的另一侧且正对所述样气颗粒物采集口(3)、用于将样气送回废气排放烟囱的样气排放管(5)；

安装在所述样气排放管(5)上、用于记录每次采样的具体流量的流量计(10)；

设置在所述样气颗粒物采集口(3)的前方且分别垂直的设置在所述采样滤膜(4)的两侧的β射线放射源(8)和射线探测器(9)，所述β射线放射源(8)的射线放射口与射线探测器(9)的射线接收口二者位置正对；

以及与所述射线探测器(9)、流量计(10)和样气处理机构(2)信号连接的数据采集与控制器(11)，所述数据采集与控制器(11)用于采集射线探测器(9)和流量计(10)的数据，并根据β射线计数信号和样气单位流量计算颗粒物的排放含量，同时将每次的检测结果都反馈给样气处理机构(2)，样气处理机构(2)调整稀释气体流量，把样气浓度稀释到适合的比例并把测量时间调整到合理值，形成闭环控制。

2.根据权利要求1所述的颗粒物排放含量检测仪，其特征在于，所述样气处理机构(2)包括：带加热的稀释腔体(207)，所述带加热的稀释腔体(207)上设置有样气进口、样气出口和稀释气体进口，所述样气进口处设置有样气流速计(208)和样气流量计(209)，所述稀释气体进口处依次设置有稀释气体流量计(206)、稀释气体流速计(205)、稀释气体控制阀(204)、热交换器(203)、鼓风机(202)和空气净化器(201)，所述稀释气体控制阀(204)根据样气进口处样气流速计(208)和样气流量计(209)测得的数据调整稀释气体的流量和流速，使得稀释气体与采样气体流速相同。

3.根据权利要求1或2所述的颗粒物排放含量检测仪，其特征在于，所述β射线放射源(8)为放射性活度小于5Mbq/秒的¹⁴C。

4.根据权利要求1或2所述的颗粒物排放含量检测仪，其特征在于，所述射线探测器(9)为盖革-米勒计数器。

5.根据权利要求1或2所述的颗粒物排放含量检测仪，其特征在于，所述射线探测器(9)为塑料闪烁体光电倍增管。