CN105021503B - 适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统及方法，包括：动力装置、粉尘预制加料装置、温度变送器、压力变送器、检测仪标定节点装置。动力装置用于给含粉尘气体的循环提供动力；粉尘预制加料装置用于将已知质量的粉尘样品制作成预制浓度的粉尘气体，定量加入到系统中，并对泄漏气体进行补偿；温度变送器用于测量粉尘浓度标定系统中粉尘气体的温度；压力变送器用于测量粉尘浓度标定系统中粉尘气体的压力；检测仪标定节点装置用于安装粉尘浓度检测仪，并测量出更换粉尘浓度检测仪时的含粉尘气体泄漏量。本发明简化了传统粉尘浓度检测仪的标定步骤，提高了检测效率，并得到精确的标定结果。

Description

适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统及方法

技术领域

本发明涉及粉尘浓度检测仪的标定，具体地，涉及一种适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统及方法。

背景技术

基于光电学的测量粉尘浓度的方法目前已经得到广泛应用，由于我国粉尘检测仪器行业起步较国外晚，高端粉尘测试仪发展水平相对落后，造成相关产品质量性能与国际先进水平相比仍然存在较大差距。基于滤膜质量测定的方法得到的结果虽然相对准确，但是测试过程复杂、持续时间长且构建一套标定系统成本较高，且标定时效率比较低。对于采用快速光电检测法的粉尘检测仪，目前缺乏一种便于推广的实用标定系统，粉尘测量仪在出厂时一般厂家只做关于线性、重复性方面的测试，最终必须与滤膜质量测定的结果对比，校准K值后方能得到相对准确的结果，这种方法多有不便，不利于光电测量粉尘检测仪行业水平的提升。本文系提供一种适用于快速光电测量粉尘浓度检测仪所使用的标定装置相关的系统描述。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统及方法。

根据本发明提供的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，包括密封管道、动力装置、粉尘预制加料装置、温度变送器、压力变送器、检测仪标定节点装置，其中，所述动力装置、粉尘预制加料装置、温度变送器、压力变送器、检测仪标定节点装置设置在密封管道构成的循环回路上；

-所述动力装置，用于给含粉尘气体的循环提供动力；

-所述粉尘预制加料装置，用于将已知质量的粉尘样品制作成预制浓度的含粉尘的气体，定量加入到密封管道中，并对泄漏的含粉尘气体进行补偿；

-所述温度变送器，用于测量所述含粉尘气体的温度；

-所述压力变送器，用于测量所述含粉尘气体的压力；

-所述检测仪标定节点装置，用于安装粉尘浓度检测仪，并测量出更换粉尘浓度检测仪时所述含粉尘气体的泄漏量。

优选地，还包括电荷中和装置，所述电荷中和装置设置在密封管道构成的循环回路上，用于中和所述含粉尘气体中粉尘表面所带的电荷。

优选地，还包括旋风分离装置，所述旋风分离装置设置在密封管道构成的循环回路上，用于分离循环回路中的大颗粒粉尘或者多个粉尘团聚起来的大颗粒。

优选地，还包括超声波粉碎装置，所述超声波粉碎装置设置在密封管道构成的循环回路上，用于将旋风分离装置分离出来的大颗粒粉尘进行粉碎，使破碎后细微粉尘随上升气流重新投入到循环回路的风道中。

优选地，还包括管道温度控制装置，所述管道温度控制装置设置在密封管道构成的循环回路上，且所述管道温度控制装置包括：加热装置、冷却装置，并用于控制循环回路中含粉尘气体的温度。

优选地，还包括超声波振荡器、管道振动装置，所述超声波振荡器、管道振动装置均匀地分布在密封管道构成的循环回路上；所述超声波振荡器用于清理密封管道壁上粘结的粉尘；所述管道振动装置用于阻止粉尘粘结在密封管道壁上。

优选地，还包括湿度变送器、PLC控制系统，所述湿度变送器用于获取密封管道局部位置空间的含尘气体湿度；所述PLC控制系统用于控制密封管道上各装置所在点位的工作情况，并获取所述各装置测得的即时数据。

根据本发明提供的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定方法，包括如下步骤：

步骤1：建立粉尘浓度标定系统，加入粉尘样品，计算加入的粉尘样品的浓度以供粉尘检测仪标定时使用；

步骤2：在所述粉尘浓度标定系统之前设置与该粉尘浓度标定系统相同的子粉尘浓度标定系统，用于对粉尘气体进行预制，并对所述粉尘浓度标定系统的气体泄漏量误差进行相应的补偿。

优选地，所述步骤1中粉尘样品的浓度计算公式如下：

C1＝(m1+m2+…mi)/V1；

P1*V1/T1＝P2*V2/T2；

则：

V2＝P1xV1xT2/T1/P2；

C2＝(m1+m2+…mi)/V2；

式中：C1表示工况含粉尘气体的总质量浓度，m1表示第一种粉尘样品的质量，m2表示第二种粉尘样品的质量，mi表示第i种粉尘样品的质量，i为大于1的自然数，V1表示含粉尘气体工况密闭环境的容积，P1表示含粉尘气体的工况压力，T1表示含粉尘气体的工况温度，P2表示含粉尘气体的标况压力，T2表示含粉尘气体的标况温度，V2表示含粉尘气体换算后的标况体积，C2表示标况含粉尘气体的总质量浓度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中的系统简化了传统的粉尘浓度检测仪的检测步骤，设置一个封闭的粉尘气体循环通道，通过计算得到总粉尘的质量浓度后用于粉尘浓度检测仪的标定，从而无需与粉尘滤膜质量测定的结果进行对比，效率更高。

2、本发明中的方法设置了一个与粉尘浓度标定系统相同的子系统，用于对粉尘气体进行预制，并对所述粉尘浓度标定系统的气体泄漏量误差进行相应的补偿，从而能够有效控制该粉尘浓度标定系统的精度，提高了粉尘浓度检测仪的可靠性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统方框图；

图2为本发明提供的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统的结构示意图；

图中：

1-动力装置；

2-粉尘预制加料装置；

3-电荷中和装置；

4-旋风分离装置；

5-超声波粉碎装置；

6-管道温度控制装置

7-超声波振荡器；

8-管道振动装置；

9-检测仪标定节点装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本法明中的方法旨在提供一种质量浓度稳定的气溶胶(含粉尘气体)，用于光电法测量粉尘浓度的检测仪的标定，相对来说标定结果与现实状态的误差能够得到控制，通过子系统可以实现对本装置进行误差补偿，通过测定值可以对标定的检测仪进行软件数据修正。本装置方法投资成本不高，设备装置制作难度不大，维护简单，便于设定多套浓度方案进行不同浓度的气溶胶标定比对，对于光电法检测粉尘浓度的测量仪表的生产厂家具有现实意义。

根据本发明提供的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，包括密封管道，其特征在于，还包括：动力装置1、粉尘预制加料装置2、温度变送器、压力变送器、检测仪标定节点装置9，其中，所述动力装置1、粉尘预制加料装置2、温度变送器、压力变送器、检测仪标定节点装置9设置在密封管道构成的循环回路上；

-所述动力装置1，用于给含粉尘气体的循环提供动力；

-所述粉尘预制加料装置2，用于将已知质量的粉尘样品制作成预制浓度的含粉尘的气体，定量加入到密封中，并对泄漏的含粉尘气体进行补偿；

-所述温度变送器，用于测量所述含粉尘气体的温度；

-所述压力变送器，用于测量所述含粉尘气体的压力；

-所述检测仪标定节点装置，用于安装粉尘浓度检测仪，并测量出更换粉尘浓度检测仪时所述含粉尘气体的泄漏量。

所述的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，还包括湿度变送器、PLC控制系统，所述湿度变送器用于获取密封管道局部位置空间的含尘气体湿度；所述PLC控制系统用于控制粉尘浓度标定系统上各装置点位的工作情况，并获取各装置点的即时数据。

根据本发明提供的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：建立粉尘浓度标定系统，加入粉尘样品，计算加入的粉尘样品的浓度以供粉尘检测仪标定时使用；

步骤2：在所述粉尘浓度标定系统之前设置与该粉尘浓度标定系统相同的子粉尘浓度标定系统，用于对粉尘气体进行预制，并对所述粉尘浓度标定系统的气体泄漏量误差进行相应的补偿。

所述步骤1中粉尘样品的浓度计算公式如下：

C1＝(m1+m2+…mi)/V1；

P1*V1/T1＝P2*V2/T2；

则：

V2＝P1xV1xT2/T1/P2；

C2＝(m1+m2+…mi)/V2；

式中：C1表示工况含粉尘气体的总质量浓度，m1表示第一种粉尘样品的质量，m2表示第二种粉尘样品的质量，mi表示第i种粉尘样品的质量，i为大于1的自然数，V1表示含粉尘气体工况密闭环境的容积，P1表示含粉尘气体的工况压力，T1表示含粉尘气体的工况温度，P2表示含粉尘气体的标况压力，T2表示含粉尘气体的标况温度，V2表示含粉尘气体换算后的标况体积，C2表示标况含粉尘气体的总质量浓度。

具体地，提供已知颗粒度、分散度的粉尘样品，加入到可控的密闭的循环流化环境中，使得达成符合设计要求的含已知粉尘浓度的烟气(气溶胶或者含粉尘气体)的一种模拟方法。

更进一步地，本发明适用于封闭式测量方式，不适应于开放的取样方式。

C1表示工况含粉尘气体的总质量浓度，单位为mg/m³，m1表示第一种粉尘样品的质量，单位mg；m2表示第二种粉尘样品的质量，单位mg；V1表示含粉尘气体工况密闭环境的容积，单位m³；P1表示含粉尘气体的工况压力，即表压+101.325，单位为kPa；T1表示含粉尘气体的工况温度即表温℃+273.15K；P2表示含粉尘气体的标况压力取101.325kPa；T2表示含粉尘气体的标况温度取273.15K；V2表示含粉尘气体换算后的标况体积单位为m³；C2表示标况含粉尘气体的总质量浓度，单位为mg/Nm³。

本发明在设计时预先设定在密闭环境中，则气体总体积不变，根据查理定律，则(表压/表温)始终为常数，表现为线性关系，经过测定计算此常数可以用于验证本装置密闭环境的稳定性和可靠性。

由于本发明中的系统里含粉尘气体在持续循环运行，必须要保证环境的密闭性，和做好防止粉尘黏附、团聚，则系统将持续提供一种已知粉尘浓度的烟气(含粉尘气体)样品供粉尘检测仪标定使用。

模拟的粉尘浓度的准确性和精度与风道环境的容积的量级成正比、与漏风率、粉尘黏附率等不利因素成反比；即最终得到的结果必然收到环境的密闭性、温度、湿度、压力、和粉尘黏附、团聚等因素的影响，本系统注重控制不利因素的影响，以维持标定检测节点位置的含尘气体各相关因素的稳定性，以使该状态最终适合标定粉尘检测仪的使用。

更进一步地，密封管道中的各功能部件或者装置，应采用无泄漏、无污染、高可靠度的方案。建议系统管路采用316L光亮不锈钢无缝管制作，其他风道和装置内部粗糙度Ra须高于0.8，设计时应根据具体部件和装置的特性遵循散式或者聚式流化态的设计原则进行设计，密封管道中的容积应可事先准确测量，并易于清理，各装置部件应做导线连通并接地，对地电阻Re应小于1Ω。

所述的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，还包括电荷中和装置3，所述电荷中和装置3设置在密封管道构成的循环回路上，用于中和所述含粉尘气体中粉尘表面所带的电荷。

所述的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，还包括旋风分离装置4，所述旋风分离装置4设置在密封管道构成的循环回路上，用于分离循环回路中的大颗粒粉尘或者多个粉尘团聚起来的大颗粒。

所述的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，还包括超声波粉碎装置5，所述超声波粉碎装置5设置在密封管道构成的循环回路上，用于将旋风分离装置4分离出来的大颗粒粉尘进行粉碎，使破碎后细微粉尘随上升气流重新投入到循环回路的风道中。

所述的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，还包括管道温度控制装置6，所述管道温度控制装置6设置在密封管道构成的循环回路上，且所述管道温度控制装置6包括：加热装置、冷却装置，并用于控制循环回路中含粉尘气体的温度。

所述的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，还包括超声波振荡器7、管道振动装置8，所述超声波振荡器7、管道振动装置8均匀地分布在密封管道构成的循环回路上；所述超声波振荡器7用于清理密封管道壁上粘结的粉尘；所述管道振动装置8用于阻止粉尘粘结在密封管道壁上。

具体地，动力装置1可以选用一款优质的干式无油的能稳定提供动力的增压装置，且允许一定浓度的粉尘通过，并要求对进出的气流无污染，对壳体、接口和密封应该提出一定的要求，防止循环风道环境的密封性收到影响，应使用防腐耐磨材料制作，可以通过控制系统来调节转速，以提供气体循环的动力。

粉尘预制加料装置2将称量好的粉尘样品制作成预制浓度气体样品，并能定量加入到循环风道中，加入量应可准确计量，且可以对系统的泄漏进行补偿。

电荷中和装置3设置在循环管路中，将粉尘表面所带的电荷中和掉，达到消除静电防止粉尘团聚的目的。此外，离子发生装置不利于利用静电原理测量粉尘浓度的检测仪。

旋风分离装置4可以将粉尘中的大颗粒(粒径大于20um)和因各种原因团聚起来的大颗粒从循环流化的气溶胶中分离出来的一种特制旋风筒。

超声波粉碎装置5将旋风分离装置分离出来的颗粒物进行粉碎，使破碎后细微颗粒随上升气流重新投入进循环风道中。

管道温度控制装置6由管道加热和管道冷却装置和管路组成，用来强制控制管道中含尘气体的温度。

超声波振荡器7均布于管道设备中，用于管道壁上粘结粉尘的清理，由PLC系统控制动作频率与顺序。

管道振动装置8均布于管道设备中，用于防止粉尘粘结在管道壁上，由PLC系统控制动作频率与顺序。

温度变送器用于获取烟气(含粉尘气体)管道局部位置空间的含尘气体温度。

湿度变送器用于获取烟气(含粉尘气体)管道局部位置空间的含尘气体湿度。

压力变送器用于获取烟气(含粉尘气体)管道局部位置空间的气压。

PLC控制系统用于控制各设备点位工作方式，用于获取各传感器的即时数据用于数据处理。

检测仪标定节点装置9能实现准确测量出更换时的泄漏量(单次泄漏量应小于总环境容积的0.1‰)的烟气短路管道装置，能准确计量出通过的气体流量和节点开放时的泄漏量，能灵活配合所需标定的粉尘检测仪的安装使用。

具体地，工况下的颗粒度应能符合最终检测要求，应选用不易产生静电团聚的材料，热膨胀系数尽可能小，可以适当配比吸水性较强的材料，物理化学性质应尽量稳定。

颗粒度要求：原始颗粒度应选择在1800目以上，分散度应模拟最终需求的粉尘颗粒度，考虑到部分粉尘的团聚，原始粉尘样品应选择较细的样品；

样品成分应用：可以适当的选择比电阻交低的材料，石墨具有良好的导电性，可以选用适当的石墨粉进行配比，生石灰粉具有一定的吸湿效果，可以吸取管道中封闭前余留的湿气，可以配以少量2000目以上细度生石灰。

更进一步地，在多数情况下，最终形成的气溶胶与预期设计值的误差在设备运行初期较为稳定，随着标定次数的增加，泄漏量即使相对很少，但是随着累积量越来越大，含尘气体的补偿量总计误差也越来越大，最终会使得整个系统失效。

所以在此情况下，对粉尘预制加料装置进行重新设计，如图1所示，设计成与标定系统相同的子系统，对于本装置的精度补偿来说有益处，形成一套标定系统套子系统的系统装置，将最终的误差推向前一级子系统，保证最终用于标定的系统始终具备一定的稳定性和可靠度。

密封管道中的气体温度、压力应维持在一个相对稳定的环境下，对于粉尘测量仪标定节点装置前后的温度和压力的稳定性来说尤其重要。

鉴于粉尘在通道中快速的流动，容易产生静电电荷，造成粉尘团聚这种的不利影响，故建议在不影响流化的情况下采用低流速设计，标定节点装置采用支路流道方式，设计流速建议控制在20L-40L/min，以便于粉尘检测仪的测值和标定。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，包括密封管道，其特征在于，还包括：动力装置(1)、粉尘预制加料装置(2)、温度变送器、压力变送器、检测仪标定节点装置(9)，其中，所述动力装置(1)、粉尘预制加料装置(2)、温度变送器、压力变送器、检测仪标定节点装置(9)设置在密封管道构成的循环回路上；

-所述动力装置(1)，用于给含粉尘气体的循环提供动力；

-所述粉尘预制加料装置(2)，用于将已知质量的粉尘样品制作成预制浓度的含粉尘气体，定量加入到密封管道中，并对泄漏的含粉尘气体进行补偿；

-所述温度变送器，用于测量所述含粉尘气体的温度；

-所述压力变送器，用于测量所述含粉尘气体的压力；

-所述检测仪标定节点装置，用于安装粉尘浓度检测仪，并测量出更换粉尘浓度检测仪时所述含粉尘气体的泄漏量。

2.根据权利要求1所述的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，其特征在于，还包括电荷中和装置(3)，所述电荷中和装置(3)设置在密封管道构成的循环回路上，用于中和所述含粉尘气体中粉尘表面所带的电荷。

3.根据权利要求1所述的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，其特征在于，还包括旋风分离装置(4)，所述旋风分离装置(4)设置在密封管道构成的循环回路上，用于分离循环回路中的大颗粒粉尘或者多个粉尘团聚起来的大颗粒。

4.根据权利要求3所述的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，其特征在于，还包括超声波粉碎装置(5)，所述超声波粉碎装置(5)设置在密封管道构成的循环回路上，用于将旋风分离装置(4)分离出来的大颗粒粉尘进行粉碎，使破碎后细微粉尘随上升气流重新投入到循环回路的风道中。

5.根据权利要求1所述的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，其特征在于，还包括管道温度控制装置(6)，所述管道温度控制装置(6)设置在密封管道构成的循环回路上，且所述管道温度控制装置(6)包括：加热装置、冷却装置，并用于控制循环回路中含粉尘气体的温度。

6.根据权利要求1所述的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，其特征在于，还包括超声波振荡器(7)、管道振动装置(8)，所述超声波振荡器(7)、管道振动装置(8)均匀地分布在密封管道构成的循环回路上；所述超声波振荡器(7)用于清理密封管道壁上粘结的粉尘；所述管道振动装置(8)用于阻止粉尘粘结在密封管道壁上。

7.根据权利要求1所述的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定系统，其特征在于，还包括湿度变送器、PLC控制系统，所述湿度变送器用于获取密封管道的含尘气体湿度；所述PLC控制系统用于控制密封管道上各装置所在点位的工作情况，并获取所述各装置测得的即时数据。

8.一种适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：建立粉尘浓度标定系统，加入粉尘样品，计算加入的粉尘样品的浓度以供粉尘检测仪标定时使用；

步骤2：在所述粉尘浓度标定系统之前设置与该粉尘浓度标定系统相同的子粉尘浓度标定系统，用于对粉尘气体进行预制，并对所述粉尘浓度标定系统的气体泄漏量误差进行相应的补偿。

9.根据权利要求8所述的适用于光电法粉尘浓度检测仪的粉尘浓度标定的方法，其特征在于，所述步骤1中粉尘样品的浓度计算公式如下：

C1＝(m1+m2+…mi)/V1；

P1*V1/T1＝P2*V2/T2；

则：

V2＝P1xV1xT2/T1/P2；

C2＝(m1+m2+…mi)/V2；

式中：C1表示工况含粉尘气体的总质量浓度，m1表示第一种粉尘样品的质量，m2表示第二种粉尘样品的质量，mi表示第i种粉尘样品的质量，i为大于1的自然数，V1表示含粉尘气体工况密闭环境的容积，P1表示含粉尘气体的工况压力，T1表示含粉尘气体的工况温度，P2表示含粉尘气体的标况压力，T2表示含粉尘气体的标况温度，V2表示含粉尘气体换算后的标况体积，C2表示标况含粉尘气体的总质量浓度。