CN105181543B - 一种风管式粉尘传感器及粉尘浓度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风管式粉尘传感器，包括：设置在风道外的传感器部件，用于检测粉尘浓度；空气取样管，穿过风道壁，且一端连接所述传感器部件一端设置于所述风道内，用于从风道中采集被测气体并传送至所述传感器部件以及将所述传感器部件检测过的气体传送至所述风道内；固定装置，用于将空气取样管紧固在风道壁上。本发明还提供一种粉尘浓度检测方法。

Description

一种风管式粉尘传感器及粉尘浓度检测方法

技术领域

本发明涉及一种风管式粉尘传感器及其检测方法，具体涉及一种在通风管道等场合使用的风管式粉尘传感器，通过本风管式粉尘传感器，实现对通风管道中的粉尘浓度的检测。

背景技术

随着人们对生产、生活环境要求的逐步提升，各种通风系统的应用也越来越多，主要涉及厂房空气净化系统、中央空调系统、送回风系统等。通风系统的使用离不开通风管道，而通风管道通过出风口、回风口与室内形成相对封闭间，这样，通风管道中的积尘等会随着空调风吹到室内各个角落，反而变成室内空气的污染源。在一些情况下，还需要粉尘浓度的信息以实现空调等系统的自动控制，因此，对通风管道中的粉尘浓度进行检测很有必要。但是，传统的粉尘传感器需要被安装在通风管道内才能工作，由于施工人员通常无法进入通风管道内，从外部向通风管道内安装传感器的操作十分复杂，而且必须在通风管道的管壁上开设施工口，传感器安装完成后再对施工口进行修补。这种方式对通风管道本身造成破坏，影响其寿命，施工口的修补部位的寿命也不乐观，同时当传感器出现故障需要维修时则需要重新破坏修补部位取出传感器，维修完成后再重复上述安装操作。这使得粉尘传感器在通风管道等场合的使用受到极大的限制。另外，粉尘传感器本身包括电子元件等，对安装环境有一定的防尘防水要求，如果在通风管道中的潮湿及具有粉尘的环境中使用必须外加足够级别的防水防尘保护措施，这会大大增加传感器的制造成本。另外，通风管道中的风速经常要比粉尘传感器的一般应用环境中的风速大很多，传统的粉尘传感器在较大的风速下也无法实现准确测量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种风管式粉尘传感器，包括：设置在风道外的传感器部件，用于检测粉尘浓度；空气取样管，穿过风道壁，且一端连接所述传感器部件一端设置于所述风道内，用于从风道中采集被测气体并传送至所述传感器部件以及将所述传感器部件检测过的气体传送至所述风道内；固定装置，用于将空气取样管紧固在风道壁上。

优选地，所述空气取样管内设置有将管内分隔为进风通道和送风通道的分隔部件。

优选地，所述进风通道上开设有进风口，所述送风通道上开设有出风口。

优选地，所述空气取样管在风道内的一端的顶部开放。

优选地，所述进风通道上设置有滤网，所述滤网设置在所述空气取样管的进风口与进风通道连接传感器部件的端部之间的位置。

优选地，所述传感器部件包括进风口和出风口；所述进风通道在靠近所述传感器部件的方向上逐渐扩展，其截面逐渐变为与传感器部件的进风口相适应的形状从而连接所述传感器部件的进风口；所述送风通道在连接传感器部件的位置上具有向侧面的开口，所述传感器部件的出风口连接所述送风通道上的侧向的开口。

优选地，所述固定装置为固定法兰，所述固定法兰具有将自身固定在风道壁上的第一固定部件和将所述空气取样管固定在所述固定法兰上的第二固定部件。

优选地，所述空气取样管上设置有定位筋，所述第二固定部件上设置有与所述定向筋形状相适应的定向槽。

优选地，所述固定法兰上设置有用于指示所述风管式粉尘传感器的安装方向的标识。

优选地，所述空气取样管上的定位筋的位置指示所述风管式粉尘传感器的安装方向。

优选地，还包括第三固定部件；所述第三固定部件与所述第二固定部件和所述空气取样管分别固定连接，并且所述第三固定部件在所述空气取样管的安装位置处具有可拆卸的密封装置。

本发明还提供一种利用风管式粉尘传感器检测粉尘浓度的粉尘浓度检测方法，包括：利用固定装置将空气取样管紧固在风道壁上的步骤；利用空气取样管穿过风道壁，从风道中采集被测气体并传送至传感器部件的步骤；以及用设置在风道外的传感器部件检测粉尘浓度的步骤。

本发明提供的风管式粉尘传感器，将粉尘传感器安装在一个的传感器外壳中，被测气体通过空气取样管进入粉尘传感器，这种结构，可以使粉尘传感器的安装环境达到IP54/IP55的防护等级要求，而且粉尘传感器不与风道中的被测气体直接接触，故障率更低、使用寿命更长。因被测气体通过空气取样管进入粉尘传感器进行测量，测量是在一个稳定的环境下进行，通风管道中的风速对测量值的影响不大，可以准确测量出检测点的粉尘浓度。空气取样管的管中设置的分隔板，将管内分隔为进风通道和送风通道，进、出风完全被隔开，两者互不干涉，测量风速更稳定。空气取样管的伸入传感器外壳的一端的送风通道一侧，还开设有开口，有助于检测完成后，聚集在粉尘传感器1中的气体快速流出。进风通道的进风口为过滤结构，空气中夹杂的大的异物被阻隔，降低对测量结果的不良影响。空气取样管的进风口与进风通道连接传感器部件的端部之间设置有可拆卸更换或清洗的滤网，能够进一步阻隔空气夹杂中大的异物。本发明中的风管式粉尘传感器，采用法兰固定、定向槽定向、螺栓或螺母紧固的安装方式，简单、快速即可完成安装。

附图说明

图1为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的结构示意图；

图2为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的粉尘传感器的结构示意图；

图3为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的空气取样管的内部结构示意图；

图4为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的空气取样管与粉尘传感器连接的一端的结构示意图；

图5为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的安装示意图；

图6为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的手动安装示意图；

图7为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的紧固件的示意图；

图8为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的另一手动安装的示意图。

具体实施方式

下面根据附图所示实施方式阐述本发明。此次公开的实施方式可以认为在所有方面均为例示，不具限制性。本发明的范围不受以下实施方式的说明所限，仅由权利要求书的范围所示，而且包括与权利要求范围具有同样意思及权利要求范围内的所有变形。

图1为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的结构示意图。如图1所示，风管式粉尘传感器包括粉尘传感器1、空气取样管2、传感器外壳3、数据输出接口4及固定法兰5。固定法兰5可以固定在通风管道的管壁上。空气取样管2穿过固定法兰5并被固定法兰5固定，其一端伸入通风管道中，一端留在通风管道外。粉尘传感器1连接空气取样管2在通风管道外的一端。传感器外壳3和数据输出接口4设置在粉尘传感器1的外部。

图2为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的粉尘传感器的结构示意图。如图2所示，本实施方式的粉尘传感器1包括气流通道11、风速监测单元12、发光单元13、受光单元14和控制单元15。风速监测单元12设置于气流通道11内，检测流入的被测空气的风速，并将检测结果传输给控制单元15。气流通道11在粉尘传感器的进风口和出风口之间，设置在粉尘传感器1内的暗室中，避免受外界光的影响。发光单元13和受光单元14设置于气流通道11的侧方，发光单元13向气流通道1照射光，受光单元14设置在能够接收到散射光的位置。受光单元14为光电转换装置，将接收到的散射光转换为电信号。控制单元15根据风速监测单元12输入的风速检测结果，对照预先标定的风速与流量的对应关系，计算可得到当前空气流量。在本实施方式中，控制单元15包括流量补偿单元（未图示）和检测结果计算单元（未图示），其中的流量补偿单元根据风速检测单元12反馈的风速，对颗粒物浓度检测结果进行补偿。检测结果计算单元根据所述空气流量和受光单元14输出的电信号计算出最终检测结果。除了上述例子，粉尘传感器1也可以选择其他类型的粉尘传感器。

粉尘传感器1安装于密封性良好的传感器外壳3中以实现较高的防尘防水等防护等级。传感器外壳3上留有供空气取样管2通过的通孔，通孔处有防水防尘措施，以确保粉尘传感器1处于密封状态。由于本发明的粉尘传感器1的位置位于通风管道外，对于防护等级的要求不像设置在通风管道内的传感器那么高，因此，传感器外壳3在很多情况下是可以省去的。

粉尘传感器1通过电子线路连接设置于传感器外壳3上的数据输出接口4，其检测到的粉尘浓度等数据能够传送到数据输出接口4，数据输出接口4是能够与外部的数据收集终端连接的数据接口，以此，外部数据收集终端能够通过线路连接多个本发明的风管式粉尘传感器并接收各传感器的检测结果，从而组成一个粉尘浓度检测网络。

空气取样管2用于从通风管道中采集被测空气、将其引导到粉尘传感器1进行检测以及将检测过的空气导出到通风管道。图3为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的空气取样管的内部结构示意图。如图3所示，本例的空气取样管2的横截面为圆形，管内被分隔板23分隔为进风通道21和送风通道22，进风通道21在通风管道内的一端上开设有进风口24，送风通道22在通风管道内的一端上开设有出风口25。进风通道21的另一端连接粉尘传感器1的进气口，送风通道22的另一端连接粉尘传感器1的出气口。进风口24设计成有过滤作用的结构，如圆形网孔状、格栅状、栅栏状等，来初步阻隔流入的空气中大的异物。安装时，进风口24与空气流动方向相对，处于迎风位置，出风口25与空气流动方向相同，处于背风位置，这样，被测气体从进风通道21的进风口24进入气流单元11，流经检测单元12，最终从送风通道22的出风口25流回风管。优选地，空气取样管2中设置有滤网26，滤网26可以安装在空气取样管的进风口与进风通道连接传感器部件的端部之间的位置，例如设置在在通风管道外的连接粉尘传感器1的一端的顶部附近，以此防止大的异物进入粉尘传感器1。空气取样管2在通风管道内的一端的顶部可以设计为开放状态，即此端为开口，没有遮挡。这样，只要在安装时使空气取样管2在通风管道外的一端高于其在通风管道内的一端，就能实现自动清除异物的功能。例如，飞絮等异物被风力裹挟从进风口24进入进风通道21，在进入粉尘传感器1之前被空气取样管2中的滤网26截住，当风力变小时，异物在自身重力作用下向空气取样管2的另一端移动，由于另一端为开放状态，异物从端部的开口离开空气取样管2回到通风管道中。

由于本例的空气取样管2采用圆形横截面，并被分隔板23分割为进风通道21和送风通道22，两个通道的截面都是半圆形。而粉尘传感器的进风口通常设计为圆形。为使进风通道21的形状与粉尘传感器的进风口形状相适应，本实施例的空气取样管2与粉尘传感器1连接的一端采用了特殊设计。图4为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的空气取样管与粉尘传感器连接的一端的结构示意图。如图4所示，进风通道21连接粉尘传感器1一端的端部在靠近粉尘传感器1的方向上逐渐扩展，其截面由半圆形逐渐变为圆形，从而与粉尘传感器1的进风口形状相适配。在本例中，进风通道21的端部截面由半圆形逐渐变为圆形，但不限于此，进风通道21和粉尘传感器1的进风口可能是其他形状，此时，可将进风通道设置为在靠近所述粉尘传感器1的进风口的方向上逐渐扩展，其截面逐渐变为与粉尘传感器1的进风口相适应的形状从而连接所述传感器部件的进风口。送风通道22在连接粉尘传感器1的位置上具有一个向侧面的开口27，在开口27处，送风通道22的半圆形截面的直径部分（即分隔板23）保留，圆周部分全部或部分缺失。这样，在空气取样管2的端部，进风通道21和送风通道22仍各自具有一个开口，端部的截面完全被进风通道21占据，形成一个沿空气取样管2轴向上的圆形开口，而送风通道22则具有靠近空气取样管2的端部的侧向的开口。如此，进风通道21在进入传感器之前经过了一个由半圆截面向圆形截面平滑过渡的过程，其中的气体由此可以均匀地分布在最终的圆形截面内，保证了进入粉尘传感器1的空气的均匀性，同时也在不附加其他复杂机构的情况下使被检测后的空气经由空气取样管2的侧面进入送风通道22排出到通风管道中。

固定法兰5用于将空气取样管2固定在通风管道的管壁上。本例的固定法兰5的主体为一个呈环形的片状物，环形中间的通孔用于垂直地容纳空气取样管2，片状物上具有能够将其固定在通风管道的管壁上的螺钉等固定装置。同时，固定法兰5还具有能够将空气取样管2固定于其上的固定装置，例如环形的锁紧装置。优选地，如图5所示，所述环形与空气取样管2接触的内表面上还设置有定位装置，例如定位槽29或定位用的凸起的定位筋。与之对应的，在空气取样管2的外表面的相应位置上也设置有与该定位槽形状相适应的凸起28或与定位筋相对应的凹槽。固定法兰5上可以具有指示空气流向的安装指示标记，由于空气取样管2的位置由固定法兰5和空气取样管2上的定位装置确定，当按标记组装完成后，进风口24能够对准通风管道中的空气的来向。指示空气流向的安装指示标记也可以由空气取样管2上的定位槽或定位筋来代替，例如定位槽或定位筋指向通风管道中的空气的来向。这样可以使安装人员在无法观察到通风管道中的空气取样管2的进风口处于什么位置的情况下仍然可以准确的确定空气取样管2的安装方向。

本例中的风管式粉尘传感器的安装过程如下。图5为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的安装示意图。如图5所示，首先，将粉尘传感器1与空气取样管2连接。使空气取样管2的进风通道21和送风通道22分别连接粉尘传感器1的进气口和出气口。然后将传感器外壳3安装在粉尘传感器1的外部并使空气取样管2穿过传感器外壳3。在通风管道的管壁上开设供空气取样管2通过的孔，将固定法兰5按照指示方向固定在管壁上的孔的周围的相应位置。将空气取样管2按照固定法兰5上的定位装置的位置插入其环形结构中。待空气取样管2深入通风管道中适宜的位置后，使用环形结构上的固定装置将空气取样管2锁紧固定。或者先将固定法兰5和空气取样管2固定，再将其一起固定在通风管道上。

为了便于安装本发明还提供了一种可以不使用工具将固定法兰5和空气取样管2紧固的方式。图6为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的手动安装示意图。如图6所示，固定法兰5为环形片装结构，其环形的内壁具有螺纹。固定法兰5通过一个紧固件51连接空气取样管2。紧固件51的外形与螺钉近似，具有与固定法兰5的环形内壁上的螺纹相啮合的螺纹部分和尺寸大于螺纹部分的螺帽部分。紧固件51的轴向的中心还有一个供空气取样管2通过的与其形状相适应的通孔，且通孔内壁上有弹性材料，内径略小于空气取样管2的外径，可以使空气取样管2在施加一定力的时候通过，而在正常情况下保持不动。图7为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的紧固件的示意图。如图7所示，在通孔的螺帽一侧具有一个可以拆卸的盖部件52。在安装时，先将固定法兰5固定在通风管道上，然后将空气取样管2穿过紧固件51的通孔，将紧固件51通过螺纹与固定法兰5紧固。在施工中经常会出现需要安装固定法兰5后一段时间才会安装空气取样管2的情况，例如先统一在管道各处开设空气取样管2的通孔并安装固定法兰5，再统一安装其他部件。此时，由于放置空气取样管2的通孔已开而空气取样管2并没有安装到位，通风管道中的气流会在通孔处泄露，并可能产生啸叫，这些都是不利的结果。而本例中，可以先安装固定法兰5和紧固件51，由于紧固件51的端部有盖部件52，不会产生泄露和啸叫。安装空气取样管2时只要取下盖部件52，将空气取样管2插入紧固件51的通孔中即可。另外，紧固件51的盖部件52的可拆卸模式对加工工艺的要求较高，为了降低工艺成本，可以制作一种将紧固件51和盖部件52做成一体的密封螺帽机构，在施工中若需要安装固定法兰5后一段时间才会安装空气取样管2，可先将此密封螺帽机构通过螺纹与固定法兰5拧紧以防止漏气，在需要安装空气取样管2时，只要拧下此密封螺帽机构，换上紧固件51，再将空气取样管2插入紧固件51的通孔中即可。

空气取样管2和紧固件51之间的连接除了上述靠弹性材料连接外，还可以采用自攻螺纹的方式。图8为本发明的实施方式涉及的风管式粉尘传感器的另一手动安装的示意图。如图8所示，固定法兰5具有与之一体设置的紧固环53，紧固环53为从固定法兰5容纳空气取样管2的通孔沿轴向延伸的环形部件，由塑料等具有一定弹性的材料制成，环形上带有均匀设置的沿轴向延伸的若干断裂间隙（未图示），紧固环53的外圈攻有与紧固件51的螺纹相适应的螺纹54，其内圈尺寸刚好可使空气取样管2通过。紧固件51的通孔尺寸比紧固环53的外圈在不受力状态下的尺寸略小，其通过螺纹拧紧在紧固环53的外圈上时会向内挤压紧固环53，使紧固环53向内收紧并挤压空气取样管2，同时其上的断裂间隙变小。这样，在安装时，可以通过手动拧紧紧固件51，使紧固环53挤压空气取样管2，从而使二者之间不能移动。为确保气体不会从紧固环53的断裂间隙中溢出，可以在紧固环53或紧固件51上的相对位置上设置密封圈55，这样当紧固件51拧紧时，密封圈55的两侧分别与紧固件51和固定法兰5紧密接触，防止气体泄漏。此外，也可以在将紧固件51和紧固环53之间设置密封用的弹性橡胶圈，或者在二者之间的螺纹上设置耐落胶一类的密封剂来增大紧固件51和紧固环53之间的摩擦力，提高安装的密封性和紧固性。另外，还可以在固定法兰5与风管之间设置一个孔径比空气取样管2直径略小的弹性密封圈56，来进一步防止风管中的气体泄漏，弹性密封圈56也能起到一定的防震作用。

风管式粉尘传感器可根据检测需要，安装于各种通风管道，可根据需要在传感器外壳中安装不同类型的粉尘传感器，优选地，本发明的风管式粉尘传感器用于空气中PM2.5的检测。

Claims (10)

1.一种风管式粉尘传感器，包括：

设置在风道外的传感器部件，用于检测粉尘浓度；

空气取样管，穿过风道壁，且一端连接所述传感器部件一端设置于所述风道内，用于从风道中采集被测气体并传送至所述传感器部件以及将所述传感器部件检测过的气体传送至所述风道内；

固定装置，用于将空气取样管紧固在风道壁上；

所述空气取样管内设置有将管内分隔为进风通道和送风通道的分隔部件；

所述传感器部件包括进风口和出风口；所述进风通道在靠近所述传感器部件的方向上逐渐扩展，其截面逐渐变为与传感器部件的进风口相适应的形状从而连接所述传感器部件的进风口；所述送风通道在连接传感器部件的位置上具有向侧面的开口，所述传感器部件的出风口连接所述送风通道上的侧向的开口。

2.根据权利要求1所述的风管式粉尘传感器，其特征在于，所述进风通道上开设有进风口，所述送风通道上开设有出风口。

3.根据权利要求2所述的风管式粉尘传感器，其特征在于，所述空气取样管在风道内的一端的顶部开放。

4.根据权利要求3所述的风管式粉尘传感器，其特征在于，所述进风通道上设置有滤网，所述滤网设置在所述空气取样管的进风口与进风通道连接传感器部件的端部之间的位置。

5.根据权利要求2所述的风管式粉尘传感器，其特征在于，所述固定装置为固定法兰，所述固定法兰具有将自身固定在风道壁上的第一固定部件和将所述空气取样管固定在所述固定法兰上的第二固定部件。

6.根据权利要求5所述的风管式粉尘传感器，其特征在于，所述空气取样管上设置有定位筋，所述第二固定部件上设置有与所述定位筋形状相适应的定向槽。

7.根据权利要求6所述的风管式粉尘传感器，其特征在于，所述固定法兰上设置有用于指示所述风管式粉尘传感器的安装方向的标识。

8.根据权利要求6所述的风管式粉尘传感器，其特征在于，所述空气取样管上的定位筋的位置指示所述风管式粉尘传感器的安装方向。

9.根据权利要求5所述的风管式粉尘传感器，其特征在于，还包括第三固定部件；所述第三固定部件与所述第二固定部件和所述空气取样管分别固定连接，并且所述第三固定部件在所述空气取样管的安装位置处具有可拆卸的密封装置。

10.一种利用风管式粉尘传感器检测粉尘浓度的粉尘浓度检测方法，包括：利用固定装置将空气取样管紧固在风道壁上的步骤；利用空气取样管穿过风道壁，且一端连接所述传感器部件一端设置于所述风道内，所述空气取样管内设置有将管内分隔为进风通道和送风通道的分隔部件,从风道中采集被测气体并传送至传感器部件的步骤，所述传感器部件包括进风口和出风口；所述进风通道在靠近所述传感器部件的方向上逐渐扩展，其截面逐渐变为与传感器部件的进风口相适应的形状从而连接所述传感器部件的进风口；所述送风通道在连接传感器部件的位置上具有向侧面的开口，所述传感器部件的出风口连接所述送风通道上的侧向的开口；以及用设置在风道外的传感器部件检测粉尘浓度的步骤。