CN105486619A - 颗粒物测量仪标定系统及其标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于粉尘检测技术领域。一种颗粒物测量仪标定系统及其标定方法，包括依次连通的压缩空气处理装置、粉尘发生器和均匀混合箱，所述的均匀混合箱下部连通有粉尘样品收集器和除尘装置，所述的均匀混合箱包括沉降混合室、混合段和采样放空段，所述的混合段包括粉尘进料管、混合器和上过渡腔体，所述的粉尘进料管与混合器之间形成稀释空气仓，稀释空气仓对应的粉尘进料管上均布连通设置有多个压缩空气进气口，在混合器的管壁上均匀开设有无定向稀释空气的混合通孔。本发明使得粉尘发生量、稀释空气流量、粉尘稀释浓度、采样流量、以及粉尘与稀释空气混合的均匀性都得到了有效的控制，从而能够实现不同的粉尘质量浓度范围内的测量仪的标定。
Description
技术领域
本发明属于粉尘检测技术领域，具体涉及一种颗粒物测量仪标定系统及其标定方法。
背景技术
颗粒物测量仪已广泛应用于空气环境质量、作业场所、交通工具等场合的颗粒物浓度监测。不同厂家对其命名不尽相同，如颗粒物测量仪、可吸入颗粒物测量仪、光散射颗粒物浓度测量仪、空气颗粒物浓度监测仪、大气颗粒物在线分析仪、激光粒度分析仪等等。总体来说，这些仪器可统称为颗粒物测量仪，颗粒物测量仪有β射线原理、光散射原理、微震荡天平原理等；由于不同原理的颗粒物测量仪出厂前所用的质量控制技术、校准装置各异，导致校准结果千差万别，给用户使用带来极大地不便。因此，颗粒物测量仪必须使用统一的校准方法定期进行校准。目前，尚未查询到相关颗粒物测量仪的校准装置，针对以上现状，各地质量技术监督部门非常有必要建立起颗粒物测量仪的校准装置及标定方法规范，用以检定不同厂家及不同用户的颗粒物测量仪，以使颗粒物测量仪的检定规范化。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种颗粒物测量仪标定系统，其不仅能够为整个标定系统提供质量浓度均匀的粉尘气体，保证颗粒物检测仪量值准确性，并且能够促进各地质量技术监督部门建立颗粒物检测仪标定系统，为环境监测提供技术服务。
为达到上述目的，所采取的技术方案是：
一种颗粒物测量仪标定系统，包括依次连通的压缩空气处理装置、粉尘发生器、加热装置、静电中和器、标准切割头和均匀混合箱，所述的均匀混合箱下部连通有粉尘样品收集器和除尘装置；所述的均匀混合箱包括圆柱状的沉降混合室、设置在沉降混合室上部的混合段和设置在沉降混合室下部的采样放空段，所述的混合段包括圆柱状的粉尘进料管、设置在粉尘进料管内呈单叶双曲面结构的混合器、和设置在粉尘进料管与沉降混合室之间的半球状的上过渡腔体；所述的混合器的上下端均与粉尘进料管内壁匹配密封贴合，所述的粉尘进料管与混合器之间形成稀释空气仓，与稀释空气仓对应的粉尘进料管上均布连通设置有多个压缩空气进气口，在混合器的管壁上均匀开设有无定向稀释空气的混合通孔。
所述的粉尘样品收集器包括呈喇叭口状的等速采样头、分流腔、连通等速采样头和分流腔的采样管、设置在分流腔底部的圆锥状的导流块、和绕导流块均布设置在分流腔底部的三个孔径相同的测样收集出口，三个测样收集出口分别连接第一滤膜、第二滤膜和被标定仪器，第一滤膜和第二滤膜同时连接有采样装置。
所述的粉尘样品收集器包括绕沉降混合室的轴线呈圆周分布的三个等速采样头和连通设置在三个等速采样头下部的采样管，三个采样管分别连接第一滤膜、第二滤膜和被标定仪器，第一滤膜和第二滤膜同时连接有采样装置。
所述的采样放空段包括呈半球状的下过渡腔体和设置在下过渡腔体底部的废气排出管道，所述的除尘装置为与废气排出管道连通的负压吸尘器，所述的均匀混合箱的材质为不锈钢，均匀混合箱的内壁面均经过刨光处理，其表面粗糙度小于0.0025mm，且均匀混合箱的各分段拼接部位平滑过渡、无死角。
所述的粉尘发生器包括壳体、圆环状的给料钢圈、驱动给料钢圈转动的动力机构、与给料钢圈上沿对应设置的给料喷头和文丘里管，所述文丘里管的进气端和出气端分别与压缩空气处理装置和均匀混合箱连通，文丘里管的吸料端与给料钢圈上沿对应。
所述的动力机构包括呈三角布置的两个主动导轮和一个从动导轮、以及驱动两个主动导轮转动的驱动电机，所述的给料钢圈上设置有与主动导轮和从动导轮对应的导槽，所述的从动导轮的转轴底部连接有摆臂，所述的摆臂另一端与壳体之间枢接，并在枢接轴上套设有扭簧。
所述的壳体上部还扣设有恒温罩，所述的给料钢圈、给料喷头和文丘里管扣设在恒温罩内，所述给料钢圈的中部对应的壳体上设置有静电棒，所述的壳体下部设置有与给料喷管连通的储料箱，所述的储料箱的外壁上圆周布设有电阻丝加热组件。
所述的给料钢圈上沿呈锯齿状，或所述的给料钢圈上沿中部设置有环状的打散齿。
所述的压缩空气处理装置包括空气压缩机、冷干机、三级过滤器和缓冲罐。
一种利用上述颗粒物测量仪标定系统的标定方法，洁净压缩空气通入粉尘发生器后，经粉尘发生器产生的粉尘样品通过防止静电处理后，依次进入标准切割头和均匀混合箱，在均匀混合箱中与压缩空气混合均匀，由等速采样头采集出来的粉尘样品分别进入第一滤膜、第二滤膜采样器和被标定仪器；将采样装置的流量调至与被标定仪器的流量相同，在相同采集时间下，读取被标定仪器的读数；同时，利用高精度天平对两个滤膜进行称重；计算两个滤膜称重的质量与采样体积的比值，得到两个粉尘质量浓度，取其平均值作为标准值，通过比较测量方法，求得颗粒物测量仪浓度示值误差。
采用上述技术方案，所取得的有益效果是：
本发明通过对粉尘发生器的结构进行设计，通过文丘里管原理进行有效的粉尘质量浓度的稀释和计量，由气体流量、粉尘喷射量的控制，从而能够进一步的增加对粉尘质量浓度的有效控制；本发明通过对均匀混合箱的结构进行设计，使得粉尘气体在进入均匀混合箱后，通过单叶双曲面结构的混合器和稀释空气仓中的稀释空气的双重作用下，使得二者对流加剧并形成无定向的混合碰撞，从而在有限的范围内就能够完成充分的混合，减小均匀混合箱的尺寸,并且能够达到充分混合的目的，从而为整个标定系统提供质量浓度均匀的粉尘，使得整个后期的采样标定过程中，能够实现第一滤膜、第二滤膜、被标定仪器的质量浓度均匀性和稳定性，从而最大限度的减小测量误差，保证颗粒物检测仪量值准确，促进各地质量技术监督部门建立颗粒物检测仪标定系统，为环境监测提供技术服务。
附图说明
图1为本发明颗粒物测量仪标定系统的结构示意图之一。
图2为均匀混合箱的结构示意图之一。
图3为均匀混合箱的结构示意图之二。
图4为粉尘发生器的结构示意图。
图5为给料钢圈与动力机构的传动结构示意图。
图6为给料钢圈的结构示意图之一。
图7为给料钢圈的结构示意图之二。
图中序号：1为空气压缩机、2为冷干机、3为三级过滤器、4为缓冲罐、5为粉尘发生器、6为均匀混合箱、7为除尘装置、8为沉降混合室、9为粉尘进料管、10为混合器、11为上过渡腔体、12为稀释空气仓、13为压缩空气进气口、14为混合通孔、15为等速采样头、16为采样管、17为分流腔、18为导流块、19为测样收集出口、20为第一滤膜、21为第二滤膜、22为被标定仪器、23为采样装置、24为下过渡腔体、25为废气排出管道、26为壳体、27为给料钢圈、28为给料喷头、29为文丘里管、30为主动导轮、31为从动导轮、32为导槽、33为摆臂、34为加热装置、35为静电中和器、36为PM10标准切割头、37为PM2.5标准切割头、38为恒温罩、39为静电棒、40为电阻丝加热组件、41为打散齿、42为储料箱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
实施例一：参见图1、图2，图4—图7，一种颗粒物测量仪标定系统，包括依次连通的压缩空气处理装置、粉尘发生器5、加热装置34、静电中和器35、PM10标准切割头36、PM2.5标准切割头37和均匀混合箱6，所述的压缩空气处理装置包括空气压缩机1、冷干机2、三级过滤器3和缓冲罐4，所述的均匀混合箱6下部连通有粉尘样品收集器和除尘装置7；所述的均匀混合箱6包括圆柱状的沉降混合室8、设置在沉降混合室8上部的混合段和设置在沉降混合室下部的采样放空段，所述的混合段包括圆柱状的粉尘进料管9、设置在粉尘进料管内呈单叶双曲面结构的混合器10、和设置在粉尘进料管9与沉降混合室8之间的半球状的上过渡腔体11；所述的混合器10的上下端均与粉尘进料管9内壁匹配密封贴合，所述的粉尘进料管9与混合器10之间形成稀释空气仓12，与稀释空气仓12对应的粉尘进料管9上均布连通设置有多个压缩空气进气口13，在混合器的管壁上均匀开设有无定向稀释空气的混合通孔14；所述的采样放空段包括呈半球状的下过渡腔体24和设置在下过渡腔体底部的废气排出管道25，所述的粉尘样品收集器包括呈喇叭口状的等速采样头15、分流腔17、连通等速采样头15和分流腔17的采样管16、设置在分流腔底部的圆锥状的导流块18、和绕导流块18均布设置在分流腔底部的三个孔径相同的测样收集出口19，三个测样收集出口19分别连接第一滤膜20、第二滤膜21和被标定仪器22，第一滤膜20和第二滤膜21同时连接有采样装置23，其中第一滤膜20和第二滤膜21均为47mm的聚四氟乙烯滤膜，采样装置23为双路可调气体流量计。
所述的除尘装置7为与废气排出管道连通的负压吸尘器，所述的均匀混合箱的材质为不锈钢，均匀混合箱的内壁面均经过刨光处理，其表面粗糙度小于0.0025mm，且均匀混合箱的各分段拼接部位平滑过渡、无死角，避免了均匀混合箱内壁的吸附粉尘颗粒，也使得整个均匀混合箱内的气体流场更加明确、有规可循，方便实施对粉尘气体的采样。
所述的粉尘发生器包括壳体26、圆环状的给料钢圈27、驱动给料钢圈转动的动力机构、与给料钢圈上沿对应设置的给料喷头28和文丘里管29，所述文丘里管29的进气端和出气端分别与压缩空气处理装置和均匀混合箱6连通，文丘里管29的吸料端与给料钢圈27上沿对应，所述的给料钢圈27上沿呈锯齿状，或所述的给料钢圈27上沿中部设置有环状的打散齿41；为了使得粉尘发生器给料过程中避免因为静电导致的团聚效应，同时为粉尘发生器营造恒温环境，进而在所述的壳体26上部还扣设有恒温罩38，所述的给料钢圈27、给料喷头28和文丘里管29扣设在恒温罩38内，所述给料钢圈27的中部对应的壳体上设置有静电棒39，所述的壳体下部设置有与给料喷管连通的储料箱42，在储料箱42内设置有能持续保证粉尘呈现流动状态的刮板，所述的储料箱的外壁上圆周布设有电阻丝加热组件40。
其中，所述的动力机构包括呈三角布置的两个主动导轮30和一个从动导轮31、以及驱动两个主动导轮30转动的驱动电机，所述的给料钢圈27上设置有与主动导轮30和从动导轮31对应的导槽32，所述的从动导轮的转轴底部连接有摆臂33，所述的摆臂33另一端与壳体26之间枢接，并在枢接轴上套设有扭簧。
实施例二：参见图1、图3—图7，本实施例的结构与实施例一基本相同，相同之处不再重述，其不同之处在于：所述的粉尘样品收集器包括绕沉降混合室8的轴线呈圆周分布的三个等速采样头15和连通设置在三个等速采样头15下部的采样管16，三个采样管16分别连接第一滤膜20、第二滤膜21和被标定仪器22，第一滤膜20和第二滤膜21同时连接有采样装置23。
实施例三：参见图1—图7，一种利用实施例一或实施例二所述的颗粒物测量仪标定系统的标定方法，将洁净压缩空气通入粉尘发生器后，经粉尘发生器产生的粉尘样品通过防止静电处理后，依次进入标准切割头和均匀混合箱，在均匀混合箱中与压缩空气混合均匀，由等速采样头采集出来的粉尘样品分别进入第一滤膜、第二滤膜采样器和被标定仪器；将采样装置的流量调至与被标定仪器的流量相同，在相同采集时间下，读取被标定仪器的读数；同时，利用高精度天平对两个滤膜进行称重；计算两个滤膜称重的质量与采样体积的比值，得到两个粉尘质量浓度，取其平均值作为标准值，通过比较测量方法，求得颗粒物测量仪浓度示值误差。
本发明通过对粉尘发生器的结构进行设计，通过文丘里管原理进行有效的粉尘质量浓度的稀释和计量，由气体流量、粉尘喷射量的控制，从而能够进一步的增加对粉尘质量浓度的有效控制；本发明通过对均匀混合箱的结构进行设计，使得粉尘气体在进入均匀混合箱后，通过单叶双曲面结构的混合器和稀释空气仓中的稀释空气的双重作用下，使得二者对流加剧并形成无定向的混合碰撞，从而在有限的范围内就能够完成充分的混合，减小均匀混合箱的尺寸,并且能够达到充分混合的目的，从而为整个标定系统提供质量浓度均匀的粉尘，使得整个后期的采样标定过程中，能够实现第一滤膜、第二滤膜、被标定仪器的质量浓度均匀性和稳定性，从而最大限度的减小测量误差，保证颗粒物检测仪量值准确，促进各地质量技术监督部门建立颗粒物检测仪标定系统，为环境监测提供技术服务。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种颗粒物测量仪标定系统，包括依次连通的压缩空气处理装置、粉尘发生器、加热装置、静电中和器、标准切割头和均匀混合箱，所述的均匀混合箱下部连通有粉尘样品收集器和除尘装置；
所述的均匀混合箱包括圆柱状的沉降混合室、设置在沉降混合室上部的混合段和设置在沉降混合室下部的采样放空段，所述的混合段包括圆柱状的粉尘进料管、设置在粉尘进料管内呈单叶双曲面结构的混合器、和设置在粉尘进料管与沉降混合室之间的半球状的上过渡腔体；
所述的混合器的上下端均与粉尘进料管内壁匹配密封贴合，所述的粉尘进料管与混合器之间形成稀释空气仓，与稀释空气仓对应的粉尘进料管上均布连通设置有多个压缩空气进气口，在混合器的管壁上均匀开设有无定向稀释空气的混合通孔。
2.根据权利要求1所述的颗粒物测量仪标定系统，其特征在于：所述的粉尘样品收集器包括呈喇叭口状的等速采样头、分流腔、连通等速采样头和分流腔的采样管、设置在分流腔底部的圆锥状的导流块、和绕导流块均布设置在分流腔底部的三个孔径相同的测样收集出口，三个测样收集出口分别连接第一滤膜、第二滤膜和被标定仪器，第一滤膜和第二滤膜同时连接有采样装置。
3.根据权利要求1所述的颗粒物测量仪标定系统，其特征在于：所述的粉尘样品收集器包括绕沉降混合室的轴线呈圆周分布的三个等速采样头和连通设置在三个等速采样头下部的采样管，三个采样管分别连接第一滤膜、第二滤膜和被标定仪器，第一滤膜和第二滤膜同时连接有采样装置。
4.根据权利要求1所述的颗粒物测量仪标定系统，其特征在于：所述的采样放空段包括呈半球状的下过渡腔体和设置在下过渡腔体底部的废气排出管道，所述的除尘装置为与废气排出管道连通的负压吸尘器，所述的均匀混合箱的材质为不锈钢，均匀混合箱的内壁面均经过刨光处理，其表面粗糙度小于0.0025mm，且均匀混合箱的各分段拼接部位平滑过渡、无死角。
5.根据权利要求1所述的颗粒物测量仪标定系统，其特征在于：所述的粉尘发生器包括壳体、圆环状的给料钢圈、驱动给料钢圈转动的动力机构、与给料钢圈上沿对应设置的给料喷头和文丘里管，所述文丘里管的进气端和出气端分别与压缩空气处理装置和均匀混合箱连通，文丘里管的吸料端与给料钢圈上沿对应。
6.根据权利要求5所述的颗粒物测量仪标定系统，其特征在于：所述的动力机构包括呈三角布置的两个主动导轮和一个从动导轮、以及驱动两个主动导轮转动的驱动电机，所述的给料钢圈上设置有与主动导轮和从动导轮对应的导槽，所述的从动导轮的转轴底部连接有摆臂，所述的摆臂另一端与壳体之间枢接，并在枢接轴上套设有扭簧。
7.根据权利要求5所述的颗粒物测量仪标定系统，其特征在于：所述的壳体上部还扣设有恒温罩，所述的给料钢圈、给料喷头和文丘里管扣设在恒温罩内，所述给料钢圈的中部对应的壳体上设置有静电棒，所述的壳体下部设置有与给料喷管连通的储料箱，所述的储料箱的外壁上圆周布设有电阻丝加热组件。
8.根据权利要求5所述的颗粒物测量仪标定系统，其特征在于：所述的给料钢圈上沿呈锯齿状，或所述的给料钢圈上沿中部设置有环状的打散齿。
9.根据权利要求5所述的颗粒物测量仪标定系统，其特征在于：所述的压缩空气处理装置包括空气压缩机、冷干机、三级过滤器和缓冲罐。
10.一种利用权利要求1-9任一所述的颗粒物测量仪标定系统的标定方法，其特征在于：洁净压缩空气通入粉尘发生器后，经粉尘发生器产生的粉尘样品通过防止静电处理后，依次进入标准切割头和均匀混合箱，在均匀混合箱中与压缩空气混合均匀，由等速采样头采集出来的粉尘样品分别进入第一滤膜、第二滤膜和被标定仪器；将采样装置的流量调至与被标定仪器的流量相同，在相同采集时间下，读取被标定仪器的读数；同时，利用高精度天平对两个滤膜进行称重；计算两个滤膜称重的质量与采样体积的比值，得到两个粉尘质量浓度，取其平均值作为标准值，通过比较测量方法，求得颗粒物测量仪浓度示值误差。
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