CN106352956A - 一种在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置及方法，其中，一种在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置，包括旋风式切割器、连接切换器、颗粒物分析仪、抽气泵、标准流量计以及控制终端，旋风式切割器、颗粒物分析仪和标准流量计分别与连接切换器连接，颗粒物分析仪与抽气泵连接；控制终端与连接切换器连接；标准流量计与控制终端连接；颗粒物分析仪与控制终端连接。本发明的在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置及方法能有效降低流量校准工作的执行难度、减少测量误差，还可以极大的节省人力和物力，特别适用于颗粒物分析仪的日常运行维护过程中和流量验收工作中。

Description

一种在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置及方法

技术领域

本发明涉及一种环境颗粒物分析仪的流量检测装置及方法，具体涉及一种在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置及方法。

背景技术

大气颗粒物一直是大气环境研究的一个热点，目前主要的研究方向有：颗粒物的化学组成、辐射特性、云雾降水过程、非均相化学过程以及形成和转化机制等。研究表明：颗粒物浓度升高不仅会导致能见度退化、引起区域灰霾现象，还会影响人体健康和地面太阳辐射。尤其是可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)，与较粗的大气颗粒物相比，它们的粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质(重金属、持久性有机物等)，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。因此，对大气颗粒物的长时间连续在线监测是开展颗粒物污染成因分析必要条件。

目前，空气质量自动监测站普遍配备了在线颗粒物分析仪，用于实时分析环境空气中的可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)。在空气自动监测领域，质量控制(QC)工作是整个空气质量监测网络的关键工作之一，是数据准确性的根本保障。而流量则是在线颗粒物分析仪的一个重要量值指标，测量结果的准确性直接受到流量准确度的影响。

在工业生产、供水供气、集中供暖等自动化集成程度高的领域，流体流量测量适配器非常多见，但是对于这些装置的准确性验证却是一个比较大的难题。在现有的技术条件下，一种成熟的连接切换器应满足以下两方面内容，首先，应避免外接装置对在线监测设备工作状态的影响，其次，在转换为校准模式时，应减少对外接流量计测量准确性的影响。空气质量自动监测站是环境监测领域中自动化集成程度最高的一个单元，也肩负着实况发布空气质量在线监测数据的使命，但是使用外接标准流量计对不同污染物在线监测设备实现智能化流量检查和校准的装置仍没有。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置。

本发明的另一目的是：提供一种在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置，包括旋风式切割器、连接切换器、颗粒物分析仪、抽气泵、标准流量计以及控制终端，旋风式切割器、颗粒物分析仪和标准流量计分别与连接切换器连接，颗粒物分析仪与抽气泵连接；

控制终端与连接切换器连接，用于控制颗粒物分析仪与旋风式切割器接通或标准流量计接通；

标准流量计与控制终端连接，用于向控制终端发送瞬时流量值；

颗粒物分析仪与控制终端连接，颗粒物分析仪向控制终端发送其检测到的瞬时流量值；

控制终端通过比较标准流量计与颗粒物分析仪检测到的瞬时流量值，当两者的差值大于设定值时，控制终端向颗粒物分析仪发送校准指令，颗粒物分析仪对颗粒物分析仪中的流量计进行流量校准。

优选的，所述连接切换器包括三通阀、切割头、切割头套接头、管接头、采样管适配器、采样管以及导流管，三通阀具有两个气体进口和一个气体出口，两个气体进口分别与切割头和采样管适配器连接，气体出口与管接头连接，旋风式切割器通过切割头与切割头套接头连接，标准流量计通过导流管与管接头连接，颗粒物分析仪通过采样管与采样管适配器连接。

优选的，所述管接头外表面横截面呈六边形，内表面横截面为圆形。

优选的，还包括站房，旋风式切割器和连接切换器设置于站房外，颗粒物分析仪、抽气泵以及标准流量计设置于站房内。

优选的，所述三通阀为电动三通阀，控制终端与电动三通阀的驱动电机连接。

优选的，还设有警报系统，警报系统与控制终端连接。

一种在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准方法，包括以下步骤：

采样分析：连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通，抽气泵启动，环境空气从旋风式切割器抽入，并通过连接切换器后进入到颗粒物分析仪进行分析，最后通过抽气泵抽出；

当进行流量检查时，连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器的连接切断并将标准流量计与颗粒物分析仪接通，空气从标准流量计抽入，通过连接切换器后进入到颗粒物分析仪，通过标准流量计获取实时的瞬时流量值，当需要流量校准时，控制终端比较标准流量计与颗粒物分析仪检测到的瞬时流量值，当两者的差值大于公差设定值时，控制终端向颗粒物分析仪发送校准指令，颗粒物分析仪对颗粒物分析仪中的流量计进行流量校准，流量校准完成后，连接切换器将标准流量计与颗粒物分析仪的连接切断并将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通，继续进行采样分析；

如不需要流量校准时，记录标准流量计读数，即形成流量检查报表。

优选的，在进行流量校准之前，通过公式1和公式2进行瞬时流量值稳定度测试：

公式1： $\stackrel{\‾}{Q_R}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Ri}$

公式2： $S=100\×(1-\frac{2\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(Q_{Ri}-\stackrel{\‾}{Q_R})}^2}}{\stackrel{\‾}{Q_R}})$

其中，n为获取的瞬时流量值的数量；

Q_Ri为第i次获得的瞬时流量值；

为瞬时流量值的平均值；

S为稳定度；

获取标准流量计设定数量的瞬时流量值，并将该设定数量代入公式1中的n，将各瞬时流量值代入公式1中的Q_Ri,计算出标准流量计的流量平均值将标准流量计的流量平均值再代入公式2中的求出稳定度S；

当稳定度S小于或等于设定稳定度值时，则判定流量稳定，控制终端开始进行流量校准；

当稳定度S大于标准稳定度值时，则判定流量结果不稳定，控制终端不进行流量校准，再次进行瞬时流量值稳定度测试，直至稳定度S小于或等于设定稳定度值，若在设定时间内仍不能达到标准稳定度值，控制终端控制连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通。

优选的，若在设定时间内，仍不能达到标准稳定度值，控制终端控制连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通并发出警报。

优选的，所述公差设定值为5％；获取标准流量计10个瞬时流量值；设定稳定度值为2％；若在10分钟内仍不能达到标准稳定度值，控制终端控制连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明的在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置及方法能有效降低流量校准工作的执行难度、减少测量误差，还可以极大的节省人力和物力，特别适用于颗粒物分析仪的日常运行维护过程中和流量验收工作中，能满足测试设定的要求，能适用于现有分析方法(如：微量振荡天平分析方法、β射线分析方法)和各品牌型号颗粒物分析仪中(如：Thermo 1405、Thermo SHARP 5030、Thermo FH62-C14、E.S.A MP101M、Metone BAM 1020、天虹TH-2000PM和先河XHPM2000E等等)。本发明的瞬时流量值数据获取与核算流程简单，便于设计相应计算机软件。

2、本发明在进行流量校准之前进行瞬时流量值稳定度测试，能智能评判获取的瞬时流量值是否趋于稳定，如果小于或等于设定稳定度值时，则认为标准流量计输出的结果稳定可作为真实结果，然后再进行流量校准，从而确保准确进行流量校准，与靠人为判定的方法相比，排除了人为因素的影响，具有更高的准确性，因此，本发明能为颗粒物分析仪的流量自动检查和校准提供有力的保障。此外进行瞬时流量值稳定度测试不仅可以判断瞬时流量值是否趋于稳定，也可以作为判定颗粒物分析仪在运行过程中是否稳定的重要依据。

3、本发明在对PM2.5颗粒物分析仪进行验收时可使标准流量计连续长时间进行检测，如：连续检测6小时，并至少每隔5min记录一次标准流量计PM2.5颗粒物分析仪的瞬时流量值，可见本发明减少了人工记录及人工校准的工作量，实现全自动化记录和校准。

4、本发明的在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置的连接切换器易于加工和安装，本发明采用采样管嵌入式的连接方式，完全满足不同品牌和不同原理的颗粒物分析仪流量检查和校准的要求。

附图说明

图1是本发明进行采样分析时，连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通的示意图。

图2是本发明进行流量校准时，连接切换器将标准流量计与颗粒物分析仪接通的示意图。

图3是本发明的连接切换器的结构示意图。

图4是本发明的管接头横断截面的结构示意图。

图5是本发明的控制终端分别与连接切换器、颗粒物分析仪和标准流量计连接的结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一：

一种在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置，包括旋风式切割器1、连接切换器2、颗粒物分析仪3、抽气泵4、标准流量计5以及控制终端，旋风式切割器、颗粒物分析仪和标准流量计分别与连接切换器连接，颗粒物分析仪与抽气泵连接；

控制终端与连接切换器连接，用于控制颗粒物分析仪与旋风式切割器接通或与标准流量计接通；优选的，控制终端向连接切换器发送控制指令，使连接切换器控制与旋风式切割器接通或与标准流量计接通。

标准流量计与控制终端连接，用于向控制终端发送瞬时流量值；

颗粒物分析仪与控制终端连接，颗粒物分析仪向控制终端发送其检测到的瞬时流量值；

控制终端通过比较标准流量计与颗粒物分析仪检测到的瞬时流量值，当两者的差值大于设定值时，控制终端向颗粒物分析仪发送校准指令，对颗粒物分析仪中的流量计进行流量校准。

优选的，所述连接切换器包括三通阀6、切割头7、切割头套接头8、管接头9、采样管适配器10、采样管11以及导流管12，三通阀具有两个气体进口和一个气体出口，两个气体进口分别与切割头和采样管适配器连接，气体出口与管接头连接，旋风式切割器通过切割头与切割头套接头连接，标准流量计通过导流管与管接头连接，颗粒物分析仪通过采样管与采样管适配器连接。

切割头套接头和采样管适配器均为中通筒状结构，其中，切割头套接头内径为7mm，切割头套接头外径为32mm。采样管适配器内径为32mm，采样管适配器外径为39mm。

优选的，所述管接头外表面横截面呈六边形，内表面横截面为圆形。

优选的，还包括站房13，旋风式切割器和连接切换器设置于站房外，颗粒物分析仪、抽气泵以及标准流量计设置于站房内。

优选的，所述三通阀为电动三通阀，控制终端与电动三通阀的驱动电机连接。

优选的，还设有警报系统，警报系统与控制终端连接。

实施例二：

一种在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准方法，包括以下步骤：

采样分析：连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通，抽气泵启动，环境空气从旋风式切割器抽入，并通过连接切换器后进入到颗粒物分析仪进行分析，最后通过抽气泵抽出；

当进行流量检查时，连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器的连接切断并将标准流量计与颗粒物分析仪接通，空气从标准流量计抽入，通过连接切换器后进入到颗粒物分析仪，通过标准流量计获取实时的瞬时流量值，当需要流量校准时，控制终端比较标准流量计与颗粒物分析仪检测到的瞬时流量值，当两者的差值大于公差设定值时，控制终端向颗粒物分析仪发送校准指令，颗粒物分析仪对颗粒物分析仪中的流量计进行流量校准，流量校准完成后，连接切换器将标准流量计与颗粒物分析仪的连接切断并将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通，继续进行采样分析；

如不需要流量校准时，记录标准流量计读数，即形成流量检查报表。

优选的，在进行流量校准之前，通过公式1和公式2进行瞬时流量值稳定度测试：

公式1： $\stackrel{\‾}{Q_R}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{Q}_{Ri}$

公式2： $S=100\×(1-\frac{2\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{(Q_{Ri}-\stackrel{\‾}{Q_R})}^2}}{\stackrel{\‾}{Q_R}})$

其中，n为获取的瞬时流量值的数量；

Q_Ri为第i次获得的瞬时流量值；

为瞬时流量值的平均值；

S为稳定度；

获取标准流量计设定数量的瞬时流量值，并将该设定数量代入公式1中的n，将各瞬时流量值代入公式1中的Q_Ri,计算出标准流量计的流量平均值将标准流量计的流量平均值再代入公式2中的求出稳定度S；

当稳定度S小于或等于设定稳定度值时，则判定流量稳定，控制终端开始进行流量校准；

当稳定度S大于标准稳定度值时，则判定流量结果不稳定，控制终端不进行流量校准，再次进行瞬时流量值稳定度测试，直至稳定度S小于或等于设定稳定度值，若在设定时间内仍不能达到标准稳定度值，控制终端控制连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通。

优选的，若在设定时间内，仍不能达到标准稳定度值，控制终端控制连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通并发出警报。

优选的，所述公差设定值为5％；获取标准流量计10个瞬时流量值；设定稳定度值为2％；若在10分钟内仍不能达到标准稳定度值，控制终端控制连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置，其特征在于：包括旋风式切割器、连接切换器、颗粒物分析仪、抽气泵、标准流量计以及控制终端，旋风式切割器、颗粒物分析仪和标准流量计分别与连接切换器连接，颗粒物分析仪与抽气泵连接；

控制终端与连接切换器连接，用于控制颗粒物分析仪与旋风式切割器接通或标准流量计接通；

标准流量计与控制终端连接，用于向控制终端发送瞬时流量值；

颗粒物分析仪与控制终端连接，颗粒物分析仪向控制终端发送其检测到的瞬时流量值；

控制终端通过比较标准流量计与颗粒物分析仪检测到的瞬时流量值，当两者的差值大于设定值时，控制终端向颗粒物分析仪发送校准指令，颗粒物分析仪对颗粒物分析仪中的流量计进行流量校准。

2.根据权利要求1所述的在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置，其特征在于：所述连接切换器包括三通阀、切割头、切割头套接头、管接头、采样管适配器、采样管以及导流管，三通阀具有两个气体进口和一个气体出口，两个气体进口分别与切割头和采样管适配器连接，气体出口与管接头连接，旋风式切割器通过切割头与切割头套接头连接，标准流量计通过导流管与管接头连接，颗粒物分析仪通过采样管与采样管适配器连接。

3.根据权利要求2所述的在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置，其特征在于：所述管接头外表面横截面呈六边形，内表面横截面为圆形。

4.根据权利要求1所述的在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置，其特征在于：还包括站房，旋风式切割器和连接切换器设置于站房外，颗粒物分析仪、抽气泵以及标准流量计设置于站房内。

5.根据权利要求2所述的在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置，其特征在于：所述三通阀为电动三通阀，控制终端与电动三通阀的驱动电机连接。

6.根据权利要求1所述的在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准装置，其特征在于：还设有警报系统，警报系统与控制终端连接。

7.一种在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准方法，其特征在于包括以下步骤：

采样分析：连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通，抽气泵启动，环境空气从旋风式切割器抽入，并通过连接切换器后进入到颗粒物分析仪进行分析，最后通过抽气泵抽出；

当进行流量检查时，连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器的连接切断并将标准流量计与颗粒物分析仪接通，空气从标准流量计抽入，通过连接切换器后进入到颗粒物分析仪，通过标准流量计获取实时的瞬时流量值，当需要流量校准时，控制终端比较标准流量计与颗粒物分析仪检测到的瞬时流量值，当两者的差值大于公差设定值时，控制终端向颗粒物分析仪发送校准指令，颗粒物分析仪对颗粒物分析仪中的流量计进行流量校准，流量校准完成后，连接切换器将标准流量计与颗粒物分析仪的连接切断并将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通，继续进行采样分析；

如不需要流量校准时，记录标准流量计读数，即形成流量检查报表。

8.根据权利要求7所述的在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准方法，其特征在于：在进行流量校准之前，通过公式1和公式2进行瞬时流量值稳定度测试：

公式1：

公式2：

其中，n为获取的瞬时流量值的数量；

Q_Ri为第i次获得的瞬时流量值；

为瞬时流量值的平均值；

S为稳定度；

获取标准流量计设定数量的瞬时流量值，并将该设定数量代入公式1中的n，将各瞬时流量值代入公式1中的Q_Ri,计算出标准流量计的流量平均值将标准流量计的流量平均值再代入公式2中的求出稳定度S；

当稳定度S小于或等于设定稳定度值时，则判定流量稳定，控制终端开始进行流量校准；

当稳定度S大于标准稳定度值时，则判定流量结果不稳定，控制终端不进行流量校准，再次进行瞬时流量值稳定度测试，直至稳定度S小于或等于设定稳定度值，若在设定时间内仍不能达到标准稳定度值，控制终端控制连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通。

9.根据权利要求8所述的在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准方法，其特征在于：若在设定时间内，仍不能达到标准稳定度值，控制终端控制连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通并发出警报。

10.根据权利要求8所述的在线颗粒物分析仪流量自动检查和校准方法，其特征在于：所述公差设定值为5％；获取标准流量计10个瞬时流量值；设定稳定度值为2％；若在10分钟内仍不能达到标准稳定度值，控制终端控制连接切换器将颗粒物分析仪与旋风式切割器接通。