CN107063958A - 一种基于静电法的粉尘浓度在线测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种灵敏且耐用的基于静电法的粉尘浓度在线测量装置，该测量装置包括传感器探棒、传感器安装底座、传感器引线和信号处理单元，所述传感器探棒通过所述传感器安装底座设于待测粉尘流过的管道中，所述传感器探棒通过所述传感器引线与所述信号处理单元连接；所述传感器探棒包括相对于粉尘流动方向的迎风面和背风面，所述传感器探棒上自迎风面至背风面设有一个或多个通孔，且所述传感器探棒的横截面为扁体形状。本发明通过传感器探棒上通孔的设置，实现了对低浓度或低速含尘气体粉尘浓度的测量，通过传感器探棒扁体形状的设置，延长了静电粉尘传感器的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及粉尘测量装置，具体涉及一种基于静电法的粉尘浓度在线测量装置。
背景技术
化工、钢铁、燃煤电厂等行业通常会在生产过程中产生大量的含有工业粉尘的工业尾气或工业煤气。这些含有粉尘的工业尾气不能直接对空排放，否则会对空气产生严重的粉尘污染，如PM2.5等。另外，要想对工业煤气进行二次利用，如利用其余热/余压推动汽轮机发电等，也需要过滤掉其中的粉尘，获得纯净的不含尘煤气，否则，煤气中高速流动的粉尘会不断的磨损气轮机的叶片，导致气轮机毁坏。因此，上述两种情况，都需要对工业含尘尾气或含尘煤气进行粉尘含量实时测量，以便确定可以对空排放或可以进入二次利用的工艺环节。
上述工业含尘气体通常采用管道或烟道进行输送。目前的粉尘含量测量传感器通常安装在输送管道或烟道上，主要有两种测量技术。一种是光学测量法，传感器发射一束激光，照射在含尘气体上，通过透射后或背向散射后的激光强度来推算气体中粉尘浓度的大小。另一种技术则是基于静电荷的方式来测量粉尘浓度的大小：粉尘在运动过程中相互摩擦，产生静电荷，从而形成静电场，该电场的大小与粉尘浓度含量的大小成正比，传感器探棒插入含尘气体中，感知并测量该静电场的大小，就可以实时计算出含尘气体中粉尘浓度的大小。
光学测量技术由于需要采用光学元器件，器件性能比较娇气，难以适应恶劣的工业生产环境，因此现场采用的比较少。基于静电荷的测量技术，由于其安装、使用简单，测量结果稳定、可靠，能适应恶劣的工业生产环境，因此现场大量采用此技术来测量工业含尘气体的粉尘含量。
现有的基于静电法的方案是在管道或烟道侧壁开孔，在开孔处焊接一个安装底座，探测粉尘摩擦产生的静电场大小的传感器探棒(通常是金属棒)通过安装底座固定，从而插入管道或烟道中。传感器探棒探测静电场的大小，并将反映静电场大小的感生电荷通过传感器引线输出给后续的信号处理单元，完成粉尘浓度含量的测量(如图1所示)。
然而，现有的静电法粉尘传感器通常采用圆柱形棍状传感器来测量粉尘含量的大小，主要存在以下问题：1)传感器探棒的迎风面常年累月受管道或烟道内含尘气体的冲刷，磨损严重，容易因过度磨损而失效；2)当管道或烟道内的含尘气体浓度较低或流速较慢时，粉尘间摩擦产生的静电荷较少，静电场很弱，圆柱形棍状传感器无法检测出这样微小的信号，导致传感器测量失效。
发明内容
本发明提供一种基于静电法的粉尘浓度在线测量装置，包括传感器探棒、传感器安装底座、传感器引线和信号处理单元，所述传感器探棒通过所述传感器安装底座设于待测粉尘流过的管道中，所述传感器探棒通过所述传感器引线与所述信号处理单元连接；所述传感器探棒包括相对于粉尘流动方向的迎风面和背风面，所述传感器探棒上自迎风面至背风面设有一个或多个通孔，且所述传感器探棒的横截面为扁体形状。
一方面，本发明的传感器探棒的扁体形状能极大的减小含尘气体对传感器探棒的磨损，从而极大的避免因传感器探棒磨损导致的测量结果失效。另一方面，发明的结构提升了粉尘摩擦产生的静电场信号的强度，解决了当管道或烟道内的含尘气体浓度较低或流速较慢时，粉尘间摩擦产生的静电荷较少，静电场很弱，传感器探棒检测不到变弱的静电场信号，导致测量结果失效的问题。从而，延长了静电粉尘传感器的使用寿命，并实现了对低浓度或低速含尘气体粉尘浓度的测量。
附图说明
图1为现有静电粉尘传感器在工作状态下的结构示意图。
图2为本发明的一种静电粉尘传感器在工作状态下的结构示意图。
图3为本发明另一种静电粉尘传感器在工作状态下的结构示意图。
其中，1为传感器引线，2为传感器安装底座，3为传感器探棒，4为含尘气体，5为管道或烟道，6为含尘气体流动方向，7为静电粉尘传感器的迎风面，8为通孔。
具体实施方式
本发明的基于静电法的粉尘浓度在线测量装置，包括传感器探棒、传感器安装底座、传感器引线和信号处理单元，所述传感器探棒通过所述传感器安装底座设于待测粉尘流过的管道中，所述传感器探棒通过所述传感器引线与所述信号处理单元连接，且所述传感器探棒的横截面为扁体形状。使用中，所述传感器探棒扁体窄的一侧位于迎风面。
本发明相对于现有技术的改进在于传感器探棒的形状上。现有技术传感器探棒的形状是圆柱体形的，本发明将圆柱体形探棒改为扁体形探棒。探棒在迎风面受力相对较大，背风面几乎不受力，因此相同受力面积下，迎风面的磨损比背风面要大得多。圆柱体形的探棒在迎风面受力面积大，而本发明扁体形传感器探棒的迎风面受力面积小，且由于扁体形表面的气体流态特征，也减小了传感器探棒和含尘气体的摩擦力(如同飞机的机翼可以减小空气对飞机的阻力一样的道理)。因此，本发明的扁体形传感器探棒能极大的减小含尘气体对传感器探棒的磨损，从而极大的避免因传感器探棒磨损导致的测量结果失效。现有技术传感器探棒的可靠使用寿命为3～6个月，而本发明探棒的可靠使用寿命大于2年。
作为一种具体的实施方式，所述传感器探棒为翼形。
作为一种具体的实施方式，所述传感器探棒的横截面为椭圆形。
作为一种具体的实施方式，所述传感器探棒的横截面为扁的多角形。
作为一种具体的实施方式，所述传感器探棒的横截面为扇形。
图2示出了一种在工作状态下的本发明的传感器的结构示意图，其中的传感器探棒3的横截面为扁的多角形，整个传感器探棒3呈接近翼形的形状。在使用中，所述传感器探棒3最尖的棱位于迎风面，即扁体较窄的一侧位于迎风面。
进一步，本发明的基于静电法的粉尘浓度在线测量装置，包括传感器探棒、传感器安装底座、传感器引线和信号处理单元，所述传感器探棒通过所述传感器安装底座设于待测粉尘流过的管道中，所述传感器探棒通过所述传感器引线与所述信号处理单元连接；所述传感器探棒包括相对于粉尘流动方向的迎风面和背风面，所述传感器探棒上自迎风面至背风面设有一个或多个通孔。
现有技术的传感器探棒为一整体，而本发明在探棒上自迎风面至背风面，设有一个或若干个贯通的小孔。这些小孔的目的在于提升传感器探棒附近粉尘相互摩擦产生的静电场信号的大小。提升的原理是，含尘气体流经小孔时，由于喉管效应(文丘里效应)，气体的流动速度会加快，从而粉尘粒子之间的摩擦强度和频率增加，摩擦产生的静电荷数量会大量增多，最终导致粉尘摩擦产生的静电场信号变强，从而能被传感器探棒所感知。该改进点提升了粉尘摩擦产生的静电场信号的强度，避免了在管道或烟道内的含尘气体浓度较低或流速较慢时，粉尘间摩擦产生的静电荷较少，静电场很弱，传感器探棒检测不到变弱的静电场信号，测量结果失效的问题。现有技术的最低可靠可测粉尘浓度为20mg/m3；本发明的最低可靠可测粉尘浓度可为5mg/m3。
作为一种具体的实施方式，所述通孔为喇叭状通孔，且处于迎风面的一端为喇叭状通孔的膨大端。
作为一种具体的实施方式，所述通孔弯曲状的贯通所述传感器探棒。
图3示出了另一种在工作状态下的本发明的静电粉尘传感器的结构示意图，其中的传感器探棒3上有自迎风面至背风面贯穿的通孔。
最后说明的是，以上实施方案仅用以说明本发明的技术方案而非限制。本领域技术人员在不脱离本发明技术方案的宗旨和范围的情况下，对本发明的技术方案进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的范围中。
Claims (7)
1.一种基于静电法的粉尘浓度在线测量装置，其特征在于，包括传感器探棒、传感器安装底座、传感器引线和信号处理单元，所述传感器探棒通过所述传感器安装底座设于待测粉尘流过的管道中，所述传感器探棒通过所述传感器引线与所述信号处理单元连接；所述传感器探棒包括相对于粉尘流动方向的迎风面和背风面，所述传感器探棒上自迎风面至背风面设有一个或多个通孔，且所述传感器探棒的横截面为扁体形状。
2.根据权利要求1所述的基于静电法的粉尘浓度在线测量装置，其特征在于，所述通孔为喇叭状通孔，且处于迎风面的一端为喇叭状通孔的膨大端。
3.根据权利要求1所述的基于静电法的粉尘浓度在线测量装置，其特征在于，所述通孔呈弯曲状的贯通所述传感器探棒。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基于静电法的粉尘浓度在线测量装置，其特征在于，所述传感器探棒为翼形。
5.根据权利要求1至3任一项所述的基于静电法的粉尘浓度在线测量装置，其特征在于，所述传感器探棒的横截面为椭圆形。
6.根据权利要求1至3任一项所述的基于静电法的粉尘浓度在线测量装置，其特征在于，所述传感器探棒的横截面为扁的多角形。
7.根据权利要求1至3任一项所述的基于静电法的粉尘浓度在线测量装置，其特征在于，所述传感器探棒的横截面为扇形。
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