CN107389515A - 颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置 - Google Patents

Abstract

一种颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置，它属于一种空气环境中颗粒物浓度的数据测定试验装置；其特征在于它包括一个用于储备点烟器发生的颗粒物以供试验舱使用的颗粒物储备舱，一个置于颗粒物储备舱中的轮盘点烟器，一个可以控制试验颗粒物浓度和温湿度的试验舱，在所述的试验舱中设置有温湿度控制装置；在所述的颗粒物储备舱中还设置有一个气泵，所述的气泵通过输气管道联通到试验舱，所述的气泵与一个气泵定时驱动电路模块电气连接。本发明可以采用国家标准规定的物质——红塔山香烟作为标准颗粒物的来源，并得到浓度恒定、且温湿度也恒定的试验环境用于标定颗粒物传感器；且本发明装置简单，制作成本低，操作方便，自动化程度高。

Description

颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置，它属于一种空气环 境中颗粒物浓度的数据测定试验装置。

背景技术：

[0002] 近年来，可吸入颗粒物(PM2.5或PM10)对人体健康造成的影响已经成为环境问题 中最受人们关注的话题，而用于颗粒物浓度监测的装置是人们了解身边环境健康最直接的 信息获取工具，与专业的颗粒物浓度检测方法与装置相比，低成本的颗粒物浓度传感器能 更加方便快捷的监测局部室内外环境的颗粒物浓度，也便于安装在家用空气净化器上以提 高家用空气净化器的档次，在民用环境颗粒物浓度监测领域得到广泛运用。但由于民用颗 粒物传感器技术尚处于起步阶段，传感器的标定、性能检测手段也十分简陋，不能完全反应 传感器工作特性，现有技术中通常采用与空气净化器检测标准类似的检测实验装置，由于 空气净化装置净化效率测定仅关注实验环境浓度净变化量，无法满足传感器标定、重复性、 一致性等测试需要的长时间稳定的浓度环境，造成了传感器参数测定往往是瞬时的，局部 数据。而由于颗粒物本身的沉降，吸附，造成现有简易装置无法维持颗粒物浓度的稳定;而 另一方面，现有设备标定过程中采用的参考方法存在不确定度，无法扣除水分造成的影响， 使得传感器标定后测定的颗粒物浓度往往高于相关标准方法，与官方发布数据一致性不 足，造成民用颗粒物传感器监测能力受到质疑。

[0003] 申请号为201610956778.9的发明专利提出一种颗粒物校准仓(舱），其温湿度控制 措施等主要特征与市售普通环境舱相同。其与颗粒物浓度控制有关的特征是:使用具有PID 调节功能的颗粒物浓度检测/控制仪对“烟雾发尘(生)器”进行控制，使仓(舱）内浓度达到 设定浓度。

[0004] 目前国家标准GB/T 18801-2015规定产生PM2.5颗粒物的标准物质是红塔山牌香 烟。将红塔山牌香烟点燃后，其烟气被导入普通环境舱中。对于家用空气净化器，检测其净 化效能的方法是：1)在环境舱中放入被检测的家用空气净化器，开启温湿度控制系统，点燃 一支红塔山牌香烟并使其烟气充入环境舱，确保舱内浓度足够高且搅拌均匀;2)开启环境 舱自带的净化装置使舱内浓度快速下降；3)当舱内浓度衰减到2X107 (个/L)时，关闭搅拌 风扇并开始记录舱内的浓度衰减曲线，记录时间段为20分钟，该曲线称之为“自然衰减曲 线” ；4)重复步骤1和2;5)当舱内浓度衰减到2X 107 (个/L)时，开启被测空气净化器，同时开 始记录舱内的浓度衰减曲线，记录时间段仍为20分钟，得到另一条曲线，称之为“总衰减曲 线”；6)根据上述两条曲线的特征计算出被测空气净化器的洁净空气量，进而计算出其净化 效能。

[0005] 上述发明采用PID调节的烟雾发尘(生)器制造烟雾而不是采用红塔山牌香烟制造 烟雾，与国家标准GB/T l88〇l-2015规定的产生PM2.5颗粒物的标准物质不一致。如采用上 述发明对颗粒物传感器进行标定，可能会导致判定合格的传感器安装在家用空气净化器上 后，其显示的结果与上述净化衰减曲线不一致，从而使民众对颗粒物传感器监测能力产生 质铼，现者•对检测单位的检测水平产生质疑。

[0006]目前尚无用于PM2 • 5检测仪校准或标定用的产品，国家标准GB/T i 880 i—2015中 PM2 • 5的产生方法，显然也不可能在环境舱中建立起可预先设定的稳定的颗粒物浓度，因此 上述国家标准中规定的仪器设备也不适用于PM2.5检测仪或颗粒物传感器的校准或标定。

发明内容：

[0007]本发明的目的在于提供一种可以产生颗粒物的标准物质与国家标准GB/T 18801 一 2015—致，且点烟的方法和烟雾浓度控制便捷、准确有效的颗粒物传感器标定及工作特性 参数测定装置。

[0008]本发明的目的是这样实现的：

[0009] —种颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置，其特征在于它包括一个用于储 备点烟器发生的颗粒物以供试验舱使用的颗粒物储备舱，一个置于颗粒物储备舱中的轮盘 点烟器，一个可以控制试验颗粒物浓度和温湿度的试验舱，在所述的试验舱中设置有温湿 度控制装置;所述的轮盘点烟器包括一个水平底座、一个置于底座中间位置的立轴、套在立 轴上的多孔轮盘、设置在靠近多孔轮盘外围的多个点烟杯、设置在多孔轮盘下方且与多孔 轮盘同轴的棘轮、一个用于驱动棘轮的棘爪机构、一个用于驱动棘爪机构实现点烟动作的 点烟定时驱动电路模块和一个位于多孔轮盘上方的定位电触点装置;所述的定位电触点装 置为一杆件结构，其一端固定在立轴上，另一端联通其中一个点烟杯;在所述的颗粒物储备 舱中还设置有一个气泵，所述的气栗通过输气管道联通到试验舱，所述的气泵与一个气泵 定时驱动电路模块电气连接。

[0010]所述的多孔轮盘包括一个下轮盘和一个直径相同的上轮盘，下轮盘为金属轮盘， 上轮盘为绝缘轮盘，在所述的上轮盘上设置若干均匀分布的电触点，所述的电触点数量与 点烟杯数量相同，且每一个电触点对应一个点烟杯;所述的上、下两个轮盘的距离边缘相同 位置处设有数量相同且均布的带有沉孔的安装孔。

[0011]所述的定位电触点装置包括一个杆件结构的绝缘的触点支架和设置在触点支架 自由端的电触点碰珠，所述的电触点碰珠电气连接至轮盘点烟器。

[0012] 所述的点烟杯通过设置在上、下轮盘上的安装孔固定在多孔轮盘的外围边缘处； 所述的下轮盘通过立轴电气连接至轮盘点烟器的电源的负极。

[0013] 所述的点烟杯包括杯体和设置在杯体中的电热丝，所述的电发热丝的一端连通在 下轮盘上，所述的电热丝的另一端连接到上轮盘上的电触点上。

[0014] 所述的棘轮固定在下轮盘的下部;所述的棘爪机构由安装在底座上的电磁铁驱 动。

[0015] 所述的颗粒物储备舱为透明的带盖密封箱体，所述的点烟定时驱动电路模块与所 述气栗定时驱动电路模块置于颗粒物储备舱外;在试验舱和颗粒物储备舱之间还设有回气 管道。

[0016] 在所述的颗粒物储备舱中设置有搅拌风扇。

[0017] 所述的温湿度控制装置包括加热装置、制冷装置和加湿装置。

[0018] 所述的加热装置连接一 PID调节的温控表;所述的加湿装置为超声波加湿器。

[0019] 本发明可以采用国家标准规定的物质一一红塔山香烟作为标准颗粒物的来源，并 得到浓度恒定、且温湿度也恒定的试验环境用于标定颗粒物传感器;且本发明装置简单，制 作成本低，操作方便，自动化程度高。

附图说明：

[0020] 图1为本发明的结构示意简图

[0021] 图2为本发明的轮盘点烟器的结构示意简图

具体实施方式：

[0022] 下面结合图1和图2,对本发明进行进一步的说明：

[0023] 在本实施例中，本发明包括一个用于储备点烟器发生的颗粒物以供试验舱使用的 颗粒物储备舱2，一个置于颗粒物储备舱中的轮盘点烟器1，一个可以控制试验颗粒物浓度 和温湿度的试验舱3,还包括一个用于控制点烟器1动作的点烟定时驱动电路模块18和一个 用于控制储备舱2中的烟气泵送量的气栗定时驱动电路模块23。在所述的试验舱3中设置有 温湿度控制装置。在本实施例中，所述的颗粒物储备舱2为透明的带盖密封箱体。在所述的 颗粒物储备舱2中设置有搅拌风扇22和微型气泵21，气栗21可将储备舱中的烟气输送至试 验舱3中，由气栗定时驱动电路模块23控制，所述的气栗定时驱动电路模块23置于颗粒物储 备舱2外。所述的轮盘点烟器1位于颗粒物储备舱内，用于定时点着香烟发生颗粒物，以维持 储备舱内颗粒物浓度稳定；既颗粒物储备舱用于储备点烟器发生的颗粒物以供实验舱使 用。试验舱(3)用于营造颗粒物浓度动态平衡的试验环境，并主要控制实验温度和湿度。为 达此目的，所述的温湿度控制装置包括加热装置32、制冷装置33和加湿装置34。在本实施例 中，所述的加热装置32可连接一PID调节的温控表;所述的加湿装置34可以是超声波加湿 器。所述的气栗定时驱动电路模块23为一个可以根据计数/定时器发出的周期性脉冲信号 的定时驱动电路模块。所述的气泵通过输气管道24联通到试验舱3。在试验舱和颗粒物储备 舱之间还设有回气管道25，其目的是平衡颗粒物储备舱和试验舱之间的压力。

[0024] 所述的轮盘点烟器包括一个水平底座11、一个置于底座中间位置的立轴12、套在 立轴12上的多孔轮盘13、设置在靠近多孔轮盘13边缘外围位置处的点烟杯14、设置在多孔 轮盘下方且与多孔轮盘同轴的棘轮15、一个用于驱动棘轮的棘爪机构16、一个用于对点烟 杯14中电热丝轮流通电的定位电触点装置17;所述的棘爪机构16与点烟定时驱动电路模块 18电气连接。

[0025]所述的定位电触点装置由一杆件结构的绝缘的触点支架171和一个电触点碰珠组 成，触点支架171 —端固定在立轴12上，所述的电触点碰珠172设置在触点支架171的另一 端，所述的电触点碰珠电气连接至轮盘点烟器1的加热电源。所述的多孔轮盘13包括一个下 轮盘131和一个直径相同的上轮盘132,下轮盘131为金属轮盘，上轮盘132为绝缘轮盘;所述 的两个轮盘的距离边缘相同位置处设有数量相同且均布的带有沉孔的安装孔，在所述的绝 缘的上轮盘上设置均匀分布的与上述安装孔对应的电触点133,所述的电触点133是实现电 触点碰珠172与点烟杯中的电热丝联通的重要装置。电触点的数量与点烟杯相同，且与点烟 杯--对应。

[0026] 所述的点烟杯14通过设置在上下轮盘上的安装孔固定在多孔轮盘13的靠近边缘 外围处;所述的下轮盘通过立轴电气连接至轮盘点烟器1的加热电源的负极。所述的点烟杯 14包括杯体和设置在杯体中的电热丝，所述的电热丝的一端连通在下轮盘上，所述的电热 丝的另一端连接到上轮盘I32上的电触点133上。所述的棘轮I5固定在下轮盘131的下部;所 述的棘爪机构16由安装在底座11上的电磁铁驱动。

[0027] 本发明的工作原理如下：

[0028] 轮盘点烟器1受气栗定时驱动电路模块23控制，每当一个孔位的点烟杯14转到所 述电触点碰珠172位置时，定位电触点133就会与电触点碰珠172接触，点烟杯中的电热丝就 会发红，将点烟杯中的香烟丝点燃。为缩短浓度建立的时间，开始时可在短时间内点燃多个 点烟杯中的香烟，在建立起所需浓度后，再调节多孔轮盘点烟器1的转速，使之每隔数十秒 或数百秒再点燃一小段香烟，以维持舱内浓度基本不变。同时，再通过调整向试验舱杲送烟 气的气泵21运转的时间间隔以及调整每次运转的持续时间来实现试验舱内烟气浓度的恒 定。这些调节可以通过设定气泵定时驱动电路模块23和点烟定时驱动电路模块18实现。 [0029] 本发明的工作原理和流程：（以60孔点烟器为例，既点烟杯60个），在具体实施本发 明时，点烟器的数量可以依据试验需要设定。

[0030] (1)将所有设备放置于空调房间内，连接好电源线和控制线，加热丝电源关。开启 试验舱的温湿度控制装置；

[0031] (2)将颗粒物储备舱中的60孔轮盘点烟器的每一个点烟杯14中放入实现切好的红 塔山牌香烟小段。然后盖好舱盖；

[0032] (3)调节点烟定时驱动电路的计数/定时器，使其每10秒输出一个脉冲信号，观察 多孔轮盘点烟器是否能实现每10秒转动一个孔位；

[0033] ⑷如轮盘点烟器能实现每10秒转动一个孔位，接通点烟杯的电热丝电源；

[0034] (5)当有若干个孔位的香烟段被点燃后，将点烟定时驱动电路18的计数/定时器调 整为每100秒输出一个脉冲信号，之后再根据舱内烟雾的浓度调节所述脉冲信号的频率，使 舱内浓度保持稳定。

[0035] 〇3)当颗粒物储备舱内烟雾浓度基本稳定后，启动气泵，将颗粒物储备舱内烟雾通 过输气管道缓缓向试验舱内栗送，当试验舱浓度接近传感器标定或其他试验所需浓度时， 所述的气泵定时驱动电路模块23驱动气泵21间歇地向试验舱提供烟雾。根据试验舱烟气浓 度的变化趋势，调节气泵定时驱动电路模块23计数/定时器输出脉冲信号的频率和脉冲宽 度。

Claims (10)

1. 一种颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置，其特征在于它包括一个用于储备 点烟器发生的颗粒物以供试验舱使用的颗粒物储备舱(2)，一个置于颗粒物储备舱中的轮 盘点烟器（1)，一个可以控制试验颗粒物浓度和温湿度的试验舱(3)，在所述的试验舱中设 置有温湿度控制装置;所述的轮盘点烟器包括一个水平底座（11)、一个置于底座中间位置 的立轴（12)、套在立轴（12)上的多孔轮盘(13)、设置在靠近多孔轮盘（13)外围的多个点烟 杯（14)、设置在多孔轮盘下方且与多孔轮盘同轴的棘轮(15)、一个用于驱动棘轮的棘爪机 构（16)、一个用于驱动棘爪机构实现点烟动作的点烟定时驱动电路模块(18)和一个位于多 孔轮盘（13)上方的定位电触点装置;所述的定位电触点装置为一杆件结构，其一端固定在 立轴（12)上，另一端联通其中一个点烟杯；在所述的颗粒物储备舱中还设置有一个气栗 (21)，所述的气栗通过输气管道(24)联通到试验舱(3)，所述的气栗与一个气栗定时驱动电 路模块(23)电气连接。

2. 如权利要求1中所述的颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置，其特征在于所 述的多孔轮盘(I3)包括一个下轮盘(131)和一个直径相同的上轮盘(132)，下轮盘为金属轮 盘，上轮盘为绝缘轮盘，在所述的上轮盘上设置若干均匀分布的电触点（133)，所述的电触 点数量与点烟杯数量相同，且每一个电触点对应一个点烟杯;所述的上、下两个轮盘的距离 边缘相同位置处设有数量相同且均布的带有沉孔的安装孔。

3. 如权利要求1中所述的颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置，其特征在于所 述的定位电触点装置包括一个杆件结构的绝缘的触点支架（171)和设置在触点支架（171) 自由端的电触点碰珠(172)，所述的电触点碰珠电气连接至轮盘点烟器(1)。

4. 如权利要求2中所述的颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置，其特征在于所 述的点烟杯（14)通过设置在上、下轮盘上的安装孔固定在多孔轮盘（13)的外围边缘处;所 述的下轮盘(131)通过立轴电气连接至轮盘点烟器(1)的电源的负极。

5. 如权利要求4中所述的颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置，其特征在于所 述的点烟杯（14)包括杯体和设置在杯体中的电热丝，所述的电发热丝的一端连通在下轮盘 上，所述的电热丝的另一端连接到上轮盘(132)上的电触点（133)上。

6. 如权利要求1中所述的颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置，其特征在于所 述的棘轮（15)固定在下轮盘（131)的下部;所述的棘爪机构（16)由安装在底座（11)上的电 磁铁驱动。

7. 如权利要求1或2或3或6中所述的颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置，其特 征在于所述的颗粒物储备舱（2)为透明的带盖密封箱体，所述的点烟定时驱动电路模块 (18)与所述气泵定时驱动电路模块(23)置于颗粒物储备舱(2)外;在试验舱和颗粒物储备 舱之间还设有回气管道(25)。

8. 如权利要求1或2或3或6中所述的颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置，其特 征在于在所述的颗粒物储备舱(2)中设置有搅拌风扇(2¾。

9. 如权利要求1或2或3或6中所述的颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置，其特 征在于所述的温湿度控制装置包括加热装置(3¾、制冷装置(33)和加湿装置CM)。

10. 如权利要求9中所述的颗粒物传感器标定及工作特性参数测定装置，其特征在于所 述的加热装置(32)连接一PID调节的温控表;所述的加湿装置C34)为超声波加湿器。