CN107449685B - 一种一体化β射线烟尘浓度直读监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，包括采样头和主机箱，主机箱内安装有采集称重单元及计量单元，采样头与主机箱之间通过伴热软管连接；所述采集称重单元包括以管路连接采样头的采样支路、采样泵、吹送洁净气体的烘干支路、β射线线检测模块及可旋转的转盘，所述转盘上设置有滤膜夹安装孔；所述计量单元包括气路流量单元和接收采样头、采样称重单元检测信号并计算浓度值的单片机。该直读监测装置，通过转盘将滤膜夹取放、样品采集、烘干装置和称重装置一体化，结构紧凑，便携性佳。其中滤膜烘干采用加热与风干同时进行的方式，烘干效率高。采样支路和烘干支路采用快速升降机构可实现气路的快速密封和松开。自带反吹装置，清洁采样管路，提高采样精度。
Description
技术领域
本发明属于烟尘浓度监测领域，尤其涉及一种一体化β射线烟尘浓度直读监测装置。
背景技术
由于工业锅炉、电厂锅炉及工业窑炉等污染源所造成的环境污染问题非常严重，世界各国都对此进行了深入研究并加以控制，这就需要对其排放的颗粒状烟尘的浓度进行监测。
目前常用的监测方法有光透射法、激光后向散射法、电荷法、β射线吸收法、过滤称重法等。β射线吸收法的原理为：一个强度恒定的β源发出的β射线通过介质时,β粒子与介质中的电子相互碰撞损失能量而被吸收。在低能条件下,吸收程度取决于介质的质量,与粉尘粒子的粒度、成分、颜色及分散状态等等无关。β射线先后穿过清洁滤纸(未采集尘样)和已采有尘样滤纸(同一滤纸)，根据2次β射线被吸收量的差异来求取环境中粉尘浓度。β射线吸收法不受粉尘种类、粒度，分散度、形状、颜色、光泽等因素的影响；它可以减少样品的处理时间和受污染的机会，不会带来人为误差且无误差积累，不需要经常校准和调零，是粉尘浓度的间接测量方法中较准确的一种。
目前采用β射线吸收法的直读式烟尘颗粒物监控仪，其结构均包括刚性连接的采样头和主机箱，主机箱内安装有采集颗粒物并采用β射线称重的采集称重单元、采样泵及处理计算颗粒物浓度的控制单元，可以现场读数，使用更加方便。但现有设备存在以下缺点：1、主机箱与采样头刚性连接，采样头的角度和长度固定，导致该监控仪仅适用于某些高度范围和固定角度的烟道，无法用于倾斜或水平方向的烟道。2、直读式检测仪多采用缠绕有滤纸的纸带，结合走纸结构进行实时检测，但走纸结构大大增加了设备体积大和重量，且其检测检索出现偏差时无法校准比对。3、采样头经长期使用后其管路内壁会粘黏或多或少的颗粒物，影响检测结果。4、滤膜或纸带烘干采用灯管加热，烘干速度慢。
发明内容
本发明针对现有的直读式颗粒物检测装置存在的上述技术问题，提出一种结构紧凑，检测结果精准，监测结果显示速度快的β射线烟尘浓度直读监测装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，包括采样头和主机箱，主机箱内安装有采集称重单元及计量单元，采样头与主机箱之间通过伴热软管连接；所述采集称重单元包括以管路连接采样头的采样支路、吹送洁净气体的烘干支路、β射线线检测模块及可旋转的转盘，所述转盘上设置有滤膜夹安装孔，转盘转时安装孔内的滤膜可位于采样支路、烘干支路和β射线线检测模块处；所述计量单元包括采样泵和接收采样头、采样称重单元检测信号并计算浓度值的单片机。
作为优选，所述采样支路包括压在安装孔上方的采样上盖和抵在安装孔下方的采样下盖，采样上盖通过进气管连接采样头，采样下盖通过出气管和采样三通阀连接采样泵形成采样气路。
作为优选，所述烘干支路包括压在安装孔上方的烘干上盖和抵在安装孔下方的烘干下盖，烘干上盖通过进气管连接过滤器，烘干下盖通过出气管和烘干三通阀连接至采样三通阀，形成烘干气路。
作为优选，所述采样三通阀还连接反吹风机。
作为优选，所述采样下盖和烘干下盖通过升降板连接，升降板上方设置有偏心轮，升降板下方与主机箱之间安装有压缩弹簧，偏心轮在偏心轮电机带动下旋转实现两下盖同时升降。
作为优选，所述所述转盘连接至转盘电机主轴。
作为优选，所述主机箱侧壁设置有取放口，转盘旋转时其中一个滤膜夹安装孔伸出取放口，所述取放口上设置有可开合的挡板门。
作为优选，所述主机箱上设置有上翻盖，上翻盖底面设置有与单片机电连接的显示屏，主机箱上还设置有控制按钮及输入键盘。
作为优选，所述计量单元包括锂电池。
作为优选，所述采样支路的进气管和烘干支路的进气管上均包覆有电加热带。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，通过转盘将滤膜夹取放、样本采集、烘干装置和称重装置一体化，结构紧凑，便携性佳。该直读监测装置可实现快速、精确的检测油烟颗粒物浓度并显示检测结果。
2、滤膜烘干采用加热与风干同时进行的方式，烘干效率高。
3、采样支路和烘干支路采用快速升降机构可实现气路的快速密封和松开。
4、自带反吹装置，清洁采样管路，提高采样精度。
附图说明
图1为本发明检测装置的总体结构示意图；
图2为本发明检测装置的控制关系示意图；
图3为本发明检测装置的快速升降结构示意图；
图4为本发明检测装置的转盘及工位示意图；
以上各图中：1、采样头；11、油烟管；12、皮托管；13、烟温线管；14、保护管；15、伴热软管；2、主机箱；21、上翻盖；22、显示屏；23、输入键盘；24、取放口；25、取放箱；251、挡板门；3、采集称重单元；31、转盘电机；32、转盘；321、安装孔；33、采样支路；331、电加热带；332、采样上盖；333、采样下盖；334、采样三通阀；34、烘干支路；341、烘干上盖；342、烘干下盖；343、过滤器；334、烘干三通阀；345、反吹风机；35、β射线线检测模块；351、β射线放射源；352、β射线探测器；36、快速升降机构；361、升降板；362、偏心轮；363、弹簧；4、计量单元；41、采样泵；42、锂电池；43、单片机；A、取放工位；B、采样工位；C、烘干工位；D、称量工位。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和实施例做具体说明。
实施例：如图1、图2所示，一种一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，包括采样头和主机箱，主机箱内安装有用于采集烟气样本、烘干样本并称重的采集称重单元，包含采样泵、锂电池及计算烟气浓度值的计量单元。该烟尘浓度直读检测装置采用β射线测量法，集采样装置、烘干装置和称重装置于一体，烘干速度快，设备结构紧凑，可实现烟气浓度的快速检测与直读显示。
所述采样头包括油烟管、皮托管及烟温线管，分别用于采集油烟颗粒物，检测气体流量以及检测气体温度，以上三者后端均设置在保护管内，保护管与主机箱之间通过伴热软管连接。该设计有效的解决了现有的烟气颗粒物分析仪采样头与主机箱刚性连接带来的采样限制问题，由于需检测的烟道高度不同，其方向有竖直、水平以及倾斜等类型，刚性连接限制了采样头的长度，其采样时由于主机箱的限制，难以做到垂直取样。另外设备运输时，需要将采样头拆卸下来，否则占据空间太大，难以运输，而采用伴热软管连接，则可折叠盘放，运输和使用都便捷。为避免伴热软管内黏附部分烟气颗粒物，所述伴热软管内壁涂覆有光滑且性质稳定的聚四氟乙烯。
所述计量单元包括采样泵、锂电池和计算浓度值、并控制电气器件运行的STM32系列单片机（如STM32F103VCT6）。单片机内包括接收采样头检测到的温度信息和流量信息，并根据采集称重单元所得的重量信息，计算出烟尘浓度的分析模块。锂电池可为各气泵、显示屏等电器元件和检测元件在不便于插接电源线的情况下供电。
所述主机箱上设置有上翻盖，上翻盖底面设置有与单片机电连接的显示屏，主机箱上还设置有控制按钮及输入键盘，用于输入检测指令。
所述采集称重单元包括安装在主机箱内的支架，支架上安装有转盘电机，转盘电机主轴上安装有扇形转盘。转盘电机采用伺服电机，可带动转盘旋转，所述转盘上设置有一个放置滤膜夹的安装孔。转盘旋转，安装孔内滤膜的位置对应于四个工位，分别为取放工位、采样工位、烘干工位和称量工位（参照图3）。所述主机箱一侧的侧壁上设置有一用于取放滤膜夹的取放口，即取放工位。转盘旋转至上取放工位时，安装孔内的滤膜夹从取放口伸出主机箱外。为保护该滤膜夹不受外界污染，主机箱上设置有取放箱，罩在取放口处。为便于取放，取放箱上设置有滑动开关的挡板门。该挡板门安装在滑轨内，可通过手动推拉滑开。也可安装开关门电机，电机主轴上设置齿轮，滑板门内侧设置齿条，两者啮合实现电动开关。
所述称重单元还包括安装在支架上的采样支路、烘干支路和β射线线检测模块，分别对应于采样工位、烘干工位和称重工位。
所述采样支路包括压在安装孔上方的采样上盖和抵在安装孔下方的采样下盖，采样上盖通过进气管连接采样头，采样下盖通过出气管及采样三通阀连接采样泵形成采样气路，采样泵下游连接过滤器，将采样气体过滤后排出。由于烟气中含有水蒸气，为防止烟气经伴热软管进入主机箱后水蒸气受冷凝结为液滴，粘连在管路内壁影响检测结果，采样上盖和与之连接的进气管上均包覆有电加热带。
所述烘干支路包括压在安装孔上方的烘干上盖和抵在安装孔下方的烘干下盖，烘干上盖通过进气管连接过滤器，烘干下盖通过出气管和烘干三通阀连接至采样三通阀，两个气路共用一个采样泵，形成烘干气路，采样下盖和与之连接的进气管上均包覆有电加热带。经过滤器过滤的洁净气体进入气路后受热，热气体流经带烘干滤膜，快速烘干滤膜上的颗粒物，并将湿气带走。相对于现有的辐射加热，其烘干速度加快，烘干效果好。烘干三通阀和采样三通阀和均为连接至单片机的电磁阀，通过单片机可控制电磁阀的通断。两个气路共用一个采样泵，减小整机的重量，降低成本。
所述β射线线检测模块包括β射线放射源和β射线探测器，β射线放射源通过放射源固定座安装在支架上，位于转盘上方；β射线探测器安装在支架上位于转盘下方，用于接收β射线，β射线探测器的输出端口连接单片机的输入端口，将检测信号传输给分析模块，分析模块计算得出质量信息。
转盘转动时，需将采样下盖和烘干下盖下降一定间隙，以便于转动。所述采样下盖和烘干下盖上设置有快速升降机构（参照图4）。即采样下盖和烘干下盖通过升降板连接，升降板上方设置有偏心轮，升降板下方与支架之间安装有压缩弹簧，偏心轮在偏心轮电机带动下旋转，配合弹簧，实现两下盖同时升降。
为辅助转盘旋转至相应工位，定位准确，所述转盘底部设置有挡片，每个工位处设置有光电开关，光电开关的输出端连接至单片机的输入端，当光电开关阻断时，转盘电机停止。
由于采样头及采样支路管路较长，管路内壁或多或少的会黏附一些颗粒物，再次检测时会被滤膜收集，影响检测结果。为避免以上情况，所述采样三通阀通过反吹管连接至反吹风机，反吹风机启动后气流由出气管出入采样头，经油烟管吹出，将管路内的颗粒物排除，确保检测结果精确无误。
上述直读监测装置的使用过程如下，
1、打开上翻盖，启动设备。滑动挡板门，将滤膜夹放入取放工位处的安装孔内。
2、关闭挡板门，转盘电机带动转盘转动一定角度后停止，偏心轮电机转动使偏心轮推动烘干下盖实现烘干支路密封；采样三通阀关闭采样支路，烘干三通阀打开烘干支路，采样泵抽气，利用来自烘干支路的热风吹干滤膜。
3、滤膜吹干后，烘干下盖下降松开滤膜夹，转盘电机带动转盘转动，滤膜夹进入称量工位，利用β射线进行称量空白滤膜，称量结果传输至单片机。
4、称量完毕，转盘电机带动转盘转动，滤膜夹进入采样工位。快速升降机构使采样下盖密封采样支路，采样三通阀打开采样支路，烘干三通阀关闭烘干支路，采样泵抽气，进行采样。
5、采集完毕，快速升降机构松开滤膜夹，转盘电机带动转盘转动，滤膜夹进入风干工位，热风吹干滤膜。
6、滤膜风干后，松开滤膜夹，转盘电机带动转盘转动，滤膜夹进入称量工位，利用β射线进行称量滤膜。单片机通过和步骤3测量的空白滤膜质量比较，测得烟尘重量。结合吸入气体体积进行计算，换算出烟尘浓度并于显示屏显示。
7、点击结束本次采样，转盘电机带动转盘转动，滤膜夹取放工位处门开，取出滤膜夹，完成一次采样。取出的滤膜夹可带回分析室利用称重法校准对比检测结果。
8、采样完成后，点击反吹，下压紧装置压紧滤膜夹密封气路，三通阀开向反吹风机和采样气路，风机启动，反吹管路进行清洁。
本实施例所述的一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，通过转盘将滤膜夹取放、样本采集、烘干装置和称重装置一体化，结构紧凑，便携性佳。其中滤膜烘干采用加热与风干同时进行的方式，烘干效率高。采样支路和烘干支路采用快速升降机构可实现气路的快速密封和松开。自带反吹装置，清洁采样管路，提高采样精度。该直读监测装置可实现快速、精确的检测油烟颗粒物浓度并显示检测结果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，包括采样头和主机箱，主机箱内安装有采集称重单元及计量单元，其特征在于：采样头与主机箱之间通过伴热软管连接；
所述采集称重单元包括以管路连接采样头内烟尘管的采样支路、吹送洁净气体的烘干支路、β射线线检测模块及可旋转的转盘，所述转盘上设置有滤膜夹安装孔，转盘转时安装孔内的滤膜可位于采样支路、烘干支路和β射线线检测模块处；
所述计量单元包括采样泵和接收采样头、采样称重单元检测信号并计算浓度值的单片机。
2.根据权利要求1所述的一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，其特征在于：所述采样支路包括压在安装孔上方的采样上盖和抵在安装孔下方的采样下盖，采样上盖通过进气管连接采样头，采样下盖通过出气管和采样三通阀连接采样泵形成采样气路。
3.根据权利要求2所述的一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，其特征在于：所述烘干支路包括压在安装孔上方的烘干上盖和抵在安装孔下方的烘干下盖，烘干上盖通过进气管连接过滤器，烘干下盖通过出气管和烘干三通阀连接至采样三通阀，形成烘干气路。
4.根据权利要求2所述的一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，其特征在于：所述采样三通阀还连接反吹风机。
5.根据权利要求3所述的一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，其特征在于：所述采样下盖和烘干下盖通过升降板连接，升降板上方设置有偏心轮，升降板下方与主机箱之间安装有压缩弹簧，偏心轮在偏心轮电机带动下旋转实现两下盖同时升降。
6.根据权利要求1所述的一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，其特征在于：所述转盘连接至转盘电机主轴。
7.根据权利要求1所述的一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，其特征在于：所述主机箱侧壁设置有取放口，转盘旋转时其中一个滤膜夹安装孔伸出取放口，所述取放口上设置有可开合的挡板门。
8.根据权利要求3-7任一项所述的一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，其特征在于：所述主机箱上设置有上翻盖，上翻盖底面设置有与单片机电连接的显示屏，主机箱上还设置有控制按钮及输入键盘。
9.根据权利要求8所述的一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，其特征在于：所述计量单元包括锂电池。
10.根据权利要求1所述的一体化β射线烟尘浓度直读监测装置，其特征在于：所述采样支路的进气管和烘干支路的进气管上均包覆有电加热带。
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