CN108426810A - 一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，包括进料单元、与进料单元连接的测量单元，所述进料单元和测量单元间设置有荷电单元，所述测量单元出口设置有动力单元；所述荷电单元包括与电源相连的线状放电极以及圆筒接地极；所述测量单元为法拉第筒，包括接地的外筒和与静电计连接的内筒，所述内筒与所述外筒同轴；所述进料单元包括含尘空气进料阀以及与清洁空气阀相连的过滤器。测量单元通过静电感应原理来确定电荷量，静电计最终稳定值即为两个阶段总电荷量，根据电荷量与浓度的关系即可计算出空气含尘浓度。
Description
技术领域
本发明涉及一种大气环保电学检测仪器，具体涉及一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置。
背景技术
随着工业化进程的发展，汽车车辆的增加以及居民供暖需求的日益增大，近些年空气污染越发严重，其中最为显著的一个指标就是空气中可吸入颗粒物的增加，它们能够在呼吸过程中直接进入人体的呼吸道并积聚在肺部,人体长期的吸入会引发肺炎、气喘、肺功能下降等各种呼吸道疾病。因此治理空气问题的首要就是测量空气中颗粒物浓度，高精度的测量仪器显得尤为重要。
目前，目前国内外研究了多种测量粉尘浓度的方法,如称重法、电容法、β射线法、压电晶体感应法、光散射法、光吸收法、电荷感应法、超声波法、微波法等。其中称重法是最基本的测量方法,但其不能用于粉尘浓度的连续监测；电容法的测量原理简单,但电容测量值与浓度之间并非一一对应的线性关系,电容的测量值易受相分布及流型变化的影响,导致较大的测量误差；β射线法虽然测量准确,但它需要对粉尘进行采样后对比测量,很难实现粉尘浓度的在线监测；压电晶体感应法适用于地面上粉尘浓度较低的场合,且要求操作人员具有一定的经验,从而影响了它的推广使用超声波法、微波法测量粉尘浓度正处于试验研究阶段。目前市场上主要采用光散射法、光吸收法、电荷感应法进行粉尘浓度在线监测。光学法测量容易使光学系统受污染,维护麻烦；电荷感应法是近10多年来在国际上受到重视的一种颗粒质量浓度在线测量方法,具有测量范围宽、适应性强、经久耐用、维护量小等优点。
发明内容
为克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置。
本发明为解决背景技术中提出的技术问题，采用的技术方案是：一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，包括进料单元、与进料单元连接的测量单元，所述进料单元和测量单元间设置有荷电单元，所述测量单元出口设置有动力单元；
所述荷电单元包括与电源相连的线状放电极以及圆筒接地极；
所述测量单元为法拉第筒，包括接地的外筒和与静电计连接的内筒，所述内筒与所述外
筒同轴；
所述进料单元包括含尘空气进料阀以及与清洁空气阀相连的过滤器。
所述进料单元、荷电单元、测量单元、动力单元彼此之间以PVC圆管连接。
所述内筒与所述外筒之间填充有聚四氟乙烯材料。
所述电源与所述线状放电极之间连接有导线。
所述动力单元为风机，选用GP-80低噪声轴流通风机。
所述荷电单元的圆筒接地。
所述测量单元的外筒接地。
所述电源采用A037523直读光谱仪负高压电源。
所述静电计采用美国TSI集团的3068B气溶胶静电计。
有益效果：
本发明提出的一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，利用静电感应现象通过静电计测出粒子带电量，进一步根据电荷量与颗粒物浓度之间的关系，计算出空气中粒子浓度，该发明装置结构简单，操作方便，适合于工程实际中推广使用。
附图说明
图1为本发明的俯视图；
附图标记：1、3、10、16—PVC圆管，2-含尘空气进料阀，4—过滤器，5—圆筒接地极，6—线状放电极，7、8、13、15—导线，9—电源，11—内筒，12—外筒，14—静电计，17—风机，18—清洁空气阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施方式用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，包括进料单元、与进料单元连接的测量单元，所述测量单元为法拉第筒，包括接地的外筒12和与静电计14经导线13连接的内筒11，所述静电计14采用美国TSI集团的3068B气溶胶静电计，所述内筒11与所述外筒12同轴，所述内筒11与所述外筒12之间填充有聚四氟乙烯材料，所述外筒12经导线15接地；所述进料单元包括含尘空气进料阀2以及与清洁空气阀18相连的过滤器4，所述过滤器4为高效过滤器，选用克瑞斯H14无隔板高效空气过滤器，所述进料单元和测量单元间设置有荷电单元，所述荷电单元包括与电源9相连的线状放电极6以及圆筒接地极5；所述圆筒接地极5经导线7接地，所述电源9与所述线状放电极6之间连接有导线8，所述电源9采用A037523直读光谱仪负高压电源；所述测量单元出口设置有动力单元，所述动力单元为风机17，选用GP-80低噪声轴流通风机；为了绝缘目的，所述进料单元、荷电单元、测量单元、动力单元彼此之间以PVC圆管连接。
本发明测量原理如下：
首先，荷电阶段，打开含尘空气进料阀2，关闭清洁空气阀18，含尘空气进入接有电源9的线状放电极6和圆筒接地极5之间所形成的不均匀电场中，气体中的电子运动加速到足以使线状放电极6附近的气体达到电离的程度，由此所产生的离子在向圆筒接地极5运动的过程中与气体中的悬浮粒子碰撞并附着在其上面，离子的附着导致粒子荷电。由于部分荷电粒子被圆筒接地极5捕获，无法到达测量单元，造成较大的误差。因此，在清除阶段关闭电源9，记录荷电时间，关闭含尘空气进料阀2，打开清洁空气阀18，通入高速清洁空气流，使得圆筒接地极5内壁上沉积的带电颗粒进入测量单元，当静电计14数值保持不变，记录其电荷量，故电荷量与浓度的关系按照下式计算：
其中q为所测得的两个阶段的总电荷量，t为荷电阶段的时间，a、b为常数，与装置所在的位置以及被测物质有关，C为颗粒浓度，u为平均气流速度。
为了确定常数b的值，首先调节风机使气流分别以两种不同的速度u1、u2进入装置,在相同的荷电时间t内测出总带电量分别为q1、q2，则可计算出b为：
接着为了确定常数a的值，将颗粒浓度C′(已知)的气流以u1的速度通入装置中荷电t(s)，所测得的两个阶段总带电量为q′，则可计算出a为：
下面列举一个具体例子，对本发明进行说明，但具体尺寸和位置等不是唯一要求，根据具体条件适当改变和重新组合，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
具体实施例：
所述荷电单元中线状放电极6长25cm，截面直径为0.2cm，圆筒接地极5长30cm，截面直径为10cm。其中线状放电极6与电源9相连接，圆筒接地极5接地，9电源9采用A037523直读光谱仪负高压电源。所述测量单元中内筒11长度为30cm，截面直径为10cm，外筒12长度为30cm，截面半径为15cm，静电计14采用美国TSI集团的3068B气溶胶静电计。
荷电阶段：开启电源9，线状放电极6和圆筒接地极5之间形成了不均匀的电场，在风机17的作用下，含尘空气以1m/s的平均速度进入荷电单元，气体中的电子运动加速到足以使线状放电极6附近的气体达到电离的程度，由此所产生的离子在向圆筒接地极5运动的过程中与气体中的悬浮粒子碰撞并附着在其上面，离子的附着导致粒子荷电，荷电后的颗粒物进入到测量单元，在静电感应作用下，内筒11内壁产生与粒子等电荷量的异性电荷，则内筒11外壁产生与粒子等电荷量的同种电荷，该过程持续30s后关闭电源9。
清除阶段：调节风机17加大气流速度，观察静电计数值，直到该数值不变时记录此时电荷量为q1。同样地，调节风机17使空气以2m/s的速度进入荷电单元充电30s，静电计最终数值记为q2。则根据公式(2)可求得常数b为
将颗粒浓度为20mg/m3的含尘气流以1m/s的平均速度通入该装置中荷电30s，并且经过清除阶段后静电计最终数值记录为q′，则根据公式(3)可计算出常数a为
本发明公开和提出的一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (9)
1.一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，包括进料单元、与进料单元连接的测量单元，
其特征在于，所述进料单元和测量单元间设置有荷电单元，所述测量单元出口设置有动力单元；
所述荷电单元包括与电源相连的线状放电极以及圆筒接地极；
所述测量单元为法拉第筒，包括接地的外筒和与静电计连接的内筒，所述内筒与所述外筒同轴；
所述进料单元包括含尘空气进料阀以及与清洁空气阀相连的过滤器。
2.根据权利要求1所述的一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，其特征在于，所述进料单元、荷电单元、测量单元、动力单元彼此之间以PVC圆管连接。
3.根据权利要求1所述的一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，其特征在于，所述内筒与所述外筒之间填充有聚四氟乙烯材料。
4.根据权利要求1所述的一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，其特征在于，所述电源与所述线状放电极之间连接有导线。
5.根据权利要求1所述的一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，其特征在于，所述动力单元为风机，选用GP-80低噪声轴流通风机。
6.根据权利要求1所述的一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，其特征在于，所述荷电单元的圆筒接地。
7.根据权利要求1所述的一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，其特征在于，所述测量单元的外筒接地。
8.根据权利要求1所述的一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，其特征在于，所述电源采用A037523直读光谱仪负高压电源。
9.根据权利要求1所述的一种空气中颗粒物平均浓度的测量装置，其特征在于，所述静电计采用美国TSI集团的3068B气溶胶静电计。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180821 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |