CN109238933A - 一种颗粒物监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种颗粒物监测装置属于大气监测技术领域，尤其涉及一种颗粒物监测装置。本发明提供一种可测定两种颗粒物质量浓度的颗粒物监测装置。本发明包括颗粒物分离取样模块、颗粒物尘样分选模块、样气湿度控制模块、颗粒物采样检测模块和恒流调节模块，其结构要点颗粒物分离取样模块的输出端与颗粒物尘样分选模块的输入端相连，颗粒物尘样分选模块的输出端与样气湿度控制模块的输入端相连，样气湿度控制模块的输出端与颗粒物采样检测模块的输入端相连，颗粒物采样检测模块的输出端与恒流调节模块的输入端相连。
Description
技术领域
本发明属于大气监测技术领域，尤其涉及一种颗粒物监测装置。
背景技术
按照空气动力学，直径大小，可将大气环境中的颗粒物分为：粒径为0.01μm～100μm的总悬浮颗粒物TSP、直径小于或等于10μm的可吸入颗粒物PM10、直径小于或等于2.5μm细颗粒物PM2.5。
粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在10微米以下的颗粒物，即PM10，能在环境空气中长久的存在，能够进入上呼吸道，对人体健康影响较大，被人体吸入后，积累在呼吸系统中，引发人体的多种疾病；粒径在2.5微米以下的细颗粒物，即PM2.5（还不到人的头发丝粗细的1/20），不易被阻挡，被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。这些颗粒还可以通过支气管和肺泡进入血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害更大。PM2.5还可成为病毒和细菌的载体，为呼吸道传染病的传播推波助澜。PM2.5还会形成灰霾，降低能见度、影响生态环境，并通过远距离输送，造成区域性或全球性环境问题，甚至影响气候变化，PM10和PM2.5已经成为环境空气质量监测的必测参数。
目前空气颗粒物的自动监测方法有：β射线吸收法，微量振荡天平法，光散射法。β射线吸收法主要是通过测量射线经过附有颗粒物的滤纸的损耗来计算颗粒物的质量浓度；微量振荡天平法是通过测量振荡频率的变化计算出沉积在滤膜上颗粒物质量的一种方法；光散射法主要是利用颗粒物对光的散射直接实现气溶胶光学粒径的测量，是一种非接触、在线式测量方法。目前使用β射线法测量颗粒物共有叁类自动监测仪器，其一是单通道颗粒物监测仪，只能实现PM10或PM2.5单个参数的测量；其二是双β射线检测器和双β放射源的双通道颗粒物自动检测装置；其三是单β射线检测器和单β放射源的双通道颗粒物自动检测装置。现有使用β射线法测量颗粒物的自动监测仪器存在以下问题：
1、单通道颗粒物监测仪
只能实现PM10或PM2.5单个参数的测量，因此测量两个参数需要两台仪器同时监测，体积大，占用空间多，成本高，维护费用多，维修量大。
2、双β射线检测器和双β放射源的双通道颗粒物自动检测装置
该类仪器有以下特点：
(1)同时使用两个β射线检测器和两个β放射源，制造成本高；
(2)β射线检测器和β放射源定期需要校准和清洗，维护成本高；
(3)使用两路流量控制系统，制造成本和维护成本均高；因此该类设备的制造和维护成本较高。
3、单β射线检测器和单β放射源的双通道颗粒物自动检测装置
该类仪器有以下特点：
虽然只使用了一个β射线检测器和一个β放射源，但由于其双通道采用平行结构，只能通过驱动检测部件循环移动，实现分别检测PM10和PM2.5颗粒物；因此该仪器即要有两路分别对双通道控制的流量控制系统，又要有对检测部件进行循环驱动的伺服控制系统，所以该装置制造和维护成本较高。
针对上述现有技术存在的技术问题，如何研发一种只使用单β射线检测器和单β放射源，降低制造和维护成本，简单易用，既可完成双颗粒物在线连续采样过程的监测仪器具有重要的现实意义。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种可测定两种颗粒物质量浓度的颗粒物监测装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括颗粒物分离取样模块、颗粒物尘样分选模块、样气湿度控制模块、颗粒物采样检测模块和恒流调节模块，其结构要点颗粒物分离取样模块的输出端与颗粒物尘样分选模块的输入端相连，颗粒物尘样分选模块的输出端与样气湿度控制模块的输入端相连，样气湿度控制模块的输出端与颗粒物采样检测模块的输入端相连，颗粒物采样检测模块的输出端与恒流调节模块的输入端相连；
所述颗粒物尘样分选模块包括直通通道、颗粒经再次切割的再切割通道和控制直通通道进口、再切割通道进口择一与颗粒物分离取样模块的输出端连通的转换部分，直通通道出口和再切割通道出口均与颗粒物采样检测模块的输入端相连。
作为一种优选方案，本发明所述转换部分采用三通转换阀，三通转换阀进口与颗粒物分离取样模块的输出端相连，三通转换阀第一出口与直通通道进口相连，三通转换阀第二出口与再切割通道进口相连。
作为另一种优选方案，本发明所述颗粒物分离取样模块包括第一切割器、除水瓶、虚拟撞击式切割器和采样管，第一切割器与除水瓶相连接，第一切割器的输出端通过采样管与颗粒物尘样分选模块的输入端连接。
作为另一种优选方案，本发明所述再切割通道上设置有第二切割器。
作为另一种优选方案，本发明所述第一切割器的切割颗粒大于第二切割器的切割颗粒。
作为另一种优选方案，本发明所述第一切割器为PM10切割器。
作为另一种优选方案，本发明所述第二切割器为PM2.5切割器。
作为另一种优选方案，本发明所述转换部分使直通通道与颗粒物分离取样模块的输出端连通，经过时间T，在颗粒物采样检测模块的滤纸带上得到第一组颗粒物，第一组颗粒物的质量记为质量一；之后，转换部分使再切割通道与颗粒物分离取样模块的输出端连通，经过相同的时间T，在滤纸带上得到第二组颗粒物，第二组颗粒物的质量记为质量二；第二组颗粒物包括第一组颗粒物和通过再切割通道输出的较小直径颗粒物，用质量二减去质量一得到较小直径颗粒物的质量。
作为另一种优选方案，本发明所述转换部分按一定时间间隔交替转换。
作为另一种优选方案，本发明所述转换部分按5～15分钟时间间隔交替转换。
作为另一种优选方案，本发明所述样气湿度控制模块包括采样管加热块、保温套和样气湿度调控器，采样管加热块及保温套覆盖安装在采样管外围，采样管进口与颗粒物尘样分选模块输出端相连。
作为另一种优选方案，本发明所述颗粒物采样检测模块包括喷嘴、滤纸带、滤纸带移动控制部、电机驱动轮、β射线探测器、喷嘴升降控制机构、β射线源、从动轮和张紧机构，滤纸带套设在的电机驱动轮和右侧从动轮上，滤纸带移动控制部控制电机驱动轮旋转，张紧机构用于滤纸带的张紧，喷嘴进口与样气湿度控制模块的输出端相连，喷嘴出口处设置β射线源，滤纸带设置在喷嘴下方，β射线探测器设置在滤纸带下方，β射线探测器的检测通道输出端口与恒流调节模块的输入端相连。
作为另一种优选方案，本发明所述恒流调节模块包括流量控制单元和采样泵，采样泵的输入端通过流量控制单元与颗粒物采样检测模块的输出端相连。
其次，本发明所述流量控制单元包括质量流量传感器、过滤器、温度传感器、压力传感器和湿度传感器，过滤器的输入端通过管路与颗粒物采样检测模块的输出端相连，压力传感器、温度传感器和湿度传感器安装在该管路上，过滤器输出端通过质量流量传感器与采样泵相连接。
另外，本发明所述颗粒物分离取样模块、颗粒物尘样分选模块、样气湿度控制模块、颗粒物采样检测模块、恒流调节模块由上至下依次设置；颗粒物分离取样模块、颗粒物尘样分选模块和样气湿度控制模块中的颗粒物传输通道均为竖向。
本发明有益效果。
本发明设置颗粒物尘样分选模块，空气中的颗粒物经过直通通道和再切割通道后，完成颗粒物的准确分离。只需一路恒流调节模块、一路样气湿度控制模块和单通道颗粒物采样检测模块，既可完成双颗粒物的连续在线监测，大幅度降低了仪器制造成本和后期使用费用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中颗粒物采样检测模块结构示意图。
图3为本发明在某一地点一天的测试数据与国家公开发布的数据的对比表。
图中标号如下：
1、颗粒物分离取样模块；2、颗粒物尘样分选模块；3、样气湿度控制模块；4、颗粒物采样检测模块；5、恒流调节模块；6、滤纸带；7、电机驱动轮；8、β射线检测器；9、喷嘴升降控制机构；10、β射线源；11、从动轮；12、张紧机构；13、第二切割器；14、转换部分；15、直通通道。
具体实施方式
如图所示，本发明包括颗粒物分离取样模块1、颗粒物尘样分选模块2、样气湿度控制模块3、颗粒物采样检测模块4和恒流调节模块5，颗粒物分离取样模块1的输出端与颗粒物尘样分选模块2的输入端相连，颗粒物尘样分选模块2的输出端与样气湿度控制模块3的输入端相连，样气湿度控制模块3的输出端与颗粒物采样检测模块4的输入端相连，颗粒物采样检测模块4的输出端与恒流调节模块5的输入端相连；
所述颗粒物尘样分选模块2包括直通通道15、颗粒经再次切割的再切割通道和控制直通通道15进口、再切割通道进口择一与颗粒物分离取样模块1的输出端连通的转换部分14，直通通道15出口和再切割通道出口均与颗粒物采样检测模块4的输入端相连。
所述转换部分14采用三通转换阀，三通转换阀进口与颗粒物分离取样模块1的输出端相连，三通转换阀第一出口与直通通道15进口相连，三通转换阀第二出口与再切割通道进口相连。
所述颗粒物分离取样模块1包括第一切割器、除水瓶、虚拟撞击式切割器和采样管，第一切割器与除水瓶相连接，第一切割器的输出端通过采样管与颗粒物尘样分选模块2的输入端连接。
所述再切割通道上设置有第二切割器13。
所述第一切割器的切割颗粒大于第二切割器13的切割颗粒。
所述第一切割器为PM10切割器。
所述第二切割器13为PM2.5切割器。
第一切割器和第二切割器13分别采用PM10切割器和PM2.5切割器，可同时达到测定大气环境中PM10和PM2.5颗粒物的质量浓度。
所述转换部分14使直通通道15与颗粒物分离取样模块1的输出端连通，经过时间T，在滤纸带6上得到第一组颗粒物，第一组颗粒物的质量记为质量一；之后，转换部分14使再切割通道与颗粒物分离取样模块1的输出端连通，经过相同的时间T，在滤纸带6上得到第二组颗粒物，第二组颗粒物的质量记为质量二；第二组颗粒物包括第一组颗粒物和通过再切割通道输出的较小直径颗粒物，用质量二减去质量一得到较小直径颗粒物的质量。实现了同时检测出两种颗粒物的质量浓度。质量一和质量二的测量为现有技术，此处不再赘述。通过上述进行差计算的方式，检测数据快速准确，便于实现自动在线连续监测。
所述转换部分14按一定时间间隔交替转换。
可通过在一段时间（比如1个小时）内，通过转换部分14的交替转换，计算出多组第一组颗粒物和较小直径颗粒物质量分别求平均值，来确定第一组颗粒物和较小直径颗粒物的质量浓度。
所述转换部分14按5～15分钟时间间隔交替转换。
所述转换部分14按5分钟时间间隔交替转换。
所述样气湿度控制模块3包括采样管加热块、保温套和样气湿度调控器，采样管加热块及保温套覆盖安装在采样管外围，采样管进口与颗粒物尘样分选模块2输出端相连。样气湿度调控器可与计算机相连接，进行湿度调控。通过控制采样管加热块，可动态调节气路的湿度，保证测量的精确性。
所述颗粒物采样检测模块4包括喷嘴、滤纸带6、滤纸带6移动控制部、电机驱动轮7、β射线探测器8、喷嘴升降控制机构9、β射线源10、从动轮11和张紧机构12，滤纸带6套设在的电机驱动轮7和右侧从动轮11上，滤纸带6移动控制部控制电机驱动轮7旋转，张紧机构12用于滤纸带6的张紧，喷嘴进口与样气湿度控制模块3的输出端相连，喷嘴出口处设置β射线源10，滤纸带6设置在喷嘴下方，β射线探测器8设置在滤纸带6下方，β射线探测器8的检测通道输出端口与恒流调节模块5的输入端相连。
所述恒流调节模块5包括流量控制单元和采样泵，采样泵的输入端通过流量控制单元与颗粒物采样检测模块4的输出端相连。
恒流调节模块的流量控制单元可以使颗粒物全通道的流量稳定在16.67L/min。
所述流量控制单元包括质量流量传感器、过滤器、温度传感器、压力传感器和湿度传感器，过滤器的输入端通过管路与颗粒物采样检测模块4的输出端相连，压力传感器、温度传感器和湿度传感器安装在该管路上，过滤器输出端通过质量流量传感器与采样泵相连接。
所述颗粒物分离取样模块1、颗粒物尘样分选模块2、样气湿度控制模块3、颗粒物采样检测模块4、恒流调节模块5由上至下依次设置；颗粒物分离取样模块1、颗粒物尘样分选模块2和样气湿度控制模块3中的颗粒物传输通道均为竖向。
如图3所示，环境监测为国家公开发布的数据，对比值为本申请监测数据除以国家公开发布的数据得到的值。从图中可以得出，本申请监测数据具备高准确度。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种颗粒物监测装置，包括颗粒物分离取样模块、颗粒物尘样分选模块、样气湿度控制模块、颗粒物采样检测模块和恒流调节模块，其特征在于颗粒物分离取样模块的输出端与颗粒物尘样分选模块的输入端相连，颗粒物尘样分选模块的输出端与样气湿度控制模块的输入端相连，样气湿度控制模块的输出端与颗粒物采样检测模块的输入端相连，颗粒物采样检测模块的输出端与恒流调节模块的输入端相连；
所述颗粒物尘样分选模块包括直通通道、颗粒经再次切割的再切割通道和控制直通通道进口、再切割通道进口择一与颗粒物分离取样模块的输出端连通的转换部分，直通通道出口和再切割通道出口均与颗粒物采样检测模块的输入端相连。
2.根据权利要求1所述一种颗粒物监测装置，其特征在于所述转换部分采用三通转换阀，三通转换阀进口与颗粒物分离取样模块的输出端相连，三通转换阀第一出口与直通通道进口相连，三通转换阀第二出口与再切割通道进口相连。
3.根据权利要求1所述一种颗粒物监测装置，其特征在于所述颗粒物分离取样模块包括第一切割器、除水瓶、虚拟撞击式切割器和采样管，第一切割器与除水瓶相连接，第一切割器的输出端通过采样管与颗粒物尘样分选模块的输入端连接。
4.根据权利要求1所述一种颗粒物监测装置，其特征在于所述再切割通道上设置有第二切割器。
5.根据权利要求3所述一种颗粒物监测装置，其特征在于所述第一切割器为PM10切割器。
6.根据权利要求4所述一种颗粒物监测装置，其特征在于所述第二切割器为PM2.5切割器。
7.根据权利要求1所述一种颗粒物监测装置，其特征在于所述转换部分使直通通道与颗粒物分离取样模块的输出端连通，经过时间T，在颗粒物采样检测模块处得到第一组颗粒物，第一组颗粒物的质量记为质量一；之后，转换部分使再切割通道与颗粒物分离取样模块的输出端连通，经过相同的时间T，在颗粒物采样检测模块处得到第二组颗粒物，第二组颗粒物的质量记为质量二；第二组颗粒物包括第一组颗粒物和通过再切割通道输出的较小直径颗粒物，用质量二减去质量一得到较小直径颗粒物的质量。
8.根据权利要求1所述一种颗粒物监测装置，其特征在于所述转换部分按一定时间间隔交替转换。
9.根据权利要求1所述一种颗粒物监测装置，其特征在于所述转换部分按5～15分钟时间间隔交替转换。
10.根据权利要求1所述一种颗粒物监测装置，其特征在于所述颗粒物分离取样模块、颗粒物尘样分选模块、样气湿度控制模块、颗粒物采样检测模块、恒流调节模块由上至下依次设置；颗粒物分离取样模块、颗粒物尘样分选模块和样气湿度控制模块中的颗粒物传输通道均为竖向。
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