CN109900609B - 一种大量程粉尘浓度检测仪标定系统和标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种大量程粉尘浓度检测仪标定系统和标定方法，能够在粉尘云测试室内形成大浓度的连续稳定粉尘云(稳定粉尘云浓度可达20g/m³)，用于标定大量程粉尘浓度检测仪；该系统所提供的定量粉尘给料器能够主动控制粉尘给料速度，可以通过定量调节气体流量和粉尘给料量，预设粉尘云浓度，实现精确标定。该标定系统主体为纵向结构，占用空间较小，使用该系统标定大量程粉尘浓度检测仪方法简单易控，使用多台粉尘采样器测定同一高度处粉尘浓度，结果准确、稳定性高，提高标定的范围和准确度。此外，该系统将测试粉尘限制在密闭空间内，且装置均采用防爆材质，安全性大大提高。

Description

一种大量程粉尘浓度检测仪标定系统和标定方法

技术领域

本发明属于工业粉尘监测技术领域，具体涉及一种大量程粉尘浓度检测仪标定系统和标定方法。

背景技术

粉尘的主要危害包括呼吸性粉尘会危害人类的健康，可燃性粉尘可能引发爆炸事故等。可燃工业粉尘主要包括金属粉尘、煤粉、粮食粉尘、棉麻粉尘及火炸药粉尘等。可燃性粉尘悬浮于空气中，并达到一定浓度范围，在足够的点火源作用下便会发生粉尘爆炸事故。在正常的生产活动场所中，粉尘浓度一般不超过10mg/m³，但部分粉尘加工设备的特殊部位在正常情况下的粉尘浓度便超过1000mg/m³，如面粉厂的下料坑、磨粉机、打麦机、撞击机、振动筛等，这些粉尘浓度较大的位置出现异常容易引发粉尘爆炸事故，所以在这些位置需要安装大量程的粉尘浓度检测仪。此外，对于全程无人员参与的粉尘生产车间，其粉尘浓度检测仪报警阈值可适当扩大。

粉尘浓度检测仪是用于测定悬浮于空气中的固体颗粒物质量浓度的仪器，其投入使用前均需要进行准确标定，目前最常用的粉尘浓度检测仪的标定方法是在同一粉尘浓度环境中，将粉尘浓度检测仪的检测结果与标准称重法粉尘采样器的采样结果进行比对标定，所以创设一个稳定的粉尘云环境至关重要。目前已经有大量程的粉尘浓度检测设备，但现有的粉尘浓度标定系统，如粉尘气溶胶发生器用于生成小浓度、小粒径的粉尘气溶胶；目前粉尘浓度检测仪生产厂家常用的水平风硐式标定系统粉尘输入端为开放式，对于易燃易爆粉尘标定风险较大，并且使用该系统容易在测试管路底部形成粉尘堆积，标定的粉尘浓度范围较小(<1000mg)。

因此，对于无人员活动的生产场所和正常生产过程中粉尘浓度较高的关键部位布置的大量程粉尘浓度检测仪，目前尚无可靠的标定系统，无法实现大量程粉尘浓度检测仪的安全精确标定。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种大量程粉尘浓度检测仪标定系统和标定方法，可以在一定空间产生稳定均匀的、高浓度范围的粉尘云，用于工业粉尘仪标定。

一种粉尘浓度检测仪标定系统，包括空气压缩机(1)、储气罐(2)、定量粉尘给料器(4)、粉尘稀释室(11)、粉尘云测试室(14)、布袋除尘室(19)和风机(20)，其中：

空气压缩机(1)的出气口接储气罐(2)底部的进气口；储气罐(2)顶部的出气口通过一条分支管路连接定量粉尘给料器(4)，通过另一条分支管路连接到粉尘稀释室(11)；

所述定量粉尘给料器(4)包括步进电机(9)、粉尘储料斗(5)、粉尘出料室(25)、调速电机(24)、以及收缩管(8)；粉尘储料斗(5)上部为圆筒状，底部为锥状结构，用于储存粉尘；粉尘出料室(25)接在粉尘储料斗(5)底部的锥状结构的下端；粉尘出料室(25)内设置所述叶轮(7)，叶轮(7)由调速电机(24)驱动；粉尘储料斗(5)内有由步进电机(9)驱动的搅拌器(6)，用以充分搅拌粉尘；收缩管(8)一端通过阀门与储气罐(2)顶部的出气口连通，另一端通过管路与粉尘稀释室(11)底部连通；收缩管(8)中部连通粉尘出料室(25)下端的出口；

所述收缩管(8)另一端与粉尘稀释室(11)底部连通的管路上接有第二气体流量计(22-2)；

所述粉尘稀释室(11)为锥形腔体，上端接粉尘云测试室(14)；粉尘稀释室(11)上设置有用于与储气罐(2)连通的气孔；粉尘稀释室(11)底部填充球形聚丙烯分散颗粒(12)；

所述粉尘云测试室(14)上部通过管路连接风机(20)的进气口，两者之间管路接有布袋除尘室(19)和第一气体流量计(22-1)；粉尘云测试室(14)同一高度处周向均匀开设多个测试孔(16)，用于安装待标定的粉尘浓度检测仪(18)和至少一个标准粉尘采样器(17)。

较佳的，所述筛网整流板(13)的锥面顶角为140°，筛网开孔率为72.5％。

较佳的，所述筛网整流板(13)的筛孔(23)分布中间稀疏，外部密集。

较佳的，所述定量粉尘给料器(4)、粉尘稀释室(11)、粉尘云测试室(14)、布袋除尘室(19)以及各连接管路均采用防爆钢材制成。

进一步的，所述叶轮(7)外缘设置毛毡，用于实现与粉尘出料室(25)外壳内壁接触部位的密封。

一种粉尘浓度检测仪标定系统的标定方法，包括以下步骤：

生成稳定浓度粉尘云：首先，根据预设的粉尘浓度数值c初步设置管路内气体流量m和粉尘给料速度q，其中粉尘云质量浓度c＝m/q；气体流量通过管路中的第一气体流量计(22-1)读取，粉尘给料速度通过调速电机(24)转速调节；然后开启空气压缩机(1)，使储气罐(2)内压力达到1.5MPa，关闭空气压缩机(1)；打开收缩管(8)与储气罐(2)出气口之间阀门和风机(20)，气流稳定后开启定量粉尘给料器(4)；

进行粉尘浓度检测仪标定：开启粉尘浓度检测仪(18)，待输出数值稳定后同时开启所有标准粉尘采样器(17)进行采样，采样结束后，基于标准粉尘采样器(17)中采集的粉尘重量，利用称重法获得各采样器粉尘浓度值，取其平均值作为监测高度处粉尘云浓度标准值，利用标准值对粉尘浓度检测仪(18)进行标定。

进一步的，通过调整粉尘稀释室(11)上气孔的开度和定量粉尘给料器(4)的给料速度，获得不同浓度的稳定粉尘云，对粉尘浓度检测仪(18)进行完整标定。

进一步的，粉尘浓度检测仪标定结束后，关闭定量粉尘给料器(4)，保持粉尘入口管路阀门开启，风机(20)继续工作2～3min，利用布袋除尘室(19)对系统内的残留粉尘进行回收和尾气净化。

进一步的，所述生成稳定浓度粉尘云步骤中，先保持储气罐(2)通向气孔的管路关闭，开启收缩管(8)与储气罐(2)出气口之间阀门和风机(20)后，观察第一气体流量计(22-1)和第二气体流量计(22-2)读数是否一致，用以检定标定系统密封性是否良好。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供的大量程粉尘浓度检测仪标定系统能够在粉尘云测试室内形成大浓度的连续稳定粉尘云(稳定粉尘云浓度可达20g/m³)，用于标定大量程粉尘浓度检测仪；该系统所提供的定量粉尘给料器能够主动控制粉尘给料速度，可以通过定量调节气体流量和粉尘给料量，预设粉尘云浓度，实现精确标定。该标定系统主体为纵向结构，占用空间较小，使用该系统标定大量程粉尘浓度检测仪方法简单易控，使用多台粉尘采样器测定同一高度处粉尘浓度，结果准确、稳定性高，提高标定的范围和准确度。此外，该系统将测试粉尘限制在密闭空间内，且装置均采用防爆材质，安全性大大提高。

附图说明

图1是本发明一种大量程粉尘浓度标定系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的定量粉尘给料器外形图；

图3是本发明实施例提供的筛网整流板结构图；

图4是本发明实施例提供的大量程粉尘浓度检测仪标定方法流程图；

其中：1-空气压缩机，2-储气罐，3-隔离滤网，4-定量粉尘给料器，5-粉尘储料斗，6-搅拌器，7-叶轮，8-收缩管，9-步进电机，10-稀释气入口管路，11-粉尘稀释室，12-分散颗粒，13-筛网整流板，14-粉尘云测试室，15-观察窗，16-测试孔，17-标准粉尘采样器，18-粉尘浓度检测仪，19-布袋除尘室，20-风机，21-压力表，22-1-第一气体流量计，22-2-第二气体流量计，23-筛孔，24-调速电机，25-粉尘出料室。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明主要解决的技术问题是提供一种粉尘浓度标定系统和使用该系统进行的粉尘浓度检测仪标定方法，用于在一定空间产生稳定的、高浓度范围的粉尘云，为工程中研发高浓度粉尘浓度检测仪和工业粉尘仪标定提供技术支持。

本发明实施例提供的粉尘浓度标定系统，如图1所示，包括依次连接的空气压缩机1、储气罐2、定量粉尘给料器4、粉尘稀释室11、粉尘云测试室14、布袋除尘室19和风机20；空气压缩机1的出气口接储气罐2底部的进气口；储气罐2顶部的出气口通过一条分支管路连接定量粉尘给料器4，通过另一条分支管路连接到粉尘稀释室11，各管路均装有流量控制阀门；

所述定量粉尘给料器4、粉尘稀释室11、粉尘云测试室14、布袋除尘室19、稀释气入口管路10以及各连接管路均采用防爆钢材制成。

如图2所示，所述定量粉尘给料器4包括步进电机9、粉尘储料斗5、粉尘出料室25、调速电机24、以及收缩管8；粉尘储料斗5上部为圆筒状，底部为锥状结构，用于储存粉尘；粉尘出料室25接在粉尘储料斗5底部的锥状结构的下端；粉尘出料室25内有叶轮7，叶轮7外缘设置毛毡，用于实现与粉尘出料室25外壳内壁接触部位的密封；叶轮7由调速电机24驱动。粉尘储料斗5内有搅拌器6，由交叉钢管焊接成网状结构，由步进电机9驱动，用以充分搅拌粉尘，使粉尘充满叶轮7的叶片间隙；收缩管8一端与储气罐2顶部的出气口联通，另一端通过管路与粉尘稀释室11底部连通；收缩管8中部收缩位置连通粉尘出料室25下端的出口；采用收缩管8用于提高出料口处空气流速，快速弥散粉尘。调速电机24转速与释放粉尘质量呈线性关系，通过调节电机转速调节系统中粉尘流量。粉尘给料速度m＝nav，其中m为粉尘给料速度，量纲为g/s；n为调速电机24转速，量纲为r/s；a为叶轮6的扇叶数目；v为两扇叶之间的装粉质量，量纲为g。由于不同的粉尘性质不同，v需要提前标定得到，标定方法为采用预制量具称取等体积自然堆积状态下待测粉尘的质量。

所述粉尘稀释室11为锥形腔体，上端接粉尘云测试室14；粉尘稀释室11上设置有气孔，气孔上焊接带有流量调节阀的稀释气入口管路10，用于与储气罐2连通；粉尘稀释室11底部填充球形聚丙烯分散颗粒12，粒径为10mm，将粉尘分散均匀，防止其粘连和聚集。

所述粉尘云测试室14上部通过管路连接风机20的进气口，两者之间管路接有布袋除尘室19；粉尘云测试室14同一高度处周向均匀开设六个测试孔16，用于安装标准粉尘采样器17和待标定的粉尘浓度检测仪18，并且设有防爆透明观察窗15，观察窗材质为防爆聚碳酸酯板材，用于观察粉尘云测试室14内粉尘云状况。

如图3所示，所述粉尘稀释室11和所述粉尘云测试室14之间设置圆锥面的筛网整流板13，锥面顶角为140°，筛网开孔率为72.5％，筛孔23分布中间稀疏，外部密集，内部孔径为5mm，边缘处孔径为8mm；给予纵向含尘气流充分的横向扰动，改善含尘气流分布。基于环保和防爆方面考虑，所述储气罐2与定量粉尘给料器4的连接管路中，粉尘稀释室11和稀释气入口管路10连接处均布置双层隔离滤网3，过滤掉进气中的杂质，并且使粉尘处于封闭空间。

其中空气压缩机1用于给储气罐2充高压气体，储气罐2和风机20用于提供足量稳定的气流以流化分散粉尘，定量粉尘给料器4用于持续提供稳定的粉尘量，粉尘稀释室11用于粉尘分散和稀释，防止粉尘粘结和聚集，粉尘云测试室14即提供了稳定的粉尘云环境，用于粉尘浓度检测仪标定，布袋除尘室19用于粉尘的回收和尾气净化。

本发明实施例提供的粉尘浓度检测仪标定系统可以进行实验室粉尘浓度测试实验和工业粉尘浓度检测仪标定，如图4所示，包括以下步骤：

(1)组装粉尘浓度检测仪标定系统：依次通过法兰或螺纹连接储气罐2、定量粉尘给料器4、粉尘稀释室11、粉尘云测试室14和布袋除尘室19，系统后端连接风机20，前端连接空气压缩机1，并在测试室的测试孔16安装至少一台标准粉尘采样器17和待标定的粉尘浓度检测仪18，未使用的测试孔进行密封。

(2)生成稳定浓度粉尘云：粉尘云质量浓度c＝m/q，其中c为粉尘云质量浓度，量纲为g/m³，m为粉尘给料速度，量纲为g/s，q为气体流量，量纲为m³/s，根据预设的粉尘浓度数值初步设置管路内气体流量和粉尘给料速度，气体流速通过管路中的气体流量计22-1读取，粉尘给料速度通过调速电机24转速调节。开启空气压缩机1，使储气罐2内压力达到1.5MPa，关闭空气压缩机1；打开粉尘入口管路阀门和风机20，气流稳定后开启定量粉尘给料器4。

(3)粉尘浓度检测仪标定：开启粉尘浓度检测仪18，待输出数值稳定后同时开启所有标准粉尘采样器17进行采样，采样结束后，基于标准粉尘采样器17中采集的粉尘重量，利用称重法获得各采样器粉尘浓度值，取其平均值作为监测高度处粉尘云浓度标准值，利用标准值对粉尘浓度检测仪18进行标定。重复上述步骤，通过调整稀释气入口管10的阀门开度和定量粉尘给料器4的给料速度，获得不同浓度的稳定粉尘云，对粉尘浓度检测仪18进行完整标定。

(4)粉尘回收、净化：粉尘浓度检测仪标定结束后，关闭定量粉尘给料器4，保持粉尘入口管路阀门开启，风机20继续工作2～3min，利用布袋除尘室19对系统内的残留粉尘进行回收和尾气净化。

所述步骤(2)需要先保持稀释气入口管路10阀门关闭，开启粉尘入口管路阀门和风机20后，观察第一气体流量计22-1和第二气体流量计22-2读数是否一致，用以检定标定系统密封性是否良好。

所述粉尘稀释室11的粉尘入口管路和粉尘云测试室14的出口管路均设置有气体流量计，由于在调整粉尘浓度测试室14内粉尘浓度时会调整稀释气入口管路10的阀门，导致前后两只流量计读数不一致，在上述步骤(2)预估粉尘浓度数值时，应采用粉尘出口管路中的第一气体流量计22-1的读数作为管路内气体流量q。

上述步骤(2)中，气体流量计数值稳定时认为系统内气流处于稳定状态；上述步骤(3)中，待标定粉尘浓度检测仪18显示数值稳定时认为粉尘云测试室14内已经形成稳定粉尘云。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种粉尘浓度检测仪标定系统，其特征在于，包括空气压缩机（1）、储气罐（2）、定量粉尘给料器（4）、粉尘稀释室（11）、粉尘云测试室（14）、布袋除尘室（19）和风机（20），其中：

空气压缩机（1）的出气口接储气罐（2）底部的进气口；储气罐（2）顶部的出气口通过一条分支管路连接定量粉尘给料器（4），通过另一条分支管路连接到粉尘稀释室（11）；

所述定量粉尘给料器（4）包括步进电机（9）、粉尘储料斗（5）、粉尘出料室（25）、调速电机（24）、以及收缩管（8）；粉尘储料斗（5）上部为圆筒状，底部为锥状结构，用于储存粉尘；粉尘出料室（25）接在粉尘储料斗（5）底部的锥状结构的下端；粉尘出料室（25）内设置叶轮（7），叶轮（7）由调速电机（24）驱动；粉尘储料斗（5）内有由步进电机（9）驱动的搅拌器（6），用以充分搅拌粉尘；收缩管（8）一端通过阀门与储气罐（2）顶部的出气口连通，另一端通过管路与粉尘稀释室（11）底部连通；收缩管（8）中部连通粉尘出料室（25）下端的出口；

所述收缩管（8）另一端与粉尘稀释室（11）底部连通的管路上接有第二气体流量计（22-2）；

所述粉尘稀释室（11）为锥形腔体，上端接粉尘云测试室（14）；所述粉尘稀释室（11）和所述粉尘云测试室（14）之间设置圆锥面的筛网整流板（13），所述筛网整流板（13）的锥面顶角为140°，筛网开孔率为72.5%；粉尘稀释室（11）上设置有用于与储气罐（2）连通的气孔；粉尘稀释室（11）底部填充球形聚丙烯分散颗粒（12）；

所述粉尘云测试室（14）上部通过管路连接风机（20）的进气口，两者之间管路接有布袋除尘室（19）和第一气体流量计（22-1）；粉尘云测试室（14）同一高度处周向均匀开设多个测试孔（16），用于安装待标定的粉尘浓度检测仪（18）和至少一个标准粉尘采样器（17）。

2.如权利要求1所述的一种粉尘浓度检测仪标定系统，其特征在于，所述筛网整流板（13）的筛孔（23）分布中间稀疏，外部密集。

3.如权利要求1所述的一种粉尘浓度检测仪标定系统，其特征在于，所述定量粉尘给料器（4）、粉尘稀释室（11）、粉尘云测试室（14）、布袋除尘室（19）以及各连接管路均采用防爆钢材制成。

4.如权利要求1所述的一种粉尘浓度检测仪标定系统，其特征在于，所述叶轮（7）外缘设置毛毡，用于实现与粉尘出料室（25）外壳内壁接触部位的密封。

5.一种权利要求1所述的粉尘浓度检测仪标定系统的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

生成稳定浓度粉尘云：首先，根据预设的粉尘质量浓度数值c初步设置管路内气体流量m和粉尘给料速度q，其中粉尘质量浓度c = m / q；气体流量通过管路中的第一气体流量计（22-1）读取，粉尘给料速度通过调速电机（24）转速调节；然后开启空气压缩机（1），使储气罐（2）内压力达到1.5MPa，关闭空气压缩机（1）；打开收缩管（8）与储气罐（2）出气口之间阀门和风机（20），气流稳定后开启定量粉尘给料器（4）；

进行粉尘浓度检测仪标定：开启粉尘浓度检测仪（18），待输出数值稳定后同时开启所有标准粉尘采样器（17）进行采样，采样结束后，基于标准粉尘采样器（17）中采集的粉尘重量，利用称重法获得各采样器粉尘质量浓度值，取其平均值作为监测高度处粉尘质量浓度标准值，利用该标准值对粉尘浓度检测仪（18）进行标定。

6.如权利要求5所述的一种粉尘浓度检测仪标定系统的标定方法，其特征在于，通过调整粉尘稀释室（11）上气孔的开度和定量粉尘给料器（4）的给料速度，获得不同浓度的稳定粉尘云，对粉尘浓度检测仪（18）进行完整标定。

7.如权利要求5所述的一种粉尘浓度检测仪标定系统的标定方法，其特征在于，粉尘浓度检测仪标定结束后，关闭定量粉尘给料器（4），保持粉尘入口管路阀门开启，风机（20）继续工作2~3min，利用布袋除尘室（19）对系统内的残留粉尘进行回收和尾气净化。

8.如权利要求5所述的一种粉尘浓度检测仪标定系统的标定方法，其特征在于，所述生成稳定浓度粉尘云步骤中，先保持储气罐（2）通向气孔的管路关闭，开启收缩管（8）与储气罐（2）出气口之间阀门和风机（20）后，观察第一气体流量计（22-1）和第二气体流量计（22-2）读数是否一致，用以检定标定系统密封性是否良好。

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