CN109932291A - 一种基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置 - Google Patents

一种基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置 Download PDF

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一种基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置,解决了现有技术中，粉尘浓度检测装置对环境要求高、制造成本高、操作复杂、易受环境干扰造成测量误差大的问题，采用的方案是包括：检测通道，设在检测通道上的进气口和出气口，以及在所述检测通道上设有至少一个风机，还包括：测量装置、阻流件；测量装置设在所述检测通道的外壁中间，用于测量粉尘粒子感应电荷量；阻流件呈三角柱状，固定设在检测通道内壁上，用于产生卡门涡街以及使粒子趋于管壁与管壁碰撞和摩擦；对粉尘粒子带电荷量进行检测，操作容易，结构简单，便于后续的清洗与维护，同时对环境的约束要求低，可以适应复杂的环境。测量粉尘浓度的精度对于现有装置而言更为准确。

Description

一种基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置
技术领域
本发明涉及粉尘检测技术领域，特别涉及一种基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置。
背景技术
近几年环境问题日益突出，而粉尘作为污染源之一，不仅仅威胁人们的身心健康，更是能在一定的程度上发生爆炸，造成无法估量的经济损失和人员伤亡。因此，对于粉尘浓度的检测是极为重要的。目前有几种常规的测量方法测量粉尘颗粒浓度。
一、是称重法，抽取一定体积的空气通过己恒重的滤膜，粉尘颗粒留在滤膜上，由采样前后的质量差可以计算出颗粒浓度。此方法对称重装置提出了极高的要求，实际操作中并不实用。
二、是利用粉尘颗粒对各种光线的阻挡、吸收、漫反射等，通过测量光线照射前后的变化来获取粉尘质量浓度信息，但这种方法在检验环境相对恶劣时，测量误差较大。
中国发明专利号CN201810752043.3公开一种粉尘浓度检测装置，包括：检测管，设在检测管上的进气口和出气口，以及设在所述进气口和出气口的风机，其特征在于：所述检测管的内壁上设置有N个摩擦发电单元，所有的摩擦发电单元的输出端连接控制器的电压采集端组，N为正整数。所述风机的扇叶上设置有摩擦发电板和发光二极管，摩擦发电板向发光二极管供电，所述检测管中还设置有光照度传感器，该光照度传感器正对所述发光二极管的旋转轨迹，该光照度传感器的输出端连接所述控制器的光电感应端。该方法利用粉尘颗粒与发电单元进行摩擦从而产生电量和电压，在对发电单元上的电量和电压进行检测从而得出粉尘浓度信息。此方法的制造成本高，还需要对摩擦产生的电量和电压分别进行检测，检测过程复杂。
这些粉尘的检测方法对环境要求高，同时操作复杂，制造成本高。因此设计一种高精度，小误差，不易受环境干扰，操作简单，制造成本低的粉尘带电荷量测量装置具有重大意义和应用价值。
发明内容
为解决上述中粉尘的检测方法对环境要求高、制造成本高、操作复杂、易受环境干扰造成测量误差大的问题。
本发明提供一种测量粉尘颗粒带电荷量的装置，采用的技术方案是：一种基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置，包括：检测通道，设在所述检测通道上的进气口和出气口，以及在所述检测通道上设有至少一个风机，其特征在于，还包括：测量装置、阻流件；
所述测量装置设在所述检测通道的外壁中间，用于测量粉尘粒子感应电荷量；
所述阻流件呈三角柱状，固定设在所述检测通道内壁上，用于产生卡门涡街以及使粒子趋于通道内壁与通道内壁碰撞和摩擦；
进一步的，所述检测通道的长度L为14cm-18cm，所述检测通道的直径D为4cm-8cm。
进一步的，所述测量装置包括：tnc接头、环形电极、绝缘层、屏蔽层；所诉绝缘层固定设在所述屏蔽层的内壁上，所述环形电极固定设在所述绝缘层的内壁上，所述tnc接头穿过所述绝缘层和所述屏蔽层与所述环形电极连接，所述测量装置通过所述tnc接头外接，所述测量装置为呈圆环形的静电传感器。
进一步的，所述阻流件通过卡接或法兰连接在所述检测通道的内壁上。
进一步的，所述阻流件的尺寸比为R，R＝D1/D，所述阻流件迎流面宽度D1为1cm-2cm，背面宽度D2为0.2cm-0.3cm，长度L1为2cm-3cm，夹角μ为36°-40°。
进一步的，所述阻流件迎流面开口至所述检测通道的进气口距离L2为4cm-7cm。
进一步的，所述阻流件与所述检测通道为钢性材质制成。
本发明与现有技术对比有如下优点:粉尘颗粒在管内运动过程中，影响颗粒电荷量大小的主要因素有材质、速度、粒径和长度。不同材质才能产生静电荷；颗粒运动的速度越快，所受的碰撞摩擦越大，进而产生的电荷量就越大。该装置在现有的基础上在通道内部加入三角柱，产生卡门涡街，使粉尘颗粒运动趋于管壁，加大了管内的压力差，增加了颗粒物与通道内壁的碰撞和摩擦，同时加大了颗粒物的运动速度，加强了带电荷颗粒通过环形静电传感器的感应信号，使粉尘浓度的测量较为准确。在检测通道上设有风机避免粒子在通道内的的堆积，本发明结构简单，便于后续的清洗与维护，操作容易，同时对环境的约束要求低，可以适应复杂的环境。测量粉尘浓度的精度对于现有装置而言更为准确。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
附图1为本发明平面结构示意图；
附图2为本发明的阻流件平面示意图；
附图3为本发明的测量装置结构示意图；
附图4为本发明的测量装置模型示意图图；
附图5为本发明的配置参数图；
附图6为本发明与现有技术在不同粒径下的速度对比图。
其中1-测量装置、2-检测通道、3-阻流件、4-进气口、5-出气口、6-风机。图6中的圆点为本发明，方点为现有技术
具体实施方式
如图1所示，一种基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置包括：检测通道2，在检测通道2的两端分别设有一个进气口4和出气口5，在检测通道2上设有至少一个风机6，用于将粉尘颗粒物从外界抽进检测通道2里使粉尘颗粒处于快速流动或振动等运动状态，促使粉尘颗粒与粉尘颗粒以及通道壁进行摩擦、碰撞从而产生电荷量，当测量完粉尘颗粒的电荷量后在将抽进来的粉尘颗粒物吸出检测通道2防止粉尘颗粒物堵塞在检测通道2上起到了清理作用，且使检测装置能持续检测。
进一步的，该检测通道2的长度L优选为14cm-18cm，通道的直径优选为4cm-8cm，经过多次的研究计算与试验改造后发现，当检测通道2的长度L为16cm，该检测通道的直径为6cm，为最佳数值。
如图1、图2和图5所示，在检测通道2的内壁上通过法兰或卡接设有一个三角柱状的阻流件3，当粉尘颗粒从进气口抽入通道后，会经过三角柱状的阻流件3，经过阻流件3时，阻流件3两侧的气流会周期性的脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，从而产生卡门涡街，且阻流件会使粉尘颗粒趋于通道2内壁，加大通道2内的压力差，加大了粉尘颗粒与通道2内壁的碰撞和摩擦，同时还加大了粉尘颗粒物的运动速度，使粉尘颗粒的电荷量增加，加强了带电荷颗粒通过测量装置1的感应信号，使粉尘浓度的测量更为准确。
进一步的，该阻流件3的尺寸比为R＝D1/D，该阻流件3的长度L1优选为2cm-3cm，迎流面宽度D1优选为1cm-2cm，与迎流面相反的背面宽度D2优选为0.2cm-0.3cm，角度μ优选为36°-40°，经过多次的研究计算与试验改造后，得出当阻流件3的长度L1为2.4cm，迎流面宽度D1为1.68cm，相反面D2为0.24cm，角度μ为38°，当尺寸比R＝0.35时为最佳数值。
进一步的，阻流件3距离进气口的长度L2为5.5cm。
如图1、图3和所示，在检测通道2的外壁中间区域沿气流流向，阻流件3的后方嵌套有一个测量装置1，该测量装置1为圆环形的静电传感器，该装置包括：tnc接头12、屏蔽层15、绝缘层14、环形电极13，环形电极13设在绝缘层14的内壁上，屏蔽层15套设在绝缘层14的外壁上，绝缘层14的内壁与检测通道2的内壁齐平，tnc接头12穿过屏蔽层 15和绝缘层14与环形电极13连接，当带电的粉尘颗粒经过静电传感器的时候，由于静电感应原理，在测量装置1的环形电极上会产生相应的感应电荷，电荷通过tnc接头12采集电路输出为电压信号，在通过对其波动的电信号处理分析，得到粉尘颗粒流动的速度和浓度等信息。
其中，感应电荷量计算分析式为：
(2)
F(x,θ)＝|QN|＝[(0.5D)2+x2-Dxcosθ]1/2
其中，Z为颗粒速度V与时间的乘积，W为环形电极板宽度，q为以一定速度通过环形电极板的点电荷，D为环形电极板的直径，Q为环形电极板上的感应电量，x为点电荷投影与环形电极板中轴线的距离，θ根据产品定义。
本发明的操作方法，将装置放置在测量区域，由风机6将外界含有粉尘颗粒的气流抽进检测通道2内，粉尘颗粒在通道2内的气力输送过程中经过阻流件3时，阻流件3的两侧的气流会周期性的脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，从而产生卡门涡街，且阻流件 3会使粉尘颗粒趋于通道2内壁，加大通道2内的压力差，同时还加大了粉尘颗粒物的运动速度，加大了粉尘颗粒与通道2内壁的碰撞和摩擦，粉尘颗粒在经过碰撞与摩擦后，使本身产生电荷，带电的粉尘颗粒在经过环形静电传感器1时由于静电感应原理，在测量装置1的环形探极上会产生相应的感应电荷，电荷通过TNC接头12采集电路输出电压信号，对其波动的电信号处理分析后，可以得到粉尘粒子流动的速度、浓度等参数信息。最后在由风机 6将粉尘颗粒抽出检测通道2，使检测装置能够持续使用。

Claims (7)

1.一种基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置，包括：检测通道，设在所述检测通道上的进气口和出气口，以及在所述检测通道上设有至少一个风机，其特征在于，还包括：测量装置（1）、阻流件（3）；
所述测量装置（1）设在所述检测通道（2）的外壁中间，用于测量粉尘粒子感应电荷量；
所述阻流件（3）呈三角柱状，固定设在所述检测通道（2）内壁上，用于产生卡门涡街以及使粒子趋于通道内壁与通道内壁碰撞和摩擦。
2.根据权利要求1所述基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置，其特征在于：所述检测通道（2）的长度L为14cm-18cm，所述检测通道（2）的直径D为4cm-8cm。
3.根据权利要求1所述基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置，其特征在于，所述测量装置（1）嵌套在所述检测通道（2）上，包括：tnc接头（12）、环形电极（13）、绝缘层（14）、屏蔽层（15）；所诉绝缘层（14）固定设在所述屏蔽层（15）的内壁上，所述绝缘层（14）的内壁与所述检测通道（2）的内壁平齐，所述环形电极（13）固定设在所述绝缘层（14）的内壁上，所述tnc接头（12）穿过所述绝缘层（14）和所述屏蔽层（15）与所述环形电极（13）连接，所述测量装置（1）通过所述tnc接头（12）外接，所述测量装置（1）为呈圆环形的静电传感器。
4.根据权利要求1所述基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置，其特征在于：所述阻流件（3）通过卡接或法兰连接在所述检测通道（2）的内壁上。
5.根据权利要求1所述基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置，其特征在于：所述阻流件（3）的尺寸比为R，R=D1/D，所述阻流件（3）迎流面宽度D1为1cm-2cm，背面宽度D2为0.2cm-0.3cm，长度L1为2cm-3cm，夹角为36°-40°。
6.根据权利要求1所述基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置，其特征在于：所述阻流件（3）迎流面一侧至所述检测通道（2）的进气(4)口距离L2为4cm-7cm。
7.根据权利要求1所述基于涡街的静电感应粉尘浓度检测装置，其特征在于：所述阻流件(3)与所述检测通道(2)的材质为钢性材质。
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