CN110631970B - 动态加热系统及大气超细颗粒物检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动态加热系统及大气超细颗粒物检测仪，所述动态加热系统包括，流通单元，采样温湿度传感器，监控判断单元，加热组件以及管壁温湿度传感器。利用本发明，可有效对采样空气进行智能的充分加热。

Description

动态加热系统及大气超细颗粒物检测仪

技术领域

本发明涉及一种环境监测设备技术领域，特别是涉及动态加热系统及大气超细颗粒物检测仪。

背景技术

由于大气环境污染情况日益严重，对大气中颗粒物的监测显得越发重要。大气颗粒物指的是分散在大气中的固态或液态颗粒状物质的总称，其粒径范围约为0.1-2210微米。PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。PM10是指粒径在10微米以下的颗粒物。它们对空气质量和能见度等有重要的影响，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

目前检测大气颗粒物的方式方法较多，独立检测的设备也较多，通常，对于大气颗粒物进行分析需要检测颗粒物总质量以及颗粒物中存在的某些元素的成分种类和其质量。对PM2.5和PM10进行监测时，易受到环境的各种因素的影响，比如温度、湿度、气压、流速等的影响，从而使得测出的数据与实际相差很大，从而影响了其真实性。按最新国家有关标态干基标准要求，监测PM2.5和PM10污染浓度水平时，公布或显示的是标准状态下干样气中的PM2.5和PM10浓度值，这也迫使监测PM2.5和PM10采样器室外环境温度、相对湿度、大气压力、采样器内部温度、湿度成为必测参数。不同地域的湿度情况一般不会相同，这对PM2.5和PM10测量值的影响也不会相同，统一标态干基要求，可以科学合理的判定PM2.5和PM10污染实际情况。在PM2.5和PM10采样器直接采集空气作为待测样气时，如果空气湿度较高和环境温度较低时，则存在待测样气冷凝的可能，最终影响PM2.5和PM10测量的准确性；并且当大气中湿度增加时，PM2.5和PM10细颗粒会因吸湿性发生化学及物理性质变化，进而影响其质量浓度大小。如果样品中的湿度没有适当的控制，就会影响检测结果。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种动态加热系统及大气超细颗粒物检测仪，用于解决现有技术中动态加热系统对采样物体加热不完全，无法智能根据采样物体的湿度情况进行加热的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种动态加热系统，所述动态加热系统包括：

流通单元，用以采集并流通气体；

采样温湿度传感器，设置在所述流通单元顶部，用以采集待加热样体的样体温湿度数据；

加热组件，与所述监控判断单元电性连接，用以执行所述监控判断单元的指令加热采样杆；

管壁温湿度传感器，设置于所述加热组件内部，用以采集加热组件的管壁温湿度数据；

监控判断单元，该监控判断单元的输入端分别与所述采样温湿度传感器、所述管壁温湿度传感器电性连接，该监控判断单元的输出端电性连接所述加热组件。

可选地，所述加热组件由内向外依次设有内筒、缠绕在内筒上的多条加热线以及绝缘耐火外筒。

可选地，所述绝缘耐火外筒上安装有一温控开关。

可选地，所述内筒以及绝缘耐火外筒之间安装有一温度保险丝。

可选地，所述监控判断单元包括

单片机，与所述采样温湿度传感器和所述管壁温湿度传感器连接，以判定两传感器工作状态；

采集器，包括第一采集单元和第二采集单元，并与处理器通讯，其中所述第一采集单元用以采集所述样体温湿度数据，所述第二采集单元用以采集所述管壁温湿度数据；

所述处理器，其输入端分别连接所述第一采集单元和所述第二采集单元，所述处理器的输出端与所述加热组件连接，在接收的所述样体温湿度数据和所述管壁温湿度数据超出对应温度限值时向所述加热组件发出加热指令。

可选地，所述监控判断单元与一上位机双向通讯，所述上位机用以通过所述监控判断单元控制所述加热组件的加热参数。

可选地，所述流通单元包括

流通管，用以流通气体；以及

采样杆，与所述流通管连接，用以对气体进行采样。

可选地，所述流通单元上固定有一流量调节阀。

可选地，所述单片机与一蜂鸣报警器通讯。

此外，本发明还提供一种大气超细颗粒物检测仪，所述大气超细颗粒物检测仪，包括：

主体；以及

三脚架，安装在所述主体上；

上述的一种动态加热系统，所述动态加热系统固定在所述主体上。

如上所述，本发明提供的动态加热系统以及大气超细颗粒物检测仪，利用将监控判断单元控制加热组件，以及设置多个温湿度传感器，可以有效地监测不同时段、地方的样体温湿度数据，同时通过监控判断单元智能控制加热组件的加热启动、停止以及加热功率等，保证采样物体的湿度始终在一定数值范围内，当这种动态加热系统被运用在大气超细颗粒物检测仪中时，可充分规避气体时过高导致湿度累积造成的纸带问题和测量误差，提高了仪器的环境适应性。

附图说明

图1显示为本发明的动态加热系统结构图。

图2显示为本发明加热组件的结构图。

图3显示为本发明监控判断单元的结构图。

图4显示为本发明大气超细颗粒物检测仪结构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1-4，本发明提供一种动态加热系统，所述动态加热系统至少包括：流通单元1，采样温湿度传感器2，监控判断单元3、加热组件4以及管壁温湿度传感器5，其中流通单元1用以采集并供空气流通，采样温湿度传感器2用以采集待加热样体的样体温湿度数据，监控判断单元3与所述温湿度传感器电性连接，用以获取所述温湿度数据，并根据所述所述温湿度数据判断是否需要对所述待加热样体进行加热，加热组件4与所述监控判断单元3电性连接，用以执行所述监控判断单元3的指令，管壁温湿度传感器5设置于所述加热组件4内部，用以采集加热组件4内部的管壁温湿度数据；其中，当所述样体温湿度数据值小于等于35％时，所述监控判断单元3发送不加热指令至加热组件4，当所述样体温湿度数据值大于35％时，所述监控判断单元3发送加热指令至加热组件4直至管壁温湿度数据值小于等于35％。

在本发明的一实施例中，请参阅图2，所述加热组件4包括内筒411、缠绕在内筒411上的多条加热线412以及绝缘耐火外筒413，内筒411以便在使用该加热组件时直接套设在待加热物体上，例如在大气采集中，内筒411可以直接套设在流通单元上以对流通单元内的气体进行加热，为了保证加热组件4的良好加热性能，内筒411例如一种云母加热内筒，同时绝缘耐火外筒413的材料包括玻璃、陶瓷等。加热组件4进行通电的电气路径中还包括一温度保险丝414以及一温控开关415，温度保险丝414串联在加热组件的电路中，可通过例如支架固定在加热组件上，当然温度保险丝414的温度感应点也可直接设置在内外筒之间，通过例如限位筋等将温度保险丝414固定在内筒411和绝缘耐火外筒413之间，以感受加热线412的加热温度，在本发明的一实施例中，温度保险丝414的限值在150℃-155°内选择例如152℃，当温度保险丝414感受的温度大于限值时，温度保险丝414即会自动切断电路。此外，温控开关415连接在加热组件4的电路中并安装在绝缘耐火外筒413上，温控开关415的限值可设置为65℃-75℃内的某一值例如70℃，即当温控开关415感受的温度大于限值时，温控开关会自动切断电路停止加热。温控开关415的限值极小于温度保险丝414的温度限值，可保证加热组件4的重复使用，温度保险丝414的温度限制极高，可最大程度的保证加热组件4的加热范围，通过在加热组件中同时设置温度保险丝414以及温控开关415，可对加热组件进行双重保护，避免因加热组件4过度加热引发的危险。需要说明的是，在本发明的一实施例中，内筒411的直径介于30-35mm之间例如33mm，绝缘耐火外筒312的直径介于73-78mm之间例如76mm，二者直径差的设计可使得在内筒411上缠绕足够的加热线412以及安装至少一个管壁温湿度传感器5、温度保险丝414等，以保证加热组件4的功能可有效发挥。

在本发明的一实施例中，请参阅图2，为了及时探测加热组件4加热后的采样对象的温湿度值，在内筒411未缠绕加热线412的一面也即内表面上安装有管壁温湿度传感器5。通过管壁温湿度传感器5可有效探测加热组件4在加热时内筒411内的温湿度，同时管壁温湿度传感器5将管壁温湿度数据传输至监控判断单元3，以使得监控判断单元3可以实时获取加热组件4加热后的样体例如空气的温湿度值，避免在样体的温湿度达到要求后加热组件4依旧持续加热造成能源浪费或者导致样体的温湿度值过低等问题。此外，处理器313还与一上位机6例如计算机双向通讯，通过上位机6可修改加热组件4参数如加热组件4的加热功率，并将修改数据传至处理器313，由处理器313调整加热组件4的相应参数并控制加热组件4执行相应动作。

在本发明的一实施例中，请参阅图1，流通单元1包括一流通管111以及与流通管可拆卸连接的采样杆112，加热组件4套设在采样杆112上，以通过缠绕在内筒411上的加热线对流通单元1的采样杆112内的空气进行加热，当然加热组件4可通过例如螺蛳等固定组件将加热组件4固定在流通单元1上。同时流通单元1的流通管111和采样杆112相连接地方还固定安装有一流量调节阀7，通过流量调节阀7对进入流通单元1内的空气流量进行调节，以便在加热组件4需要对采样的空气进行加热时，通过流量调节阀7对空气流量的调节保证流通单元1内部的空气流量在适当的范围内，使得加热组件4可充分对流通单元1内的空气进行加热，从而保证空气的湿度值在35％以下。需要说明的是，加热组件4以及流量调节阀7等均是可从流通单元1上拆卸下来的，以使用在不同的采样物体的加热上。同时加热组件的绝缘耐火外筒413上还可通过设置弹性卡紧装置，例如四个弹性的卡紧支架围绕流通单元1卡紧流通单元1，当然地，卡紧支架与流通单元1接触的一面还可附着有防滑材料，从而保证加热组件4稳定的固定在流通单元1上。同时还需要说明的是，在流通管111的内部当然可以设置例如滤网等过滤系统对气体进行初步的过滤，从而提高气体测试的精度和纯净性，避免在后续的测试或者使用中测试精度不准或者对后端设备造成损坏。

在本发明的一实施例中，请参阅图3，采样温湿度传感器2以及管壁温湿度加热器4均连接至监控判断单元3，连接方式例如导线连接、无线连接等。监控判断单元3包括单片机(PLC)311、采集器312以及处理器313，单片机311通过事先写有判断程序的单片机311对采样温湿度传感器2以及管壁温湿度传感器5是否正常工作进行判断。同时为了在采样温湿度传感器2无法正常工作时及时提醒操作人员，单片机311连接有一蜂鸣报警器8，当采样温湿度传感器无法正常工作时，单片机311将信号传输至蜂鸣报警器8进行报警，提示操作人员进行检查或者更换。为了对采集到的样体温湿度数据以及管壁温湿度数据进行处理，采集器312包括用于采集采样温湿度传感器2的温湿度数据的第一采集单元3121以及用于采集管壁温湿度传感器5的温湿度数据的第二采集单元3122，这两个采集单元彼此独立，且分别与采样温湿度传感器2和管壁温湿度传感器5相连接，并同时将分别采集的样体温湿度数据以及管壁温湿度数据传输至处理器313，处理器313先判定样体的温湿度数据值是否小于等于35％，如果样体温湿度数据值小于等于35％，则处理器313直接发送不加热指令至加热组件4，加热组件4不会开启加热；如果处理器313判定样体的温湿度数据值大于35％，则处理器313发送加热指令至加热组件4，同时处理器313接收管壁的温湿度数据值，如果管壁的温湿度数据值大于35％，则处理器313继续发送加热指令至加热组件4，如果管壁温湿度传感器5采集的温湿度数据小于等于35％，则处理器313发送不加热指令至加热组件4，使得加热组件4停止加热以节约能耗，避免将样体过度干燥，同时杜绝过度加热可能产生的风险。

此外，请参阅图4，本发明还涉及到一种大气超细颗粒物检测仪，大气超细颗粒物检测仪具有一主体9以及与安装在主体9上的三脚架10，在使用时，可将流通单元1的采样杆112固定连接在主体9上，继而继续将加热组件4套设在流通单元1上，将采样温湿度传感器2、流量调节阀7等固定在流通单元的进气口，进过对采样空气的加热保证进入大气超细颗粒物检测仪的空气的湿度在35％或35％以下，规避了湿度累积造成的纸带问题和测量误差，提高了环境适应性。

综上所述，本发明提供动态加热系统及大气超细颗粒物检测仪，利用将监控判断单元控制加热组件，以及设置多个温湿度传感器，可以有效地监测不同时段、地方的样体温湿度数据，同时通过监控判断单元智能控制加热组件4的加热启动、停止以及加热功率等，保证采样物体的湿度始终在35％或者以下，当这种动态加热系统被运用在大气超细颗粒物检测仪中时，可充分保证通过滤纸的采样空气在35％以及以下，规避了湿度累积造成的纸带问题和测量误差，提高了环境适应性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种动态加热系统，其特征在于，包括：

流通单元，用以采集并流通气体；

采样温湿度传感器，设置在所述流通单元顶部，用以采集待加热样体的样体温湿度数据；

加热组件，所述加热组件由内向外依次设有内筒、缠绕在内筒上的多条加热线以及绝缘耐火外筒；

管壁温湿度传感器，设置于所述加热组件内部，用以采集加热组件的管壁温湿度数据，所述管壁温湿度传感器设置所述内筒和所述绝缘耐火外筒之间，且所述管壁温湿度传感器设置在内筒未缠绕加热线的一面；

监控判断单元，该监控判断单元的输入端分别与所述采样温湿度传感器、所述管壁温湿度传感器电性连接；

其中，所述加热组件与所述监控判断单元电性连接，用以执行所述监控判断单元的指令加热采样杆，且所述监控判断单元接收所述样体温湿度数据和所述管壁温湿度数据，所述监控判断单元先判定样体温湿度数据是否小于35%，当所述样体温湿度数据小于35%时，所述监控判断单元向所述加热组件发送不加热指令；当所述监控判断单元判定所述样体温湿度数据大于35%时，所述监控判断单元向所述加热组件发送加热指令，同时所述监控判断单元判断所述管壁温湿度数据是否大于35%，当所述管壁温湿度数据大于35%时，所述监控判断单元继续向所述加热组件发送加热指令，当所述管壁温湿度数据小于等于35%时，所述监控判断单元向所述加热组件发送不加热指令。

2.根据权利要求1所述的一种动态加热系统，其特征在于，所述绝缘耐火外筒上安装有一温控开关。

3.根据权利要求1所述的一种动态加热系统，其特征在于，所述内筒以及绝缘耐火外筒之间安装有一温度保险丝。

4.根据权利要求1所述的一种动态加热系统，其特征在于，所述监控判断单元包括

单片机，与所述采样温湿度传感器和所述管壁温湿度传感器连接，以判定两传感器工作状态；

采集器，包括第一采集单元和第二采集单元，并与处理器通讯，其中所述第一采集单元用以采集所述样体温湿度数据，所述第二采集单元用以采集所述管壁温湿度数据；

所述处理器，其输入端分别连接所述第一采集单元和所述第二采集单元，所述处理器的输出端与所述加热组件连接，在接收的所述样体温湿度数据和所述管壁温湿度数据超出对应温度限值时向所述加热组件发出加热指令。

5.根据权利要求1所述的一种动态加热系统，其特征在于，所述监控判断单元与一上位机双向通讯，所述上位机用以通过所述监控判断单元控制所述加热组件的加热参数。

6.根据权利要求1所述的一种动态加热系统，其特征在于，所述流通单元包括

流通管，用以流通气体；以及

采样杆，与所述流通管连接，用以对气体进行采样。

7.根据权利要求6所述的一种动态加热系统，其特征在于，所述流通单元上固定有一流量调节阀。

8.根据权利要求4所述的一种动态加热系统，其特征在于，所述单片机与一蜂鸣报警器通讯。

9.一种大气超细颗粒物检测仪，其特征在于，包括：

主体；以及

三脚架，安装在所述主体上；

权利要求1-8任一所述的一种动态加热系统，所述动态加热系统固定在所述主体上。

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