CN111965080A - 一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统及方法，包括S1：调节发尘器和粉尘环境舱的参数，参数包括温度、湿度、压力；S2：开启系统，使粉尘进入粉尘环境舱，开启切换器的第一通道，关闭第二通道，使未经分离的粉尘进入粒径谱分析仪，得到第一粉尘浓度分布；S3：开启分离器，分离完成后，开启切换器的第二通道，同时关闭第一通道，使分离后的粉尘进入粒径谱分析仪，得到第二粉尘浓度分布；S4：计算粉尘的分级效率，再进行插值计算得到特征点的分级效率，并与标称值进行比对，从而得到粉尘分级效率的偏差。本发明使用多分散发尘器、粉尘环境舱和粒径谱分析仪，一次可以完成预分离器在多种不同粒径下的分级效率验证，提高了验证效率。
Description
技术领域
本发明涉及粉尘检测技术领域，特别涉及一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统及方法。
背景技术
呼吸性粉尘预分离器是对呼吸性粉尘浓度进行检测的关键部件，它的作用是将呼吸性粉尘按照特定分离效能曲线从总尘中分离出来，国际上的三种分离效能曲线为ACGIH曲线、BMRC曲线和EN481曲线，我国使用BMRC曲线。
目前对呼吸性粉尘预分离器的分离效能验证是依据《呼吸性粉尘测量仪采样效能测定方法》(MT394-1995)，使用单分散气溶胶发生法配合溶液洗脱法验证，流程操作相对繁琐，每次只能验证一个粒径点的分离效率，验证过程误差控制困难，结果准确性难以保证。
发明内容
针对现有技术中粉尘分级验证效率、准确性较低的问题，本发明提出一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统及方法，通过使用多分散发尘器、粉尘环境舱和粒径谱分析仪，一次可以完成预分离器在多种不同粒径下的分级效率验证，提高了验证效率。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统，包括粉尘环境舱，发尘器与所述粉尘环境舱连接，所述粉尘环境舱与粒径谱分析仪连接；
发尘器中的粉尘进入粉尘环境舱中分离器，分离器将粉尘进行分离，分离后粉尘进入粒径谱分析仪进行粉尘浓度分析，得到粉尘分级效率。
优选的，还包括空气发生装置；所述空气发生装置包括空压机、干燥机、过滤器和调压阀，空压机、干燥机、过滤器和调压阀依次连接，用于产生空气将发尘器中的粉尘带入粉尘环境舱。
优选的，还包括稀释器，用于对空气发生装置产生的空气进行分流，以调节粉尘环境舱内压力，使进入粉尘环境舱的粉尘分布均匀。
优选的，还包括静电中和器，发尘器通过静电中和器与粉尘环境舱进行连接。
优选的，所述粉尘环境舱包括舱体、分离器、控制器、净化回收器和切换器；分离器和切换器与粉尘环境舱活动连接。
优选的，分离器的输入端与切换器的第一开关S1连接构成第一通道，分离器的输出端与切换器的第二开关S2连接构成第二通道。
本发明还提供一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定方法，具体包括以下步骤：
S1：调节粉尘环境舱的参数，参数包括温度、湿度、压力；
S2：开启系统，使粉尘进入粉尘环境舱，开启切换器的第一通道，关闭第二通道，使未经分离的粉尘进入粒径谱分析仪，得到第一粉尘浓度分布；
S3：加载分离器，开启采样泵，开启切换器的第二通道，同时关闭第一通道，使分离后的粉尘进入粒径谱分析仪，得到第二粉尘浓度分布；
S4：计算粉尘的分级效率，再进行插值计算得到特征点的分级效率，并与标称值进行比对，从而得到粉尘分级效率的偏差。
优选的，所述S1包括步骤S1-1：
开启净化回收器以释放空气，再打开第一通道使得粉尘环境舱中空气进入粒径谱分析仪，得到粉尘浓度分布C0，并将C0与预设值C进行对比；当C0≤C时，关闭净化回收器；当C0＞C时，继续开启净化回收器直到C0≤C。
优选的，所述S4中，粉尘的分级效率计算公式为：
公式(1)中，ηDi表示粉尘粒径为Di的分级效率；CPi上表示粉尘粒径为Di的第一粉尘浓度；CPi下表示粉尘粒径为Di的第二粉尘浓度。
优选的，所述S4中，所述特征点的粉尘粒径为2.2μm、3.9μm、5.0μm、5.9μm和7.1μm。
综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1.使用粉尘环境舱，一次可以完成分离器在多种不同粒径下的分级效率验证，提高了验证效率。
2.使用标准亚利桑那粉尘，国际认可，重复性强，并具有可追溯性。
3.通过多分散发尘器加入粉料，接通电源、气源便可工作，操作简单。
附图说明：
图1为根据本发明示例性实施例的一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统示意图。
图2为根据本发明示例性实施例的空气发生装置示意图。
图3为根据本发明示例性实施例的粉尘环境舱示意图。
图4为根据本发明示例性实施例的一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定方法流程示意图。
图5为根据本发明示例性实施例的粒径-浓度曲线图示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统，包括空气发生装置、发尘器、粉尘环境舱、粒径谱分析仪和采样泵；空气发生装置的输出端与发尘器的输入端连接，发尘器的输出端与粉尘环境舱的输入端连接，粉尘环境舱的输出端分别与粒径谱分析仪的输入端和采样泵的输入端连接。
本实施例中，空气发生装置产生空气将发尘器中的粉尘带入粉尘环境舱，粉尘环境舱将粉尘进行分离后分别进入粒径谱分析仪进行浓度分析，分析结果存储在终端上，例如计算机；分离器本身只是一个机械结构，没有动力源无法实现颗粒物分离，采样泵给分离器提供动力，因此采样泵用于给分离器提供动力，当采样泵抽气，使得含尘气流进入粉尘环境舱中的分离器，启动采样泵对粉尘进行分离。
本实施例中，发尘器可采用多分散气溶胶发尘器，接通电源、气源便可工作，操作简单。
本实施例中，还包括稀释器，用于将空气发生装置产生的一部分压缩空气分流出来，然后和发尘器产生的粉尘一起进入粉尘环境舱，可以调节粉尘环境舱内的压力，使得进入粉尘环境舱的粉尘分布更均匀。
本实施例中，还包括静电中和器，用于中和粉尘颗粒物携带的电荷，以保证进入粉尘环境舱中的粉尘达到荷电平衡状态，减少粉尘荷电的影响，增强验证的可重复性；发尘器通过静电中和器与粉尘环境舱进行连接。
压缩气体经油水分离、冷干、净化后通入多分散气溶胶发尘器，发尘器在压缩气体的作用下，将其储尘罐中的多分散性粉尘打散使其沿着出尘口喷出，进入粉尘环境舱，环境舱内的压力、温度、湿度需要调节。压力过大或者过小，会使环境舱面临破裂的危险，同时由于环境内安装有待测分离器，会影响与分离器连接的采样泵采样流量。湿度会影响多分散气溶胶的形态，过湿会引起颗粒凝并粘接；温度设置在一定范围内，减少温度对气体的体积流量有影响。
如图2所示，本实施例中，空气发生装置包括空压机、干燥机、过滤器和调压阀，空压机、干燥机、过滤器和调压阀依次连接，用于产生干燥、干净的空气。
如图3所示，本实施例中，粉尘环境舱包括舱体、分离器11、控制器12、净化回收器13和切换器14。分离器11安装在粉尘环境舱的中部，控制器12安装在粉尘环境舱的底部，净化回收器13安装在粉尘环境舱的侧边，切换器14安装粉尘环境舱的外部。分离器11的输入端1与切换器14的第一开关S1连接构成第一通道，分离器11的输出端2与切换器14的第二开关S2连接构成第二通道。
本实施例中，分离器11和切换器14与粉尘环境舱为可拆卸式安装，例如可通过夹具、螺母等进行固定，这样可便于验证不同分离器的分离性能。
分离器11用于对粉尘进行分离；控制器12用于调节粉尘环境舱内部的参数，参数包括温度、湿度、压力等；净化回收器13用于释放粉尘环境舱过大的压力和对环境舱残留颗粒进行清理回收；切换器14用于切换不同的通道，以让分离前后的粉尘通过不同的通道进入粒径谱分析仪。
分离器加载于粉尘环境舱内，粒径谱分析仪通过切换器分别连接分离器的输入端和输出端，分离器输入端的浓度即为粉尘环境舱内粉尘的浓度，分离器输出端的浓度为粉尘分离后的浓度。
本实施例中，还包括流量调节阀，用于调整采样泵抽气流量，使其与分离器标称流量一致。
本实施例中，发尘器中的尘源可使用标准亚利桑那粉尘或者使用经研磨筛选的粒径范围在0-10μm粒径分布服从正态分布的制备尘源，以便进行溯源。
本发明只要在发尘器加入粉料，接通电源、气源便可工作，单分散气溶胶发生器需要调节气流流量、工作频率、泵速等多个参数，还需要在显微镜下观察粒子形态，符合要求才能继续实验。
基于所述的一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统，本发明还提供一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定方法，如图4所示，具体包括以下步骤：
S1：调节粉尘环境舱的参数，参数包括温度、湿度、压力。
本实施例中，在系统启动前，需要使用控制器(包括温湿度传感器、压力传感器等)调节粉尘环境舱的参数，参数包括温度、湿度、压力，例如可以使粉尘环境舱内温度为20℃-25℃、相对湿度为50％RH-60％RH以及压力维持在1个大气压左右。
本实施例中，在粉尘环境舱开始工作后，空气发生装置压缩空气将发尘器中的颗粒物带入粉尘环境舱，采样泵为分离器提供动力。当粉尘环境舱舱内压力过大，开启净化回收器13以释放空气；当舱内压力过小时，调节稀释器增大进入环境舱的洁净空气流量，开启采样泵抽气，采样泵抽取的流量小于气体进入粉尘环境舱的流量，同时通过流量调节阀调整采样泵抽气流量，使其与分离器标称流量一致。
还包括步骤S1-1：
开启净化回收器以释放空气，目的是清洁环境舱内的残留颗粒物，使其达到一个相对洁净的状态，防止残留颗粒物与发尘器产生的颗粒物混合，对结果造成干扰；再打开第一通道使得粉尘环境舱中粉尘进入粒径谱分析仪，得到粉尘浓度分布C0，并将C0与预设值C(例如C为1000个/m3)进行对比；当C0≤C时，关闭净化回收器；当C0＞C时，继续开启净化回收器直到C0≤C。
S2：开启系统使得发尘器中的粉尘进入粉尘环境舱，开启切换器的第一通道，关闭第二通道，使未经分离的粉尘进入粒径谱分析仪，得到第一粉尘浓度分布。
本实施例中，开启空气发生装置和发尘器后，粉尘将进入粉尘环境舱中。不开启采样泵，先闭合粉尘环境舱中切换器的第一开关S1同时关闭第二开关S2，以开启切换器的第一通道，关闭第二通道。当开启第一通道后，未经分离的粉尘进入粒径谱分析仪，粒径谱分析仪可根据参数自动生成第一粒径-浓度曲线图，如图5所示，以粉尘粒径Di(i＝1-10)为横坐标，横坐标标记间隔为1μm(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10μm)；以粉尘浓度CPi上(P)为纵坐标，绘制第一粒径-浓度曲线图，记为Di-CPi上,并展示在终端上。
S3：开启采样泵，分离器进行粉尘分离，2min钟后，开启切换器的第二通道，关闭第一通道，使分离后的粉尘进入粒径谱分析仪，得到第二粉尘浓度分布。
本实施例中，关闭切换器中的第一通道和第二通道，并开启分离器进行粉尘分离，2min钟后达到分离稳定状态，闭合粉尘环境舱中切换器的第二开关S2以开启切换器的第二通道，同时断开第一开关S1以关闭第一通道。当开启第二通道后，经分离的粉尘进入粒径谱分析仪，粒径谱分析仪可根据参数自动生成第二粒径-浓度曲线图，以粉尘粒径Di(i＝1-10)为横坐标，横坐标标记间隔为1μm(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10μm)；以粉尘浓度CPi下为纵坐标，绘制第二粒径-浓度曲线图记为Di-CPi下,并展示在终端上。
S4：计算粉尘的分级效率，再进行插值计算得到特征点的分级效率，并与标称值进行比对，从而得到粉尘分级效率的偏差。
本实施例中，计算粉尘不同粒径点Di(i＝1～10，i为正整数)的分级效率
之后以粉尘粒径Di为横坐标，分级效率
为纵坐标绘制
曲线。通过粒径谱分析仪可输出图像，绘制得到
曲线，但得到曲线的粒径点为整数，不是本发明想要验证的粒径为2.2μm、3.9μm、5.0μm、5.9μm、7.1μm这几个特征点，因此需要对曲线进行插值计算(插值计算方法比较成熟，比如线性插值、牛顿插值、拉格朗日插值等均可以)从而得到特征点的分级效率。而在BMRC曲线上，这几个特征点对应的分级效率是已知的，用得到特征点的分级效率减去对应点的标准值，即为粉尘分级效率的偏差。
本实施例中，在行业的MT394标准中规定，粉尘分级效率的偏差不超过±5％则认为满足分离效能标准。
本实施例中，对标称符合ACGIH曲线或EN481曲线的预分离器进行验证时，同样可采用上述方法对
曲线进行插值计算，拟合出2.0、2.5、3.5、4.0、5.0、10.0μm粒径点对应的分级效率，计算对应粒径点分级效率的偏差。
《呼吸性粉尘测量仪采样效能测定方法》(MT394-1995)中使用单分散气溶胶发生器，需要先配置溶液，然后生成单一粒径的粒子，验证分离器在该粒径下的分级效率，比如针对标称BMRC曲线的分离器，至少验证5个粒径点，就需要做五次实验。本发明使用粉尘环境舱，一次可以完成预分离器在多种不同粒径下的分级效率验证。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统，其特征在于，包括粉尘环境舱，发尘器与所述粉尘环境舱连接，所述粉尘环境舱与粒径谱分析仪连接；
发尘器中的粉尘进入粉尘环境舱中分离器，分离器将粉尘进行分离，分离后粉尘进入粒径谱分析仪进行粉尘浓度分析，得到粉尘分级效率。
2.如权利要求1所述的一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统，其特征在于，还包括空气发生装置；所述空气发生装置包括空压机、干燥机、过滤器和调压阀，空压机、干燥机、过滤器和调压阀依次连接，用于产生空气将发尘器中的粉尘带入粉尘环境舱。
3.如权利要求1所述的一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统，其特征在于，还包括稀释器，用于对空气发生装置产生的空气进行分流，以调节粉尘环境舱内压力，使进入粉尘环境舱的粉尘分布均匀。
4.如权利要求1所述的一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统，其特征在于，还包括静电中和器，发尘器通过静电中和器与粉尘环境舱进行连接。
5.如权利要求1所述的一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统，其特征在于，所述粉尘环境舱包括舱体、分离器、控制器、净化回收器和切换器；分离器和切换器与粉尘环境舱活动连接。
6.如权利要求5所述的一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统，其特征在于，分离器的输入端与切换器的第一开关S1连接构成第一通道，分离器的输出端与切换器的第二开关S2连接构成第二通道。
7.一种基于权利要求1-6任一所述的呼吸性粉尘预分离器分离效能测定方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：调节粉尘环境舱的参数，参数包括温度、湿度、压力；
S2：开启系统，使粉尘进入粉尘环境舱，开启切换器的第一通道，关闭第二通道，使未经分离的粉尘进入粒径谱分析仪，得到第一粉尘浓度分布；
S3：加载分离器，开启采样泵，开启切换器的第二通道，同时关闭第一通道，使分离后的粉尘进入粒径谱分析仪，得到第二粉尘浓度分布；
S4：计算粉尘的分级效率，再进行插值计算得到特征点的分级效率，并与标称值进行比对，从而得到粉尘分级效率的偏差。
8.如权利要求7所述的一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统，其特征在于，所述S1包括步骤S1-1：
开启净化回收器以释放空气，再打开第一通道使得粉尘环境舱中空气进入粒径谱分析仪，得到粉尘浓度分布C0，并将C0与预设值C进行对比；当C0≤C时，关闭净化回收器；当C0＞C时，继续开启净化回收器直到C0≤C。
9.如权利要求7所述的一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统，其特征在于，所述S4中，粉尘的分级效率计算公式为：
公式(1)中，ηDi表示粉尘粒径为Di的分级效率；CPi上表示粉尘粒径为Di的第一粉尘浓度；CPi下表示粉尘粒径为Di的第二粉尘浓度。
10.如权利要求7所述的一种呼吸性粉尘预分离器分离效能测定系统，其特征在于，所述S4中，所述特征点的粉尘粒径为2.2μm、3.9μm、5.0μm、5.9μm和7.1μm。
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