CN112763384B - 一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测方法及装置,通过测量一定湿度的空气在干燥前、干燥后的颗粒物粒径分布谱的变化来得到空气中盐雾含量;风机将大气以一定速度抽入盐雾通路中,经过湿度调整段进行湿度调整并充分润湿后,经过第一激光粒径分布谱测量装置得到颗粒物粒径分布谱数据;采样空气继续随风机牵引通过干燥段加热,经干燥后经过第二激光粒径分布谱测量装置测量,得到干燥后的颗粒物粒径分布谱数据,通过对比干燥前后粒径分布变化换算出当前大气盐雾含量。该监测方法及装置可实现快速实时在线监测大气盐雾浓度,其具有运维成本低、监测数据准确、设备体积小便于携带,且测试周期短,动态测试方便。
Description
发明领域
本发明涉及盐雾在线监测领域,具体为一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测方法,本发明还涉及该方法中的监测装置。
发明背景
盐雾对金属设备危害极大,精准监测环境中盐雾含量为本领域重要研究工作,常用的盐雾监测方法多为离线方法,数据时效性差,周期长,数据受环境影响较大,代表性较差,因此,在线监测技术成为当前研究热门,如国外公司研制出在线检测盐粒子设备,结合离子色谱技术对大气盐粒子含量进行检测。该方法测试数据精确度高,具有较高的先进性,但该方法通常一次采样到测试至少需1h,相对时间较长,且设备体积较大,设备成本及维运成本较为昂贵,不利于普及大规模应用。也有开发出一种盐雾浓度监测仪,通过监测阻抗变化来监测空气中的盐雾含量和沉降速率。但利于阻抗监测大气中氯离子含量容易受到其他可溶性腐蚀介质的影响而造成数据较大误差。就现有技术,急需一种成本低、携带方便,且数据精度高的设备。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测方法及装置,解决现有在线盐雾监测设备成本高、测试时间长、数据误差大的问题。
本发明目的通过以下技术措施来实现:一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测方法,通过测量监测区域所采样空气在干燥前、干燥后的灰尘和盐雾颗粒物粒径分布谱数据的变化来获得空气中盐雾含量。
优先的,本发明用风机将监测区域的大气抽入一个管道通路中作为采样空气,在上管道通路中先对采样空气进行湿度调整,经湿度调整后再由散射式激光粒径分布谱测量仪对采样空气进行检测,得到采样空气在干燥前的颗粒物粒径分布谱数据。
优先的,本发明湿度调整采用半导体制冷方式,通过温湿度传感器的测量反馈,使得采样空气湿度和温度控制在满足干燥前条件的稳定值。
优先的,本发明湿度调整后的采样空气继续进入下管道通路,接着进行干燥加热,经干燥后再由散射式激光粒径分布谱测量仪对采样空气进行检测,得到采样空气在干燥后的颗粒物粒径分布谱数据。
优先的,本发明干燥加热采用红外加热,通过温湿度传感器的测量反馈,使得采样空气湿度和温度控制在满足干燥后条件的稳定值。
优先的,本发明盐雾含量换算具体过程:
S1获得在干燥前、后的颗粒物粒径分布谱数据中的灰尘颗粒与盐雾颗粒的个数及粒径分布,其中,干燥前后粒径变化的为盐雾颗粒,粒径数目稳定的为灰尘颗粒;
S2利用盐粒子潮解理论结合S1中盐雾颗粒个数与粒径分布获得所在监测区域的盐雾微粒浓度;
盐雾浓度计算公式如下:
式中,RH表示环境相对湿度,T表示环境温度,单位为℃。f(C)表示大气盐雾浓度,单位为mg/m3,C液为当前温度、湿度环境下单个盐雾颗粒浓度,单位为mg/cm3,di为第i颗粒子的直径,单位为cm,i=1,2,3......,Ndi为粒径为di的盐雾微粒个数,单位为pcs/m3。
一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测装置,包括盐雾管道通路、第一、第二散射式激光粒径分布谱测量仪、第一、第二温湿度传感器、冷却器、加热器和风机;所述盐雾管道通路依次分为湿度调整段、干燥前测量段、干燥段和干燥后测量段;第一温湿度传感器和冷却器设置于湿度调整段;第二温湿度传感器和加热器设置于干燥段;第一散射式激光粒径分布谱测量仪设置于干燥前测量段;第二散射式激光粒径分布谱测量仪设置于干燥后测量段;风机设置于干燥后测量段的末端;
风机将采样空气抽入盐雾管道通路中,经过湿度调整段进行湿度调整使空气中盐雾颗粒得到充分吸湿后,经过第一激光粒径分布谱测量仪得到干燥前颗粒物粒径分布谱数据;采样空气继续随风机牵引通过干燥段加热,干燥后经过第二激光粒径分布谱测量仪得到干燥后的颗粒物粒径分布谱数据,通过对比干燥前后灰尘和盐雾颗粒物粒径分布变化获得当前大气盐雾含量。
进一步的,本发明在湿度调整段和干燥前测量段之间设有第一隔热段;在干燥段和干燥后测量段之间设有第二隔热段,所述第一温湿度传感器设于第一隔热段上,所述第二温湿度传感器设于第二隔热段上。在湿干燥前测量段和干燥段之间设有第三隔热段。
优先的,本发明所述冷却器为半导体制冷器,通过第一温湿度传感器的测量反馈,闭环功率控制半导体制冷器调节湿度,使得进入湿度调整段的空气湿度和温度控制在满足干燥前条件的稳定值。
优先的,本发明所述加热器为红外加热器,干燥段内层采用石英玻璃管,沿干燥段管壁周向布置红外加热管,加热管长度方向平行于干燥段轴向,通过第二温湿度传感器的测量反馈,闭环功率控制红外加热器,使得进入干燥段的空气湿度和温度控制在满足干燥后条件的稳定值。
进一步的,本发明所述湿度调整段、干燥前测量段、干燥后测量段内表面涂刷超疏水耐老化涂料层。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明设计的盐雾浓度在线监测设备原理简单,操作简单,不涉及分光光度计、离子色谱等方法,主要利用粒径变化趋势,盐雾颗粒浓度作为主要检测对象,因此,设备体积小,携带方便、成本低,可普及式应用。
(2)本发明的盐雾浓度在线监测设备可区分环境灰尘与盐雾,避免灰尘带入计算,使得准确性高。
(3)利用粒径分布变化方式评估盐雾浓度方法,测试数据周期短,可实时获得盐雾含量变化情况。
附图说明
图1为基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测装置示意图。
图2为湿度调整段的横截示意图。
图3为干燥段的横截示意图。
其中,100、采样气体流动方向;101、进气弯管;102、湿度调整段;103、第一隔热段、104、干燥前测量段;105、第三隔热段;106、干燥段;107、第二隔热段;108、干燥后测量段;109、风机;110、第一温湿度传感器;111、第二温湿度传感器;112、半导体制冷器组件;113、红外加热管;114、石英玻璃管;115、第一散射式激光粒径分布谱测量仪;116、第二散射式激光粒径分布谱测量仪。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明作进一步的说明,以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案。
如图1所示,一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测装置,主要包括盐雾管道通路、第一、第二散射式激光粒径分布谱测量仪、第一、第二温湿度传感器、冷却器、加热器和风机;盐雾管道通路依次分为湿度调整段102、干燥前测量段104、干燥段106和干燥后测量段108;第一温湿度传感器110和冷却器设置于湿度调整段;第二温湿度传感器111和加热器设置于干燥段106;第一散射式激光粒径分布谱测量仪115设置于干燥前测量段104;第二散射式激光粒径分布谱测量仪116设置于干燥后测量段108;风机109设置于干燥后测量段108的末端。
本实施例中的散射式激光粒径分布谱测量仪可选用市售的PMS系列数字式颗粒物浓度测量仪,可直观输出不同粒径颗粒物计数浓度,这些现有的散射式激光粒径分布谱测量仪主要由激光器、反射镜、探测器及信号处理电路构成。从激光器发出的窄束激光(波长650nm),在盐雾管道通路内的颗粒物上发生散射,其散射光线直接或经过反射镜反射由光电探测器收集、处理并转换为电信号,通过多通道脉冲离散计数,依据不同粒径颗粒物的散射信号幅值差异来获取不同粒径颗粒物的数量分布。
本实施例中的冷却器可选用半导体制冷器112,可选用TEC系列的市售半导体制冷片,通过第一温湿度传感器的测量反馈,闭环功率控制半导体制冷器的工作来调节湿度,使得进入湿度调整段的空气湿度和温度控制在满足干燥前条件的稳定值,空气湿度控制湿润稳定至85%,并不产生冷凝,这样使空气湿度调整段不添加水分的情况下,调整吸入空气相对湿度以确保空气中盐雾颗粒得到充分吸湿。
本实施例中的加热器选用常用的红外加热器,在干燥段内层采用石英玻璃管114结构,沿管壁周向布置8个红外加热管113,加热管113长度方向平行于干燥段轴向,通过第二温湿度传感器的测量反馈,闭环功率控制红外加热器的工作,使得进入测量段的空气湿度和温度控制在满足条件的稳定值,空气湿度控制干燥稳定至50%,这样采用非吸收式干燥盐雾管道通路空气中的盐雾粒子,使盐雾颗粒脱水干燥,进而根据干燥前后粒径分布变化来区分盐雾粒子和灰尘颗粒。
上述风机将采样空气以约10-20L/min抽入盐雾管道通路中,沿采样空气流动方向100经进气弯管101进入到湿度调整段102,在湿度调整段102经过半导体制冷器组件112进行湿度调整,使采样空气中盐雾颗粒得到充分吸湿后,再由第一激光粒径分布谱测量仪115得到干燥前颗粒物粒径分布谱数据;采样空气继续随风机109牵引通过干燥段106加热,干燥后经过第二激光粒径分布谱测量仪116得到干燥后的颗粒物粒径分布谱数据,通过对比干燥前后灰尘和盐雾颗粒物粒径分布变化获得当前大气盐雾含量。
对本发明的进一步改进,在湿度调整段102和干燥前测量段104之间设有第一隔热段103;在干燥段106和干燥后测量段108之间设有第二隔热段107,第一温湿度传感器110设于第一隔热段103上,第二温湿度传感器111设于第二隔热段107上。在干燥前测量段104和干燥段106之间还设有第三隔热段105。这些隔热段可以避免管壁热量传递到测量段影响粒径分布测量。另外,除干燥段外,在管道通路的通道内表面均刷涂有超疏水耐老化涂料,以降低吸附作用对测量的影响。
上述装置中,具体在线盐雾浓度快速监测方法如下:
S1:盐雾粒子监测
将装置整体置于所需监测的环境中,开启运行该装置,风机、散射式激光粒径分布谱测量仪、用于湿度调整的冷却器、加热器等均开始工作,抽风机以一定流速将环境大气抽入盐雾管道通路中,等待第一温湿度传感器及第二温湿度传感器获取的采样空气温湿度达到稳定值后开始进行测量。第一散射式激光粒径分布谱测量仪测量,得到干燥前的颗粒物粒径分布谱数据。采样空气继续随风机牵引通过加热段,经干燥后通过第二激光粒径分布谱测量仪测量,得到干燥后的颗粒物粒径分布谱数据。其中第一散射式激光粒径分布谱测量仪测量对象中颗粒物主要包括灰尘、盐雾微液滴;第二散射式激光粒径分布谱测量仪测量对象中的颗粒物主要包括灰尘、干盐粒子(干燥的盐雾微液滴),两个测量仪之间粒径分布变化主要是由于盐雾液滴转变成干盐粒子而体积减小引起的,而粒径未变化的则为灰尘颗粒。测量时同步由温湿度记录仪记录采样气体干燥前后的温湿度值。
S2:根据S1步骤中区分结果,获得当前环境盐雾粒子浓度。
对比发现,若粒径为9-10um颗粒数减少7000个,5-6um颗粒数减少10800个,3-4um的颗粒数减少14000个,则表示监测区域内盐雾粒子粒径分布密度为9-10um 7000个/m3,5-6um 10800个/m3,3-4um 14000个/m3,若当前环境温度为21℃,环境相对湿度为85%,则当前环境单个盐雾粒子浓度为:
C液=f(RH,T)
=2.37×10-4RH*T-0.2237RH-0.0237T+22.37
=191.73g/cm3
则当前环境盐雾浓度计算如下:
计算表明当前盐雾浓度为0.8431mg/m3。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定,本发明的实施方式不限于此。凡此种种根据本发明的上述内容,按照本领域的普通技术知识和惯用手段,在不脱离本发明上述基本技术思想前提下,对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更,均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测方法,其特征在于:通过测量监测区域所采样空气在干燥前、干燥后的灰尘和盐雾颗粒物粒径分布谱数据的变化来获得空气中盐雾含量;
用风机将监测区域的大气抽入一个管道通路中作为采样空气,在上管道通路中先对采样空气进行湿度调整,经湿度调整后再由散射式激光粒径分布谱测量仪对采样空气进行检测,得到采样空气在干燥前的颗粒物粒径分布谱数据;
湿度调整后的采样空气继续进入下管道通路,接着进行干燥加热,经干燥后再由散射式激光粒径分布谱测量仪对采样空气进行检测,得到采样空气在干燥后的颗粒物粒径分布谱数据;
盐雾含量换算具体过程:
S1、获得在干燥前、后的颗粒物粒径分布谱数据中的灰尘颗粒与盐雾颗粒的个数及粒径分布,其中,干燥前后粒径变化的为盐雾颗粒,粒径数目稳定的为灰尘颗粒;
S2、结合S1中盐雾颗粒个数与粒径分布获得所在监测区域的盐雾微粒浓度;
盐雾浓度计算公式如下:
式中,f(C)表示大气盐雾浓度,单位为mg/m3,C液为当前温度、湿度下单个盐雾颗粒浓度,单位为mg/cm3,di为第i颗粒子的直径,单位为cm,i=1,2,3......,Ndi为粒径为di的盐雾微粒个数,单位为pcs/m3。
2.根据权利要求1所述的一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测方法,其特征在于:湿度调整采用半导体制冷方式,通过温湿度传感器的测量反馈,使得采样空气湿度和温度控制在满足干燥前条件的稳定值。
3.根据权利要求1所述的一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测方法,其特征在于:干燥加热采用红外加热,通过温湿度传感器的测量反馈,使得采样空气湿度和温度控制在满足干燥后条件的稳定值。
4.一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测装置,其特征在于:包括盐雾管道通路、第一散射式激光粒径分布谱测量仪、第二散射式激光粒径分布谱测量仪、第一温湿度传感器、第二温湿度传感器、冷却器、加热器和风机;所述盐雾管道通路依次分为湿度调整段、干燥前测量段、干燥段和干燥后测量段;第一温湿度传感器和冷却器设置于湿度调整段;第二温湿度传感器和加热器设置于干燥段;第一散射式激光粒径分布谱测量仪设置于干燥前测量段;第二散射式激光粒径分布谱测量仪设置于干燥后测量段;风机设置于干燥后测量段的末端;
风机将采样空气抽入盐雾管道通路中,经过湿度调整段进行湿度调整使空气中盐雾颗粒得到充分吸湿后,经过第一激光粒径分布谱测量仪得到干燥前颗粒物粒径分布谱数据;采样空气继续随风机牵引通过干燥段加热,干燥后经过第二激光粒径分布谱测量仪得到干燥后的颗粒物粒径分布谱数据,通过对比干燥前后灰尘和盐雾颗粒物粒径分布变化获得当前大气盐雾含量。
5.根据权利要求4所述一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测装置,其特征在于:在湿度调整段和干燥前测量段之间设有第一隔热段;在干燥段和干燥后测量段之间设有第二隔热段,所述第一温湿度传感器设于第一隔热段上,所述第二温湿度传感器设于第二隔热段上。
6.根据权利要求4或5所述一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测装置,其特征在于:在湿干燥前测量段和干燥段之间设有第三隔热段。
7.根据权利要求4所述一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测装置,其特征在于:所述冷却器为半导体制冷器,通过第一温湿度传感器的测量反馈,闭环功率控制半导体制冷器调节湿度,使得进入湿度调整段的空气湿度和温度控制在满足干燥前条件的稳定值。
8.根据权利要求4所述一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测装置,其特征在于:所述加热器为红外加热器,干燥段内层采用石英玻璃管,沿干燥段管壁周向布置红外加热管,加热管长度方向平行于干燥段轴向,通过第二温湿度传感器的测量反馈,闭环功率控制红外加热器,使得进入干燥段的空气湿度和温度控制在满足干燥后条件的稳定值。
9.根据权利要求4所述一种基于粒径分布谱的在线盐雾浓度快速监测装置,其特征在于:所述湿度调整段、干燥前测量段、干燥后测量段内表面涂刷超疏水耐老化涂料层。
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