CN114594031A - 一种基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于空气颗粒物浓度测量技术领域，提出了一种基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置，包括颗粒物过滤系统、电磁夹控制系统、气流吸入系统和计算机系统；颗粒物过滤系统，用于过滤超大的非呼吸性颗粒，以及收集不可吸入的颗粒物；电磁夹控制系统，用于固定滤膜；气流吸入系统，用于吸入气流；计算机系统，用于检测电磁夹控制系统的启闭和控制气流吸入系统的吸入气流的流速。本发明结构简单，能够及时、有效地更换滤膜，从而使实时测量效果更为精准。
Description
技术领域
本发明属于空气颗粒物浓度测量技术领域，具体涉及一种基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置。
背景技术
近年来，我国各类产业发展迅速，与此同时各大制造业在工作场所所产生的粉尘量也在不断增加，这些在生产过程中产生的粉尘量会极大的威胁工作人员的人身健康，因此各类检测手段、检测仪器不断涌现。然而，由于现有技术对空气颗粒物质量浓度的测量长时间的要求无法满足，往往需要频繁的人工操作和设备更换，造成人员和仪器成本投入的提高。针对上述问题，需要现有空气颗粒物浓度检测技术进行改进，从而尽可能减少成本投入，提高效率。
目前国内常见的空气颗粒物质量浓度测量方法有滤膜称重法、压电晶体法、光散射式测量仪、β射线吸收式测量、压差法等等。所谓质量浓度，其指的是以单位体积空气中含有的颗粒物的质量表示的浓度，质量浓度主要被应用在一般的空气颗粒物研究领域中，单位为mg/m3或μg/m3。
滤膜称重法。在空气颗粒物质量浓度测定方法中，滤膜称重法是最基本的方法之一。其具体操作步骤是：①将空气中的颗粒物捕集在高性能滤膜上面；②对滤膜采样前后的质量进行称重；③计算捕集粉尘质量的差。最终得到的其和采样空气量之间的比例便是空气颗粒物的质量浓度。所依据原理非常简单，测量数据可靠性强，准确度高，不会受到颗粒物大小、形状以及颜色等因素的影响；但所需时间相对较长，操作过程比较繁琐，噪声大。
压电晶体法，也被叫做压电晶体频差法，其测量质量浓度时需要依靠的是石英谐振器。其工作原理是：空气以恒定流量通过切割器，进入由高压放电针和微量石英谐振器组成的静电采样器，然后借助高压电晕放电作用，气流当中的颗粒物会全部沉降到电极表面上，这样一来，电极上面便有了颗粒物的质量，电极的振荡频率必然会收到影响而发生变化，从频率的变化当中我们便可以测得空气颗粒物中的质量浓度。可以实现实时在线检测。但是，使用压电晶体法来检测质量浓度时，我们必须要确保将清洁工作做到位，一定要确保石英谐振器的清洁程度，因为只有石英谐振器足够干净，沉降在其电机表面上的空气颗粒物的质量才足够精准。
光散射式测量仪，其工作原理是由光源发出的光线照射在颗粒物上面会发生散射反应，散射后的光会通过激光器传达到传感器上面，传感器会把感知到的信号转变称为电信号，电信号再经过放大器和分析电路之后便可以计算出脉冲的发生量，进而得到质量浓度。其优势在于重量轻、体积小，操作起来非常方便，而且光散射式测量仪的稳定性也比较强，而且噪声几乎为零。
β射线吸收式测量仪，其工作原理是射线在通过颗粒物时会被吸收，在能量恒定的条件下，β射线的吸收量和空气颗粒物的质量是保持正比关系的。β射线吸收式测量仪既可以实现自动连续测量，也可以进行间断测量，而且β射线的吸收情况并不会收到其他因素的干扰，其只和粒子的质量有关系，所以，其能够确保测量结果的精确度。除此之外，β射线吸收式测量仪还具有非常强的耐用性，因为β射线属于低能射线，稳定性非常强，半衰期可达数千年。
压差法，其工作原理是，利用固定在滤膜后侧的压力传感器，对采样过程中的压力变化进行实时监测，由建立独有的数学模型经由计算机系统得出待测空气颗粒物的质量浓度。该方法灵敏度高、成本低，但待测时间较长。
基于以上的背景介绍，本发明以压差法为原理，涉及了一套基于压差法的空气颗粒物浓度连续测量装置，可以实现较长时间的空气颗粒物粉尘连续测量、数据分析和汇总等功能。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的问题，提供一种基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置，包括颗粒物过滤系统、电磁夹控制系统、气流吸入系统和计算机系统；颗粒物过滤系统，用于过滤超大的非呼吸性颗粒，以及收集不可吸入的颗粒物；电磁夹控制系统，用于固定滤膜；气流吸入系统，用于吸入气流；计算机系统，用于检测电磁夹控制系统的启闭和控制气流吸入系统的吸入气流的流速。
在本发明的一种优选实施方式中，颗粒物过滤系统包括前段检测管外壳的前部填充有第一过滤层，前段检测管外壳的后部填充有第二过滤层。
在本发明的一种优选实施方式中，前段检测管外壳的前部直径为6.3mm，且第一过滤层由长度为8mm、密度为50孔每英寸的聚氨酯开孔泡沫构成。
在本发明的一种优选实施方式中，前段检测管外壳的后部直径为4mm，且第二过滤层由长度25mm、密度为90孔每英寸的聚氨酯开孔泡沫构成。
在本发明的一种优选实施方式中，气流吸入系统包括可编程控制泵和与其连通的后段检测管外壳。
在本发明的一种优选实施方式中，前段检测管外壳与后段检测管外壳之间构成检测区。
在本发明的一种优选实施方式中，电磁夹控制系统包括两个过滤膜固定器，其中一个过滤膜固定器安装在前段检测管外壳靠近检测区的一端，另一个过滤膜固定器安装在后段检测管外壳靠近检测区的一端，电磁夹电连接有控制器。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括滤膜自动更换系统，滤膜自动更换系统包括驱动件，驱动件与计算机系统电连接，检测区的两侧均设置有磁带式转轴，其中一个磁带式转轴与驱动件的输出轴同轴固定连接。
本发明的原理及其有益效果：通过滤膜自动更换系统的设置，能够定时更换完好的滤膜，以减少人工操作。并且在电磁铁、电磁夹的同步动作下，能够达到良好的密闭效果。同时，在可编程控制泵的数据采样下，能够及时将数据传输到计算机系统。运用已经建立的数学模型，从而得出空气颗粒物的动态变化过程，达到连续监测的目的。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施例中的基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置的结构示意图。
图2是本申请实施例中的滤膜自动更换系统的结构示意图。
图3申请实施例中的基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置的电路示意图。
说明书附图中的附图标记包括：前段检测管外壳1、第一过滤层2、第二过滤层3、电磁铁4、磁带式转轴5、电磁夹6、滤膜7、滤膜固定器8、后段检测管外壳9、小型电动机10、可编程控制泵11、计算机系统12。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“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。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本申请提供一种基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置，其目的在于：对空气颗粒物浓度连续测量。基本如附图1、附图2和附图3所示，包括颗粒物过滤系统、电磁夹控制系统、滤膜7自动更换系统、气流吸入系统和计算机系统12。
本实施例中，预设有机架，颗粒物过滤系统包括水平滑动配合在机架上的前段检测管外壳1，前段检测管外壳1的前部的直径为6.3mm，并且其内部设置有第一过滤层2，第一过滤层2由长度为8mm、密度为50孔每英寸的聚氨酯开孔泡沫构成；前段检测管外壳1的后部的直径为4mm，并且其内部设置有第二过滤层3，第二过滤层3长度25mm、密度为90孔每英寸的聚氨酯开孔泡沫构成。本实施例中，当有空气的气流经过前段检测管外壳1内部时，第一过滤层2用于过滤超大的非呼吸性颗粒，并防止第二过滤层3发生堵塞。第二过滤层3用于收集不可吸入的颗粒物，并通过可吸入部分的颗粒物。
气流吸入系统，包括水平滑动连接在机架上的后段检测管外壳9，后段检测管外壳9连通有可编程控制泵11(可编程控制泵11内安装有压力传感器)，可编程控制泵11固定安装在机架上。前段检测管外壳1与后段检测管外壳9之间构成检测区。
本实施例中，计算机系统12信号电连接有PLC系统外设，如：PLC控制器，计算机系统12，如：计算机。计算机系统12和PLC系统外设的通电接口均电连接有供电系统，供电系统如：蓄电池或电源等。通过计算机系统12上所编写的PLC程序，写入到PLC外设中，运用定时逻辑控制对可编程控制泵11的开合。
电磁夹控制系统包括两个滤膜固定器8、两个电磁夹6，两个电磁夹6上均安装有电磁铁4，电磁夹6和电磁铁4均电连接有控制器，控制器为现有的微型控制器，如：单片机、处理器等，控制器与PLC系统外设电连接。本实施例中，一个滤膜固定器8安装在前段检测管外壳1靠近检测区的一端，另一个滤膜固定器8安装在后段检测管外壳9靠近检测区的一端。一个电磁夹6固定安装在前段检测管外壳1上靠近检测区的一端，另一个电磁夹6固定安装在后段检测管外壳9上靠近检测区的一端。
本实施例中，进行检测工作时，通过计算机系统12上所编写的PLC程序，写入到PLC系统外设中，运用定时逻辑分别控制对可编程控制泵11的开合以及控制电磁夹6和电磁铁4通电，电磁夹6和电磁铁4通电时，两个电磁铁4和两个电磁夹6相互吸引，使得前段检测管外壳1与后段检测管外壳9贴合，此时，滤膜固定器8将滤膜7夹持。
计算机系统12的控制下，将空气颗粒物由可编程控制以恒定流速吸入到前段检测管外壳1和后段检测管外壳9中，举例说明：通过计算机系统12控制可编程控制泵11打开流量泵，以固定流速吸入气流，使气流经过过滤后沉积在滤膜7表面，实现对空气颗粒物的采样，每片滤膜7的采样时间为20分钟，20分钟后计算机系统12关闭流量泵。
可编程控制泵11的压力传感器，可以实时检测后段检测管外壳9内不同时间节点的压力数值变化，通过与实验初始压力的差值比较，并将压力数值传输到计算级系统。
本实施例借助了压差法测量柴油颗粒物的数据处理模型，运用了颗粒物质量浓度和压差之间的数学模型，即
DM＝11.51DP+6.54
式中：
DM——粉尘质量浓度，mg/m3；
DP——压力与初始压力差值变化速率，in H2O/min(1in H2O＝249Pa)；
将由可编程控制泵11传输到计算机系统12的压力值；变化速率转换成质量浓度，到达测量的空气颗粒物浓度的目的。
本实施例中，滤膜7自动更换系统包括驱动件，驱动件为小型电动机10，例如：RGU-CF微型直流减速电机，小型电动机10与PLC系统外设电连接。检测区的两侧均设置有磁带式转轴5，其中一个磁带式转轴5与小型电动机10的输出轴同轴固定连接，另一个磁带式转轴5与机架转动连接，滤膜7卷在未连接小型电动机10的磁带式转轴5上，滤膜7的一端固定在连接小型电动机10的磁带式转轴5上。
本实施例中，完成一个采集周期后，即20min后，计算机系统12控制可编程控制泵11停止吸入工作、电磁夹6松开，并且控制小型电动机10工作，带动磁带式转轴5使滤膜7开始转动，更换掉已经被沉积过的滤膜7。随后再次闭合电磁夹6，启动可编程控制泵11，开始进行采样工作，实现空气颗粒物的连续自动测量。
在本说明书的描述中，参考术语“优选的实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置，其特征在于，包括颗粒物过滤系统、电磁夹控制系统、气流吸入系统和计算机系统；
颗粒物过滤系统，用于过滤超大的非呼吸性颗粒，以及收集不可吸入的颗粒物；
电磁夹控制系统，用于固定滤膜；
气流吸入系统，用于吸入气流；
计算机系统，用于检测电磁夹控制系统的启闭和控制气流吸入系统的吸入气流的流速。
2.如权利要求1所述的基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置，其特征在于，颗粒物过滤系统包括前段检测管外壳的前部填充有第一过滤层，前段检测管外壳的后部填充有第二过滤层。
3.如权利要求2所述的基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置，其特征在于，前段检测管外壳的前部直径为6.3mm，且第一过滤层由长度为8mm、密度为50孔每英寸的聚氨酯开孔泡沫构成。
4.如权利要求3所述的基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置，其特征在于，前段检测管外壳的后部直径为4mm，且第二过滤层由长度25mm、密度为90孔每英寸的聚氨酯开孔泡沫构成。
5.如权利要求1～4任意一项所述的基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置，其特征在于，气流吸入系统包括可编程控制泵和与其连通的后段检测管外壳。
6.如权利要求5所述的基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置，其特征在于，前段检测管外壳与后段检测管外壳之间构成检测区。
7.如权利要求6所述的基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置，其特征在于，电磁夹控制系统包括两个过滤膜固定器，其中一个过滤膜固定器安装在前段检测管外壳靠近检测区的一端，另一个过滤膜固定器安装在后段检测管外壳靠近检测区的一端，电磁夹电连接有控制器。
8.如权利要求7所述的基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置，其特征在于，还包括滤膜自动更换系统，滤膜自动更换系统包括驱动件，驱动件与计算机系统电连接，检测区的两侧均设置有磁带式转轴，其中一个磁带式转轴与驱动件的输出轴同轴固定连接。
9.如权利要求7所述的基于压差法的磁带式空气颗粒物浓度连续测量装置，电磁夹上设置有电磁铁。
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