CN115326660A - 一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定仪及测定方法 - Google Patents
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Abstract
一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定仪及测定方法，测定仪：滤膜自动更换机构由新旧滤膜盘、驱动电机、惰轮一至三和滤膜组成；滤膜夹紧机构为直线电动推杆；光吸收式检测机构设置在上部腔体中，其由检测筒、光源发射器和光电传感器组成；光源发射器固定安装在端板上端面的中心；光电传感器设置在上段检测腔体的顶部中心；气流吸入机构设置在下部腔体中，其由总进气口、总出气口、气泵、出气软管一、出气软管二、流量检测计、缓冲气室、进气软管一和进气软管二组成。测定方法：利用检测前后电信号的变化量结合排出气体的流量和被检测粉尘的消光系数计算出空气中的粉尘浓度。该测定仪及方法能显著降低操作的繁琐度，并能提高检测效率和检测精度。
Description
技术领域
本发明属于空气颗粒物浓度测量技术领域，具体涉及一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定仪及测定方法。
背景技术
近年来，各类工业产业发展迅速，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地威胁工作人员的身体健康，因此各类对粉尘的检测手段及检测仪器不断涌现。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，需要对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的投入，并能提高检测效率。
目前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、光吸收式测量、压差法、振荡天平法等等。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的测定方法中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。其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；但所需的时间相对较长，且操作过程比较繁琐，同时，噪声较大。
压电晶体法，也被称做压电晶体频差法，其测量质量浓度时需要依靠的是石英谐振器。其具体工作原理如下：使空气以恒定流量通过切割器，并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，使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，从频率的变化当中便可以测得空气颗粒物中的质量浓度。可以实现实时在线的检测。但是，使用压电晶体法来检测质量浓度时，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，将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。
压差法的工作原理如下：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。
振荡天平法是随着微量颗粒物浓度检测研究的深入而提出的一种颗粒物浓度测量方法。振荡天平的核心部分是一个振荡元件，振荡元件较粗的那一段通常与工作台底座固定在一起，较细的一端上放有滤膜，滤膜可以用来过滤采样样气从而得到烟尘颗粒。在测量烟尘颗粒物质量时，由于滤膜上增加了烟尘颗粒，所以该振荡元件振荡频率的固有频率会发生改变，利用振荡元件前后的振荡固有频率就可以计算得到烟尘颗粒的重量，最终计算得到烟道内烟尘颗粒的浓度。振荡天平法在测量时，测量方便，而且测量精确度较高，但是对测量环境要求较高，需要保证振荡元件所处位置的恒温恒湿环境。
光吸收式原理测定粉尘浓度，首先要设定好需要采样的时间，将放好滤膜的滤膜夹插入检测装置内，由装置内的检测系统对空白滤膜进行测量，到第一个光电压值。之后，启动仪器开始进行采样，采样时间结束后，检测装置对采有粉尘的滤膜进行第二次测量，得到第二个光电压值，最后由单片机进行数据处理并计算出粉尘浓度显示在屏幕上。该方法原理简单，成本低，测量较为精确。
为解决以上方法的不足，亟需提供一种能够有效缩短检测时间、且能降低操作的繁琐度、降低检测噪声、降低检测成本、提高检测灵敏度、满足长时间检测需求的测定仪。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定仪及测定方法，该测定仪结构简单、制造和检测成本低、操作过程方便、检测过程噪声小，有利于有效缩短检测时间，且能有效提高检测灵敏度，能有效满足长时间多频次的检测需求。该方法步骤简单，能显著降低操作的繁琐度，并能提高检测效率和检测精度，并能有效降低检测噪声，同时，可有效降低检测成本。
为了实现上述目的，本发明提供一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定仪，包括外壳体、横隔板、滤膜自动更换机构、滤膜夹紧机构、光吸收式检测机构、气流吸入机构和控制及显示机构；
所述横隔板水平的安装在外壳体内腔的中部，并将外壳体的内腔分隔为上部腔体和下部腔体；
所述滤膜自动更换机构由新滤膜盘、旧滤膜盘、驱动电机、惰轮一、惰轮二、惰轮三和滤膜组成，所述新滤膜盘和旧滤膜盘左右相间隔的设置在上部腔体的后侧，且新滤膜盘通过设置在其中心的旋转轴与横隔板可转动的连接；所述驱动电机设置在下部腔体的后侧，且对应旧滤膜盘的设置，驱动电机的座体固定安装在横隔板上，其输出轴通过开设在横隔板上的通孔一可转动的穿入上部腔体中，并与旧滤膜盘的中心连接，用于驱动旧滤膜盘的转动；所述惰轮一、惰轮二和惰轮三均设置在上部腔体中，且各自通过其中心的转轴与横隔板可转动的连接；惰轮一和惰轮二左右相对的设置在上部腔体的前侧，惰轮三设置在上部腔体中部靠左的位置，且位于惰轮一的右侧；所述滤膜的一端连接在新滤膜盘上，其另一端依次绕设过惰轮三、惰轮一和惰轮二后连接在旧滤膜盘上；
所述滤膜夹紧机构为直线电动推杆，其设置在上部腔体的后侧，并位于新滤膜盘和旧滤膜盘之间，且固定安装在横隔板上；
所述光吸收式检测机构设置在上部腔体中，其由检测筒、光源发射器和光电传感器组成；所述检测筒由不透光的材料制成，其位于惰轮一和惰轮二之间，且位于直线电动推杆的前侧，其由尺寸相适配的上筒体和下筒体组成；所述上筒体的筒身上开设有检测筒进气口，其上端与外壳体的前侧板固定连接，并由外壳体的前侧板封闭形成不透光的上段检测腔体，其下端开口，且开口端与惰轮一和惰轮二的上缘面相平齐；所述下筒体的上端开口，其筒身上开设有检测筒出气口，其下端固定连接有端板，并由端板封闭形成不透光的下段检测腔体；所述端板的下端固定连接在直线电动推杆中伸缩杆的端部；所述光源发射器固定安装在端板上端面的中心；所述光电传感器设置在上段检测腔体的顶部中心，且固定安装在外壳体的前侧板上，并与光源发射器相配合的设置；
所述气流吸入机构设置在下部腔体中，其由总进气口、总出气口、气泵、出气软管一、出气软管二、流量检测计、缓冲气室、进气软管一和进气软管二组成；所述总进气口和总出气口相间隔的开设在外壳体上；所述气泵安装横隔板上，其进气口与出气软管一的一端连接，其出气口与出气软管二的一端连接，所述出气软管一的另一端穿过开设在横隔板上的通孔二与检测筒出气口连接，所述出气软管二的另一端与总出气口连接；所述流量检测计串接在出气软管一的中部；所述缓冲气室安装在横隔板上，其进气口与进气软管一的一端连接，其出气口与进气软管二的一端连接，所述进气软管一的另一端穿过开设在横隔板上的通孔三与检测筒进气口连接，所述进气软管二的另一端与总进气口连接；
所述控制及显示机构由控制器和显示器组成，所述控制器的输入端分别与光电传感器和流量检测计连接，其输出端分别与驱动电机、直线电动推杆、光源发射器和气泵连接。
进一步，为了能够使新滤膜盘和旧滤膜盘更好的配合三个惰轮来保持滤膜的紧绷状态，还包括两个弹簧顶针和两个球头柱塞；所述旧滤膜盘轴心处开设有轴向安装孔，其轴心的外侧部分相间隔的开设有两个径向安装孔一，两个径向安装孔一的里端均与轴向安装孔连通，且所述轴向安装孔的内径略大于驱动电机的输出轴外径；所述弹簧顶针的尺寸与径向安装孔一的尺寸相适配，两个弹簧顶针的固定部分固定插装于径向安装孔一的内部，其弹性伸缩端伸入下轴向安装孔中且与驱动电机的输出轴抵接配合；所述新滤膜盘的中心开设有中心轴孔，并通过中心轴孔套装于旋转轴的外部，所述旋转轴的下端与横隔板固定连接，其轴身上相间隔的开设有两个径向安装孔二，两个球头柱塞分别固定插装于两个径向安装孔二中，且其滚珠与中心轴孔的内圆面抵接配合。
进一步，为了能够让滤膜在整个检测环节中时刻保持紧绷状态，从而不会因滤膜的松弛状态而影响检测精度，还包括设置在上部腔体中的弹性夹紧机构，所述弹性夹紧机构由滑轨、滑块、支撑架、滤膜夹和伸缩组件组成，所述滑轨位于新滤膜盘和旧滤膜盘之间，其左右方向延伸，且固定连接在横隔板上；所述滑块滑动的装配在滑轨上；所述支撑架的下端固定连接在滑块的上端；所述滤膜夹的数量为两个，且左右相对的设置在支撑架上端的左右两侧，并且其外端面分别与新滤膜盘和旧滤膜盘的圆盘面抵接；所述伸缩组件的数量为两个，且左右相对的设置在支撑架上端的左右两侧，且其两端分别与对应侧支撑架和滤膜夹固定连接；所述伸缩组件水平的设置，其由导向杆、套筒和弹簧组成，所述导向杆的外端滑动的插装于套筒中，其里端与支撑架的上端固定连接，套筒的外端与滤膜夹的里端面固定连接，所述弹簧套设在导向杆和套筒的外部，且其两端分别与支撑架和滤膜夹抵接。
进一步，为了方便携带，所述外壳体为箱式结构。
进一步，为了精确且方便的控制旧滤膜盘的旋转角度，所述驱动电机为步进电机。
作为一种优选，所述控制器为PLC控制器。
本发明中，使检测筒由固定的上筒体和可移动的下筒体组成，并通过直线电动推杆来连接下筒体，能方便的控制下筒体的前后移动过程，进而能便于自动化的实现滤膜的压紧或松开状态的控制；通过在上筒体上开设检测筒进气口、在下筒体上开设检测筒出气口，通便于利用气泵来为下筒体提供负压，进而可以将进入上筒体的空气通过压紧状态下的滤膜吸入到下筒体中，这样便能利用滤膜来收集空气中的粉尘。使检测筒进气口和总进气口之间的进气软管连接有缓冲气室，能便于对进入上筒体中的空气进行缓冲，从而有利于保证空气能够平稳匀速的透过滤膜，可保证对粉尘的有效收集，有助于提高检测的精度。使检测筒出气口和气泵之间的出气软管一中串接有流量检测计，能便于对出气的流量进行检测。通过在下筒体的下端中心设置光源发射器，并在上筒体的上端中心设置光电传感器，能便于通过电信号的变化来对检测前后的滤膜透光情况进行衡量，进而可以快速精准的计算出粉尘浓度。使惰轮一和二分别设置在检测筒的两侧，并分别作为位于检测筒两侧的新滤膜盘和旧滤膜盘之间的过滤导向轮，不仅能有效支撑滤膜在上筒体的下开口端和下筒体的上开口端之间的水平状态，而且能快速方便的实现滤膜在横向上的移动，进而能通过驱动电机来自动的实现滤膜段的更新，以满足长时间多频次的检测需求。该测定仪结构简单、制造和检测成本低、操作过程方便、检测过程噪声小，有利于有效缩短检测时间，且能有效提高检测灵敏度，能有效满足长时间多频次的检测需求。
本发明提供了一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定方法，具体包括收下步骤：
步骤一：通过控制器控制直线电动推杆的伸缩杆向前侧伸出一定行程，使下筒体的上开口端到达上筒体下开口端的位置，并将滤膜压紧在上筒体和下筒体之间，并利用滤膜将上段检测腔体和下段检测腔体的开口端封闭；
步骤二：先通过控制器控制光源发射器发射出光线，使光线穿过下段检测腔体再透过滤膜传播到上段检测腔体中，并照射到光电传感器上；再利用光电传感器将接收到的光信号转化为电信号，并通过控制器接收由光电传感器发出的初始状态电信号，然后，通过控制器关闭光源发射器；
步骤三：通过控制器控制气泵启动，将外界的空气通过总进气口吸入，并依次通过上段检测腔体和滤膜进入下段检测腔体中，再通过总出气口排到外界，该过程中，通过缓冲气室对吸入的气体进行缓冲，通过滤膜对空气中的颗粒物进行收集，通过流量检测计对排出气体的流量进行检测；
步骤四：经过设定时间后通过控制器控制气泵停止工作；
步骤五：先通过控制器控制光源发射器发射出光线，使光线穿过下段检测腔体再透过滤膜传播到上段检测腔体中，并照射到光电传感器上；再利用光电传感器将接收到的光信号转化为电信号，并通过控制器接收由光电传感器发出的终止状态电信号，然后，通过控制器关闭光源发射器；
步骤六：利用公式(1)计算出空气中的粉尘浓度C光，并将获得的粉尘浓度C光发送给显示器进行显示；
式中，K为被检粉尘的消光系数；I0为采样前的光电流，单位mA；I为采样后的光电流，单位mA；Q为采样流量，单位L/min；t为采样时间，单位min；
步骤七：通过控制器控制直线电动推杆的伸缩杆向后侧缩回一定行程，使下筒体的上开口端离开上筒体下开口端的位置，并将滤膜由压紧状态转变为松开状态；
步骤八：通过控制器控制驱动电机转动设定时间，带动旧滤膜盘顺时针旋转一定角度，利用旧滤膜盘卷绕滤膜，将使用过的滤膜移出检测筒所在的区域，并将新的滤膜移入到检测筒所在的区域；
步骤九：重复执行步骤一至步骤八，进行下一次检测过程，直到滤膜全部使用完毕。
进一步，为了确保检测精度，在步骤四中，设定时间为3min。
本发明中，利用直线电动推杆来控制下筒体的前后移动过程，可以便于对下筒体的移动过程进行自动精确的控制；在进气过程中，采用缓冲气室对进气进行缓冲，有利于消除上筒体内气体压力的脉动，并能起到稳定气体压力和流量的作用，进而能使测量过程在恒流条件下进行，有效的保证了检测的精度。在开始检测之前和结束检测之后均利用光电传感器接收光源发射器发出的光线，并转化为电信号后传输给控制器，可以方便的获得检测前后电信号的变化量。通过流量检测计的设置，能方便的检测出排出气体的流量。利用检测前后电信号的变化量结合排出气体的流量情况和被检测粉尘的消光系数，便于可以快速精确的计算出空气中的粉尘浓度。利用驱动电机驱动旧滤膜盘卷绕缠绕在新滤膜盘上的滤膜，并利用分别位于检测筒两侧的惰轮一和二来作为滤膜的导向轮，能快捷方便的实现滤膜的自动更换过程，从而可以有效减少人工操作的繁琐程度，能实现对空气颗粒物长时间多频次的检测过程。该方法步骤简单，能显著降低操作的繁琐度，并能提高检测效率和检测精度，并能有效降低检测噪声，同时，可有效降低检测成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图一；
图2是本发明的结构示意图二；
图3是本发明的结构示意图三；
图4是本发明中弹性夹紧机构的结构示意图；
图5是本发明中新滤膜盘与旋转轴和球头柱塞的装配示意图；
图6是本发明中旧滤膜盘与弹簧顶针和驱动电机的装配示意图。
图中：1、外壳体，2、横隔板，3、上部腔体，4、下部腔体，5、总进气口，6、总出气口，7、新滤膜盘，8、旧滤膜盘，9、驱动电机，10、惰轮一，11、惰轮二，12、惰轮三，13、滤膜，14、旋转轴，15、通孔一，16、直线电动推杆，17、光源发射器，18、光电传感器，19、上筒体，20、下筒体，21、检测筒出气口，22、检测筒进气口，23、端板，24、通孔二，25、气泵，26、出气软管一，27、出气软管二，28、流量检测计，29、缓冲气室，30、进气软管一，31、进气软管二，32、弹簧顶针，33、球头柱塞，34、轴向安装孔，35、径向安装孔一，36、中心轴孔，37、径向安装孔二，38、滑轨，39、滑块，40、支撑架，41、滤膜夹，42、伸缩组件，43、导向杆，44、套筒，45、弹簧，46、通孔三。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1至图6所示，本发明提供了一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定仪，包括外壳体1、横隔板2、滤膜自动更换机构、滤膜夹紧机构、光吸收式检测机构、气流吸入机构和控制及显示机构；
所述横隔板2水平的安装在外壳体1内腔的中部，并将外壳体1的内腔分隔为上部腔体3和下部腔体4；
所述滤膜自动更换机构由新滤膜盘7、旧滤膜盘8、驱动电机9、惰轮一10、惰轮二11、惰轮三12和滤膜13组成，所述新滤膜盘7和旧滤膜盘8左右相间隔的设置在上部腔体3的后侧，且新滤膜盘7通过设置在其中心的旋转轴14与横隔板2可转动的连接；所述驱动电机9设置在下部腔体4的后侧，且对应旧滤膜盘8的设置，驱动电机9的座体固定安装在横隔板2上，其输出轴通过开设在横隔板2上的通孔一15可转动的穿入上部腔体3中，并与旧滤膜盘8的中心连接，用于驱动旧滤膜盘8的转动；所述惰轮一10、惰轮二11和惰轮三12均设置在上部腔体3中，且各自通过其中心的转轴与横隔板2可转动的连接；惰轮一10和惰轮二11左右相对的设置在上部腔体3的前侧，惰轮三12设置在上部腔体3中部靠左的位置，且位于惰轮一10的右侧，同时，位于惰轮一10和新滤膜盘7之间；所述滤膜13的一端连接在新滤膜盘7上，其另一端依次绕设过惰轮三12、惰轮一10和惰轮二11后连接在旧滤膜盘8上；
所述滤膜夹紧机构为直线电动推杆16，其设置在上部腔体3的后侧，并位于新滤膜盘7和旧滤膜盘8之间，且固定安装在横隔板2上；
所述光吸收式检测机构设置在上部腔体3中，其由检测筒、光源发射器17和光电传感器18组成；所述检测筒由不透光的材料制成，其位于惰轮一10和惰轮二11之间，且位于直线电动推杆16的前侧，其由尺寸相适配的上筒体19和下筒体20组成；所述上筒体19的筒身上开设有检测筒进气口22，其上端与外壳体1的前侧板固定连接，并由外壳体1的前侧板封闭形成不透光的上段检测腔体，其下端开口，且开口端与惰轮一10和惰轮二11的上缘面相平齐；所述下筒体20的上端开口，其筒身上开设有检测筒出气口21，其下端固定连接有端板23，并由端板23封闭形成不透光的下段检测腔体；所述端板23的下端固定连接在直线电动推杆16中伸缩杆的端部；所述光源发射器17固定安装在端板23上端面的中心；所述光电传感器18设置在上段检测腔体的顶部中心，且固定安装在外壳体1的前侧板上，并与光源发射器17相配合的设置；
作为一种优选，所述端板23和外壳体1均由不透光材料制成。
所述气流吸入机构设置在下部腔体4中，其由总进气口5、总出气口6、气泵25、出气软管一26、出气软管二27、流量检测计28、缓冲气室29、进气软管一30和进气软管二31组成；所述总进气口5和总出气口6相间隔的开设在外壳体1上；所述气泵25安装横隔板2上，其进气口与出气软管一26的一端连接，其出气口与出气软管二27的一端连接，所述出气软管一26的另一端穿过开设在横隔板2上的通孔二24与检测筒出气口21连接，所述出气软管二27的另一端与总出气口6连接；所述流量检测计28串接在出气软管一26的中部；所述缓冲气室29安装在横隔板2上，其进气口与进气软管一30的一端连接，其出气口与进气软管二31的一端连接，所述进气软管一30的另一端穿过开设在横隔板2上的通孔三46与检测筒进气口22连接，所述进气软管二31的另一端与总进气口5连接；
所述控制及显示机构由控制器和显示器组成，所述控制器的输入端分别与光电传感器18和流量检测计28连接，其输出端分别与驱动电机9、直线电动推杆16、光源发射器17和气泵25连接。
为了能够使新滤膜盘和旧滤膜盘更好的配合三个惰轮来保持滤膜的紧绷状态，还包括两个弹簧顶针32和两个球头柱塞33；所述旧滤膜盘8轴心处开设有轴向安装孔34，其轴心的外侧部分相间隔的开设有两个径向安装孔一35，两个径向安装孔一35的里端均与轴向安装孔34连通，且所述轴向安装孔34的内径略大于驱动电机9的输出轴外径；所述弹簧顶针32的尺寸与径向安装孔一35的尺寸相适配，两个弹簧顶针32的固定部分固定插装于径向安装孔一35的内部，其弹性伸缩端伸入下轴向安装孔34中且与驱动电机9的输出轴抵接配合；所述新滤膜盘7的中心开设有中心轴孔36，并通过中心轴孔36套装于旋转轴14的外部，所述旋转轴14的下端与横隔板2固定连接，其轴身上相间隔的开设有两个径向安装孔二37，两个球头柱塞33分别固定插装于两个径向安装孔二37中，且其滚珠与中心轴孔36的内圆面抵接配合。
为了能够让滤膜在整个检测环节中时刻保持紧绷状态，从而不会因滤膜的松弛状态而影响检测精度，还包括设置在上部腔体3中的弹性夹紧机构，所述弹性夹紧机构由滑轨38、滑块39、支撑架40、滤膜夹41和伸缩组件42组成，所述滑轨38位于新滤膜盘7和旧滤膜盘8之间，其左右方向延伸，且固定连接在横隔板2上；所述滑块39滑动的装配在滑轨38上；所述支撑架40的下端固定连接在滑块39的上端；所述滤膜夹41的数量为两个，且左右相对的设置在支撑架40上端的左右两侧，并且其外端面分别与新滤膜盘7和旧滤膜盘8的圆盘面抵接；所述伸缩组件42的数量为两个，且左右相对的设置在支撑架40上端的左右两侧，且其两端分别与对应侧支撑架40和滤膜夹41固定连接；所述伸缩组件42水平的设置，其由导向杆43、套筒44和弹簧45组成，所述导向杆43的外端滑动的插装于套筒44中，其里端与支撑架40的上端固定连接，套筒44的外端与滤膜夹41的里端面固定连接，，所述弹簧45套设在导向杆43和套筒44的外部，且其两端分别与支撑架40和滤膜夹41抵接。
为了方便携带，所述外壳体1为箱式结构。
为了精确且方便的控制旧滤膜盘的旋转角度，所述驱动电机9为步进电机。
作为一种优选，所述控制器为PLC控制器。
本发明中，使检测筒由固定的上筒体和可移动的下筒体组成，并通过直线电动推杆来连接下筒体，能方便的控制下筒体的前后移动过程，进而能便于自动化的实现滤膜的压紧或松开状态的控制；通过在上筒体上开设检测筒进气口、在下筒体上开设检测筒出气口，通便于利用气泵来为下筒体提供负压，进而可以将进入上筒体的空气通过压紧状态下的滤膜吸入到下筒体中，这样便能利用滤膜来收集空气中的粉尘。使检测筒进气口和总进气口之间的进气软管连接有缓冲气室，能便于对进入上筒体中的空气进行缓冲，从而有利于保证空气能够平稳匀速的透过滤膜，可保证对粉尘的有效收集，有助于提高检测的精度。使检测筒出气口和气泵之间的出气软管一中串接有流量检测计，能便于对出气的流量进行检测。通过在下筒体的下端中心设置光源发射器，并在上筒体的上端中心设置光电传感器，能便于通过电信号的变化来对检测前后的滤膜透光情况进行衡量，进而可以快速精准的计算出粉尘浓度。使惰轮一和二分别设置在检测筒的两侧，并分别作为位于检测筒两侧的新滤膜盘和旧滤膜盘之间的过滤导向轮，不仅能有效支撑滤膜在上筒体的下开口端和下筒体的上开口端之间的水平状态，而且能快速方便的实现滤膜在横向上的移动，进而能通过驱动电机来自动的实现滤膜段的更新，以满足长时间多频次的检测需求。该测定仪结构简单、制造和检测成本低、操作过程方便、检测过程噪声小，有利于有效缩短检测时间，且能有效提高检测灵敏度，能有效满足长时间多频次的检测需求。
本发明提供了一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定方法，具体包括收下步骤：
步骤一：通过控制器控制直线电动推杆16的伸缩杆向前侧伸出一定行程，使下筒体20的上开口端到达上筒体19下开口端的位置，并将滤膜13压紧在上筒体19和下筒体20之间，并利用滤膜13将上段检测腔体和下段检测腔体的开口端封闭；
步骤二：先通过控制器控制光源发射器17发射出光线，使光线穿过下段检测腔体再透过滤膜13传播到上段检测腔体中，并照射到光电传感器18上；再利用光电传感器18将接收到的光信号转化为电信号，并通过控制器接收由光电传感器18发出的初始状态电信号，然后，通过控制器关闭光源发射器17；
步骤三：通过控制器控制气泵25启动，将外界的空气通过总进气口5吸入，并依次通过上段检测腔体和滤膜进入下段检测腔体中，再通过总出气口6排到外界，该过程中，通过缓冲气室29对吸入的气体进行缓冲，通过滤膜13对空气中的颗粒物进行收集，通过流量检测计28对排出气体的流量进行检测；
步骤四：经过设定时间后通过控制器控制气泵25停止工作；
步骤五：先通过控制器控制光源发射器17发射出光线，使光线穿过下段检测腔体再透过滤膜13传播到上段检测腔体中，并照射到光电传感器18上；再利用光电传感器18将接收到的光信号转化为电信号，并通过控制器接收由光电传感器18发出的终止状态电信号，然后，通过控制器关闭光源发射器17；
步骤六：利用公式(1)计算出空气中的粉尘浓度C光，并将获得的粉尘浓度C光发送给显示器进行显示；
式中，K为被检粉尘的消光系数；I0为采样前的光电流，单位mA；I为采样后的光电流，单位mA；Q为采样流量，单位L/min；t为采样时间，单位min；
步骤七：通过控制器控制直线电动推杆16的伸缩杆向后侧缩回一定行程，使下筒体20的上开口端离开上筒体19下开口端的位置，并将滤膜13由压紧状态转变为松开状态；
步骤八：通过控制器控制驱动电机9转动设定时间，带动旧滤膜盘8顺时针旋转一定角度，利用旧滤膜盘8卷绕滤膜13，将使用过的滤膜13移出检测筒所在的区域，并将新的滤膜13移入到检测筒所在的区域；
步骤九：重复执行步骤一至步骤八，进行下一次检测过程，直到滤膜13全部使用完毕。
为了确保检测精度，在步骤四中，设定时间为3min。
本发明中，利用直线电动推杆来控制下筒体的前后移动过程，可以便于对下筒体的移动过程进行自动精确的控制；在进气过程中，采用缓冲气室对进气进行缓冲，有利于消除上筒体内气体压力的脉动，并能起到稳定气体压力和流量的作用，进而能使测量过程在恒流条件下进行，有效的保证了检测的精度。在开始检测之前和结束检测之后均利用光电传感器接收光源发射器发出的光线，并转化为电信号后传输给控制器，可以方便的获得检测前后电信号的变化量。通过流量检测计的设置，能方便的检测出排出气体的流量。利用检测前后电信号的变化量结合排出气体的流量情况和被检测粉尘的消光系数，便于可以快速精确的计算出空气中的粉尘浓度。利用驱动电机驱动旧滤膜盘卷绕缠绕在新滤膜盘上的滤膜，并利用分别位于检测筒两侧的惰轮一和二来作为滤膜的导向轮，能快捷方便的实现滤膜的自动更换过程，从而可以有效减少人工操作的繁琐程度，能实现对空气颗粒物长时间多频次的检测过程。该方法步骤简单，能显著降低操作的繁琐度，并能提高检测效率和检测精度，并能有效降低检测噪声，同时，可有效降低检测成本。
Claims (8)
1.一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定仪，包括外壳体(1)和横隔板(2)，所述横隔板(2)水平的安装在外壳体(1)内腔的中部，并将外壳体(1)的内腔分隔为上部腔体(3)和下部腔体(4)；
其特征在于，还包括滤膜自动更换机构、滤膜夹紧机构、光吸收式检测机构、气流吸入机构和控制及显示机构；
所述滤膜自动更换机构由新滤膜盘(7)、旧滤膜盘(8)、驱动电机(9)、惰轮一(10)、惰轮二(11)、惰轮三(12)和滤膜(13)组成，所述新滤膜盘(7)和旧滤膜盘(8)左右相间隔的设置在上部腔体(3)的后侧，且新滤膜盘(7)通过设置在其中心的旋转轴(14)与横隔板(2)可转动的连接；所述驱动电机(9)设置在下部腔体(4)的后侧，且对应旧滤膜盘(8)的设置，驱动电机(9)的座体固定安装在横隔板(2)上，其输出轴通过开设在横隔板(2)上的通孔一(15)可转动的穿入上部腔体(3)中，并与旧滤膜盘(8)的中心连接，用于驱动旧滤膜盘(8)的转动；所述惰轮一(10)、惰轮二(11)和惰轮三(12)均设置在上部腔体(3)中，且各自通过其中心的转轴与横隔板(2)可转动的连接；惰轮一(10)和惰轮二(11)左右相对的设置在上部腔体(3)的前侧，惰轮三(12)设置在上部腔体(3)中部靠左的位置，且位于惰轮一(10)的右侧；所述滤膜(13)的一端连接在新滤膜盘(7)上，其另一端依次绕设过惰轮三(12)、惰轮一(10)和惰轮二(11)后连接在旧滤膜盘(8)上；
所述滤膜夹紧机构为直线电动推杆(16)，其设置在上部腔体(3)的后侧，并位于新滤膜盘(7)和旧滤膜盘(8)之间，且固定安装在横隔板(2)上；
所述光吸收式检测机构设置在上部腔体(3)中，其由检测筒、光源发射器(17)和光电传感器(18)组成；所述检测筒由不透光的材料制成，其位于惰轮一(10)和惰轮二(11)之间，且位于直线电动推杆(16)的前侧，其由尺寸相适配的上筒体(19)和下筒体(20)组成；所述上筒体(19)的筒身上开设有检测筒进气口(22)，其上端与外壳体(1)的前侧板固定连接，并由外壳体(1)的前侧板封闭形成不透光的上段检测腔体，其下端开口，且开口端与惰轮一(10)和惰轮二(11)的上缘面相平齐；所述下筒体(20)的上端开口，其筒身上开设有检测筒出气口(21)，其下端固定连接有端板(23)，并由端板(23)封闭形成不透光的下段检测腔体；所述端板(23)的下端固定连接在直线电动推杆(16)中伸缩杆的端部；所述光源发射器(17)固定安装在端板(23)上端面的中心；所述光电传感器(18)设置在上段检测腔体的顶部中心，且固定安装在外壳体(1)的前侧板上，并与光源发射器(17)相配合的设置；
所述气流吸入机构设置在下部腔体(4)中，其由总进气口(5)、总出气口(6)、气泵(25)、出气软管一(26)、出气软管二(27)、流量检测计(28)、缓冲气室(29)、进气软管一(30)和进气软管二(31)组成；所述总进气口(5)和总出气口(6)相间隔的开设在外壳体(1)上；所述气泵(25)安装横隔板(2)上，其进气口与出气软管一(26)的一端连接，其出气口与出气软管二(27)的一端连接，所述出气软管一(26)的另一端穿过开设在横隔板(2)上的通孔二(24)与检测筒出气口(21)连接，所述出气软管二(27)的另一端与总出气口(6)连接；所述流量检测计(28)串接在出气软管一(26)的中部；所述缓冲气室(29)安装在横隔板(2)上，其进气口与进气软管一(30)的一端连接，其出气口与进气软管二(31)的一端连接，所述进气软管一(30)的另一端穿过开设在横隔板(2)上的通孔三(46)与检测筒进气口(22)连接，所述进气软管二(31)的另一端与总进气口(5)连接；
所述控制及显示机构由控制器和显示器组成，所述控制器的输入端分别与光电传感器(18)和流量检测计(28)连接，其输出端分别与驱动电机(9)、直线电动推杆(16)、光源发射器(17)和气泵(25)连接。
2.根据权利要求1所述的一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定仪，其特征在于，还包括两个弹簧顶针(32)和两个球头柱塞(33)；所述旧滤膜盘(8)轴心处开设有轴向安装孔(34)，其轴心的外侧部分相间隔的开设有两个径向安装孔一(35)，两个径向安装孔一(35)的里端均与轴向安装孔(34)连通，且所述轴向安装孔(34)的内径略大于驱动电机(9)的输出轴外径；所述弹簧顶针(32)的尺寸与径向安装孔一(35)的尺寸相适配，两个弹簧顶针(32)的固定部分固定插装于径向安装孔一(35)的内部，其弹性伸缩端伸入下轴向安装孔(34)中且与驱动电机(9)的输出轴抵接配合；所述新滤膜盘(7)的中心开设有中心轴孔(36)，并通过中心轴孔(36)套装于旋转轴(14)的外部，所述旋转轴(14)的下端与横隔板(2)固定连接，其轴身上相间隔的开设有两个径向安装孔二(37)，两个球头柱塞(33)分别固定插装于两个径向安装孔二(37)中，且其滚珠与中心轴孔(36)的内圆面抵接配合。
3.根据权利要求1或2所述的一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定仪，其特征在于，还包括设置在上部腔体(3)中的弹性夹紧机构，所述弹性夹紧机构由滑轨(38)、滑块(39)、支撑架(40)、滤膜夹(41)和伸缩组件(42)组成，所述滑轨(38)位于新滤膜盘(7)和旧滤膜盘(8)之间，其左右方向延伸，且固定连接在横隔板(2)上；所述滑块(39)滑动的装配在滑轨(38)上；所述支撑架(40)的下端固定连接在滑块(39)的上端；所述滤膜夹(41)的数量为两个，且左右相对的设置在支撑架(40)上端的左右两侧，并且其外端面分别与新滤膜盘(7)和旧滤膜盘(8)的圆盘面抵接；所述伸缩组件(42)的数量为两个，且左右相对的设置在支撑架(40)上端的左右两侧，且其两端分别与对应侧支撑架(40)和滤膜夹(41)固定连接；所述伸缩组件(42)水平的设置，其由导向杆(43)、套筒(44)和弹簧(45)组成，所述导向杆(43)的外端滑动的插装于套筒(44)中，其里端与支撑架(40)的上端固定连接，套筒(44)的外端与滤膜夹(41)的里端面固定连接，所述弹簧(45)套设在导向杆(43)和套筒(44)的外部，且其两端分别与支撑架(40)和滤膜夹(41)抵接。
4.根据权利要求3所述的一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定仪，其特征在于，所述外壳体(1)为箱式结构。
5.根据权利要求4所述的一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定仪，其特征在于，所述驱动电机(9)为步进电机。
6.根据权利要求5所述的一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定仪，其特征在于，所述控制器为PLC控制器。
7.一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定方法，其特征在于，具体包括收下步骤：
步骤一：通过控制器控制直线电动推杆(16)的伸缩杆向前侧伸出一定行程，使下筒体(20)的上开口端到达上筒体(19)下开口端的位置，并将滤膜(13)压紧在上筒体(19)和下筒体(20)之间，并利用滤膜(13)将上段检测腔体和下段检测腔体的开口端封闭；
步骤二：先通过控制器控制光源发射器(17)发射出光线，使光线穿过下段检测腔体再透过滤膜(13)传播到上段检测腔体中，并照射到光电传感器(18)上；再利用光电传感器(18)将接收到的光信号转化为电信号，并通过控制器接收由光电传感器(18)发出的初始状态电信号，然后，通过控制器关闭光源发射器(17)；
步骤三：通过控制器控制气泵(25)启动，将外界的空气通过总进气口(5)吸入，并依次通过上段检测腔体和滤膜(13)进入下段检测腔体中，再通过总出气口(6)排到外界，该过程中，通过缓冲气室(29)对吸入的气体进行缓冲，通过滤膜(13)对空气中的颗粒物进行收集，通过流量检测计(28)对排出气体的流量进行检测；
步骤四：经过设定时间后通过控制器控制气泵(25)停止工作；
步骤五：先通过控制器控制光源发射器(17)发射出光线，使光线穿过下段检测腔体再透过滤膜(13)传播到上段检测腔体中，并照射到光电传感器(18)上；再利用光电传感器(18)将接收到的光信号转化为电信号，并通过控制器接收由光电传感器(18)发出的终止状态电信号，然后，通过控制器关闭光源发射器(17)；
步骤六：利用公式(1)计算出空气中的粉尘浓度C光，并将获得的粉尘浓度C光发送给显示器进行显示；
式中，K为被检粉尘的消光系数；I0为采样前的光电流，单位mA；I为采样后的光电流，单位mA；Q为采样流量，单位L/min；t为采样时间，单位min；
步骤七：通过控制器控制直线电动推杆(16)的伸缩杆向后侧缩回一定行程，使下筒体(20)的上开口端离开上筒体(19)下开口端的位置，并将滤膜(13)由压紧状态转变为松开状态；
步骤八：通过控制器控制驱动电机(9)转动设定时间，带动旧滤膜盘(8)顺时针旋转一定角度，利用旧滤膜盘(8)卷绕滤膜(13)，将使用过的滤膜(13)移出检测筒所在的区域，并将新的滤膜(13)移入到检测筒所在的区域；
步骤九：重复执行步骤一至步骤八，进行下一次检测过程，直到滤膜(13)全部使用完毕。
8.根据权利要求7所述一种滤膜带式光吸收直读式粉尘测定方法，其特征在于，在步骤四中，设定时间为3min。
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