CN219142576U - 一种高效多功能颗粒物浓度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高效多功能颗粒物浓度测量装置，包括样气管路，所述样气管路上设置第一光散射检测装置，所述第一光散射检测装置后设置虚拟冲击式采样器，所述虚拟冲击式采样器连接主气流通路和次气流通路，所述次气流通路上设置β射线检测装置。由于设置了光散射检测装置并在后设置虚拟冲击式采样器，虚拟冲击式采样器的次气流通路上设置β射线检测装置，既能利用光学方法快速、动态的检测颗粒物的浓度，又能用β射线法自动校准光散射传感器的测量结果，大大提高了光学检测方法的准确性和可靠性，提高了测量精度，扩大了光散射传感器的使用范围。

Description

一种高效多功能颗粒物浓度测量装置

技术领域

本实用新型涉及颗粒物浓度检测技术领域，具体涉及一种高效多功能颗粒物浓度测量装置。

背景技术

现有的颗粒物浓度测量装置，每种产品一次只能测量一种粒径的颗粒物浓度，若要同时测量三种不同粒径的颗粒物浓度，需要三套不同粒径的颗粒物浓度测量装置。体积大、成本高。

用光学方法测量颗粒物浓度，具有出数快、体积小、成本低的优点，需在实验室中用专用设备将测量装置的测量参数校准好后到现场使用，但当环境温度、湿度发生变化时，光学方法测得的颗粒物浓度值与自动监测站用β射线法测量的浓度值相比偏差很大，会超出标准的要求，因此需要经常进行校准。

用β射线法测量颗粒物浓度时，一般要求测量颗粒物的采样流量为1m³/h，即现有的方法是测量1m³气流经过滤带时，留在滤带上颗粒物浓度。这种方法的优点是测量准确度比光学方法高，缺点是不能实时的显示颗粒物的浓度值，一般需要收集1立方米气体后才能测量显示，显示滞后，且当气体以1m³/h流量通过滤带时，气路中的负载约在-20kPa左右，因而需要功率较大的抽气泵，泵的功耗大、体积大且笨重，运输移动设备时也费劲，若采样现场无交流电，则需配置较大功率的变送电源。

实用新型内容

针对现有颗粒物浓度测量装置的不足，本实用新型的解决方案是提供一种高效、多功能、低功耗的颗粒物浓度测量装置，能同时测量多种不同粒径的颗粒物浓度，还具有颗粒物浓度测量自动校准功能，且功耗低。

本实用新型的高效多功能颗粒物浓度测量装置，包括第一颗粒物切割器、第一光散射装置、第一虚拟冲击式颗粒物切割器、主气流气路、次气流气路、β射线检测装置。所述第一颗粒物切割器设置在整个装置的进气口，以确保获得特定粒径的颗粒物；所述第一颗粒物切割器后设置第一光散射检测装置，可以实时检测气流中的颗粒物浓度；所述第一光散射检测装置后设置虚拟冲击式切割器，所述虚拟冲击式切割器将气路分为流量大的主气流气路和流量小的次气流气路，科学设计虚拟冲击式颗粒物切割器切割粒径值，使待测颗粒物进入流量小的次气流气路，而流量大的主气流气路中基本不含有待测颗粒物；次气流气路中设置β射线检测装置，利用准确度高的β射线法检测颗粒物浓度；不含待测颗粒物的气体(几近干净空气)通过主气流气路后，被主气流气路中的抽气动力排至大气中；因经过光散射装置的颗粒物基本全部进入β射线检测装置，因此可以用β射线检测装置测得的颗粒物浓度值来校准光散射检测装置测得颗粒物浓度值。

由于设置了第一光散射检测装置并在其后设置虚拟冲击式切割器，虚拟冲击式切割器的次气流气路上设置β射线检测装置，如此既能利用光学方法快速、动态的检测颗粒物的浓度，又能用β射线法自动校准光散射检测装置的测量结果，大大提高了光学检测方法的准确性和可靠性，提高了测量精度。

作为进一步的改进，所述主气流气路和次气流气路上设置气体流量传感器。

通过设置气体流量传感器可以计算出主气流气路和次气流气路上的气体流量值，从而仅仅在流量较小的次气流气路上使用β射线法测量颗粒物浓度，即可算出整个装置总气路中的颗粒物浓度。

作为进一步的改进，所述次气流气路上设置第二虚拟冲击式切割器，所述第二虚拟冲击式切割器连接第二主气流气路和第二次气流气路，所述β射线检测装置设置在第二次气流气路上，所述第二主气流气路和第二次气流气路上设置气体流量传感器。

通过设置第二虚拟冲击式切割器，可以进一步将所检测的气体流量减小，进一步提高检测的效率。

作为进一步的改进，所述主气流气路上设置第二虚拟冲击式切割器，所述第二虚拟冲击式切割器连接第二主气流气路和第二次气流气路，所述β射线检测装置设置在第二次气流气路上，所述第二主气流气路和第二次气流气路上设置气体流量传感器。

作为进一步的改进，所述第一光散射检测装置后设置第二颗粒物切割器，第二颗粒物切割器后设置第二光散射检测装置。

作为进一步的改进，所述第二光散射检测装置后设置第三颗粒物切割器，第三颗粒物切割器后设置第三光散射检测装置。

作为进一步的改进，通过在虚拟冲击式切割器之前设置颗粒物切割器和颗粒物光散射检测装置，可以将不同粒径的颗粒物分选出来，得到不同颗粒物浓度，使得只通过一台仪器即可完成对多种颗粒物浓度的检测。

作为进一步的改进，所述β射线检测装置与第二虚拟冲击式切割器之间的次气流气路上设置第四光散射检测装置。

作为进一步的改进，所述第一颗粒物切割器后的样气管路进口处设置动态加热装置。

本实用新型的有益效果：

(1)在气路外增加了动态加热装置可以减小温度、湿度变化对测量误差的影响。

(2)采用这样的结构后，本实用新型一台仪器能同时测量两种或两种以上的颗粒物浓度：目前我国要求监测部门同时测量TSP、PM10、PM2.5颗粒物的浓度值，以前的方法需要三台仪器分别测量TSP、PM10、PM2.5颗粒物的浓度，应用本技术的一台仪器就可以实现多重测量目标，降低了设备成本、人工成本和能源消耗。

(3)利用光学方法能快速、动态的检测颗粒物的浓度，且能用β射线法自动校准光散射传感器的测量结果，大大提高了光学检测方法的准确性和可靠性。

(4)比单纯用β射线法测量TSP、PM10、PM2.5样品，节省了2/3的滤带消耗，也减少了用电量，减少了材料消耗、资源消耗，减少了环境污染，且节能、环保。

(5)本方法一台仪器的用电量低，比传统方法用的抽气泵功率低，可内置直流电源，特别适合无交流电的场合使用。

(6)本实用新型的高效多功能颗粒物浓度测量装置效率高，把采样流量从1m³/h，提高到6m³/h，其效率提高6倍；缩短了采样时间，提高了检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。

图1是本实用新型的高效多功能颗粒物浓度测量装置实施例1的结构示意图。

图2是本实用新型的高效多功能颗粒物浓度测量装置实施例2的结构示意图。

图3是本实用新型的高效多功能颗粒物浓度测量装置实施例3的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施方式中省略了对已知功能和构造的描述。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

实施例1：

本实用新型的高效多功能颗粒物浓度测量装置，包括第一颗粒物切割器7、第一光散射装置1、第一虚拟冲击式颗粒物切割器2、主气流气路3、次气流气路4、β射线检测装置5。所述第一颗粒物切割器7设置在整个装置的进气口，其后设置第一光散射检测装置1，第一光散射检测装置1后设置虚拟冲击式切割器2，虚拟冲击式切割器2连接主气流气路3和次气流气路4，次气流气路4上设置β射线检测装置5。

所述第一虚拟冲击式切割器2，设计合适的切割粒径值，使待测颗粒物进入流量小的次气流气路4，而流量大的主气流气路3中基本不含有待测颗粒物；次气流气路4上设置β射线检测装置5，利用准确度高的β射线法检测颗粒物浓度，主气流则直接排至大气中；因经过第一光散射装置1的颗粒物基本全部进入β射线检测装置5，因此可以用β射线检测装置5测得的颗粒物浓度值来校准第一光散射检测装置1测得颗粒物浓度值。

如图1所示，由于设置了光散射检测装置并在后设置虚拟冲击式切割器2，虚拟冲击式切割器2的次气流气路4上设置β射线检测装置5，可以既利用光学方法能快速、动态的检测颗粒物的浓度，又能用β射线法自动校准光散射传感器的测量结果，大大提高了光学检测方法的准确性和可靠性，提高了测量精度，扩大了光散射传感器的使用范围。

主气流气路3和次气流气路4上设置气体流量传感器6。通过设置气体流量传感器6可以计算出主气流气路3和次气流气路4上的气体流量值，从而仅仅在流量较小的次气流气路上使用β射线法测量颗粒物浓度，即可算出整个装置总气流气路上的颗粒物浓度。

第一颗粒物切割器7后的样气管路进口处设置动态加热装置13。在气路外增加了动态加热装置13可以减小温度、湿度变化对测量误差的影响。次气流气路4中，在抽气动力之前设置有过滤器18，用于对次气流气路上经β射线检测装置检测后的气体进行过滤。保护抽气动力。

实施例2：

如图2所示，本实施例中，在第一颗粒物切割器7和第一光散射检测装置1后面设置第二颗粒物切割器8和第二光散射检测装置9，以及第三颗粒物切割器15和第三光散射检测装置16。第一颗粒物切割器7可以是TSP切割器，第二颗粒物切割器8可以是PM10颗粒物切割器，第三颗粒物切割器15可以是PM2.5颗粒物切割器。

工作时，含尘气流经过第一颗粒物切割器7进入采样气路系统，当气体经过第一颗粒物切割器7后，进入第一光散射检测装置1时，激光经过透镜形成聚焦光束，照射在气流中的颗粒物上，形成散射光线。散射光线被凹面全反光镜汇聚，散射成与粒子成一定比例的光通量后，经过光电转换、放大及处理后，得到颗粒物浓度。激光束会被光源正对面一侧的消光陷阱吸收消除，进入的颗粒物通过通道流出。

然后气体进入PM10第二颗粒物切割器8，经过PM10喷嘴后，粒径大于10μm以上的颗粒物脱离气流后被收集，粒径10μm及以下的颗粒物随气流进入PM10颗粒物光散射检测装置9。在检测区，激光经过透镜形成聚焦光束，照射在气流中的颗粒物上，形成散射光线。散射光线被凹面全反光镜汇聚，散射成与粒子成一定比例的光通量后，经过光电转换、放大及处理后，得到颗粒物浓度。激光束会被光源正对面一侧的消光陷阱吸收消除，进入的颗粒物，通过通道流出。

经过PM10第二颗粒物光散射检测装置9的气流，进入PM2.5第三颗粒物切割器15，经过PM2.5喷嘴后，通过第三光线检测器检测PM2.5浓度，粒径大于2.5μm以上的颗粒物脱离气流后被收集。

粒径2.5μm及以下的颗粒物随气流进入PM2.5虚拟冲击器2中，分成两股气流流出：其中主气流气路3气体经主气流气路的流量传感器6、抽气泵17后被排至大气，其中含有0.1μm以下的颗粒物；次气流气路4中含有0.1μm-2.5μm的颗粒物，由于主气流气路3中的0.1μm以下的颗粒物可以忽略不计，可以将次气流气路4中的颗粒物的含量看作是PM2.5颗粒物的含量。PM2.5颗粒物在次气流气路的抽气泵17的作用下，经过β射线检测装置5，经滤带后被阻留在滤带上，剩余气体经次气流气路中的流量传感器6、抽气泵17后被排至大气。1小时后，含尘的滤带51被移至β射线检测区52，用β射线照射滤膜，根据采样前后单位面积的滤膜上β射线衰减量得出滤膜上捕集的颗粒物质量，带入同时抽取的气体体积，计算出颗粒物的浓度。从而测量1小时内流入的气体中PM2.5的平均浓度值。

由于只有少量的气流通过了β射线检测装置5，但还是可以测出100L初始的气流中含有的PM2.5颗粒物的含量，可以将β射线检测装置5后方的抽气泵17的功率设置的更小一些，减小了抽气泵17功率，可以使得整个仪器的功耗更低，体积重量更小。

实施例3：

如图3所示，本实施例中的高效多功能颗粒物浓度测量装置，次气流气路4上再添加一个第二虚拟冲击式切割器10，第二虚拟冲击式切割器10连接第二主气流气路11和第二次气流气路12，所述β射线检测装置5设置在第二次气流气路12上，第二主气流气路11和第二次气流气路12上设置气体流量传感器6。通过设置第二虚拟冲击式切割器10，可以进一步将所检测的气流流量减小，进一步提高检测的效率。

本实施例中，第一光散射检测装置1设置在TSP切割器7后面，可测得TSP颗粒物的浓度值，虚拟冲击式切割器2将含有PM10以下的颗粒物的气体输送到次气流气路4上，β射线检测装置5与第二虚拟冲击式切割器10之间的次气流气路上设置第二光散射检测装置14。第二光散射检测装置14可测得样气中PM10颗粒物的浓度值。

第二虚拟冲击式切割器10为PM2.5的切割器，再次将小于2.5μm的颗粒物的气流和2.5μm-10μm的颗粒物的气流分开。在第二次气流气路12上β射线检测装置5可以测量PM2.5颗粒物的浓度值。

以上所述，仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本实用新型方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高效多功能颗粒物浓度测量装置，其特征在于：其包括第一颗粒物切割器、第一光散射装置、第一虚拟冲击式颗粒物切割器、主气流气路、次气流气路、β射线检测装置，其中：

所述第一颗粒物切割器设置在整个装置的进气口，用于获得特定粒径的颗粒物；

所述第一颗粒物切割器后设置第一光散射检测装置，用于实时检测气流中的颗粒物浓度；

所述第一光散射检测装置后设置虚拟冲击式切割器，所述虚拟冲击式切割器将气路分为流量大的主气流气路和流量小的次气流气路，待测颗粒物进入流量小的次气流气路，而流量大的主气流气路中基本不含有待测颗粒物；

次气流气路中设置β射线检测装置，利用β射线法检测颗粒物浓度；不含待测颗粒物的气体通过主气流气路后，被排至大气中。

2.按照权利要求1所述的高效多功能颗粒物浓度测量装置，其特征在于：所述主气流气路和次气流气路上设置气流流量传感器。

3.按照权利要求2所述的高效多功能颗粒物浓度测量装置，其特征在于：所述次气流气路上设置第二虚拟冲击式采样器，所述第二虚拟冲击式采样器连接第二主气流气路和第二次气流气路，所述β射线检测装置设置在第二次气流气路上，所述第二主气流气路和第二次气流气路上设置气流流量传感器。

4.按照权利要求2所述的高效多功能颗粒物浓度测量装置，其特征在于：所述主气流气路上设置第二虚拟冲击式采样器，所述第二虚拟冲击式采样器连接第二主气流气路和第二次气流气路，所述β射线检测装置设置在第二次气流气路上，所述第二主气流气路和第二次气流气路上设置气流流量传感器。

5.按照权利要求1至4任意一项所述的高效多功能颗粒物浓度测量装置，其特征在于：所述第一光散射检测装置后设置第二颗粒物切割器，第二颗粒物切割器后设置第二光散射检测装置。

6.按照权利要求5所述的高效多功能颗粒物浓度测量装置，其特征在于：所述第二光散射检测装置后设置第三颗粒物切割器，第三颗粒物切割器后设置第三光散射检测装置。

7.按照权利要求3所述的高效多功能颗粒物浓度测量装置，其特征在于：所述β射线检测装置与第二虚拟冲击式采样器之间的次气流气路上设置第四光散射检测装置。

8.按照权利要求4所述的高效多功能颗粒物浓度测量装置，其特征在于：所述第一颗粒物切割器后的样气管路进口处设置动态加热装置。

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