煙塵採樣器的製作方法
2023-10-05 07:05:09 1
專利名稱：煙塵採樣器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體固定汙染源煙塵採樣器，確切地說是一種皮托管平行全自動煙塵採樣器。
背景技術：
現有的皮托管平行煙塵採樣器主要包括皮托管、採樣管、溫度傳感器、乾燥瓶、孔板流量計、抽氣泵等。為了從煙道中取得有代表性的煙塵樣品，需要等速採樣，即氣體進入採樣管的採樣嘴的速度應與採樣點的煙氣速度相等，其相對誤差應在-5～+10％以內。為維持等速採樣，現有的煙塵採樣器一般採用以下步驟1.測量並記錄煙氣溫度Ts；2.測量並記錄煙氣動壓Pd；3.測量並記錄煙氣含溼量Xsw；4.計算煙氣流速Vs；5.調節抽氣泵的流量使進入採樣管的採樣嘴的煙氣流速V與煙道中的煙氣流速Vs相等。上述測量過程都是人工手動完成的，當按照計算出的煙氣流速Vs調節抽氣泵的流量時，可能煙道中的煙氣的實際流速已經發生了很大的變化。因此，現有的煙塵採樣器在採樣過程中不能完成對煙道中煙氣流速的自動跟蹤，測量誤差較大。另外，現有的煙塵採樣器功能單一，只能用於測量煙塵排放濃度，對煙氣中的氧氣、二氧化硫、一氧化氮不能測量，對餐飲業排放的油煙也不能測量。
發明內容
本實用新型要解決的技術問題之一是，現有的煙塵採樣器在採樣過程中不能完成對煙道中煙氣流速的自動跟蹤，測量誤差較大。為解決該技術問題，本實用新型採用了以下技術方案煙塵採樣器，包括皮托管1、採樣管2、溫度傳感器3、乾燥瓶4、孔板流量計23和抽氣泵22；乾燥瓶4的進氣嘴與採樣管2的出氣嘴連通，乾燥瓶4的出氣嘴與孔板流量計23的進氣嘴連通，孔板流量計23的出氣嘴與抽氣泵22的進氣嘴連通；它的特殊之處是還包括壓差傳感器5、壓差傳感器6、幹球溫度傳感器11、溼球溫度傳感器12、壓差傳感器13、流量計前溫度傳感器14、流量計前壓力傳感器15、驅動電路21和單片機19；壓差傳感器5的「+」氣嘴與皮托管1的「+」向氣流輸出端連通，壓差傳感器5的「-」氣嘴與皮托管1的「-」向氣流輸出端連通；壓差傳感器6的「+」氣嘴與皮托管1的「+」向氣流輸出端連通，「-」氣嘴與大氣連通；幹球溫度傳感器11與溼球溫度傳感器12通過氣路相互串聯，串聯後的氣路的進氣端與採樣管2的出氣嘴連通，串聯後的氣路的出氣端與乾燥瓶4的進氣嘴連通；溫度傳感器3、壓差傳感器5、壓差傳感器6、幹球溫度傳感器11、溼球溫度傳感器12、壓差傳感器13、流量計前溫度傳感器14和流量計前壓力傳感器15的信號輸出端都與單片機19的I/O口連接，驅動電路21的控制信號輸入端與單片機的I/O口連接，驅動電路21的輸出端與抽氣泵22的電動機連接。
溫度傳感器3一般採用熱敏電阻，它用於測量煙道內的採樣點的溫度，它將溫度信號轉換為電信號；乾燥瓶4用於吸收煙氣中的水分；孔板流量計23與壓差傳感器13、流量計前溫度傳感器14和流量計前壓力傳感器15配合使用。壓差傳感器用於測量採樣流速Vo，它將壓差信號轉換為電信號；流量計前溫度傳感器14用於測量流量計前溫度Tr，它將溫度信號轉換為電號；流量計前壓力傳感器15用於測量流量計前壓力Pr，它將壓力信號轉換為電信號；壓差傳感器5用於測量煙氣動壓Pd，它將壓力信號轉換為電信號；壓差傳感器6用於測量煙氣靜壓Ps，它將壓力信號轉換為電信號；幹球溫度傳感器11和溼球溫度傳感器12分別用於測量煙氣的幹球溫度tc和溼球溫度tb，它們將溫度信號轉換為電信號；單片機19運行事先編制的程序，根據測出的動壓Pd，計算出煙氣流速Vs，將煙道中煙氣的實際流速Vs與採樣流速Vo進行比較，根據比較的結果輸出控制信號，控制信號通過驅動電路21控制抽氣泵22的電動機的轉速，使採樣流速Vo與煙道中煙氣的實際流速Vs相等；對抽氣泵22的電動機的調速，既可以採用變頻調速，也可以採用變壓調速；溫度傳感器3、壓差傳感器5、壓差傳感器6、幹球溫度傳感器11、溼球溫度傳感器12、壓差傳感器13、流量計前溫度傳感器14和流量計前壓力傳感器15的信號輸出端都與單片機19的I/O口連接，這裡所講的連接不限於直接連接，而是指信號輸出端輸出的電信號最終通過單片機19的I/O口輸入單片機19，信號輸出端輸出的電信號一般要經過一些中間環節的處理，才能輸入單片機19，例如經過信號放大、A/D轉換等；驅動電路21根據單片機19輸出的控制信號，為抽氣泵22的電動機提供電源。
上述技術方案中，為了實現對抽氣泵22的電動機的變壓調速，本實用新型的驅動電路21包括光電耦合器GD、可控矽T、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C1和電容C2；光電耦合器GD採用MOC3021，它的1腳和2腳與單片機19的I/O口連接，它的6腳與電阻R1的一端和可控矽T的控制極連接，電阻R1的另一端與交流電源的a端連接；光電耦合器GD的4腳與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端與電阻R3的一端和電容C1的一端連接，電容C1的另一端與交流電源的a端連接，電阻R3的另一端與抽氣泵22的電動機D的一端連接；可控矽T的第1陽極與交流電源的a端連接，第2陽極與抽氣泵22的電動機D的一端連接；電容C2與電阻R4串聯，該串聯電路的一端與交流電源的a端連接，另一端與抽氣泵22的電動機D的一端連接；抽氣泵22的電動機D的另一端與交流電源的b端連接。
光電耦合器GD用於信號轉換，並濾除幹擾信號；電動機D可以採用串激電動機；單片機19的I/O口向光電耦合器GD輸出一定頻率的脈衝信號，該脈衝信號經過光電耦合器GD隔離後加在可控矽T的控制極上；單片機19根據將煙道中煙氣的實際流速Vs與採樣流速Vo進行比較的結果，改變輸出的脈衝信號的脈寬，從而改變可控矽T輸出的平均電壓，使加在電動機D兩端的電壓產生變化，從而達到對電動機D進行調速的目的。
本實用新型的單片機19採用80C320，它具有顯示器17和鍵盤20；溫度傳感器3、壓差傳感器5、壓差傳感器6、幹球溫度傳感器11、溼球溫度傳感器12、壓差傳感器13、流量計前溫度傳感器14和流量計前壓力傳感器15的信號輸出端都通過A/D轉換器16與單片機19的I/O口連接，A/D轉換器16採用TLC2543。
顯示器17用於顯示有關的測量結果，鍵盤20用於向單片機19輸入溫度、採樣流量、動壓、靜壓等的修正參數；溫度傳感器3、壓差傳感器5、壓差傳感器6、幹球溫度傳感器11、溼球溫度傳感器12、壓差傳感器13、流量計前溫度傳感器14和流量計前壓力傳感器15的信號輸出端不限於直接與A/D轉換器16的輸入端連接，可以將信號輸出端輸出的電信號經過一些中間環節的處理後，再輸入A/D轉換器16的輸入端，例如先經過放大電路放大後，再輸入A/D轉換器16的輸入端。
本實用新型的溫度傳感器3、壓差傳感器5、壓差傳感器6、幹球溫度傳感器11、溼球溫度傳感器12、壓差傳感器13、流量計前溫度傳感器14和流量計前壓力傳感器15的信號輸出端都分別通過各自的放大電路26與A/D轉換器16的輸入端連接，A/D轉換器16的輸出端與單片機19的I/O口連接。
因溫度傳感器3、壓差傳感器5、壓差傳感器6、幹球溫度傳感器11、溼球溫度傳感器12、壓差傳感器13、流量計前溫度傳感器14和流量計前壓力傳感器15的輸出信號較弱，經過放大電路26放大後便於A/D轉換器16進行處理。
本實用新型要解決的技術問題之二是，現有的煙塵採樣器功能單一，只能用於測量煙塵排放濃度，不能測量其它物質。為解決該技術問題，本實用新型在上述技術方案的基礎上，還包括氧氣傳感器7、二氧化硫傳感器8和一氧化氮傳感器9；氧氣傳感器7、二氧化硫傳感器8和一氧化氮傳感器9的進氣嘴和出氣嘴相互串聯，串聯後的氣路的進氣端與可調流量計27的出氣嘴連通，可調流量計27的進氣嘴與採樣管2的出氣嘴連通，串聯後的氣路的出氣端與抽氣泵10的進氣嘴連通；氧氣傳感器7、二氧化硫傳感器8和一氧化氮傳感器9的信號輸出端都與單片機19的I/O口連接。
氧氣傳感器7、二氧化硫傳感器8和一氧化氮傳感器9相互串聯的順序沒有限制。氧氣傳感器7、二氧化硫傳感器8和一氧化氮傳感器9的信號輸出端都與單片機19的I/O口連接，這裡所講的連接不限於直接連接，而是指信號輸出端輸出的電信號最終通過單片機19的I/O口輸入單片機19，信號輸出端輸出的電信號一般要經過一些中間環節的處理，才能輸入單片機19，例如經過信號放大、A/D轉換等。
本實用新型的採樣管2包括煙塵採樣管和油煙採樣管；煙塵採樣管具有採樣嘴24、濾筒夾25、夾在濾筒夾25上的濾筒28和出氣嘴29；油煙採樣管具有採樣嘴30、濾筒夾31、夾在濾筒夾31上的濾筒32、安裝在濾筒32內的濾料33、位於濾料33兩端的濾網34和出氣嘴35。
當用於測量煙塵時，採用煙塵採樣管；當用於測量油煙時，採用油煙採樣管。
本實用新型在測量煙塵濃度時，能夠通過單片機19運行事先編好的程序，不斷對煙氣進行採樣，根據採樣的結果計算出煙道中煙氣的實際流速Vs和採樣流速Vo，並不斷對實際流速Vs與採樣流速Vo進行比較，根據比較的結果輸出控制信號，通過驅動電路控制抽氣泵22的電動機D的轉速，使採樣流速Vo與煙道中煙氣的實際流速Vs保持相等，實現了對等速採樣的自動跟蹤，減小了測量誤差。本實用新型由於具有氧氣傳感器7、二氧化硫傳感器8和一氧化氮傳感器9，不但可以測量煙氣中的煙塵含量，而且可以測量煙氣中的氧氣、二氧化硫和一氧化氮的含量，另外，由於本實用新型具有油煙採樣管，還可以對餐飲業排放的油煙進行測量，使本實用新型具有多功能。
圖1為本實用新型的電路和氣路原理圖。
圖2為圖1中驅動電路21的具體電路圖。
圖3為圖1中採樣管2的結構示意圖之一(煙塵採樣管)。
圖4為圖1中採樣管2的結構示意圖之二(油煙採樣管)。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的最佳實施例進行詳細描述。
如圖1至圖4所示，本實施例是一種多功能皮托管平行全自動煙塵採樣器，它包括皮托管1、採樣管2、溫度傳感器3、乾燥瓶4、孔板流量計23、抽氣泵22、壓差傳感器5、壓差傳感器6、氧氣傳感器7、二氧化硫傳感器8、一氧化氮傳感器9、可調流量計27、抽氣泵10、幹球溫度傳感器11、溼球溫度傳感器12、壓差傳感器13、流量計前溫度傳感器14、流量計前壓力傳感器15、驅動電路21、放大電路26、A/D轉換器16和單片機19。單片機19具有具有顯示器17、印表機18和鍵盤20。溫度傳感器3採用熱敏電阻、壓差傳感器5採用SMI5551、壓差傳感器6採用SMI-5501-005-G、氧氣傳感器7採用6C、二氧化硫傳感器8採用3SF、一氧化氮傳感器9採用3NF/F、幹球溫度傳感器11和溼球溫度傳感器12採用LM35、壓差傳感器13採用SMI5551、流量計前溫度傳感器14採用LM35、流量計前壓力傳感器15採用SMI551、A/D轉換器16採用TLC2543、單片機19採用80C320。乾燥瓶4的進氣嘴與採樣管2的出氣嘴連通，乾燥瓶4的出氣嘴與孔板流量計23的進氣嘴連通，孔板流量計23的出氣嘴與抽氣泵22的進氣嘴連通；壓差傳感器5的「+」氣嘴與皮托管1的「+」向氣流輸出端連通，壓差傳感器5的「-」氣嘴與皮托管1的「-」向氣流輸出端連通；壓差傳感器6的「+」氣嘴與皮托管1的「+」向氣流輸出端連通，「-」氣嘴與大氣連通；幹球溫度傳感器11與溼球溫度傳感器12通過氣路相互串聯，串聯後的氣路的進氣端與採樣管2的出氣嘴連通，串聯後的氣路的出氣端與乾燥瓶4的進氣嘴連通；氧氣傳感器7、二氧化硫傳感器8和一氧化氮傳感器9的進氣嘴和出氣嘴相互串聯，串聯後的氣路的進氣端與可調流量計27的出氣嘴連通，可調流量計27的進氣嘴與採樣管2的出氣嘴連通，串聯後的氣路的出氣端與抽氣泵10的進氣嘴連通；溫度傳感器3、壓差傳感器5、壓差傳感器6、幹球溫度傳感器11、溼球溫度傳感器12、壓差傳感器13、流量計前溫度傳感器14、流量計前壓力傳感器15、氧氣傳感器7、二氧化硫傳感器8和一氧化氮傳感器9的信號輸出端都分別與各自的放大電路26的輸入端連接，各放大電路26的輸出端都與A/D轉換器16的輸入端連接，A/D轉換器16的輸出端與單片機19的I/O口連接。驅動電路21的控制信號輸入端與單片機的I/O口連接，驅動電路21的輸出端與抽氣泵22的電動機D連接。電動機D採用串激電動機。驅動電路21包括光電耦合器GD、可控矽T、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C1和電容C2；光電耦合器GD採用MOC3021，它的1腳和2腳與單片機19的I/O口連接，它的6腳與電阻R1的一端和可控矽T的控制極連接，電阻R1的另一端與交流電源的a端連接；光電耦合器GD的4腳與電阻R2的一端連接，電阻R2的另一端與電阻R3的一端和電容C1的一端連接，電容C1的另一端與交流電源的a端連接，電阻R3的另一端與抽氣泵22的電動機D的一端連接；可控矽T的第1陽極與交流電源的a端連接，第2陽極與抽氣泵22的電動機D的一端連接；電容C2與電阻R4串聯，該串聯電路的一端與交流電源的a端連接，另一端與抽氣泵22的電動機D的一端連接；抽氣泵22的電動機D的另一端連接與交流電源的b端連接。採樣管2包括煙塵採樣管和油煙採樣管；煙塵採樣管具有採樣嘴24、濾筒夾25、夾在濾筒夾25上的濾筒28和出氣嘴29；油煙採樣管具有採樣嘴30、濾筒夾31、夾在濾筒夾31上的濾筒32、安裝在濾筒32內的濾料33、位於濾料33兩端的濾網34和出氣嘴35。濾網34採樣不鏽鋼濾網，濾料33採樣不鏽鋼油煙濾料。
測量煙氣中的煙塵含量時，採樣管2採用煙塵採樣管。將煙塵採樣管和皮托管1方入煙道中的採樣點，單片機19根據壓差傳感器5輸出的煙氣動壓Pd信號計算出煙道中煙氣的流速Vs與合適的採樣嘴直徑，並通過顯示器17顯示出來，操作者按照顯示的結果更換採樣嘴。單片機19根據流量計前壓力傳感器15輸出的溼球表面負壓Pb信號、壓差傳感器6輸出的煙氣靜壓Ps信號、幹球溫度傳感器11輸出的煙氣的幹球溫度tc和溼球溫度傳感器12輸出的溼球溫度tb，計算出煙氣的含溼量Xsw，並通過顯示器17顯示出來。單片機19根據壓差傳感器5輸出的煙氣動壓Pd信號不斷計算出煙道中煙氣的流速Vs，根據壓差傳感器13輸出的信號不斷計算產採樣流速Vo，並將Vs與Vo進行比較，若Vs＞Vo，單片機19則輸出控制信號使驅動電路21的輸出電壓升高，抽氣泵22的電動機D的轉速升高，使Vo≈Vs；若Vs＜Vo，單片機19則輸出控制信號使驅動電路21的輸出電壓降低，抽氣泵22的電動機D的轉速降低，使Vo≈Vs。如此循環往復，實現等速採樣的自動跟蹤。
測量氧氣、二氧化硫和一氧化氮時，將氧氣傳感器7的進氣嘴與採樣管2的出氣嘴連通，調節可調流量計27，使流量為0.5L/min。單片機19根據氧氣傳感器7、二氧化硫傳感器8和一氧化氮傳感器9輸出的信號，計算出氧氣、二氧化硫和一氧化氮的單位含量，並通過顯示器17顯示出來。
上述顯示器17顯示的結果均可以通過印表機18列印。通過鍵盤20可以向單片機19輸入溫度、採樣流量、動壓、靜壓等的修正參數。
測量油煙含量時，採樣管2應採用油煙採樣管。
權利要求1.煙塵採樣器，包括皮托管(1)、採樣管(2)、溫度傳感器(3)、乾燥瓶(4)、孔板流量計(23)和抽氣泵(22)；乾燥瓶(4)的進氣嘴與採樣管(2)的出氣嘴連通，乾燥瓶(4)的出氣嘴與孔板流量計(23)的進氣嘴連通，孔板流量計(23)的出氣嘴與抽氣泵(22)的進氣嘴連通；其特徵是還包括壓差傳感器(5)、壓差傳感器(6)、幹球溫度傳感器(11)、溼球溫度傳感器(12)、壓差傳感器(13)、流量計前溫度傳感器(14)、流量計前壓力傳感器(15)、驅動電路(21)和單片機(19)；壓差傳感器(5)的「+」氣嘴與皮托管(1)的「+」向氣流輸出端連通，壓差傳感器(5)的「-」氣嘴與皮托管(1)的「-」向氣流輸出端連通；壓差傳感器(6)的「+」氣嘴與皮托管(1)的「+」向氣流輸出端連通，「-」氣嘴與大氣連通；幹球溫度傳感器(11)與溼球溫度傳感器(12)通過氣路相互串聯，串聯後的氣路的進氣端與採樣管(2)的出氣嘴連通，串聯後的氣路的出氣端與乾燥瓶(4)的進氣嘴連通；溫度傳感器(3)、壓差傳感器(5)、壓差傳感器(6)、幹球溫度傳感器(11)、溼球溫度傳感器(12)、壓差傳感器(13)、流量計前溫度傳感器(14)和流量計前壓力傳感器(15)的信號輸出端都與單片機(19)的I/O口連接，驅動電路(21)的控制信號輸入端與單片機的I/O口連接，驅動電路(21)的輸出端與抽氣泵(22)的電動機連接。
2.根據權利要求1所述的煙塵採樣器，其特徵是驅動電路(21)包括光電耦合器(GD)、可控矽(T)、電阻(R1)、電阻(R2)、電阻(R3)、電阻(R4)、電容(C1)和電容(C2)；光電耦合器(GD)採用MOC3021，它的(1)腳和(2)腳與單片機(19)的I/O口連接，它的(6)腳與電阻(R1)的一端和可控矽(T)的控制極連接，電阻(R1)的另一端與交流電源的(a)端連接；光電耦合器(GD)的(4)腳與電阻(R2)的一端連接，電阻(R2)的另一端與電阻(R3)的一端和電容(C1)的一端連接，電容(C1)的另一端與交流電源的(a)端連接，電阻(R3)的另一端與抽氣泵(22)的電動機(D)的一端連接；可控矽(T)的第1陽極與交流電源的(a)端連接，第2陽極與抽氣泵(22)的電動機(D)的一端連接；電容(C2)與電阻(R4)串聯，該串聯電路的一端與交流電源的(a)端連接，另一端與抽氣泵(22)的電動機(D)的一端連接；抽氣泵(22)的電動機(D)的另一端與交流電源的(b)端連接。
3.根據權利要求2所述的煙塵採樣器，其特徵是單片機(19)採用80C320，它具有顯示器(17)和鍵盤(20)；溫度傳感器(3)、壓差傳感器(5)、壓差傳感器(6)、幹球溫度傳感器(11)、溼球溫度傳感器(12)、壓差傳感器(13)、流量計前溫度傳感器(14)和流量計前壓力傳感器(15)的信號輸出端都通過A/D轉換器(16)與單片機(19)的I/O口連接，A/D轉換器(16)採用TLC2543。
4.根據權利要求3所述的煙塵採樣器，其特徵是溫度傳感器(3)、壓差傳感器(5)、壓差傳感器(6)、幹球溫度傳感器(11)、溼球溫度傳感器(12)、壓差傳感器(13)、流量計前溫度傳感器(14)和流量計前壓力傳感器(15)的信號輸出端都分別通過各自的放大電路(26)與A/D轉換器(16)的輸入端連接，A/D轉換器(16)的輸出端與單片機(19)的I/O口連接。
5.根據權利要求1、2、3、或4所述的煙塵採樣器，其特徵是還包括氧氣傳感器(7)、二氧化硫傳感器(8)和一氧化氮傳感器(9)；氧氣傳感器(7)、二氧化硫傳感器(8)和一氧化氮傳感器(9)的進氣嘴和出氣嘴相互串聯，串聯後的氣路的進氣端與可調流量計(27)的出氣嘴連通，可調流量計(27)的進氣嘴與採樣管(2)的出氣嘴連通，串聯後的氣路的出氣端與抽氣泵(10)的進氣嘴連通；氧氣傳感器(7)、二氧化硫傳感器(8)和一氧化氮傳感器(9)的信號輸出端都與單片機(19)的I/O口連接。
6.根據權利要求5所述的煙塵採樣器，其特徵是採樣管(2)包括煙塵採樣管和油煙採樣管；煙塵採樣管具有採樣嘴(24)、濾筒夾(25)、夾在濾筒夾(25)上的濾筒(28)和出氣嘴(29)；油煙採樣管具有採樣嘴(30)、濾筒夾(31)、夾在濾筒夾(31)上的濾筒(32)、安裝在濾筒(32)內的濾料(33)、位於濾料(33)兩端的濾網(34)和出氣嘴(35)。
專利摘要本實用新型是一種氣體固定汙染源煙塵採樣器。為解決現有的煙塵採樣器在採樣過程中不能完成對煙道中煙氣流速的自動跟蹤,測量誤差較大的技術問題,本實用新型包括皮托管1、採樣管2、溫度傳感器3、乾燥瓶4、孔板流量計23、抽氣泵22、壓差傳感器5、壓差傳感器6、幹球溫度傳感器11、溼球溫度傳感器12、壓差傳感器13、流量計前溫度傳感器14、流量計前壓力傳感器15、驅動電路21和微機19;各傳感器的信號輸出端和驅動電路21的控制信號輸入端都與單片機19的I/O口連接,驅動電路21的輸出端與抽氣泵22的電動機連接。本實用新型能夠實現對煙氣流速的自動跟蹤,測量誤差小。
文檔編號G01N1/22GK2489323SQ0123371
公開日2002年5月1日 申請日期2001年7月29日 優先權日2001年7月29日
發明者李德安, 黃祖旭, 邵其善 申請人:修光偉