一種測量顆粒物質量濃度的方法
2023-06-04 14:52:21
一種測量顆粒物質量濃度的方法
【專利摘要】本發明涉及一種測量顆粒物質量濃度的方法，處理器控制採樣泵使氣流從顆粒物收集單元進入，收集大氣顆粒物信息並判斷是否需對儀器進行校準，如果需要校準，則啟動β射線校準模塊，對光散射測量模塊的參數值進行校準，待參數校準完畢後再開啟光散射測量模塊；如不需要校準，則直接通過光散射測量模塊進行測量。本發明將光散射法測量顆粒物濃度與β射線法相結合，兼具測量準確和在線實時直讀數據；β射線校準模塊、光散射測量模塊共用一套氣路從而保證校準過程中各種條件一致，減少誤差因素；同時在測量環境發生改變時利用β射線校準模塊對光散射測量模塊的參數進行校準，測量環境未發生改變時單獨利用光散射測量模塊進行顆粒物濃度的測量。
【專利說明】一種測量顆粒物質量濃度的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測量顆粒物質量濃度的方法，屬於顆粒物濃度測量領域。
【背景技術】
[0002] 由於工業鍋爐、電廠鍋爐及工業窯爐等汙染源所造成的環境汙染相當嚴重，世界 各國都對此進行了深入研究並加以控制，這就需要對其排放的顆粒物煙塵濃度進行檢測。 目前常用的檢測方法有光散射法、β射線吸收法、不透明法、光透射法等等。
[0003] 其中光散射法的原理為：來自光源的光束照射到含有待測顆粒的某一空間（測量 區）內，從而發生散射，散射光經光電接收器轉換後變為電信號，經放大器放大後，可根據 光散射理論計算出測量區內顆粒物的質量濃度。該計算方法受不同顆粒物的粒徑分布、折 射率等的影響，故需要適時對參數進行校準。光散射法測量準確、精度高、重複性好，測量速 度快，為在線式直讀測量方式，無需採樣，可實時連續給出顆粒物濃度的瞬時值；但光散射 法受限於顆粒物的純度及粒徑大小，顆粒物的種類或粒徑範圍發生改變，都會導致參數值 的變更。因此，當測量環境發生改變時，需要對參數值進行修正。
[0004] β射線吸收法的原理為：一個強度恆定的β源發出的β射線通過介質時，β 粒子與介質中的電子相互碰撞損失能量而被吸收。在低能條件下，吸收程度取決於介質 的質量，與粉塵粒子的粒度、成分、顏色及分散狀態等等無關。β射線先後穿過清潔濾紙 (未採集塵樣）和已採有塵樣濾紙（同一濾紙），根據2次β射線被吸收量的差異來求取 環境中粉塵濃度。β射線吸收法不受粉塵種類、粒度，分散度、形狀、顏色、光澤等因素的影 響；測量結果可與經典的標準方法一稱重法等效；它可以減少樣品的處理時間和受汙染的 機會，不會帶來人為誤差且無誤差積累，不需要經常校準和調零。它是粉塵濃度的間接測量 方法中較準確的一種。但其為非直讀方式，一段時間間隔才給出測量數據。
[0005] 不透明法、光透射法等其他方法亦存在上述問題，目前還沒有一種方法既能免受 環境顆粒物影響，頻繁對參數值進行校準，又能實時在線的讀取顆粒物濃度值。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在於克服現有技術中存在的缺點，提供一種既能免受環境顆粒物影 響，頻繁對參數值進行校準，又能實時在線的讀取顆粒物濃度值的測量顆粒物質量濃度的 方法。
[0007] 本發明的目的通過以下方案來實現：一種測量顆粒物質量濃度的方法，處理器控 制採樣泵使氣流從顆粒物收集單元進入，收集大氣顆粒物信息並判斷是否需對儀器進行校 準，如果需要校準，則啟動β射線校準模塊，對光散射測量模塊的參數值進行校準，待參數 校準完畢後再開啟光散射測量模塊；如不需要校準，則直接通過光散射測量模塊進行測量， 測量結果由輸入輸出模塊顯不；輸入輸出模塊、大氣壓傳感器、溫溼度傳感器與處理器相 連；所述顆粒物收集單元包括ΡΜ2. 5/ΡΜ10切割器、高效過濾器以及與兩者連接的電磁閥； 所述β射線校準模塊包括濾膜和與濾膜連接的β源、β射線檢測器及濾膜轉換電機；所 述光散射測量模塊包括光學檢測腔及與之連接的光源、散射光檢測器；所述PM2. 5/PM10切 割器、電磁閥、光散射測量模塊的光學檢測腔、β射線校準模塊的濾膜、採樣泵安裝在同一 氣路上。
[0008] 進一步的，所述光源為白色LED光源，所述散射光檢測器為光電倍增管；所述光散 射測量模塊通過控制光源的發光強度和其模塊內放大器的放大增益使光散射測量模塊與 β射線校準模塊的精度和量程保持相同。
[0009] 進一步的，所述電磁閥在校零時接通高效過濾器，去除大氣中的顆粒物，保證校零 精度；在測量顆粒物濃度時接通ΡΜ2. 5/ΡΜ10切割器。
[0010] 進一步的，所述濾膜轉換電機用於改變濾膜的角度，在校準時，使濾膜垂直於氣 路，使得顆粒物可以沉積到濾膜之上供後續稱重校準；在測量顆粒物濃度時，使濾膜方向與 氣路平行，保證氣路的暢通。
[0011] 進一步的，所述β源為C14放射源，β射線檢測器為螢光檢測光電倍增管。
[0012] 進一步的，所述β射線校準模塊的濾膜和採樣泵之間還設置有流量計。
[0013] 本發明的有益效果是：將光散射法測量顆粒物濃度與β射線法相結合，使之兼具 測量準確和在線實時直讀數據；為保證測量結果的一致性，β射線校準模塊、光散射測量 模塊共用一套氣路，從而保證校準過程中兩模塊運行中各種條件一致，減少誤差因素；同時 在測量環境發生改變時利用β射線校準模塊對光散射測量模塊的參數進行校準，而測量 環境未發生改變時，單獨利用光散射測量模塊進行顆粒物濃度的測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的闡述。
[0015] 圖1為本發明的結構示意圖。
[0016] 圖中：1、ΡΜ2. 5/ΡΜ10切割器，2、電磁閥，3、光學檢測腔，4、光源，5、濾膜，6、β源， 7、流量計，8、採樣泵，9、濾膜轉換電機，10、β射線檢測器，11、散射光檢測器，12、高效過濾 器，13、處理器，14、輸入輸出模塊，15、溫溼度傳感器，16、大氣壓傳感器。
【具體實施方式】
[0017] 如圖1所示的一種測量顆粒物質量濃度的方法，處理器13控制採樣泵8使氣流從 顆粒物收集單元進入，收集大氣顆粒物信息並判斷是否需對儀器進行校準，如果需要校準， 則啟動β射線校準模塊，對光散射測量模塊的參數值進行校準，待參數校準完畢後再開啟 光散射測量模塊；如不需要校準，則直接通過光散射測量模塊進行測量，測量結果由輸入輸 出模塊14顯示；輸入輸出模塊14、大氣壓傳感器16、溫溼度傳感器15連接處理器13 ;所述 顆粒物收集單元包括ΡΜ2. 5/ΡΜ10切割器1、高效過濾器12以及與兩者連接的電磁閥2 ;所 述β射線校準模塊包括濾膜5和與濾膜連接的β源6、β射線檢測器10及濾膜轉換電 機9 ;所述光散射測量模塊包括光學檢測腔3及與之連接的光源4、散射光檢測器11 ;所述 ΡΜ2. 5/ΡΜ10切割器1、電磁閥2、光散射測量模塊的光學檢測腔3、β射線校準模塊的濾膜 5、採樣泵8安裝在同一氣路上。
[0018] 進一步的，所述光源4為白色LED光源，所述散射光檢測器11為光電倍增管；所述 光散射測量模塊通過控制光源4的發光強度和其模塊內放大器的放大增益使光散射測量 模塊與β射線校準模塊的精度和量程保持相同。
[0019] 進一步的，所述電磁閥2在校零時接通高效過濾器12,去除大氣中的顆粒物，保證 校零精度；在測量顆粒物濃度時接通ΡΜ2. 5/ΡΜ10切割器1。
[0020] 進一步的，所述濾膜轉換電機9用於改變濾膜5的角度，在校準時，使濾膜5垂直 於氣路，使得顆粒物可以沉積到濾膜5之上供後續稱重校準；在測量顆粒物濃度時，使濾膜 5方向與氣路平行，保證氣路的暢通。
[0021] 進一步的，所述β源6為C14放射源，β射線檢測器10為螢光檢測光電倍增管。
[0022] 進一步的，所述β射線校準模塊的濾膜5和採樣泵8之間還設置有流量計7。
[0023] 為保證校準過程中兩模塊測量結果的一致性，本發明中β射線校準模塊、光散射 測量模塊共用一套氣路，氣流在採樣泵8的作用下，從ΡΜ2. 5/ΡΜ10切割器1進入，依次經過 光學檢測腔3、濾膜5、流量計7,從而保證兩個模塊的測量對象是同一股氣流，由此實現上 述中的檢測一致性。
[0024] 所述電磁閥2在處理器13的控制下，可完成入口氣流從ΡΜ2. 5/ΡΜ10切割器1到 高效過濾器12的轉換，在校零時自動接通高效過濾器12,去除大氣中的顆粒物，保證校零 精度；在測量顆粒物濃度時自動接通ΡΜ2. 5/ΡΜ10切割器1。
[0025] 所述濾膜轉換電機9在處理器13的控制下，可以實現將氣路中的濾膜角度的改 變：在需要校準時，使濾膜5垂直於氣路，使得顆粒物可以沉積到濾膜5之上，供後續稱重校 準；在正常測量顆粒物濃度時，使濾膜5方向與氣路平行，保證氣路的暢通。所述光源4為 白色LED光源，所述散射光檢測器11為光電倍增管。所述β射線源4為C14放射源，β射 線探測器10為螢光檢測光電倍增管。為保證所述校準模塊與檢測模塊具有相同的精度和 量程，可以通過控制光源4的發光強度和後續放大器的放大增益來控制。所述處理器13驅 動IXD顯示屏、鍵盤等人機互動模塊。
[0026] 在大氣顆粒物檢測中，氣象參數對檢測結果有一定的影響，與處理器13相連的有 溫溼度傳感器15、大氣壓傳感器16實時記錄氣象參數，以供查看和數據修正。在測量環境 發生改變時利用β射線校準模塊對光散射測量模塊的參數進行校準，而測量環境未發生 改變時，單獨利用光散射測量模塊進行顆粒物濃度的測量，既可以保證顆粒物濃度的精確 度，又能在線直讀，實時連續出測量結果。
[0027] 以上所述僅為本發明的較佳實施例，對本發明而言僅僅是說明性的，而非限制性 的。本專業技術人員理解，在本發明權利要求所限定的精神和範圍內可對其進行許多改變， 修改，甚至等效，但都將落入本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1. 一種測量顆粒物質量濃度的方法，其特徵在於：處理器（13)控制採樣泵（8)使氣流 從顆粒物收集單元進入，收集大氣顆粒物信息並判斷是否需對儀器進行校準，如果需要校 準，則啟動β射線校準模塊，對光散射測量模塊的參數值進行校準，待參數校準完畢後再 開啟光散射測量模塊；如不需要校準，則直接通過光散射測量模塊進行測量，測量結果由輸 入輸出模塊（14)顯不；輸入輸出模塊（14)、溫溼度傳感器（15)、大氣壓傳感器（16)連接處 理器（13);所述顆粒物收集單元包括ΡΜ2. 5/ΡΜ10切割器（1 )、高效過濾器（12)以及與兩者 連接的電磁閥（2);所述β射線校準模塊包括濾膜（5)和與濾膜連接的β源（6)、β射線 檢測器（10)及濾膜轉換電機（9);所述光散射測量模塊包括光學檢測腔（3)及與之連接的 光源（4)、散射光檢測器（11);所述ΡΜ2. 5/ΡΜ10切割器（1)、電磁閥（2)、光散射測量模塊的 光學檢測腔（3)、β射線校準模塊的濾膜（5)、採樣泵（8)安裝在同一氣路上。
2. 根據權利要求1所述的測量顆粒物質量濃度的方法，其特徵在於：所述光源（4)為白 色LED光源，所述散射光檢測器（11)為光電倍增管；所述光散射測量模塊通過控制光源（4) 的發光強度和其模塊內放大器的放大增益使光散射測量模塊與β射線校準模塊的精度和 量程保持相同。
3. 根據權利要求1所述的測量顆粒物質量濃度的方法，其特徵在於：所述電磁閥（2)在 校零時接通高效過濾器（12)，去除大氣中的顆粒物，保證校零精度；在測量顆粒物濃度時 接通ΡΜ2· 5/ΡΜ10切割器（1)。
4. 根據權利要求1所述的測量顆粒物質量濃度的方法，其特徵在於：所述濾膜轉換電 機（9)用於改變濾膜（5)的角度，在校準時，使濾膜（5)垂直於氣路，使得顆粒物可以沉積到 濾膜（5)之上供後續稱重校準；在測量顆粒物濃度時，使濾膜（5)方向與氣路平行，保證氣 路的暢通。
5. 根據權利要求1所述的測量顆粒物質量濃度的方法，其特徵在於：所述β源（6)為 C14放射源，β射線檢測器（10)為螢光檢測光電倍增管。
6. 根據權利要求1所述的測量顆粒物質量濃度的方法，其特徵在於：所述β射線校準 模塊的濾膜（5 )和採樣泵（8 )之間還設置有流量計（7 )。
【文檔編號】G01N15/06GK104122180SQ201410345559
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】王桐, 霍昱, 何春雷, 曹莉 申請人:青島眾瑞智能儀器有限公司