煙氣可吸入顆粒物自動採樣儀的製作方法

2023-06-04 04:55:31 2

專利名稱：煙氣可吸入顆粒物自動採樣儀的製作方法
煙氣可吸入顆粒物自動採樣儀所屬領域一種採集煙氣和工業廢氣一類含塵氣流中可吸入顆粒物的自動裝置，用於環境監測。
背景技術：
可吸入顆粒物(Inhalable particulate，縮寫IP)是指通過口鼻進入人體呼吸道的空氣動力學直徑小於10微米顆粒物總稱(記作PM10)。特別是其中空氣動力學直徑小於 2. 5微米的顆粒(記作PM2. 5)能夠進入人體肺泡甚至血液系統，對人體健康的危害很大，而且是形成酸雨、光化學煙霧以及霾的重要因素，因此成為衡量環境空氣品質的重要指標，監測煙氣和工業廢氣以及沙塵暴一類含塵氣流中的可吸入顆粒物濃度尤為重要。從含有不同粒徑的總顆粒物中提取可吸入顆粒物須藉助於專門設計的粒徑分級器(也稱粒徑切割器)，當含塵氣流以精確且恆定的流速通過粒徑分級器時，不同粒徑的顆粒物因慣性大小不等而被分離出來散落在相應的捕集器上，從而實現顆粒物的粒徑分級。從含塵氣流中採集可吸入顆粒物須分兩步進行首先從含塵氣流中採集總顆粒物，進而從總顆粒物中分離出可吸入顆粒物。在從含塵氣流中採集總顆粒物時，要求實施 『等動力採樣』或『等速採樣』，即進入採樣嘴的樣氣流速必須等於該點含塵氣流的流速。由於含塵氣流的速度會經常變化，樣氣流速在採樣裝置控制系統的作用下也必然跟蹤其不斷變化以符合『等動力採樣』的技術要求，但變化的流速不符合粒徑分級器對氣流速度要求恆定且精確的技術條件，因此基於現有技術設計的煙塵採樣儀不能同時滿足『等動力』採樣和 『精確而恆定流速』採樣相互矛盾的技術要求，亦即無法從煙氣或工業廢氣一類含塵氣流中採集可吸入顆粒物。國外文獻曾報導一種由人工操作的實驗室用採集煙氣中可吸入顆粒物裝置白勺(Ashley D. Williamson^ Randal S. Martin> D. Bruce Hrris> Thomas E. Ward Design andCharacterization of an Isokinetic Sampling Train for Particle Size Measurements Using EmissionGas Recycle, JAPCA, Vol. 37 (1987), No. 3, 249-253p), 0 操作複雜、設備多而且笨重，不適合現場使用。

發明內容
本發明的目的是提供一種從含塵氣流中採集可吸入顆粒物的自動裝置，能同時滿足『等動力』採樣和『精確而恆定流速』採樣的技術要求。本發明解決技術問題所採用的方案是設置兩個流速自動調節系統，一個用來保持樣氣流速跟蹤含塵氣流的流速變化，以實現『等動力』採樣；另一個用來保持通過粒徑分級器的氣流速度精確而恆定，以實現粒徑精準分級。實現『等動力』採樣的隨動調節系統由溫溼度傳感器C3)、樣氣流量傳感器(8)、含塵氣流流速傳感器(9)、溫溼度修正流量計算單元(10)、調節器(11)和三通配比調節閥(7) 組成，流速傳感器(9)實時測量高溫溼態下含塵氣流速度，其輸出信號作為調節器(10)的設定值；流量傳感器(8)實時測量採樣裝置抽取的已在冷凝過濾器內降為常溫並去除水分的樣氣流量Qs. τ，與其對應的輸出信號在計算單元(10)中經溫、溼度修正後得到高溫溼態下的樣氣流量Qs. s作為調節器(11)的測量輸入與作為設定值的高溫溼態下含塵氣流速度進行比較，其偏差信號經比例積分運算後控制三通配比調節閥(7)的開度來保持樣氣流速等於含塵氣流的流速，即實現『等動力』採樣；提供粒徑分級器所要求的精確而恆定的氣流速度的定值調節系統由混合氣流量傳感器(5)、調節器(12)、調速器(1 組成，混合氣流量傳感器(5)的輸出信號作為調節器(1 的測量值與根據粒徑分級器設計數據確定的設定值進行比較，偏差信號經比例積分運算後輸出，通過調速器(1 調節抽氣泵的電機轉速，保持流經粒徑分級器O)的混合氣流速度精確且恆定；或者由調節器(1 的輸出信號控制調節閥(14)的開度，保持流過粒徑分級器O)的混合氣流速精確而且恆定。


下面結合附圖和兩個實施例對本發明進一步說明。圖1是根據本發明提供的技術原理設計的採集含塵氣流中可吸入顆粒物自動裝置的第一實施例原理框圖。圖中1-混合採氣嘴，2-粒徑分級器，3-溫溼度傳感器，4-冷凝過濾器，5-混合氣流量傳感器，6-抽氣泵及拖動電機，7-三通配比調節閥，8-樣氣流量傳感器，9-含塵氣流流速傳感器；10-溫溼度修正計算單元，11、12_調節器，13-調速器；虛線箭頭表示測控系統信號傳遞方向，實線箭頭表示氣流流動方向。圖2是根據本發明提供的技術原理設計的採集含塵氣流中可吸入顆粒物自動裝置的第二實施例原理框圖。圖3(a)為混合採氣嘴1和粒徑分級器內部氣流混合示意圖；圖3(b)為混合採氣嘴1和粒徑分級器組合的外觀示意圖。
圖中1-混合採氣嘴，2-粒徑分級器，3-溫溼度傳感器，4-冷凝過濾器，5-混合氣流量傳感器，6-抽氣泵及拖動電機，7-三通配比調節閥，8-樣氣流量傳感器，9-含塵氣流流速傳感器；10-溫溼度修正計算單元，11、12_調節器，14-調節閥；虛線箭頭表示測控系統信號傳遞方向，實線箭頭表示氣流流動方向；Qs-樣氣流量，Qr-循環氣流量。
具體實施例方式第一實施例的氣路連接方式混合採氣嘴(1)與粒徑分級器(2)設計加工成一體， 從粒徑分級器O)出來的混合氣由溫溼度傳感器C3)測量溫度和溼度數值後進入冷凝過濾器⑷降溫並去除樣氣中所含水分，再與流量傳感器(5)和抽氣泵(6)串接後，由三通配比調節閥(7)將混合氣分成兩路，其中一路為循環氣Qr，沿伴熱循環管路進入混合採氣嘴的循環氣入口 ；另一路為樣氣，經流量傳感器(8)排出；電路連接方式由虛線表示混合氣流量傳感器(5)的輸出信號接至調節器(1 的測量信號輸入端，調節器(1 的輸出接調速器(1 的控制信號輸入端，調速器(1 的輸出接抽氣泵的拖動電機，通過控制電機轉速，保持混合氣流量為恆定值，滿足粒徑分級器對流速的要求；樣氣流量傳感器(8)的輸出信號與溫溼度傳感器⑶的輸出信號同時接入計算單元(10)，對樣氣流量傳感器⑶測量的低溫幹氣體流量信號進行溫溼度修正計算後接入調節器(11)作為測量信號，含塵氣流流速傳感器(9)的輸出信號接調節器(11)作為設定信號，調節器(11)的輸出信號接三通分配調節閥(7)的控制輸入端，通過改變三通分配調節閥的開度使進入混合採樣嘴的樣氣 Qs. s與由傳感器(9)測得的含塵氣流速度相等，實現等動力採樣。第二實施例與第一實施例的區別僅在於混合氣流量定值調節系統的執行單元由調節閥(14)替代調速器(13)，調節器(1 的輸出接調節閥(14)的控制輸入端，通過改變調節閥的開度來保持混合氣流量為恆定值，滿足粒徑分級器對流速的要求。循環氣管路需加裝伴熱帶加熱，用來保持進入混合採氣嘴(1)的循環氣的溫度與含塵氣流的溫度一致，以免進入混合採氣嘴的高溫高溼樣氣與溫度過低的循環氣混合時被冷凝結水，影響粒徑分級效果。最佳實施例混合採樣嘴(1)和粒徑分級器O)自行設計加工，內部結構及外形設計另案申報；溫溼度傳感器C3)採用市售元件，冷凝過濾器自行設計並外委加工，混合氣流量傳感器(5)、樣氣流量傳感器(8)選用市售熱絲式流量傳感器，抽氣泵(6)和調速器 (13)選用市售煙塵採樣器的配套部件一由無刷電機拖動的刮板泵及調速電路，空載流量為60 801/min ；含塵氣流流速傳感器(9)採用市售皮托管及配套微差壓傳感器；調節器 (11)和(12)選用市售數字式比例積分調節器，輸出信號均為4-20mA;與無刷電機配套購入；三通配比分配調節閥(7)和電動調節閥(14)選用市售商品，外接控制信號為4-20mA。
權利要求
1.一種採集含塵氣流中可吸入顆粒物的自動裝置，由兩個流速自動調節系統協調實現從含塵氣流中採集總顆粒物的等動力採樣和利用粒徑分級器從總顆粒物中分離可吸入顆粒物的恆速採樣技術要求；該裝置由混合採氣嘴(1)、粒徑分級器O)、溫溼度傳感器(3)、 冷凝過濾器G)、混合氣流量傳感器(5)、抽氣泵及拖動電機(6)、三通分配調節閥(7)、樣氣流量傳感器(8)、含塵氣流流速傳感器(9)、溫溼度修正計算電路(10)、樣氣流量調節器 (11)、混合氣流量調節器(12)、調速器(1 或調節閥(14)組成，其技術特徵是氣路連接方式為混合採氣嘴(1)與粒徑分級器( 設計加工成一體，粒徑分級器O)的出口與冷凝過濾器G)、流量傳感器( 和抽氣泵及拖動電機(6)串接後，由三通配比調節閥(7)將混合氣分成兩路其中一路為伴熱循環氣管路，與混合採氣嘴(1)的循環氣入口連接；另一路通過流量傳感器(8)排出；電路連接方式為混合氣流量傳感器(5)的輸出信號接至調節器(1 的測量信號輸入端，調節器(1 的輸出接調速器(1 的控制信號輸入端，調速器 (13)的輸出接抽氣泵的拖動電機(6)的供電端；樣氣流量傳感器(8)的輸出信號與溫溼度傳感器(3)的輸出信號同時接入計算單元(10)，計算單元(10)的輸出信號接入調節器 (11)的測量端；含塵氣流流速傳感器(9)的輸出信號接調節器(11)的設定端，調節器(11) 的輸出信號接三通分配調節閥(7)的控制輸入端，通過改變三通分配調節閥的開度使進入混合採樣嘴的樣氣與由傳感器(9)測得的含塵氣流速度相等，實現等動力採樣。
2.根據權利要求1所述裝置，其特徵是由混合氣流量傳感器(5)、調節器(12)、調速器(1 和抽氣泵及拖動電機(6)構成混合氣流量定值調節系統，通過控制抽氣泵電機轉速保持流經粒徑分級器的混合氣流速精確而恆定，滿足粒徑分級器的技術條件。
3.根據權利要求1所述裝置，其特徵是由混合氣流量傳感器( 、調節器(1 、調節閥(14)構成混合氣流量定值調節系統，通過改變調節閥(14)的開度保持流經粒徑分級器的混合氣流速精確而恆定，滿足粒徑分級器的技術條件。
4.根據權利要求1所述裝置，其特徵是由溫溼度傳感器C3)、樣氣流量傳感器(8)、含塵氣流流速傳感器(9)、計算單元(10)、調節器(11)和三通配比閥(7)構成樣氣流速跟蹤含塵氣流流速變化的隨動調節系統，實現等動力採樣。
5.根據權利要求1所述裝置，其特徵是採用安裝在樣氣排出管路或循環氣管路上的兩通調節閥代替三通分配調節閥(7)，具有相同效果。
6.根據權利要求1所述裝置，其特徵是根據本發明設計製作的自動裝置還可以用來採集隧道和通風道內流動空氣中的可吸入顆粒物以及沙塵暴所含可吸入顆粒物。
全文摘要
一種煙氣可吸入顆粒物自動採樣儀，用於監測汙染源排放氣流中可吸入顆粒物的濃度；利用兩個流速自動調節系統協調等動力採樣和利用粒徑分級器所要求的恆速採樣；該裝置的主要組成部分混合採氣嘴(1)、粒徑分級器(2)、混合氣流速傳感器(5)、抽氣泵(6)、三通分配調節閥(7)、樣氣流速傳感器(8)、含塵氣流流速傳感器(9)、樣氣流速調節器(11)、混合氣流速調節器(12)、調速器(13)或調節閥(14)組成。
文檔編號G01N1/24GK102486440SQ20101057199
公開日2012年6月6日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年12月3日
發明者呂武軒 申請人:呂武軒