一種氣體中元素的監測系統的製作方法
2023-05-31 07:21:01
專利名稱：一種氣體中元素的監測系統的製作方法
技術領域：
[0001]本實用新型涉及ー種監測系統，尤其是ー種氣體中元素的監測系統。
背景技術：
氣體重金屬監測系統是ー種對環境空氣中或者煙氣排放中的顆粒物中的重金屬汙染物進行連續監測的系統。氣體重金屬監測系統一般包括採樣單元、濾膜、濾膜移動單元、檢測分析単元和控制電路。採樣單元以一定流量將空氣或者煙氣採集到流路中，經過採樣區域內處於採樣狀態的帶狀採樣濾膜時，氣體中的顆粒物被富集到濾膜上；採樣一段時間以後，控制電路控制濾膜移動單元，將濾膜上富集有顆粒物的部分移動到檢測區域(即檢測分析単元能夠檢測到的區域)內，並被檢測分析単元如X射線螢光(XRF)分析単元檢測分析，得出相應的金屬含量，進ー步得到相應採樣體積下氣體中的金屬濃度，然後再將下一周期對應的空白濾膜移動到採樣區域的採樣點處於待採樣狀態，以準備進行的下一周期的採樣及檢測。上述的氣體重金屬監測系統可用於監測環境空氣中的重金屬汙染物質。但存在以下問題I、檢測滯後環境空氣中重金屬含量較低，每ー個監測周期的採樣時間較長，對濾膜上富集的重金屬汙染物質的檢測只能在採樣過後才能進行，使得檢測滯後；2、浪費時間在整個監測過程中，需要移動濾膜以實現採樣和檢測之間的切換，這就使得整個監測周期須有一定的時間用於移動濾膜，浪費了時間。3、不能反應氣體中元素的變化狀況在一個監測周期中待全部採樣時間過後才對富集的顆粒物進行檢測，得到的檢測結果是一個監測周期中採樣時間段內環境空氣中重金屬元素的平均含量，無法捕捉採樣時間段內重金屬汙染物的變化規律，不能反應氣體中元素的變化狀況。
實用新型內容為了解決現有技術中的上述不足，本實用新型提供了ー種能夠實時監測氣體中元素含量的氣體中元素的監測系統。為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案本實用新型提供了ー種氣體中元素的監測系統，包括採樣單元、檢測分析単元和控制電路，所述採樣単元包括採樣管路，所述檢測分析単元包括X射線源和探測器，其特點是:所述採樣管路包括上管路和下管路；所述X射線源和探測器分別位於上管路和/或下管路的側面；[0017]被採集到採樣管路中仍處於流路中的氣體中的顆粒物被X射線源發出的X射線激發，所產生的X射線螢光被探測器接收。進ー步，所述監測系統還包括濾膜和濾膜移動單元，所述上管路位於濾膜的上方，下管路位於濾膜的下方。進ー步，所述上管路和/或下管路可被X射線穿過。作為優選，所述上管路和/或下管路為聚四氟こ烯管或矽膠管或氟塑料管或PU聚
氨酯管。進ー步，所述上管路和/或下管路為活動部件，在控制電路的控制下移動。進一歩，所述監測系統還包括時序控制模塊，所述時序控制模塊控制監測系統按照以下時序工作採樣，氣體被採樣單元採集到流路中，氣體中的顆粒物被富集到濾膜上；移開上管路和/或下管路，所述控制電路控制上管路和/或下管路從採樣點移開，使採樣管路從採樣狀態轉換至檢測狀態；檢測，檢測分析單元檢測富集在濾膜上的顆粒物；上管路和/或下管路復位，控制電路控制上管路和/或下管路移至採樣點，使採樣管路從檢測狀態恢復至採樣狀態。進ー步，所述控制電路識別濾膜處於採樣區域部分的狀態，井根據識別結果控制濾膜移動單元移動濾膜。作為優選，所述控制電路根據採樣単元的抽氣流量或檢測分析単元的檢測結果識別濾膜處於採樣區域部分的狀態。進ー步，所述濾膜為帶狀或片狀。本實用新型與現有技術相比具有以下有益效果I、實現了實時監測本實用新型對富集在濾膜上仍處於採樣區域的顆粒物進行檢測，實現了在採樣的同時對顆粒物的及時檢測，實現了對重金屬汙染物的實時連續監測，克服了採樣富集帶來的時間消耗及檢測滯後現象，能夠更細緻更及時的觀察重金屬汙染物含量隨時間的變化規律。2、節省了濾膜和檢測時間對不採用濾膜的檢測方式，節省了濾膜和檢測時間；對於採用濾膜的檢測方式，通過檢測濾膜的運行狀態，使得在濾膜上富集了足夠多顆粒物時再進行濾膜採樣點的切換或濾膜的更換，使得濾膜得到了最大程度的利用，與只能按照設定的採樣時間來進行濾膜採樣點的切換和濾膜的更換的傳統方法相比，同樣節省了濾膜；且濾膜移動時間比傳統儀器的移動時間大大減少，減少了傳統富集採樣方式中的在一個監測周期內毎次採樣及檢測之間切換時移動濾膜所浪費的時間，節省了時間，確保了監測的連續性。
圖I為實施例I中氣體中元素的監測系統的結構示意圖；圖2為實施例2中的氣體中元素的監測系統的結構示意圖；圖3為實施例2中的濾膜的結構示意圖；[0038]圖4為實施例3中的氣體中元素的監測系統的結構示意圖；圖5為實施例3中的濾膜的結構示意圖；圖6為實施例4中的氣體中元素的監測系統的結構示意圖。
具體實施方式
實施例I請參閱圖1，ー種氣體中元素的監測系統，包括採樣單元、檢測分析単元和控制電路12 ；所述採樣単元包括抽氣泵I、採樣管路100和流量控制器10，所述採樣管路100包括上管路和下管路，所述上管路和下管路可以為同一條管路，也可以為兩條不同的管路，只要能將氣體中的顆粒物採集至流路中即可。所述採樣単元中的抽氣泵I以一定流量將氣體採集到流路中。其中，採樣單元的流量控制器10與控制電路12相連，以便於控制電路12監測流量控制器10的工作狀態。所述檢測分析単元包括X射線源13與探測器14，分別位於上管路和/或下管路的側面；X射線源13發出的X射線照射在採樣管路內的一定體積104上，被採集到採樣管路100中仍處於流路中的一定體積104內的顆粒物被X射線源13發出的X射線激發，所產生的X射線螢光被探測器14接收。所述上管路和/或下管路能夠透過X射線及X射線螢光。本實施例中，所述上管路和下管路為同一個管路，所述X射線源13和探測器14分別位於採樣管路100的兩側，用於在採樣的同時，對流過採樣管路100中的一定體積104內的顆粒物進行直接實時檢測，即X射線源13發出的X射線透過採樣管路100，照射在被採集到採樣管路100中仍處於流路中的一定體積104內的顆粒物上，顆粒物被X射線13激發後所產生的X射線螢光透過採樣管路100後被探測器14接收。這種檢測方式，不需要對氣體中的顆粒物進行富集，不需要濾膜等富集結構，即能實現對氣體中的顆粒物在採樣的同時進行實時在線監測，使得裝置結構簡單，適用於氣體中顆粒物尤其是目標金屬元素含量較高的場合和/或檢測限更高的儀器。本實施例還提供了ー種氣體中元素的監測方法，包括以下步驟A、採用本實施例的監測系統；氣體被採樣單元採集到流路中；B、檢測分析單元對仍處於流路中的氣體中的顆粒物進行檢測X射線源13發出的X射線透過採樣管路100，照射在被採集到採樣管路100中仍處於流路中的氣體中的顆粒物上，顆粒物被X射線激發後所產生的X射線螢光透過採樣管路100後被探測器14接收。實施例2請參閱圖2，ー種氣體中元素的監測系統，與實施例I所述的監測系統不同的是所述監測系統還包括濾膜111和濾膜移動單元11，用於富集氣體中的顆粒物；I、採樣單元和檢測分析單元所述採樣単元的採樣管路包括上管路101和下管路102，所述上管路101位於濾膜111的上方，下管路111位於濾膜111的下方。[0059]所述X射線源13與探測器14，分別位於上管路101和/或下管路102的側面；X射線源13發出的X射線照射在富集在濾膜上的顆粒物上，顆粒物被激發後產生的X射線螢光被探測器接收。而X射線源13與探測器14分別位於上管路101和/或下管路102的側面，則，上管路和/或下管路總有部分會擋光，或阻擋X射線照在富集在濾膜上的顆粒物上，或阻擋顆粒物被激發後所產生的X射線螢光被探測器接收。為了實現對氣體中元素的實時連續監測，即為了實現使設置在上管路101和/或下管路102的側面的X射線源13和探測器14對富集在濾膜上仍處於採樣區域的顆粒物的檢測，只要能使X射線源13發出的X射線能夠照射到富集在濾膜111上的顆粒物上，且，顆粒物被激發後產生的X射線螢光能夠被探測器14接收即可；即使上管路101和/或下管路102在光路中的部分可被X射線和/或X射線螢光穿透，或將其移開；則，上管路101和/或下管路102在光路中的部分為透光部分，若透光部分可被X射線螢光穿過時，上管路和/或下管路透光部分為聚四氟こ烯(PTFE)管或矽膠管或氟塑料(FEP)管或PU聚氨酯管等；若將上管路101和/或下管路102在光路中的部分移開，則監測系統還包括被控制電路控制的移動相應管路的移動部件。本實施例中，X射線源13與探測器14設置在上管路101的兩側，則上管路101的下部為透光部分，上管路101的透光部分為聚四氟こ烯(PTFE)管。2、濾膜111、濾膜移動單元11和控制電路12所述濾膜111，用於富集採集到流路中的氣體中的顆粒物。本實施例的濾膜為帯狀濾膜。處於採樣區域的濾膜111在採樣點富集顆粒物之後會形成與上管路101內徑形狀相同的斑110，如圖3所示。當需要更換採樣點時，控制電路12控制濾膜移動單元11將濾膜111前移ー個周期即可。 採樣區域是指，濾膜能夠富集被採樣單元採集到流路中的氣體中的顆粒物時所處的位置，濾膜上富集顆粒物的點為採樣點。所述濾膜移動單元11，用以在控制電路12的控制下移動濾膜111。由於X射線源和探測器設置在採樣管路中上管路和/或下管路的側面，對富集在濾膜上的顆粒物進行實時連續監測。所述實時連續監測是指在每個監測周期內，在不移動採樣點的情況下，對同一採樣點進行實時測量，直至需要更換採樣點，控制電路控制濾膜移動部件移動濾膜，將下一周期對應的濾膜移動至採樣區域進行採樣。若富集在濾膜上的顆粒物過高時，抽氣流量不能穩定在預設流量值，流量會發生變化，不穩定，同時，本底過高，不利於測量。此時，需要更換濾膜採樣點，則每個濾膜採樣點均經過移動至採樣區域、採樣、採樣過後移開採樣區域的過程，則，將此過程稱為ー個監測周期。為了便於在各監測周期之間轉換濾膜採樣點，需要判斷濾膜的運行狀態；進ー步，控制電路還用於識別濾膜處於採樣區域部分的狀態，識別濾膜是否需要更換或移動；並根據識別結果控制濾膜移動部件移動濾膜。作為優選，所述控制電路根據採樣単元的抽氣流量或檢測單元的檢測結果識別濾膜處於採樣區域部分的狀態。[0074]當根據採樣単元的抽氣流量識別時，若抽氣流量出現明顯下降，控制電路12判斷該採樣點抽氣流量過小，控制X射線源13和探測器14停止檢測，並控制採樣單元的移動部件抬起上管路101，濾膜111被濾膜移動單元11前移一個步長的位置，再控制上管路101復位下壓到新的採樣點，進行下一周期的監測，控制電路控制上管路的抬起及復位為本領域的現有技術，在此不再贅述。當根據檢測単元的檢測結果識別時，針對待檢測金屬元素的含量設定ー個限值，若在檢測過程中檢測到的金屬元素的含量達到此限值，就可判斷需要更換濾膜。在每ー個監測周期中，會對處於採樣區域的同一採樣點上的顆粒物的信號進行多次連續採集，則每次採集後得到的測量結果都是本監測周期內該採樣點在本次測量之前所有測量結果的疊加，因此，將上一次測量結果扣除，即可得到本次的測量結果。每次測量的時間間隔可根據具體環境情況來確定，如可以5分鐘或10分鐘進行一次。但在ー個監測周期內，每一次測量的時間很短，若氣體中元素的含量過低，則每個監測周期內的前幾次測量結果很可能在儀器的檢出限之下。因此，在每一個監測周期的空白時間內不進行測量。所述空白時間是指在每個監測周期內，從監測開始到測量能夠達到儀器的檢測限的時間。每個監測周期的空白時間可根據環境空氣品質情況來設定。上管路101和/或下管路111的透光部分可被X射線較輕易的穿透，但是很可能存在較強的散射，因此可能會對X射線造成一定的削弱，從而導致測量精度下降，因此，作為優選，可以選擇大功率X光管。本實施例還提供了ー種氣體中元素的監測方法，在每個監測周期內，步驟如下A、提供本實施例所述的監測系統；氣體經由採樣管路被採集到流路中，氣體中的顆粒物被富集到濾膜上；濾膜移動單元11在控制電路12的控制下控制濾膜111的移動；控制電路12控制濾膜移動單元11移動濾膜使其處在採樣區域內處於採樣狀態，即能夠富集氣體中的顆粒物的狀態；採樣單元以一定流量將氣體採集到流路中,氣體中的顆粒物包括目標金屬元素被濾膜111富集；B、所述檢測分析單元對富集在濾膜上仍處於採樣區域的顆粒物進行檢測設置在上管路101 —側的X射線源13發出的X射線透過上管路101的透光部分照射在濾膜上富集的顆粒物上，被激發的X射線螢光透過上管路101的透光部分被探測器14接收，探測結果被後續分析。本實施例測量的是環境空氣中的重金屬Pb的含量，設定的空白時間為20min，設定每個測量周期內每次測量的時間間隔為lOmin。在監測過程中，所述控制電路12根據採樣単元的抽氣流量識別濾膜111處於採樣區域部分的狀態。若抽氣流量小於預設流量值(預設流量值為16. 7L/min)的90%時，控制電路12判斷該採樣點抽氣流量過小，控制X射線源13和探測器14停止工作，並控制採樣單元的移動部件抬起上管路101，濾膜被濾膜移動單元11前移一個步長的位置後再控制上管路101下壓到新的採樣點，進行下一周期的採樣及檢測。在每ー個監測周期中，會進行多次對顆粒物的信號採集，則每次採集後得到的測量結果都是該採樣點之前所有測量結果的疊加，因此，將上一次測量結果扣除，即可得到本次的測量結果。實施例3請參閱圖4，ー種氣體中元素的監測系統，與實施例2中所述的監測系統不同的是請參閱圖5，本實施例的濾膜為片狀濾膜112，片狀濾膜112上有採樣區103，處於採樣區域的濾膜112在採樣點富集顆粒物之後在採樣區103內形成與上管路101內徑形狀相同的圓斑210 ;所述片狀濾膜112可以為圓形或多邊形。控制電路22控制濾膜移動部件21移動濾膜或轉動濾膜，實現濾膜上各個採樣區 之間的切換或濾膜的更換。本實施例中，濾膜移動部件21為圓盤。本實施例還提供了ー種氣體中元素的監測方法，每個監測周期的步驟與實施例2中所述的監測方法不同的是在步驟A中，採用本實施例的監測系統。實施例4請參閱圖6，ー種氣體中元素的監測系統，與實施例2中所述的監測系統不同的是I、本實施例的X射線源13和探測器14分別設置在下管路202的兩側；2、上管路201不透X射線和X射線螢光；下管路202上端的透光部分為可被X射線及X射線螢光透過的材料，為矽膠管。本實施例還提供了ー種氣體中元素的監測方法，每個監測周期的步驟與實施例I中所述的監測方法不同的是I、在步驟A中，採用本實施例的監測系統；2、在步驟B中，設置在下管路202 —側的X射線源13發出的X射線透過下管路202的透光部分照射在濾膜上富集的顆粒物上，被激發的X射線螢光透過下管路202的透光部分被探測器接收，探測結果被後續分析；本實施例測量的是環境空氣中的重金屬Pb的含量，設定的空白時間為15min，設定每個測量周期內每次測量的時間間隔為5min。控制電路根據檢測單元的檢測結果識別濾膜處於採樣區域部分的狀態，並據此控制濾膜移動部件轉動濾膜。實施例5ー種氣體中元素的監測系統，與實施例2中所述的監測系統不同的是所述上管路和/或下管路為活動部件，在控制電路的控制下移動，即移至採樣區域或從採樣區域移開。當需要採樣時，採樣管路需處於採樣狀態，即此時，上管路和/或下管路在控制電路的控制下移至採樣區域；當需要檢測吋，採樣管路需處於檢測狀態，即此吋，上管路和/或下管路在控制電路的控制下移開採樣區域；採樣管路處於採樣狀態是指濾膜富集氣體中的顆粒物時，上管路和/或下管路所處的狀態。處於檢測狀態是指濾膜上富集的顆粒物能夠被檢測分析単元檢測時上管路和/或下管路所處的狀態。[0112]本實施例的監測系統還包括時序控制模塊，所述時序控制模塊控制所述監測系統在監測周期內的毎次測量按照以下時序工作採樣，氣體經由採樣管路被採集到流路中，氣體中的顆粒物被富集到濾膜上；移開上管路和/或下管路，控制電路控制上管路和/或下管路移開，採樣管路從採樣狀態轉換至檢測狀態；檢測，檢測分析單元檢測富集在濾膜上的顆粒物；上管路和/或下管路復位，控制電路控制上管路和/或下管路移至採樣點，採樣管路從檢測狀態恢復至採樣狀態。在一個監測周期內，每次測量均要進行採樣和檢測之間的切換，切換時只需將上管路和/或下管路移開或復位即可，移開和復位的對象是上管路還是下管路還是上管路和下管路，根據X射線源和探測器的設置位置來確定。本實施例中，X射線源和探測器分別位於上管路的兩側，則在採樣和檢測之間切換時，只需將上管路抬起或復位即可。ー種氣體中元素的監測方法，每個監測周期的步驟與實施例2中所述的監測方法不同的是採用本實施例的監測系統；採樣，氣體經由採樣管路被採集到流路中，氣體中的顆粒物被富集到濾膜上；抬起上管路，控制電路控制上管路抬起，採樣管路從採樣狀態轉換至檢測狀態；檢測，檢測分析單元檢測富集在濾膜上的顆粒物；上管路復位，控制電路控制上管路下壓至濾膜上，採樣管路從檢測狀態恢復至採樣狀態。實施例6ー種氣體中元素的監測系統，與實施例2中所述的監測系統不同的是I、X射線源位於上管路/下管路的ー側，探測器位於下管路/上管路的ー側，即X射線源和探測器分別位於濾膜的兩側；X射線源發出的X射線照射在富集在濾膜上的顆粒物上，顆粒物被激發所產生的X射線螢光被探測器接收。2、上管路和下管路的透光部分可被X射線和X射線螢光透過；或將上管路和下管路移開。本實施例不移開上管路和下管路，上管路和下管路的透光部分為氟塑料(FEP)管。本實施例還提供了ー種氣體中元素的監測方法，每個監測周期的步驟與實施例2中所述的監測方法不同的是I、在步驟A中，採用本實施例的監測系統；2、在步驟B中，每次測量的時間間隔為5min。上述實施方式不應理解為對本實用新型保護範圍的限制。本實用新型的關鍵是通過實時採集富集在濾膜上的顆粒物的信息，獲得監測周期內顆粒物含量的變化規律。在不脫離本實用新型精神的情況下，對本實用新型做出的任何形式的改變均應落入本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.ー種氣體中元素的監測系統，包括採樣單元、檢測分析単元和控制電路，所述採樣單元包括採樣管路，所述檢測分析単元包括X射線源和探測器，其特徵在於 所述採樣管路包括上管路和下管路； 所述X射線源和探測器分別位於上管路和/或下管路的側面； 被採集到採樣管路中仍處於流路中的氣體中的顆粒物被X射線源發出的X射線激發，所產生的X射線螢光被探測器接收。
2.根據權利要求I所述的監測系統，其特徵在於 所述監測系統還包括濾膜和濾膜移動單元，所述上管路位於濾膜的上方，下管路位於濾膜的下方。
3.根據權利要求I或2所述的監測系統，其特徵在於所述上管路和/或下管路可被X射線穿過。
4.根據權利要求3所述的監測系統，其特徵在於所述上管路和/或下管路為聚四氟こ烯管或矽膠管或氟塑料管或PU聚氨酯管。
5.根據權利要求I或2所述的監測系統，其特徵在於所述上管路和/或下管路為活動部件，在控制電路的控制下移動。
6.根據權利要求5所述的監測系統，其特徵在於所述監測系統還包括時序控制模塊，所述時序控制模塊控制監測系統按照以下時序工作 採樣，氣體被採樣單元採集到流路中，氣體中的顆粒物被富集到濾膜上； 移開上管路和/或下管路，所述控制電路控制上管路和/或下管路從採樣點移開，使採樣管路從採樣狀態轉換至檢測狀態； 檢測，檢測分析単元檢測富集在濾膜上的顆粒物； 上管路和/或下管路復位，控制電路控制上管路和/或下管路移至採樣點，使採樣管路從檢測狀態恢復至採樣狀態。
7.根據權利要求2所述的監測系統，其特徵在於所述控制電路識別濾膜處於採樣區域部分的狀態，井根據識別結果控制濾膜移動單元移動濾膜。
8.根據權利要求7所述的監測系統，其特徵在於所述控制電路根據採樣単元的抽氣流量或檢測分析単元的檢測結果識別濾膜處於採樣區域部分的狀態。
9.根據權利要求2所述的監測系統，其特徵在於所述濾膜為帶狀或片狀。
專利摘要本實用新型涉及一種氣體中元素的監測系統，包括採樣單元、檢測分析單元和控制電路，所述採樣單元包括採樣管路，所述檢測分析單元包括X射線源和探測器；所述採樣管路包括上管路和下管路；所述X射線源和探測器分別位於上管路和/或下管路的側面；被採集到採樣管路中仍處於流路中的氣體中的顆粒物被X射線源發出的X射線激發，所產生的X射線螢光被探測器接收。本實用新型具有測量連續性好、節省時間等優點。
文檔編號G01N1/40GK202404045SQ20112057765
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者葉華俊, 姜雪嬌, 郭生良, 陳俠勝 申請人:杭州聚光環保科技有限公司, 聚光科技(杭州)股份有限公司