一種在線顆粒物分析儀流量自動檢查和校準裝置及方法與流程
2023-06-01 03:03:36
本發明涉及一種環境顆粒物分析儀的流量檢測裝置及方法，具體涉及一種在線顆粒物分析儀流量自動檢查和校準裝置及方法。
背景技術：
大氣顆粒物一直是大氣環境研究的一個熱點，目前主要的研究方向有：顆粒物的化學組成、輻射特性、雲霧降水過程、非均相化學過程以及形成和轉化機制等。研究表明：顆粒物濃度升高不僅會導致能見度退化、引起區域灰霾現象，還會影響人體健康和地面太陽輻射。尤其是可吸入顆粒物(PM10)和細顆粒物(PM2.5)，與較粗的大氣顆粒物相比，它們的粒徑小，面積大，活性強，易附帶有毒、有害物質(重金屬、持久性有機物等)，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。因此，對大氣顆粒物的長時間連續在線監測是開展顆粒物汙染成因分析必要條件。
目前，空氣品質自動監測站普遍配備了在線顆粒物分析儀，用於實時分析環境空氣中的可吸入顆粒物(PM10)和細顆粒物(PM2.5)。在空氣自動監測領域，質量控制(QC)工作是整個空氣品質監測網絡的關鍵工作之一，是數據準確性的根本保障。而流量則是在線顆粒物分析儀的一個重要量值指標，測量結果的準確性直接受到流量準確度的影響。
在工業生產、供水供氣、集中供暖等自動化集成程度高的領域，流體流量測量適配器非常多見，但是對於這些裝置的準確性驗證卻是一個比較大的難題。在現有的技術條件下，一種成熟的連接切換器應滿足以下兩方面內容，首先，應避免外接裝置對在線監測設備工作狀態的影響，其次，在轉換為校準模式時，應減少對外接流量計測量準確性的影響。空氣品質自動監測站是環境監測領域中自動化集成程度最高的一個單元，也肩負著實況發布空氣品質在線監測數據的使命，但是使用外接標準流量計對不同汙染物在線監測設備實現智能化流量檢查和校準的裝置仍沒有。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是：提供一種在線顆粒物分析儀流量自動檢查和校準裝置。
本發明的另一目的是：提供一種在線顆粒物分析儀流量自動檢查和校準方法。
本發明的目的通過下述技術方案實現：一種在線顆粒物分析儀流量自動檢查和校準裝置，包括旋風式切割器、連接切換器、顆粒物分析儀、抽氣泵、標準流量計以及控制終端，旋風式切割器、顆粒物分析儀和標準流量計分別與連接切換器連接，顆粒物分析儀與抽氣泵連接；
控制終端與連接切換器連接，用於控制顆粒物分析儀與旋風式切割器接通或標準流量計接通；
標準流量計與控制終端連接，用於向控制終端發送瞬時流量值；
顆粒物分析儀與控制終端連接，顆粒物分析儀向控制終端發送其檢測到的瞬時流量值；
控制終端通過比較標準流量計與顆粒物分析儀檢測到的瞬時流量值，當兩者的差值大於設定值時，控制終端向顆粒物分析儀發送校準指令，顆粒物分析儀對顆粒物分析儀中的流量計進行流量校準。
優選的，所述連接切換器包括三通閥、切割頭、切割頭套接頭、管接頭、採樣管適配器、採樣管以及導流管，三通閥具有兩個氣體進口和一個氣體出口，兩個氣體進口分別與切割頭和採樣管適配器連接，氣體出口與管接頭連接，旋風式切割器通過切割頭與切割頭套接頭連接，標準流量計通過導流管與管接頭連接，顆粒物分析儀通過採樣管與採樣管適配器連接。
優選的，所述管接頭外表面橫截面呈六邊形，內表面橫截面為圓形。
優選的，還包括站房，旋風式切割器和連接切換器設置於站房外，顆粒物分析儀、抽氣泵以及標準流量計設置於站房內。
優選的，所述三通閥為電動三通閥，控制終端與電動三通閥的驅動電機連接。
優選的，還設有警報系統，警報系統與控制終端連接。
一種在線顆粒物分析儀流量自動檢查和校準方法，包括以下步驟：
採樣分析：連接切換器將顆粒物分析儀與旋風式切割器接通，抽氣泵啟動，環境空氣從旋風式切割器抽入，並通過連接切換器後進入到顆粒物分析儀進行分析，最後通過抽氣泵抽出；
當進行流量檢查時，連接切換器將顆粒物分析儀與旋風式切割器的連接切斷並將標準流量計與顆粒物分析儀接通，空氣從標準流量計抽入，通過連接切換器後進入到顆粒物分析儀，通過標準流量計獲取實時的瞬時流量值，當需要流量校準時，控制終端比較標準流量計與顆粒物分析儀檢測到的瞬時流量值，當兩者的差值大於公差設定值時，控制終端向顆粒物分析儀發送校準指令，顆粒物分析儀對顆粒物分析儀中的流量計進行流量校準，流量校準完成後，連接切換器將標準流量計與顆粒物分析儀的連接切斷並將顆粒物分析儀與旋風式切割器接通，繼續進行採樣分析；
如不需要流量校準時，記錄標準流量計讀數，即形成流量檢查報表。
優選的，在進行流量校準之前，通過公式1和公式2進行瞬時流量值穩定度測試：
公式1：<![CDATA[ Q R = 1 n Σ i = 1 n Q R i ]]>
公式2：<![CDATA[ S = 100 × ( 1 - 2 Σ i = 1 n ( Q R i - Q R ) 2 Q R ) ]]>
其中，n為獲取的瞬時流量值的數量；
QRi為第i次獲得的瞬時流量值；
為瞬時流量值的平均值；
S為穩定度；
獲取標準流量計設定數量的瞬時流量值，並將該設定數量代入公式1中的n，將各瞬時流量值代入公式1中的QRi,計算出標準流量計的流量平均值將標準流量計的流量平均值再代入公式2中的求出穩定度S；
當穩定度S小於或等於設定穩定度值時，則判定流量穩定，控制終端開始進行流量校準；
當穩定度S大於標準穩定度值時，則判定流量結果不穩定，控制終端不進行流量校準，再次進行瞬時流量值穩定度測試，直至穩定度S小於或等於設定穩定度值，若在設定時間內仍不能達到標準穩定度值，控制終端控制連接切換器將顆粒物分析儀與旋風式切割器接通。
優選的，若在設定時間內，仍不能達到標準穩定度值，控制終端控制連接切換器將顆粒物分析儀與旋風式切割器接通並發出警報。
優選的，所述公差設定值為5％；獲取標準流量計10個瞬時流量值；設定穩定度值為2％；若在10分鐘內仍不能達到標準穩定度值，控制終端控制連接切換器將顆粒物分析儀與旋風式切割器接通。
本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果：
1、本發明的在線顆粒物分析儀流量自動檢查和校準裝置及方法能有效降低流量校準工作的執行難度、減少測量誤差，還可以極大的節省人力和物力，特別適用於顆粒物分析儀的日常運行維護過程中和流量驗收工作中，能滿足測試設定的要求，能適用於現有分析方法(如：微量振蕩天平分析方法、β射線分析方法)和各品牌型號顆粒物分析儀中(如：Thermo 1405、Thermo SHARP 5030、Thermo FH62-C14、E.S.A MP101M、Metone BAM 1020、天虹TH-2000PM和先河XHPM2000E等等)。本發明的瞬時流量值數據獲取與核算流程簡單，便於設計相應計算機軟體。
2、本發明在進行流量校準之前進行瞬時流量值穩定度測試，能智能評判獲取的瞬時流量值是否趨於穩定，如果小於或等於設定穩定度值時，則認為標準流量計輸出的結果穩定可作為真實結果，然後再進行流量校準，從而確保準確進行流量校準，與靠人為判定的方法相比，排除了人為因素的影響，具有更高的準確性，因此，本發明能為顆粒物分析儀的流量自動檢查和校準提供有力的保障。此外進行瞬時流量值穩定度測試不僅可以判斷瞬時流量值是否趨於穩定，也可以作為判定顆粒物分析儀在運行過程中是否穩定的重要依據。
3、本發明在對PM2.5顆粒物分析儀進行驗收時可使標準流量計連續長時間進行檢測，如：連續檢測6小時，並至少每隔5min記錄一次標準流量計PM2.5顆粒物分析儀的瞬時流量值，可見本發明減少了人工記錄及人工校準的工作量，實現全自動化記錄和校準。
4、本發明的在線顆粒物分析儀流量自動檢查和校準裝置的連接切換器易於加工和安裝，本發明採用採樣管嵌入式的連接方式，完全滿足不同品牌和不同原理的顆粒物分析儀流量檢查和校準的要求。
附圖說明
圖1是本發明進行採樣分析時，連接切換器將顆粒物分析儀與旋風式切割器接通的示意圖。
圖2是本發明進行流量校準時，連接切換器將標準流量計與顆粒物分析儀接通的示意圖。
圖3是本發明的連接切換器的結構示意圖。
圖4是本發明的管接頭橫斷截面的結構示意圖。
圖5是本發明的控制終端分別與連接切換器、顆粒物分析儀和標準流量計連接的結構框圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
實施例一：
一種在線顆粒物分析儀流量自動檢查和校準裝置，包括旋風式切割器1、連接切換器2、顆粒物分析儀3、抽氣泵4、標準流量計5以及控制終端，旋風式切割器、顆粒物分析儀和標準流量計分別與連接切換器連接，顆粒物分析儀與抽氣泵連接；
控制終端與連接切換器連接，用於控制顆粒物分析儀與旋風式切割器接通或與標準流量計接通；優選的，控制終端向連接切換器發送控制指令，使連接切換器控制與旋風式切割器接通或與標準流量計接通。
標準流量計與控制終端連接，用於向控制終端發送瞬時流量值；
顆粒物分析儀與控制終端連接，顆粒物分析儀向控制終端發送其檢測到的瞬時流量值；
控制終端通過比較標準流量計與顆粒物分析儀檢測到的瞬時流量值，當兩者的差值大於設定值時，控制終端向顆粒物分析儀發送校準指令，對顆粒物分析儀中的流量計進行流量校準。
優選的，所述連接切換器包括三通閥6、切割頭7、切割頭套接頭8、管接頭9、採樣管適配器10、採樣管11以及導流管12，三通閥具有兩個氣體進口和一個氣體出口，兩個氣體進口分別與切割頭和採樣管適配器連接，氣體出口與管接頭連接，旋風式切割器通過切割頭與切割頭套接頭連接，標準流量計通過導流管與管接頭連接，顆粒物分析儀通過採樣管與採樣管適配器連接。
切割頭套接頭和採樣管適配器均為中通筒狀結構，其中，切割頭套接頭內徑為7mm，切割頭套接頭外徑為32mm。採樣管適配器內徑為32mm，採樣管適配器外徑為39mm。
優選的，所述管接頭外表面橫截面呈六邊形，內表面橫截面為圓形。
優選的，還包括站房13，旋風式切割器和連接切換器設置於站房外，顆粒物分析儀、抽氣泵以及標準流量計設置於站房內。
優選的，所述三通閥為電動三通閥，控制終端與電動三通閥的驅動電機連接。
優選的，還設有警報系統，警報系統與控制終端連接。
實施例二：
一種在線顆粒物分析儀流量自動檢查和校準方法，包括以下步驟：
採樣分析：連接切換器將顆粒物分析儀與旋風式切割器接通，抽氣泵啟動，環境空氣從旋風式切割器抽入，並通過連接切換器後進入到顆粒物分析儀進行分析，最後通過抽氣泵抽出；
當進行流量檢查時，連接切換器將顆粒物分析儀與旋風式切割器的連接切斷並將標準流量計與顆粒物分析儀接通，空氣從標準流量計抽入，通過連接切換器後進入到顆粒物分析儀，通過標準流量計獲取實時的瞬時流量值，當需要流量校準時，控制終端比較標準流量計與顆粒物分析儀檢測到的瞬時流量值，當兩者的差值大於公差設定值時，控制終端向顆粒物分析儀發送校準指令，顆粒物分析儀對顆粒物分析儀中的流量計進行流量校準，流量校準完成後，連接切換器將標準流量計與顆粒物分析儀的連接切斷並將顆粒物分析儀與旋風式切割器接通，繼續進行採樣分析；
如不需要流量校準時，記錄標準流量計讀數，即形成流量檢查報表。
優選的，在進行流量校準之前，通過公式1和公式2進行瞬時流量值穩定度測試：
公式1：<![CDATA[ Q R = 1 n Σ i = 1 n Q R i ]]>
公式2：<![CDATA[ S = 100 × ( 1 - 2 Σ i = 1 n ( Q R i - Q R ) 2 Q R ) ]]>
其中，n為獲取的瞬時流量值的數量；
QRi為第i次獲得的瞬時流量值；
為瞬時流量值的平均值；
S為穩定度；
獲取標準流量計設定數量的瞬時流量值，並將該設定數量代入公式1中的n，將各瞬時流量值代入公式1中的QRi,計算出標準流量計的流量平均值將標準流量計的流量平均值再代入公式2中的求出穩定度S；
當穩定度S小於或等於設定穩定度值時，則判定流量穩定，控制終端開始進行流量校準；
當穩定度S大於標準穩定度值時，則判定流量結果不穩定，控制終端不進行流量校準，再次進行瞬時流量值穩定度測試，直至穩定度S小於或等於設定穩定度值，若在設定時間內仍不能達到標準穩定度值，控制終端控制連接切換器將顆粒物分析儀與旋風式切割器接通。
優選的，若在設定時間內，仍不能達到標準穩定度值，控制終端控制連接切換器將顆粒物分析儀與旋風式切割器接通並發出警報。
優選的，所述公差設定值為5％；獲取標準流量計10個瞬時流量值；設定穩定度值為2％；若在10分鐘內仍不能達到標準穩定度值，控制終端控制連接切換器將顆粒物分析儀與旋風式切割器接通。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。