一種煙粉塵粒子濃度監測儀的製作方法

2023-10-08 01:55:59 2

本實用新型涉及一種監測儀器，尤其涉及一種煙粉塵粒子濃度監測儀。

背景技術：

粒子的濃度測量是一個廣泛的需求，例如，環保行業的煙塵濃度的測量、粉體加工及輸運過程中的顆粒相濃度的測量等。

目前，對於離子濃度的測量主要採用對穿法及後散射法：

對穿法是將光束透過待測粒子兩相流，由於吸收和散射的作用，光束的光強減弱，在粒子濃度和光束強度之間存在以下的關係：

I/I0＝e-KCL

式中：I0、入射光強；I、出射光強；K、與粒子折射率、尺寸等相關的常數；L、光程；C、粒子的濃度；

這樣通過測量I0、I就可以得到粒子的濃度。

後散射法是將一束光投射到粒子兩相流，在後向接收顆粒物的散射光，根據MIE理論，在離子濃度相對不高的情況下，散射光強度和粒子的濃度成正比。通過測量後向散射光的強度，得到粒子的濃度值。

隨著時間的推移，汙染源排放濃度逐年降低，無論是對穿法還是後向散射法的解析度和靈敏度都逐漸不能滿足現實的需求；早期汙染源排放的濃度範圍大都在200mg/m3到1000mg/m3左右，而現實的汙染源排放經常在5mg/m3～30mg/m3，對穿法和後散射法已經遠遠滿足不了要求。

另外，對著對環境控制要求的提高，越來越多的排放口增加了溼法脫硫除塵等工藝，排放氣體的溫度大多在100℃以下，這時排放氣體含有大量的水霧，對穿法和後散射法無法區別出水霧和顆粒物，導致測量失效。

為了提高檢測的靈敏度和分辨力，本發明採用前向散射的方法，比之對穿法和後散射法分辨力可以提高1個數量級以上，可以滿足所有的排放煙塵測量的靈敏度和分辨力要求；同時，採用抽取加熱的方法，將煙氣抽出加熱到100℃以上，使得霧狀存在的水轉換成分子態的水，消除掉水霧的幹擾。

本案採用前向散射方式，需要指出的是，目前缺少一種能夠結合壓縮氣引入流路、引流流路、反吹狀態及流路、氣幕流路、排水流路等子系統並將這些子系統合理的統一在監測儀的設備，因此，針對以上方面，需要對現有監測裝置進行合理的改進。

技術實現要素：

針對以上缺陷，本實用新型提供一種穩定可靠、有利於大幅度增加維護間隔時間、可避免汙染、應用範圍廣泛的煙粉塵粒子濃度監測儀，以解決現有技術的諸多不足。

為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案：

一種煙粉塵粒子濃度監測儀，由半導體雷射器、冷卻室、絕熱連接件、均熱室、絕熱保溫層、壓縮氣引入流路單元、引流單元、反吹流路單元、氣幕流路單元、跨度及量程校準流路單元、疏水流路單元組成，所述絕熱保溫層於儀器機體內部形成一個封閉的保溫腔體並且該腔體將儀器分為加熱保溫部分與不加熱部分，該保溫腔體所經過儀器內的中心部位安裝絕熱連接件，該絕熱連接件其中一端連接冷卻室，此冷卻室外圍設置半導體雷射器並且該半導體雷射器與機體上的雷射驅動單元相接，此冷卻室內部裝有準直器，所述冷卻室頂部管路通過壓縮氣出口導管連接至壓縮氣罐，該冷卻室底部管路通過壓縮氣導管連接至機體底部的壓縮氣連接頭；

所述絕熱連接件內部增設氣幕導孔並且該氣幕導孔具有三通道，該氣幕導孔第一個通道接入冷卻室；

所述絕熱連接件另一端與維護連接件相接，氣幕導孔的第二個通道接入維護連接件側面，該維護連接件水平連接抽氣連接件，該抽氣連接件外部延伸段與抽氣連接管一端相接，該抽氣連接管另一端連接節流流量測量腔，所述節流流量測量腔下方埠設置帶有噴射泵外殼的噴射泵芯，該噴射泵外殼外側增設引流隙並且該引流隙連接至廢氣出口管，該噴射泵外側具有噴射泵連接嘴並且該噴射泵連接嘴與引流氣導管相連；同時，所述節流流量測量腔帶有兩個側埠，這兩個側埠依次分別連接低壓力引出嘴、高壓引出嘴，這兩個引出嘴依次分別通過低壓力導管、高壓力導管連接至壓差傳感器；

所述氣幕導孔的第三個通道通過氣幕導管接入閥組；

所述抽氣連接件裡端與石英腔體相接，該石英腔體頂部帶有反吹連接嘴，該石英腔體外端則與均熱室連通，該均熱室頂部帶有加熱及溫控單元，該均熱室下方通過加長取樣管連接至機體外部；同時，所述石英腔體下方設置匯聚透鏡組並且該匯聚透鏡組通過信號光纖與光電傳感器相連；所述石英腔體底部安裝校準光座並且該校準光座通過校準光纖與發光二極體相連；

所述疏水流路單元設置於加長取樣管下方，該疏水流路單元由疏水浮子、疏水器殼體、疏水口、疏水導管組成，其中的疏水導管兩端分別與加長取樣管、疏水器殼體相連通，該疏水器殼體上方開設疏水口；所述跨度及量程校準流路單元由壓差傳感器、雷射驅動單元、發光二極體、光電傳感器、信號及流路控制單元組成；

所述機體底部帶有壓縮氣罐，該壓縮氣罐頂面兩側分別設置閥組、流量控制器，其中的閥組頂端帶有反吹氣導管、氣幕導管，其中的流量控制器頂部帶有引流氣導管；

此外，所述冷卻室與絕熱連接件之間具有隔離片；

所述加長取樣管與機體外側之間通過連接法蘭緊固；

所述信號及流路控制單元設置於機體側壁位置處；

所述引流單元分為兩部分，一部分是被引流氣體流量檢測部分，一部分是引流氣流量控制部分。

本實用新型所述的煙粉塵粒子濃度監測儀的有益效果為：

⑴採用前向散射原理，提供分辨力和靈敏度；

⑵採用抽取加熱測量的測量工藝，消除水霧的幹擾；

⑶一體式結構，將採樣、加熱、分析、回送、流量控制包含在一個一體式結構中；

⑷通過增設可拆卸的加長取樣管，運輸時可取下，不同現場要求可現場替換；

⑸系統取樣的凝水採用優良的疏水結構疏水；

⑹系統的整個分析流道包含在一個保溫加熱的封閉腔內；

⑺系統的分析腔體石英腔體採用可現場快速拆卸；

⑻在分析腔上增設一個反吹口，用於清洗分析腔體，降低窗口汙染；

⑼通過增設一個氣幕導孔，保障雷射窗口的清潔；

⑽雷射窗口的鏡片採用傾斜安裝；

⑾可使雷射器安裝在帶有冷卻室的基座上，利用壓縮空氣對雷射器冷卻；

⑿可增加內置節流方式的取樣流量測量裝置，增設噴射引流裝置採樣、以及流量控制裝置控制引流壓縮氣體的流量改變取樣流量。

附圖說明

下面根據附圖對本實用新型作進一步詳細說明。

圖1是本實用新型實施例所述煙粉塵粒子濃度監測儀結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例所述煙粉塵粒子濃度監測儀的測量狀態示意圖。

圖中：

1、半導體雷射器；2、準直器；3、冷卻室；4、隔離片；5、氣幕導孔；6、絕熱連接件；7、維護連接件；8、抽氣連接件；9、校準光座；10、反吹連接嘴；11、匯聚透鏡組；12、石英腔體；13、抽氣連接管；14、信號光纖；15、加熱及溫控單元；16、均熱室；17、高壓引出嘴；18、低壓力導管；19、高壓力導管；20、反吹氣導管；21、壓差傳感器；22、雷射驅動單元；23、發光二極體；24、光電傳感器；25、信號及流路控制單元；26、氣幕導管；27、引流氣導管；28、壓縮氣出口導管；29、閥組；30、流量控制器；31、低壓力引出嘴；32、節流流量測量腔；33、噴射泵芯；34、噴射泵外殼；35、引流隙；36、噴射泵連接嘴；37、廢氣出口管；38、加長取樣管；39、連接法蘭；40、機體；41、校準光纖；42、壓縮氣罐；43、壓縮氣導管；44、壓縮氣連接頭；45、疏水浮子；46、疏水器殼體；47、疏水口；48、疏水導管；49、絕熱保溫層。

具體實施方式

如圖1-2所示，本實用新型實施例所述的煙粉塵粒子濃度監測儀，由半導體雷射器1、冷卻室3、絕熱連接件6、均熱室16、絕熱保溫層49、壓縮氣引入流路單元、引流單元、反吹流路單元、氣幕流路單元、跨度及量程校準流路單元、疏水流路單元組成，所述絕熱保溫層49於儀器機體40內部形成一個封閉的保溫腔體並且該腔體將儀器分為加熱保溫部分與不加熱部分，該保溫腔體所經過儀器內的中心部位安裝絕熱連接件6，該絕熱連接件6其中一端連接冷卻室3，此冷卻室3外圍設置半導體雷射器1並且該半導體雷射器1與機體40上的雷射驅動單元22相接，此冷卻室3內部裝有準直器2，所述冷卻室3頂部管路通過壓縮氣出口導管28連接至壓縮氣罐42，該冷卻室3底部管路通過壓縮氣導管43連接至機體40底部的壓縮氣連接頭44；

相應地，所述絕熱連接件6內部增設氣幕導孔5並且該氣幕導孔5具有三通道，該氣幕導孔5第一個通道接入冷卻室3並且該冷卻室3與絕熱連接件6之間具有隔離片4；

相應地，所述絕熱連接件6另一端與維護連接件7相接，氣幕導孔5的第二個通道接入維護連接件7側面，該維護連接件7水平連接抽氣連接件8，該抽氣連接件8外部延伸段與抽氣連接管13一端相接，該抽氣連接管13另一端連接節流流量測量腔32，所述節流流量測量腔32下方埠設置帶有噴射泵外殼34的噴射泵芯33，該噴射泵外殼34外側增設引流隙35並且該引流隙35連接至廢氣出口管37，該噴射泵外側具有噴射泵連接嘴36並且該噴射泵連接嘴36與引流氣導管27相連；同時，所述節流流量測量腔32帶有兩個側埠，這兩個側埠依次分別連接低壓力引出嘴31、高壓引出嘴17，這兩個引出嘴依次分別通過低壓力導管18、高壓力導管19連接至壓差傳感器21；

相應地，所述氣幕導孔5的第三個通道通過氣幕導管26接入閥組29；

相應地，所述抽氣連接件8裡端與石英腔體12相接，該石英腔體12頂部帶有反吹連接嘴10，該石英腔體12外端則與均熱室16連通，該均熱室16頂部帶有加熱及溫控單元15，該均熱室16下方通過加長取樣管38連接至機體40外部，此加長取樣管38與機體40外側之間通過連接法蘭39緊固；同時，所述石英腔體12下方設置匯聚透鏡組11並且該匯聚透鏡組11通過信號光纖14與光電傳感器24相連；另外，此石英腔體12底部安裝校準光座9並且該校準光座9通過校準光纖41與發光二極體23相連；

相應地，所述疏水流路單元設置於加長取樣管38下方，該疏水流路單元由疏水浮子45、疏水器殼體46、疏水口47、疏水導管48組成，其中的疏水導管48兩端分別與加長取樣管38、疏水器殼體46相連通，該疏水器殼體46上方開設疏水口47；

相應地，所述跨度及量程校準流路單元由壓差傳感器21、雷射驅動單元22、發光二極體23、光電傳感器24、信號及流路控制單元25組成，其中的信號及流路控制單元25設置於機體40側壁位置處；

相應地，所述機體40底部帶有壓縮氣罐42，該壓縮氣罐42頂面兩側分別設置閥組29、流量控制器30，其中的閥組29頂端帶有反吹氣導管20、氣幕導管26，其中的流量控制器30頂部帶有引流氣導管27。

以上本實用新型實施例所述的煙粉塵粒子濃度監測儀，系統工作時，加熱及溫控單元15對系統進行加熱，溫度控制在120℃～200℃範圍內，保證內部流路中溫度高於100℃以確保流路中不含游離的水分，所有水分都是氣態水分；在系統進行正常測量時，煙(粉)塵兩相流氣體由加長取樣管38吸入，導入到均熱室16進行加熱，然後進入石英腔體12，然後通過抽氣連接件8、抽氣連接管13將氣體導入到節流流量測量腔32，然後通過噴射泵芯33由噴射泵引流輸運到廢氣出口管37將廢氣排出。

在測量狀態時，半導體雷射器1發出的雷射束經過準直器2準直，再通過隔離片4進入石英腔體12，在石英腔體12內，雷射束與煙粉塵粒子相遇，粒子產生散射光，部分散射光進入匯聚透鏡組11匯聚到信號光纖14，再導入到光電傳感器24上，通過信號與流路控制單元25將信號轉變成煙粉塵濃度標準信號輸出。

對於壓縮氣引入流路單元，壓縮氣引入流路系統幾個環節需要壓縮氣，首先壓縮氣通過壓縮氣連接頭44由壓縮氣導管43引入到冷卻室3，然後氣體通過壓縮氣出口導管28導入壓縮氣罐42，與壓縮氣罐氣路連通的有閥組29和流量控制單元，閥組29通過信號流路控制單元25控制反吹氣導管20與氣幕導管26與氣罐的連通，流量控制器30通過信號流路控制單元25控制由壓縮氣罐42到引流導氣管27的壓縮氣流量，實現對噴射引流流量的控制。

對於引流單元，分為兩部分，一部分是被引流氣體流量檢測部分，一部分是引流氣流量控制部分，在被引流氣體流量檢測部分，節流流量測量腔32通過低壓力引出嘴21、高壓力引出嘴17，然後分別通過低壓力導管18、高壓力導管19連接到壓差傳感器21上，通過壓差的測量，由信號及流路控制單元26解算出流量信號；在引流氣流量控制部分，壓縮氣罐42中的壓縮氣，通過流量控制器29，再通過引流氣導管27將引流壓縮氣通過噴射泵連接嘴36與噴射泵連接，實現壓縮氣對被引流氣的引流；系統通過被引流氣體流量檢測部分測量的壓差信號，通過號及流路控制單元26解算出流量信號，與設定流量或外部接入流量要求進行比較，通過流量控制器29控制壓縮空氣的流量，實現對被引流氣流量的閉環控制。

對於反吹流路單元，信號及流路控制單元25通過閥組29控制壓縮氣罐42與反吹導氣管20的連通，通過反吹連接嘴與石英腔體12相連，實現對石英腔體的設定定時反吹。

對於氣幕流路單元，壓縮氣罐42通過閥組29與氣幕導管26連接，將壓縮空氣導入氣幕導孔，實現對窗口的氣幕保護，免受顆粒物的沾染。

對於零校準狀態，在氣幕流路開通、反吹流路開通、引流流路開通時，在石英腔體12內部充滿壓縮空氣，不存在煙粉塵顆粒，這時光電傳感器24採樣的光信號為背景信號，系統減掉這個信號，進行零點校準。

對於跨度及量程校準單元，在氣幕流路開通、反吹流路開通、引流流路開通時，在石英腔體內部充滿壓縮空氣，不存在煙粉塵顆粒。這時通過信號及流路控制單元25控制發光二極體23產生恆定功率的光信號，模擬顆粒通過測量區產生的散射信號，這時光電傳感器24採樣的光信號經過參比可以代表固定的已知顆粒物濃度產生的散射信號，通過設定幾個固定的發光功率，對應於各個跨度及量程的校準信號，這幾個跨度或量程信號，對著確定的濃度值，系統使用一段時間各個環節造成的測量偏移，可以通過這幾個跨度值或量程值進行校準及修正。

對於疏水流路單元，在系統工作過程中，在加長取樣管38會產生微量的凝水，凝水通過疏水導管48靠重力推動疏水浮子45通過在疏水器殼體46上的疏水口47流出，重力的大小取決於在加長取樣管38和疏水浮子45之間的落差。

上述對實施例的描述是為了便於該技術領域的普通技術人員能夠理解和應用本案技術，所涉及的電路部分完全根據現有常規技術來實現，熟悉本領域技術的人員顯然可輕易對這些實例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其它實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本案不限於以上實施例，本領域的技術人員根據本案的揭示，對於本案做出的改進和修改，例如，對於局部附加功能組件的增減、機體尺寸或體積的設置、各個連接管件的型號或尺寸等，若沒有產生超出本案之外的有益效果，則都應該在本案的保護範圍內。