專利名稱：煙氣可吸入顆粒物自動采樣儀的制作方法
煙氣可吸入顆粒物自動采樣儀所屬領(lǐng)域一種采集煙氣和工業(yè)廢氣一類含塵氣流中可吸入顆粒物的自動裝置，用于環(huán)境監(jiān)測。
背景技術(shù)：
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(xué)直徑小于10微米顆粒物總稱(記作PM10)。特別是其中空氣動力學(xué)直徑小于 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(tǒng)，對人體健康的危害很大，而且是形成酸雨、光化學(xué)煙霧以及霾的重要因素，因此成為衡量環(huán)境空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，監(jiān)測煙氣和工業(yè)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借助于專門設(shè)計的粒徑分級器(也稱粒徑切割器)，當(dāng)含塵氣流以精確且恒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(yīng)的捕集器上，從而實現(xiàn)顆粒物的粒徑分級。從含塵氣流中采集可吸入顆粒物須分兩步進行首先從含塵氣流中采集總顆粒物，進而從總顆粒物中分離出可吸入顆粒物。在從含塵氣流中采集總顆粒物時，要求實施 ‘等動力采樣’或‘等速采樣’，即進入采樣嘴的樣氣流速必須等于該點含塵氣流的流速。由于含塵氣流的速度會經(jīng)常變化，樣氣流速在采樣裝置控制系統(tǒng)的作用下也必然跟蹤其不斷變化以符合‘等動力采樣’的技術(shù)要求，但變化的流速不符合粒徑分級器對氣流速度要求恒定且精確的技術(shù)條件，因此基于現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的煙塵采樣儀不能同時滿足‘等動力’采樣和 ‘精確而恒定流速’采樣相互矛盾的技術(shù)要求，亦即無法從煙氣或工業(yè)廢氣一類含塵氣流中采集可吸入顆粒物。國外文獻曾報道一種由人工操作的實驗室用采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 操作復(fù)雜、設(shè)備多而且笨重，不適合現(xiàn)場使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種從含塵氣流中采集可吸入顆粒物的自動裝置，能同時滿足‘等動力’采樣和‘精確而恒定流速’采樣的技術(shù)要求。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的方案是設(shè)置兩個流速自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一個用來保持樣氣流速跟蹤含塵氣流的流速變化，以實現(xiàn)‘等動力’采樣；另一個用來保持通過粒徑分級器的氣流速度精確而恒定，以實現(xiàn)粒徑精準(zhǔn)分級。實現(xiàn)‘等動力’采樣的隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)由溫濕度傳感器C3)、樣氣流量傳感器(8)、含塵氣流流速傳感器(9)、溫濕度修正流量計算單元(10)、調(diào)節(jié)器(11)和三通配比調(diào)節(jié)閥(7) 組成，流速傳感器(9)實時測量高溫濕態(tài)下含塵氣流速度，其輸出信號作為調(diào)節(jié)器(10)的設(shè)定值；流量傳感器(8)實時測量采樣裝置抽取的已在冷凝過濾器內(nèi)降為常溫并去除水分的樣氣流量Qs. τ，與其對應(yīng)的輸出信號在計算單元(10)中經(jīng)溫、濕度修正后得到高溫濕態(tài)下的樣氣流量Qs. s作為調(diào)節(jié)器(11)的測量輸入與作為設(shè)定值的高溫濕態(tài)下含塵氣流速度進行比較，其偏差信號經(jīng)比例積分運算后控制三通配比調(diào)節(jié)閥(7)的開度來保持樣氣流速等于含塵氣流的流速，即實現(xiàn)‘等動力’采樣；提供粒徑分級器所要求的精確而恒定的氣流速度的定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)由混合氣流量傳感器(5)、調(diào)節(jié)器(12)、調(diào)速器(1 組成，混合氣流量傳感器(5)的輸出信號作為調(diào)節(jié)器(1 的測量值與根據(jù)粒徑分級器設(shè)計數(shù)據(jù)確定的設(shè)定值進行比較，偏差信號經(jīng)比例積分運算后輸出，通過調(diào)速器(1 調(diào)節(jié)抽氣泵的電機轉(zhuǎn)速，保持流經(jīng)粒徑分級器O)的混合氣流速度精確且恒定；或者由調(diào)節(jié)器(1 的輸出信號控制調(diào)節(jié)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恒定。


下面結(jié)合附圖和兩個實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是根據(jù)本發(fā)明提供的技術(shù)原理設(shè)計的采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-混合采氣嘴，2-粒徑分級器，3-溫濕度傳感器，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(diào)節(jié)閥，8-樣氣流量傳感器，9-含塵氣流流速傳感器；10-溫濕度修正計算單元，11、12_調(diào)節(jié)器，13-調(diào)速器；虛線箭頭表示測控系統(tǒng)信號傳遞方向，實線箭頭表示氣流流動方向。圖2是根據(jù)本發(fā)明提供的技術(shù)原理設(shè)計的采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)為混合采氣嘴1和粒徑分級器內(nèi)部氣流混合示意圖；圖3(b)為混合采氣嘴1和粒徑分級器組合的外觀示意圖。
圖中1-混合采氣嘴，2-粒徑分級器，3-溫濕度傳感器，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(diào)節(jié)閥，8-樣氣流量傳感器，9-含塵氣流流速傳感器；10-溫濕度修正計算單元，11、12_調(diào)節(jié)器，14-調(diào)節(jié)閥；虛線箭頭表示測控系統(tǒng)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(huán)氣流量。
具體實施例方式第一實施例的氣路連接方式混合采氣嘴(1)與粒徑分級器(2)設(shè)計加工成一體， 從粒徑分級器O)出來的混合氣由溫濕度傳感器C3)測量溫度和濕度數(shù)值后進入冷凝過濾器⑷降溫并去除樣氣中所含水分，再與流量傳感器(5)和抽氣泵(6)串接后，由三通配比調(diào)節(jié)閥(7)將混合氣分成兩路，其中一路為循環(huán)氣Qr，沿伴熱循環(huán)管路進入混合采氣嘴的循環(huán)氣入口 ；另一路為樣氣，經(jīng)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(diào)節(jié)器(1 的測量信號輸入端，調(diào)節(jié)器(1 的輸出接調(diào)速器(1 的控制信號輸入端，調(diào)速器(1 的輸出接抽氣泵的拖動電機，通過控制電機轉(zhuǎn)速，保持混合氣流量為恒定值，滿足粒徑分級器對流速的要求；樣氣流量傳感器(8)的輸出信號與溫濕度傳感器⑶的輸出信號同時接入計算單元(10)，對樣氣流量傳感器⑶測量的低溫干氣體流量信號進行溫濕度修正計算后接入調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)器(11)作為設(shè)定信號，調(diào)節(jié)器(11)的輸出信號接三通分配調(diào)節(jié)閥(7)的控制輸入端，通過改變?nèi)ǚ峙湔{(diào)節(jié)閥的開度使進入混合采樣嘴的樣氣 Qs. s與由傳感器(9)測得的含塵氣流速度相等，實現(xiàn)等動力采樣。第二實施例與第一實施例的區(qū)別僅在于混合氣流量定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行單元由調(diào)節(jié)閥(14)替代調(diào)速器(13)，調(diào)節(jié)器(1 的輸出接調(diào)節(jié)閥(14)的控制輸入端，通過改變調(diào)節(jié)閥的開度來保持混合氣流量為恒定值，滿足粒徑分級器對流速的要求。循環(huán)氣管路需加裝伴熱帶加熱，用來保持進入混合采氣嘴(1)的循環(huán)氣的溫度與含塵氣流的溫度一致，以免進入混合采氣嘴的高溫高濕樣氣與溫度過低的循環(huán)氣混合時被冷凝結(jié)水，影響粒徑分級效果。最佳實施例混合采樣嘴(1)和粒徑分級器O)自行設(shè)計加工，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外形設(shè)計另案申報；溫濕度傳感器C3)采用市售元件，冷凝過濾器自行設(shè)計并外委加工，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(diào)速器 (13)選用市售煙塵采樣器的配套部件一由無刷電機拖動的刮板泵及調(diào)速電路，空載流量為60 801/min ；含塵氣流流速傳感器(9)采用市售皮托管及配套微差壓傳感器；調(diào)節(jié)器 (11)和(12)選用市售數(shù)字式比例積分調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥(7)和電動調(diào)節(jié)閥(14)選用市售商品，外接控制信號為4-20mA。
權(quán)利要求
1.一種采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(diào)節(jié)系統(tǒng)協(xié)調(diào)實現(xiàn)從含塵氣流中采集總顆粒物的等動力采樣和利用粒徑分級器從總顆粒物中分離可吸入顆粒物的恒速采樣技術(shù)要求；該裝置由混合采氣嘴(1)、粒徑分級器O)、溫濕度傳感器(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(diào)節(jié)閥(7)、樣氣流量傳感器(8)、含塵氣流流速傳感器(9)、溫濕度修正計算電路(10)、樣氣流量調(diào)節(jié)器 (11)、混合氣流量調(diào)節(jié)器(12)、調(diào)速器(1 或調(diào)節(jié)閥(14)組成，其技術(shù)特征是氣路連接方式為混合采氣嘴(1)與粒徑分級器( 設(shè)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)串接后，由三通配比調(diào)節(jié)閥(7)將混合氣分成兩路其中一路為伴熱循環(huán)氣管路，與混合采氣嘴(1)的循環(huán)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(diào)節(jié)器(1 的測量信號輸入端，調(diào)節(jié)器(1 的輸出接調(diào)速器(1 的控制信號輸入端，調(diào)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)的輸出信號與溫濕度傳感器(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(diào)節(jié)器 (11)的測量端；含塵氣流流速傳感器(9)的輸出信號接調(diào)節(jié)器(11)的設(shè)定端，調(diào)節(jié)器(11) 的輸出信號接三通分配調(diào)節(jié)閥(7)的控制輸入端，通過改變?nèi)ǚ峙湔{(diào)節(jié)閥的開度使進入混合采樣嘴的樣氣與由傳感器(9)測得的含塵氣流速度相等，實現(xiàn)等動力采樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征是由混合氣流量傳感器(5)、調(diào)節(jié)器(12)、調(diào)速器(1 和抽氣泵及拖動電機(6)構(gòu)成混合氣流量定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過控制抽氣泵電機轉(zhuǎn)速保持流經(jīng)粒徑分級器的混合氣流速精確而恒定，滿足粒徑分級器的技術(shù)條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征是由混合氣流量傳感器( 、調(diào)節(jié)器(1 、調(diào)節(jié)閥(14)構(gòu)成混合氣流量定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過改變調(diào)節(jié)閥(14)的開度保持流經(jīng)粒徑分級器的混合氣流速精確而恒定，滿足粒徑分級器的技術(shù)條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征是由溫濕度傳感器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(diào)節(jié)器(11)和三通配比閥(7)構(gòu)成樣氣流速跟蹤含塵氣流流速變化的隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實現(xiàn)等動力采樣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征是采用安裝在樣氣排出管路或循環(huán)氣管路上的兩通調(diào)節(jié)閥代替三通分配調(diào)節(jié)閥(7)，具有相同效果。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置，其特征是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計制作的自動裝置還可以用來采集隧道和通風(fēng)道內(nèi)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采樣儀，用于監(jiān)測污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(diào)節(jié)系統(tǒng)協(xié)調(diào)等動力采樣和利用粒徑分級器所要求的恒速采樣；該裝置的主要組成部分混合采氣嘴(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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)器(11)、混合氣流速調(diào)節(jié)器(12)、調(diào)速器(13)或調(diào)節(jié)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(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者呂武軒 申請人:呂武軒